传感器与检测技术指导书.doc
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1、传感器与检测技术实验指导书 学生姓名: 学 号: 所在班级: 黑龙江八一农垦大学信息技术学院实验一 金属箔式应变片及电桥性能实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、实验目的:了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为: RRK式中RR为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,=l/l为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部位受力状态变化 、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态。,对单
2、臂电桥输出电压 Uo1= EK/4。三、需用器件与单元:应变式传感器实验模板、应变式传感器电子秤、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表(自备)。四、实验步骤:1、 根据图(11)应变式传感器(电子秤)已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1R2R3R4350,加热丝阻值为50左右 图11 应变式传感器安装示意图2、 接入模板电源15V(从主控台引入),检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正负输入端与地短接,输出
3、端与主控台面板上数显表输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源(注意:当Rw3、Rw4的位置一旦确定,就不能改变。一直到做完实验三为止)。3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已接好),接好电桥调零电位器RW1,接上桥路电源4V(从主控台引入)如图12所示。检查接线无误后,合上主控台电源开关。调节RW1,使数显表显示为零。图12应变式传感器单臂电桥实验接线图4、 在电子称上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应
4、的数显表值,直到200g(或500 g)砝码加完。记下实验结果填入表11,关闭电源。重量(g)电压(mv)5、 根据表11计算系统灵敏度SU/W(U输出电压变化量,W重量变化量)和非线性误差f1=m/yF.S 100式中m为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:yFS满量程输出平均值,此处为200g(或500g)。五、思考题: 单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。 二 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的:比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理:不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输
5、出灵敏度提高,非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压UO2EK2。三、 需用器件与单元:同实验一。四、 实验步骤:1、 传感器安装同实验一。做实验(一)的步骤2,实验模板差动放大器调零。2、 根据图13接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片,注意R2应和R1受力状态相反,即将传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V,调节电桥调零电位器RW1进行桥路调零,实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤,将实验数据记入表12,计算灵敏度S2UW,非线性误差f2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。图1
6、3应变式传感器半桥实验接线图表12半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量电压五、 思考题:1、 半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1)对边(2)邻边。2、 桥路(差动电桥)测量时存在非线性误差,是因为:(1)电桥测量原理上存在非线性(2)应变片应变效应是非线性的(3)调零值不是真正为零。三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的:了解全桥测量电路的优点。二、基本原理:全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值:R1R2R3R4,其变化值R1R2R3R4时,其桥路输出电压U03KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改
7、善。三、需用器件和单元:同实验一四、实验步骤:1、 传感器安装同实验一。2、 根据图14接线,实验方法与实验二相同。将实验结果填入表13;进行灵敏度和非线性误差计算。14全桥性能实验接线图表13全桥输出电压与加负载重量值重量电压五、思考题:1、 全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时,即R1R3,R2R4,而R1R2时,是否可以组成全桥:(1)可以(2)不可以。2、 某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻。FFR1R3R2R1R2R3R4R4FF图15应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验二 霍尔式传感器
8、的特性实验一 直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的:了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理:根据霍尔效应,霍尔电势UHKHIB,当霍尔元件处在梯度磁场中运动时,它就可以进行位移测量。三、需用器件与单元:霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元。四、实验步骤:1、将霍尔传感器按图21安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图22进行。1、3为电源4V,2、4为输出。2、开启电源,调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW1使数显表指示为零。图21 霍尔传感器安装示意图 1、图22霍尔传感器位移直流激励实验接线图1、 微头向轴向方向推进,每转动0.2mm记下一个读数,直到读数
9、近似不变,将读数填入表21。表21X(mm)V(mv)作出VX曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。一、 考题:本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?二 交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、 实验目的:了解交流激励时霍尔式传感器的特性。二、 基本原理:交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样,基本工作原理相同,不同之处是测量电路。三、 需用器件与单元:在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。四、 实验步骤:1、 传感器安装同实验十六,实验模板上连线见图23。图23交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、 调节音频振动器频率和幅度旋钮,从Lv输出,用示波器测量
10、使电压输出频率为1KHz,电压峰峰值为接上交流电源,激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ,幅值为4V峰峰值(注意电压过大会烧坏霍尔元件)。3、 调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点,先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小,然后从数显表上观察,调节电位器RW1、RW2使显示为零。4、 调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移,利用示波器观察相敏检波器输出,旋转移相单元电位器RW和相敏检波电位器RW,使示波器显示全波整流波形,且数显表显示相对值。5、 使数显表显示为零,然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数,填入表22。表22交流激励时输出电压和位移数据X(mm)V(mv)6、 根据表22
11、作出VX曲线,计算不同量程时的非线性误差。五、 思考题:利用霍尔元件测量位移和振动时,使用上有何限制?三 霍尔测速实验一、 实验目的:了解霍尔转速传感器的应用。二、 基本原理:利用霍尔效应表达式:UHKHIB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三、 需用器件与单元:霍尔转速传感器、直流源5V、转动源224V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。四、 实验步骤:1、 根据图34,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。图34霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图2
12、、 将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端(1号接线端)。3、 将霍尔转速传感器输出端(2号接线端)插入数显单元Fin端,3号接线端接地。4、 将转速调节中的2V24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。5、 将数显单元上的开关拨到转速档。6、 调节转速调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。五、 思考题:1、 利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制?2、 本实验装置上用了十二只磁钢,能否用一只磁钢?实验三 压电式传感器实验一 压电式传感器测振动实验一、 实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、 基本原理:压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速度
13、计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、 需用器件与单元:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。四、 实验步骤:1、 压电传感器已装在振动台面上。2、 将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。图31压电式传感器性能实验接线图3、 将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,见图51,与传感器外壳相连的接线端接地,另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1,接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02,接入低通滤波
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