傳傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±5V電源、萬(wàn)用表（自備）。三、實(shí)驗(yàn)原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為 （1-1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1-1所示，將四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。圖1-

2、1 雙孔懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換彈性體被測(cè)部位受力狀態(tài)變化，電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R5=R6=R7=R為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓 （1-2）為電橋電源電壓；式1-2表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L(zhǎng)=。圖1-2 單臂電橋面板接線圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入±15V、±5V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，輸出端

3、Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。調(diào)節(jié)電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺(tái)電源。3按圖1-2連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。4加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，先調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示近似為零，再調(diào)節(jié)Rw4約中間位置。備注：在后面的測(cè)量過(guò)程中不能再改變Rw1、 Rw3。5在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。重量(g)電壓(mV)6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)

4、設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）；2計(jì)算單臂電橋的非線性誤差f1=m/yF.S ×100。式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yF·S為滿量程（200g）輸出平均值。六、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所采用的彈性體為雙孔懸臂梁式稱重傳感器，量程為1kg，最大超程量為120。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)二金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±5V電源

5、、萬(wàn)用表（自備）。三、實(shí)驗(yàn)原理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，如圖2-1。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓為 （2-1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化；為電橋電源電壓。式2-1表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。圖2-1 半橋面板接線圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。2差動(dòng)放大器調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟2。3按圖2-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊。4加托盤后電橋調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟4。5在應(yīng)變傳感器托盤上放置一

6、只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。重量(g)電壓(mV)6實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=U/W和半橋得非線性誤差f2。六、思考題引起半橋測(cè)量時(shí)非線性誤差的原因是什么？實(shí)驗(yàn)十一 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙輦鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，電容傳感器的位移測(cè)量原理。二、實(shí)驗(yàn)儀器電容傳感器、電容傳感器模塊、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套三、實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器，它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用

7、平板電容器原理： （11-1）式中，S為極板面積，d為極板間距離，0真空介電常數(shù)，r介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測(cè)物理量使S、d或r發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖11-1兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個(gè)極板用導(dǎo)線引出，形成差動(dòng)電容輸出。圖11-1 差動(dòng)電容傳感器原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1按圖

8、11-2將電容傳感器安裝在傳感器固定架上，將傳感器引線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K插座中。圖11-2 電容傳感器安裝示意圖2將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。3將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上±15V電源接到傳感器模塊上。檢查接線無(wú)誤后，開啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，用電壓表2V檔測(cè)量“電容傳感器模塊”的輸出，將電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)Rw，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（2V檔）。（Rw確定后不要改動(dòng)）4旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表11-1。表11-1X(mm) -1.0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81.0V(

9、mV)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)表11-1的數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。實(shí)驗(yàn)十三 直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻杺鞲衅鞯脑砼c應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)儀器霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、測(cè)微頭、直流電源、數(shù)顯電壓表。三、實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)UH=KHIB，其中KH為靈敏度系數(shù)，由霍爾材料的物理性質(zhì)決定，當(dāng)通過(guò)霍爾組件的電流I一定，霍爾組件在一個(gè)梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以用來(lái)進(jìn)行位移測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1將霍爾傳感器按圖13-1安裝，霍爾傳感器引線接到霍爾傳感器模塊的9芯航空插座上。按圖13-2接線。2從實(shí)驗(yàn)臺(tái)上接入±15V電源到霍爾傳感器模塊上。檢查

10、接線無(wú)誤后，開啟實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，直流數(shù)顯電壓表選擇“2V”檔，將測(cè)微頭的起始位置調(diào)到“1cm”處，手動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的位置，先使霍爾片大概在磁鋼的中間位置（數(shù)顯表大致為0），固定測(cè)微頭，再調(diào)節(jié)Rw1使數(shù)顯表顯示為零。3分別向左、右不同方向旋動(dòng)測(cè)微頭，向右為負(fù)，向左為正，每隔0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入下表：X（mm）-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20 0.20.40.60.81.0U(mV) 圖13-1 霍爾傳感器直流激勵(lì)接線圖五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告作出UX曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)十五 霍爾測(cè)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻柦M件的應(yīng)用測(cè)量轉(zhuǎn)速。二、實(shí)驗(yàn)儀器霍爾

11、傳感器、+5V、0-30V直流電源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、頻率/轉(zhuǎn)速表。三、實(shí)驗(yàn)原理利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UHKHIB，當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過(guò)放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1安裝根據(jù)圖15-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對(duì)著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。圖15-1 霍爾傳感器安裝示意圖2將+5V電源接到轉(zhuǎn)動(dòng)源上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測(cè)轉(zhuǎn)速位置）?！?-30V”直流穩(wěn)壓電源接到“轉(zhuǎn)動(dòng)源”的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入端（輸出電壓調(diào)到零）。3合上實(shí)驗(yàn)臺(tái)上電源，調(diào)節(jié)0-30V

12、輸出，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化。也可通過(guò)虛擬示波器的第一通道AD1，用虛擬示波器軟件觀測(cè)霍爾組件輸出的脈沖波形。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。實(shí)驗(yàn)二十五 光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤怆娹D(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理及方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)源、光電傳感器、直流穩(wěn)壓電源、頻率/轉(zhuǎn)速表、示波器三、 實(shí)驗(yàn)原理光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過(guò)轉(zhuǎn)盤上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤上有等間距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1光電傳感器已安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上，如下圖所示。+5V電源接到轉(zhuǎn)動(dòng)源“光電”輸