CSY2000型传感器检测技术实验台简介
CSY2000型传感器与检测技术实验台主要用于“传感器原理与技术”、“检测与转换技术”等课程的教学实验。
CSY2000型传感器与检测（控制）技术实验台由主控台、测控对象、传感器、实验模板、实验桌等部分组成（见下图）。
附图 CSY2000型传感器与检测（控）制技术实验台
1、主控台部分：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V、+2V～+24V可调四种直流稳压电源，主控台面板上装有数显电压、频率、转速、压力表。0.4KHz～10KHz可调音频信号源；1Hz～30Hz可调低频信号源；0～20kpa可调气压源；高精度温度控制仪表，电源故障报警指示，RS232计算机串行接口；浮球流量计。
2、测控对象有：振动台1Hz～30Hz （可调）；旋转源0-2400转/分（可调）；温度源<200℃(可调)。
3、传感器：电阻应变式传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、集成温度传感器、热电偶、铂电阻、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。
4、实验模块部分：有应变式、压力、差动变压器、电容式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波、气敏、湿敏。
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实验一 应变片称重实验
一、 实验目的?
1. 了解金属应变片的应变效应，设计应用应变片的称重检测电路； 2. 比较全桥、半桥与单臂电桥的不同性能和特点；
3. 掌握电桥检测、放大、显示等测量电路的设计方法和检测装置的调试技术。 二、 实验原理?
1. 应变片的工作原理?
导体在外界作用下产生机械形变时，其阻值将发生相应的变化，这种现象称为“应变效应”。
2. 应变测量电桥?
应变片将机械应变转换为电阻变化后，为了显示和记录，通常将应变片组成电桥电路，使得由非电量引起的应变片电阻变化转化为电压或电流的变化。而对电桥电路的要求是具有较高的灵敏度，良好的线性关系和适应温度变化的补偿能力。?
图1.1(a)为一单臂电桥电路，应变片接在电桥的一个臂上，电阻值为R1。无应变时，ΔR1=0，此时电桥平衡，U0=0；若应变片受力作用产生应变，则该臂阻值为R1+ΔR1，电桥就有电压输出，由图1.1 (a)可知。
(a) 单臂 (b) 半桥 (c) 全桥
图1.1 应变片直流电桥电路?
U0?R3(R4/R3)?(?R1/R1)R1??R1US?US?US (1)
?RRRR1??R1?R2R3?R4(1?1?2)(1?4)R1R1R3设电桥初始平衡时，
R2R4?R==n，且若1??n，则(1)式近似地为 R1R3R1?R1n ? (2) U?S(1?n)2R1- 2 -
? U0?
所以电桥的电压灵敏度
?? Su1?U0n?US (3) 2?R1/R1(1?n)1US (4) 4进一步设n=1，即有 R1= R2= R3= R4，可求得最大电压灵敏度为
Su1?上述讨论是在
?R1?R??n情况下进行，桥路的输出电压与应变的关系U0?f(1)R1R1?R1就不能忽R1是线性关系。但若n较小，且应变片承受的应变较大时，(1)式分母项中的
略，U0?f(?R1)就呈非线性。补偿的办法是采用半桥或全桥差动电路。 R1如果将一片受压和一片受拉的两应变片，接入电桥相邻桥臂内，形成半桥差动电路，如图1.1 (b)所示。设R1= R2= R3= R4，且ΔR1=ΔR2，则电桥输出
U0?(R3R1??R11?R (5) ?)US?USR1??R1?R2??R1R3?R42R1所以半桥的电压灵敏度
1Su2?US? (6)
2 由此可见，采用半桥差动电路不仅消除了非线性误差，而且电压灵敏度也比单臂电桥时提高了一倍。?
若采用两片受压，两片受拉的四片应变片，且使相同受力状态的两应变片接入电桥的相对臂上，如图1.1 (c)所示，设R1= R2= R3 =R4，且ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4，则此时的输出电压和电压灵敏度为
U0=US??R1 (7) R1Su3?US (8)
即全桥差动电路的电压灵敏度比单臂时提高了四倍，同时消除了非线性误差，因 而得到广泛的实际应用。
三、 实验步骤?
(一)、应变片单臂电桥实验?
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1.根据图1.2, 4个同型号的应变式传感器已粘贴在弹性梁上下表面。为方便测量，各应变片已接入传感器模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。
图1.2 应变传感器安装示意图
2.实验模板差动放大器调零，如图1.3所示，方法为： ①将实验模板上的±15V和 “?”接地端子与主控台上的相应电源/接地端准确连接；将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控台上数显电压表输入端Vi相连。
2将实验模板增益调节电位器Rw3调节到大致中间位置。 ○
3检查无误后，合上主控台电源开关，调节实验模板上调零电位器○
RW4，使电压表
显示为零(数显表置2V档)，完毕后关闭主控台电源。
3．应变式传感器实验模块面板图1.3，按图1.4接线。将应变式传感器中任一个应变片(模板左上方的应变电阻R1～R4任选一个)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥，将主控台的电压选择旋钮调至±4V输出，将Vo+、Vo-端接入直流电桥电源端子。电桥输出端接差动放大器输入端，放大器输出接数显表。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，当调节Rw1调零困难时，可以使用Rw4微调实现调零。
图1.3 应变式传感器模块面板图
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图1.4 应变片单臂电桥实验线路
4．在传感器托盘上依次放置10个砝码（每个20g），读取数显电压表数值，实验结果填入表1-1。
表1-1：单臂测量时输出电压与负载重量的关系（加载和卸载各测量5组）：
重量（g） 1 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 加载时2 输出电3 压（mV） 4 5 1 卸载时2 输出电3 压（mV） 4 5 完成单臂桥称重加载和卸载实验后，选取一件随身物品如手机、钥匙串、眼镜等进行称重，记录其输出电压为 。
(二)、应变片半桥差动实验?
承受相反应力的两个应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压和灵敏度比单臂桥提高一倍。
图1.6 应变片半桥差动实验线路
1．保持实验（一）的各旋钮位置不变。
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