传感技术综合实验指导书
自动化学院 测控技术与仪器教研室
2012年9月
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目 录
实验一 传感器测量特性实验 ......................................................................................................... 1
实验1 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 .................................................. 1 实验2 磁电式转速传感器测速实验 ...................................................................................... 4 实验3 压阻式传感器测压力实验 .......................................................................................... 5 实验4热电阻测温特性实验 ................................................................................................... 6 实验5 热电偶测温实验 .......................................................................................................... 8 实验二 传感器测位移实验 ........................................................................................................... 10
实验1 差动变压器测位移实验 ............................................................................................ 10 实验2 霍尔传感器测位移实验 ............................................................................................ 12 实验3 电涡流传感器测位移实验 ........................................................................................ 14 实验三 传感器测量振动实验 ....................................................................................................... 15
实验1 压电式传感器测振动实验 ........................................................................................ 15 实验2 电涡流传感器测振动实验 ........................................................................................ 17 实验3 电容式传感器测振动实验 ........................................................................................ 19 实验四 光纤传感器测量振动实验 ............................................................................................... 21 实验五 LED光电转换特性实验 ................................................................................................. 24 实验六 光电探测器相对光谱响应度测试实验 ........................................................................... 26
实验一 传感器测量特性实验
实验1 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
一. 实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，
得出相应的结论。 二. 实验原理：
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：
△R / R=Kε
式中△R / R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△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。对单臂电桥输出电压Uo1=EKε/4、半桥输出电压Uo2=EKε/2、全桥输出电压Uo3=EKε。 三. 需用器件与单元：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、金属应变片、F/V表、主、副电源。
四. 实验步骤：
1.
了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2.
将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。 3.
根据图1-1接线，R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。RX为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，然后将F／V表置2V
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档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。
图1-1 电桥实验面板
4.
将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V5.
分别向上、向下旋动测微头，使悬臂梁的自由端产生正、负位移，记下F／V表显示的值。建议每旋动测微头一周，即ΔX＝0.5mm
表1-1 单臂电桥实验数据
位移（mm） 电压（mv） 6.
0 0 将图1-1中的RX、R1、R2、R3其中两个换成金属应变片（注意应变极性！），构成双臂半桥，重复上述步骤（4）、（5）。记录数据，填入下表：
表1-2 双臂半桥实验数据
位移（mm） 电压（mv） 7.
0 0 将图1-1中的RX、R1、R2、R3全部换成金属应变片（注意应变极性！），构成全桥，重复上述步骤（4）、（5）。记录数据，填入下表：
表1-3 全桥实验数据
位移（mm） 电压（mv） 8.
0 0
五. 注意事项：
1. 2. 3.
2
电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 三个实验中的放大器增益必须相同。
六. 作业与思考题：
1． 根据表1-1至1-3计算三种情况下系统的灵敏度S，得出三种情况的灵敏度大小关
系。S=△u/△W（△u为输出电压变化量；△W为重量变化量）。
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图1-2，画图
说明如何利用这四片电阻应变片组成电桥？是否需要外加电阻？
图1-2 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
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