传感器原理及检测技术实验指导书

传感器原理及检测技术实验指导书李锶张敏谭竹梅编著机械设计制造及控制中心教材1前言传感器原理及检测技术课程是和实际应用结合非常紧密的课程，因此实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神的实践能力具有特殊作用。综合实验环节是课堂理论教学的重要补充，目的是使学生加深对课堂讲述理论内容的理解和掌握，更重要的是对学生进行实验技能的基本训练，提高学生分析问题和解决问题的能力，树立工程实际观点和严谨的科学作风，得到科学研究的初步训练。本实验课的目的在于培养学生掌握传感器应用及检测技术的基本实验方法与操作技能，通过实验教学，使学生对常用测量传感器的工作原理、物理结构、测量电路和实际应用等形成感性认识，加深学生对传感器的选型、调理电路设计方法的理解，培养学生的动手能力，并能根据实验目的、实验内容及实验设备进行传感器应用的自行设计，确定实验步骤，测取所需数据，进行分析研究，得出必要结论，从而完成实验报告，达到培养学生在传感器应用及检测技术中具备分析问题和解决问题的初步能力，为今后在工程实际中设计性能优良的传感器应用系统打下基础。实验教学与理论教学紧密配合，理论上难于理解的内容通过实验进行分析和验证；将课程分解出若干个知识点，从知识应用的角度议定实验项目，从工程应用的角度议定实验项目，培养学生工程应用能力。本课程开设2个必修实验（4课时），其他为18课时的选修实验，在任选实验时，根据学生掌握知识的程度选做4课时实验。2目录实验一实验二实验三实验四实验五实验六实验七实验八实验九实验十金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验…………………………4差动变压器的性能及应用…………………………………………………8差动变面积电容传感器的静态及动态特性实验………………………11压电传感器的动态响应实验……………………………………………15霍尔式传感器的特性及应用实验………………………………………18磁电式传感器的性能实验………………………………………………22光纤位移传感器静态、动态实验………………………………………25温度传感器特性实验……………………………………………………28位移检测装置设计实验…………………………………………………33振动测量装置设计实验…………………………………………………35实验十一温度检测装置设计实验…………………………………………………37实验十二数据采集与处理实验…………………………………………………383实验一：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验实验学时：2实验类型：验证实验要求：（必修）一、实验目的1、熟悉CSY-998型传感器系统实验仪的结构及使用方法2、了解金属箔式应变片的应变效应，电桥工作原理，放大器性能。3、通过实验增加学生对传感器的感性认识。4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。二、实验内容1、单臂电桥实验2、半桥电路性能实验，比较金属应变片半桥和单臂桥的性能。3、全桥电路性能实验，了解全桥测量电路的优点。三、实验原理、方法和手段电阻应变式传感器简称电阻应变计,结构如图所示。当将电阻应变计用特殊胶剂粘在被测构件的表面上时，则敏感元件将随构件一起变形，其电阻值也随之变化，而电阻的变化与构件的变形保持一定的线性关系，进而通过相应的二次仪表系统即可测得构件的变形。通过应变计在构件上的不同粘贴方式及电路的不同联接，即可测得应力、变形、扭矩等机械参数金属箔式电阻应变片典型结构敏感栅是用栅状金属箔片代替金属丝。金属箔栅采用光刻技术制造，适于大批量生产。由于金属箔式应变片具有线条均匀、尺寸准确、阻值一致性好、传递试件应变性能好等优点，因此，目前使用的多为金属箔式应变片。应变式传感器的工作原理：应变电阻在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，叫做电阻应变效应。实验时，将金属箔式应变片贴在一个悬臂梁上，改变测微头，使应变电阻发生机械变形，通过放大器输出电量的变化，1、电阻应变片工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作4用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化象。dRR(12μ)dll2、单臂、半桥、全桥电路的工作原理单臂、半桥、全桥是指在电桥组成工作时，有一个桥臂、二个桥臂、四个桥臂（用应变片）阻值都随被测物理量而变化。相邻边两桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相减，相对边二桥臂电阻变化是各自引起的输出电压相加。选用正确的应变片，可以提高电桥的灵敏度。四、实验仪器设备1、CSY-998型传感器系统实验仪2、所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F／V表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、主、副电源。五、实验步骤直流稳压电源打到±2V档，F／V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。(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。图1-1实验电路接线图（3）根据图1-1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。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，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。5