传感器实验报告

成绩：吉林大学仪器科学与电气工程学院《传感器实验及课程设计》本科实验报告实验项目：应变片单臂特性实验学生姓名：杨娜学号：65130328E-mail：[e-mail]实验地点：地质宫2015年月日一、实验目的（内容及要求）了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路二、实验所用仪器设备机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表、±2V~±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应变片、调理电路单元中的电桥、差动放大器、4½位数显万用表。三、实验原理电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。单臂特性实验基本电路如图1—2（a）所示。Uo＝U①－U③＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E设R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。则Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE箔式应变片单臂电桥实验原理图如下：图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻，R1为应变片；RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源±4V。桥路输出电压Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE。差动放大器输出为Vo。四、实验步骤1.差动放大器调零：按图1—8示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主、副电源开关；将差动放大器的增益电位器按顺时针轻轻转到底，再逆向回旋一点点，调节差动放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零，差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。应变片单臂电桥特性实验（1）将±2V~±10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片（标有上下箭头的4片中任意一片）与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路。电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的两个输入端。将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中（W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端）。如图1—9示意图接线。图1—9应变片单臂电桥特性实验接线示意图检查无误后合上主电源开关，当机头上应变梁自由端的测微头离开自由端时调节电桥的直流调节平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或接近0。在测微头吸合梁的自由端前调节测微头的微分筒，使测微头的读数为10mm左右；再松开测微头支架轴套的紧固螺钉，调节测微头支架高度，使梁吸合后进一步调节支架高度，同时观察电压表显示绝对值尽量为最小时拧紧紧固螺钉以固定支架高度。仔细微调测微头的微分筒，使电压表显示值为0（梁不受力处于自然状态），这时的测微头刻度线位置作为梁位移的相对0位位移点。首先确定某个方向位移，以后每调节测微头的微分筒一周产生0.5mm位移，根据表1位移数据依次增加0.5mm并读取相应的电压值填入表1中；然后反方向调节测微头的微分筒使电压表显示0V（这时测微头微分筒的刻度线不在原来的0位位移点位置上，是由于测微头存在机械回程差，以电压表的0V为标准作为0位位移点并取固定的相对位移△X消除机械回程差），再根据表1位移数据依次反方向增加0.5mm并读取相应的电压值填入表1-1中。注：调节测微头要仔细，微分筒每转一周△X=0.5mm，如果调节过量再回调，则产生回程差。表1—1位移（mm）8.07.57.06.56.05.55.04.54.03.53.0电压（mV）158.7149.7140.9132.2122.6113.2103.994.384.574.564.7位移（mm）2.52.01.51.00.50-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5电压（mV）54.343.732.621.710.00-10.5-21.2-31.8-42.8-57.4位移（mm）-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0-6.5-7.0-7.5-8.0电压（mV）-69.3-80.3-85.9-97.9-109.3-119.3-129.8-143.1-158.5-170.3-185.0五、实验结果及分析根据表1-1数据画出实验曲线，并计算灵敏度S=△V/△X（△V为输出电压变化量，△X为位移变化量）和非线性误差δ，%100y/mFS式中m为输出值与拟合直线的最大偏差。FSy为满量程输出平均值，此处为相对总位移量。由图可以得出，灵敏度S=21.372mV/mm非线性误差δ=-17.3846/（-185.0）×100%=9.397%分析：应变片的单臂特性是近似线性的。六、实验新得调节测微头时要仔细，不可调节过量再回调，否则产生回程差。成绩：吉林大学仪器科学与电气工程学院《传感器实验及课程设计》本科实验报告实验项目：应变片的温度影响实验学生姓名：杨娜学号：65130328E-mail：[e-mail]实验地点：地质宫2015年月日一、实验目的（内容及要求）了解温度对应变片测试系统的影响。二、实验所用仪器设备机头中的应变梁的应变片、加热器；显示面板中的F/V表、±2V~±10V步进可调直流稳压电源、-15V电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应变片、加热器；调理电路单元中的电桥、差动放大器。三、实验原理电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，被测体受力状态不变时，输出会有变化。四、实验步骤按实验一单臂电桥特性实验步骤进行调试实验。调节测微头使梁的自由端产生较大位移如实验一中的绝对值最大位移处。读取记录电压表的显示值为1oU，并继续保留此状态不变。将显示面板中的-15V电源与调理电路面板中输出单元中的加热器相连，使加热器对应变片施热如下图所示。数分钟后待数显表显示电压基本稳定后，记下读数otU，则1oU-otU即为温度变化的影响。计算这一温度变化产生的相对误差：%1001o1ootUUU实验完毕，关闭电源。五、实验结果及分析Uo1=-1.88V，Uot=-4.94V%1001o1ootUUU=162.8%实验结果表明，温度对于应变片特性的影响很大。六、实验新得做应变片测试实验时应注意因温度变化而产生的误差。成绩：吉林大学仪器科学与电气工程学院《传感器实验及课程设计》本科实验报告实验项目：压阻式压力传感器的压力测量实验学生姓名：杨娜学号：65130328E-mail：[e-mail]实验地点：地质宫2015年月日实验项目3：压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的（内容及要求）了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。二、实验所用仪器设备机头压力传感器；显示面板中的F/V表、±2V~±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板传感器输出单元中的压阻式压力传感器；调理电路单元中的差动放大器；铜三通引压胶管、手捏气泵、压力表。三、实验原理扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图一压阻式压力传感器压力测量实验四、实验步骤1、将机头上的压力传感器通过铜三通引压胶管与压力表和手捏气泵接好，如图所示。并松开手捏气泵的单向阀。2、在显示与调理电路面板上按图10—3两厢，将F/V表量程切换到2V档；可调直流稳压电源切到4V档，检查接线无误后合上主副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向缓慢转到底后再逆向回转1/3，调节调零电位器，使电压表显示电压为零。3、锁紧手捏气泵的单向阀，仔细的反复手捏气泵并能够是观察压力表，压力上升4Kpa左右时调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示为相应的0.4V左右，再仔细地反复手捏气泵压力上升到19kpa左右时调节差动放大器的增益电位器，使电压表相应显示为1.9V左右。4、仔细的慢悠悠松开手捏气泵的单向阀，是压力慢慢下降到4kpa时锁紧气泵的单向阀，调节差动放大器的调零电位器，使电压表示数为相应的0.400V，再仔细地反复手捏气泵压力上升到19kpa时调节差动放大器的增益电位器，使电压表示数为相应的1.900V。5、重复步骤4，直到认为已足够精确度时调节手捏气泵使压力在3~9kpa之间变化，每上升1kpa气压分别读取电压表示数，将数值列于表中。P(KPa）345678910Vo（p-p）0.3200.4030.5060.6100.7020.8080.9091.0341112131415161718191.1401.2361.3391.4351.5311.6221.7111.8251.9256、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差，实验完毕，关闭电源。五、实验结果及分析系统灵敏度S=0.10133非线性误差δ=（11×0.10133+0.0063-1.140）/1.140×100%=-1.67%六、实验新得压阻式压力传感器压力与电压变化呈线性关系。成绩：吉林大学仪器科学与电气工程学院《传感器实验及课程设计》本科实验报告实验项目：电容式传感器的位移实验学生姓名：杨娜学号：65130328E-mail：[e-mail]实验地点：地质宫2015年月日一、实验目的（内容及要求）了解电容式传感器结构及其特点。二、实验所用仪器设备机头中的振动台、测微头、电容式传感器；显示面板中的F/V表；调理电路面板传感器输出单元中的电容；调理电路单元中的电容变换器、电压放大器。三、实验原理原理简述：电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件，将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C＝εA／d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板或圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为两组静态极片和一组动极片组成二个平板式变面积差动结构，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。其原理方框图如下：四、实验步骤1、按图11-4所示接线，调节测微头的微分筒使测微头的测杆端部与振动台吸合，再逆时针调节测微头的微分筒，直到电容传感器的动片组与静片组上沿基本平齐为止，作为位移的起始点。2、将显示面板中的F/V表的量程切换开关切换到20V档，再将电容变换器的按钮开关按一下。检查接线无误后，合上主副开关，读取电压表显示值为起始点电压，填入下表11中。3、仔细缓慢的顺时针调节测微头的微分筒一圈mm5.0X从F/V表中读出相应的电压值，填入表11中，以后每调节测微头的微分筒一圈读出相应的输出电压直到电容传感器的动片组与静片组下沿基本水平为止。表11电容传感器测位移实验数据X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.04.5U（V）-1.73-1.64-1.53-1.40-1.27-1.13-1.0-0.86-0.72-0.58X(mm)5