感测技术实验讲义(必做)

大连职业技术学院传感器与检测技术实验指导书电气与电子工程技术系20XX年10月20日实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=ΔL/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U o1= EKε/4。

三、实验仪器和设备：主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、412位数显万用表（自备）。

图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图四、实验内容和步骤：应变传感器实验模板说明：实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。

1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。

传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。

当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。

常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。

〕安装接线。

2、放大器输出调零：将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。

感测技术实验指导书实验目录实验一光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验 (1)实验二转速测量实验 (5)实验三电子秤实验 (8)实验四压力测量实验 (13)实验五温度测量实验 (16)实验六数字式传感器的应用实验 (20)附录一实验台使用说明 (22)附录二调节仪使用说明 (24)实验一 光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验一、实验目的：1．了解光敏、气敏、湿敏传感器的基本特性； 2．学会光敏、气敏、湿敏传感器的使用。

二、基本原理：1．光敏电阻光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

光敏电阻器的主要参数：1）亮电阻（k Ω）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。

2）暗电阻(M Ω)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。

3）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。

4）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。

5）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1℃时，其电阻值的相对变化。

6）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。

2．热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC ）和负温度系数热敏电阻器（NTC ）。

正温度系数热敏电阻器（PTC ）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC ）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

热敏电阻主要参数1） 标称阻值Rc ：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。

2） 实际阻值RT ：在一定的温度条件下所测得的电阻值。

3）电阻温度系数αT ：它表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。

3．湿敏电阻湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

实验一 金属箔式与半导体式应变计的性能测试一．实验目的：１．观察了解箔式应变片和半导体应变片的结构及粘贴方式。

２．验证单臂、半桥、全桥的性能，比较各桥路间的输出关系。

３．说明实际使用的应变电桥的性能和原理。

４．了解温度对测试系统的影响，说明箔式应变片和半导体应变计的灵敏度和温度效应。

５．通过实验对两种应变电路的特性有充分的了解。

二．实验所需部件：直流稳压电源、应变式传感器实验模块、金属箔式应变计及温度补偿片、半导体式应变计、砝码、数字电压／频率表、应变加热（位于主机面板的温控单元下面）。

三．实验原理：1. 箔式应变片性能——单臂电桥本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，当使用一个应变片时，∑=RRR ∆；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑=RRR ∆2；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R ，∑=RRR ∆4。

2. 箔式应变片三种桥路性能比较已知单臂、半桥和全桥电路的∑R 分别为△R/ R 、△2R/ R 、4△R/ R 。

根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于41·E ·∑·∑R ，电桥灵敏度Ku=V/△R/R ，于是对于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。

由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关３．金属箔式应变计的温度效应温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。

传感器技术·检测技术实践教程东南大学仪器科学与工程学院二O O七年九月前言本实践教程用于为高等院校开设的“传感器原理与应用（技术）、”“自动检测技术”“工业自动化控制”“非电量电测技术”“光电检测、、、技术”等课程的实验教学。

本实践教程是在原有基础上征求了许多师生的意见后改编的，在编写上我们力求有较大的适应面，同时注意培养学生的应用能力和创新能力，便于学生独立操作并深入思考。

CSY－3000 型传感器技术/检测技术实验系统采用最新推出的模块化结构，使用的传感器虽然是教学型传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。

希望通过实验帮助学生加深理解课本知识，并在实验的过程中通过信号的拾取、转换、检测和分析，掌握作为一个科技工作者应具有的动手技能与设计能力。

当然，由于编写者时间、水平、精力所限，难免有疏漏谬误之处，热切期望您的赐教。

本实践教程中每个实验都有注意事项，希望学生认真阅读，谨慎操作，否则容易引起器件损坏。

祝学云董雷2019 年 10 月目 录第一章 硬件设备与应用软件介绍硬件设备 (4)软件使用与实验操作 (6)虚拟仪器使用方法 (19)第一节 第二节 第三节 第二章 箔式电阻应变片实验实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (27)实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 (30)实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 (32)实验四 交流应变全桥的应用——振动测量实验 (36)第三章 变压器、电容式传感器实验差动变压器的性能实验 ............................................................................................. 39 激励频率对差动变压器特性的影响 ......................................................................... 42 差动变压器零点残余电压补偿实验 ......................................................................... 43 差动变压器的应用—振动测量实验 ......................................................................... 44 电容式传感器的位移实验 .. (46)实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 第四章 压电、压阻、电涡流式传感器实验实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验 (48)实验十一 压电式传感器振动测量实验 (50)实验十二 电涡流传感器位移实验 (52)实验十三 被测体材质、面积对电涡流传感器的特性影响实验 (54)实验十四 电涡流传感器振动测量实验 (56)第五章 霍尔、磁电式传感器实验直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验 (58)交流激励时霍尔式传感器的位移实验 ................................................................. 60 霍尔转速传感器测电机转速实验 . (62)磁电式转速传感器测电机转速实验 (64)实验十五 实验十六 实验十七 实验十八第六章温度、气敏、湿度传感器实验实验十九温度源的温度控制、调节实验 (65)实验二十 Pt100 铂电阻测温特性实验 (74)实验二十一集成温度传感器(AD590)的温度特性实验 (76)实验二十二 K 热电偶测温特性实验 (78)实验二十三 K 热电偶冷端温度补偿实验 (81)实验二十四 E 热电偶测温性能实验 (84)实验二十五气敏传感器实验 (86)实验二十六湿度传感器实验 (88)第七章光敏、光电、光纤传感器实验实验二十七发光二极管（光源）的照度标定实验 (90)实验二十八光敏电阻特性实验 (93)实验二十九光敏二极管特性实验 (95)实验三十光敏三极管特性实验 (97)实验三十一硅光电池实验 (98)实验三十二光纤传感器的位移特性实验 (100)实验三十三光电开关实验 (102)实验三十四光电转速传感器的转速测量实验 (105)实验三十五光电传感器控制电机转速实验 (107)附录（热电偶分度表）第一章硬件设备与应用软件介绍第一节硬件设备一、实验台的组成CSY－3000 系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。

传感与检测技术实验讲义实验一应变式称重传感器的应用一．实验目的：1.熟悉常用应变式力传感器的应用。

2.掌握应变片传感器的测量原理及电桥电路的应用。

二．实验仪器：稳压电源、万用表、实验箱、称重传感器模块等。

实验原理：应变式传感器是常用的测量力的传感器。

应变片式传感器是一种将测试件上的应变量转换成一种电信号的敏感器件。

当事件受力发生形变时，电阻应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，通常采用桥式电路，然后通过放大器放大实现。

三.实验内容及测试1．不同质量砝码重量测量应变片可以测量的重量范围为0~1Kg，额定灵敏度为1.0±0.15mv/g，R1~R4组成的电桥测量电路输入阻抗为1115±10%Ω，输出阻抗为1000±10%Ω，安全过载率为150%F.S，最大工作电压为15VDC。

满量程输出电压=激励电压×灵敏度。

U1A、U1B组成放大倍数可调的差分放大电路。

测量模块面板上共有4测试点，分别连接+12V，-12V，GND，输出点U0，连接电源和地线，用万用表直流电压档测量输出端电压。

1）不放任何砝码，用万用表测量输出端电压，调整RV1,RV2，使输出电压为0；2）将不同的砝码顺序放置在测量模块测量称盘上，用万用表测量输出端电压，并将电压值记录在2.实验报告1）整理实验数据，并绘制输入输出线性图；2）将数据填写在报告上。

实验二温度传感器的应用一、实验目的：熟悉常用温度传感器并掌握温度传感器的应用。

二、实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验箱、Pt100热电阻、热敏电阻、集成电路等。

三、实验原理：温度传感器是将温度转换为电量输出的装置。

常用的温度传感器有热电阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器等等。

热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来进行温度的测量、控制。

四、实验内容1、热电阻的测量：测量Pt 100热电阻、热敏电阻在不同温度下的电阻值。

2、热敏电阻的应用------------过热报警器热敏电阻在电路中常作为温度控制器件使用。

感测技术实验报告班级姓名（学号）、、实验名称一、实验目的二、实验原理及实验内容三、实验器材（型号、规格、件数）四、实验数据及记录五、数据处理及实验结果分析六、结论班级 姓名（学号） 、 、实验一 箔式应变片性能测试——差动半桥一、实验目的1．观察理解箔式应变片的结构及粘贴方式； 2．熟悉电路的工作原理；3．测试应变梁变形的应变输出。

二、实验原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件（本实验中的悬臂梁）受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4。

根据直流电桥输出电压，单臂时R R E U ∆=40，差动半桥时R R E U ∆=20，差动全桥时RRE U ∆=0，由此可见，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

三 、实验所需部件直流稳压电源（±4V 档）、电桥、差动放大器、F/V 表、测微头、双平行悬臂梁、金属箔式应变片、主、副电源、导线若干。

四、 实验电路五、验步骤及内容 1．差动放大器调零开启仪器电源，差动放大器增益置最大（顺时针方向旋到底），“+、-”输入端用实验线对地短接，将差动放大器的输出端与F/V 表的输入插口Vi 相连。

用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零（可先把F/V 表的档位开关置于20V 档，调到零后再调到2V 档，再调零，这样灵敏度比较高些），然后拔掉实验线。

调零后“调零”电位器位置不要变化。

2．按实验电路图将实验各部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中R1、R2为电桥中的固定电阻，W1为直流电桥调平衡电位器， Rx、R3为应变片，取二片受力方向不同应变片，形成半桥。

实验三位移测量实验（一）一、实验目的：1. 了解电容式传感器结构及其特点；2. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和性能；3. 了解不同材料的被测体对电涡流传感器性能的影响；4. 了解不同尺寸的被测体对电涡流传感器性能的影响。

二、基本原理：1.电容式传感器a.电容式传感器原理：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对非电量的测量。

电容传感器的输出是电容的变化量。

利用电容ε关系式，通过相应的结构和测量电路可以选择在ε、A、d三个参数中，保持二个C=A d参数不变，改变其中一个参数，构成测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。

电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，本实验采用的传感器为圆筒形变面积差动式电容位移传感器（差动式通常优于单组(单边)式），它由二个圆筒和一个圆柱组成，如图3—1所示。

设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。

图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生∆X位移时，电容量的变化量为∆C =C1－C2=ε2π2∆X／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明∆C与∆X位移成正比，通过测量∆C即可获得位移∆X。

图3—1 实验电容传感器结构b.测量电路(电容变换器)：实验模板面板上已画出测量电路，其核心部分是图3—2所示的二极管环路充放电电路，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和CX1、CX2（实验差动电容位移传感器）组成。

当高频激励电压(f>100kHz)输入到ａ点，ａ点由低电平E1跃到高电平E2时，电容CX1和CX2两端电压均由E1充到E2。

充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对CX1充电到O点(地)；另一路由ａ点经C4到c点，再经D5到d点对CX2充电到O点。

此时，D4和D6由于反偏置而截止。

在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为：Q1＝CX2(E2-E1) （3—1）实验二位移测量实验图3—2 二极管环形充放电电路当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容C X1和C X2均放电。

《感测技术》实验指导书信息与电子工程学院2008年1月CSY-998C系列传感器实验台主要技术参数、性能及说明<一>传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。

应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。

传感器：1、应变式传感器箔式应变片阻值：350Ω，应变系数：2。

2、热电偶（热电式）直流电阻：10Ω左右，由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。

3、差动变压器量程：≥5mm，直流电阻：5Ω-10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。

4、电涡流位移传感器量程：3mm，直流电阻：1Ω-2Ω，多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。

5、霍尔式传感器日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。

量程：±1mm。

6、磁电式传感器直流电阻：30Ω-40Ω，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s。

7、压电加速度传感器PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。

谐振频率：＞-10KHz。

8、电容式传感器量程：＋5mm，由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容传感器。

9、压阻式压力传感器量程：15Kpa，供电：≤4V，美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式压力传感器，具有温度自补偿功能。

10、光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围1mm。

红外线发射、接收，2×60股丫形、半圆分布。

11、PN结温度传感器利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器。

灵敏度：-2mV/℃12、热敏电阻由半导体热敏电阻NTC:温度系数为负，25℃时为10KΩ。

13、气敏传感器MQ3：酒精：测量范围：50-2000ppm.CH414、湿敏电阻高分子薄膜电阻型：RH：几兆Ω-几KΩ，响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。

实验六硅光电池特性研究一、实验目的：1.掌握硅光电池的工作原理；2.掌握硅光电池的基本特性；3.掌握硅光电池基本特性的测试方法。

二、实验原理：1.硅光电池的基本原理：光照射引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应。

硅光电池就是基于这种光生伏特效应，直接将光能转变为电动势的光电器件。

2.硅光电池的基本特性：1)开路电压：硅光电池的开路电压是指硅光电池在外电路断开时两端的电压，它不仅与硅光电池的材料有关，而且与入射光强度有关，其规律是：硅光电池的开路电压与入射光强度的对数成正比，即开路电压随入射光强度的增大而增大，但入射光强度越大，开路电压增大得越缓慢。

开路电压与照度之间的关系如图6-1所示。

2)短路电流：硅光电池的短路电流就是无负载时回路中的电流。

对给定的硅光电池，其短路电流与入射光强度成正比。

短路电流与照度之间的关系如图6-1所示。

图6-1 硅光电池开路电压、短路电流与照度的关系图3)伏安特性：硅光电池在光照下产出光伏电压，在光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很小时，电流较小而电压较大；当负载很大时，电流较大而电压较小。

图6-2给出了光照和负载变化时的伏安特性曲线。

从图中可以看出，当负载短接或很小时，负载线垂直或接近垂直，此时与各条特性曲线交点等距离，电流正比于照度，数值也较大。

负载电阻增大时，交点的距离不等即电流不与照度成正比关系，光照特性不是直线，电流也减小。

因此，在要求输出电流与光照呈线性关系的场合，负载电阻在条件许可情况下越小越好，并应限制在光实验三硅光电池特性研究照范围内使用。

图6-2 光照和负载变化时光电池的伏安特性曲线三、实验步骤：1.短路电流实验：1)将光源系统的航空插头接主控台照度输出，照度表标准探头(固定在光源系统上的光电池)接主控台照度传感器输入，光电池探头用专用导线一端联接后，插入照度架上传感器安装孔，导线另一端插入光电池实验模块上“光电池Ti”插口。

2)按照图6-3所示将“光电池实验模块”接线。