现代(传感器)检测技术实验-实验指导书

传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。

二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。

电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。

电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。

压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。

磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。

“传感器与检测技术”实验指导书一、适用专业：测控技术与仪器二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。

传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能,它们广泛应用于生产实践和科学研究中,是获取、处理、传送各种信息的基本元件。

特别是现代大规模工业生产,几乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现自动控制,为保证自动控制系统的正常运行,必须随时随地把生产过程的各种变量提供给控制仪表或计算机。

要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息,就必须具备传感器与检测技术方面的知识。

本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生对各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解，将理论与实践有机地结合起来，学以致用。

主要任务是：1、通过理论学习和实验操作，掌握各类传感器的基本工作原理；2、了解各类传感器的特性和应用方法；3、掌握基本的误差与测量数据处理方法。

三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的基本训练，使学生在有关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方面达到下列要求：（1）能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序；（2）能够掌握常用传感器的性能、调试和使用方法；（3）能够通过实验完整掌握各类传感器的基本工作原理；（4）能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后，进行开放性实验，以提高综合实验能力。

四、实验内容实验一金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较（验证）实验二差动变压器特性及应用（综合）实验三差动螺线管电感式传感器特性（设计）*实验四差动变面积式电容传感器特性（验证）*实验五压电加速度传感器特性及应用（验证）*实验六磁电式传感器特性（验证）实验七霍尔式传感器特性（验证）108109实验八 热敏电阻测温特性（设计） 实验九 光纤位移传感器特性及应用（验证） 实验十 汽车防撞报警系统设计(设计)五、实验教材主要教材：《传感器与检测技术学习指导（实验部分）》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。

传感器与检测技术实验指导教师：陈劲松实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验错误!未指定书签。

实验二金属箔式应变片-全桥性能实验及电子秤实验错误!未指定书签。

实验三电容式传感器的位移特性实验 ..... 错误!未指定书签。

实验四Pt100热电阻测温实验.................. 错误!未指定书签。

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、 基本原理：金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。

金属的电阻表达式为：SlR ρ=（1）当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ∆，横截面积相应减小S ∆，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ∆，故引起电阻值变化R ∆。

对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：ρρ∆+∆-∆=∆S S l l R R （2）式中的l l ∆为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。

若径向应变为rr ∆，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ∆-=∆μ，因为S S ∆=2（rr ∆），则（2）式可以写成： llk l l l l l l R R ∆=∆∆∆++=∆++∆=∆02121）（）（ρρμρρμ（3） 式（3）为“应变效应”的表达式。

0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是）（ρερ∆，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。

对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。

实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。

通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。

用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。

传感器检测技术实训指导前言传感器原理检测技术课程，在高等理工科院校电气与自动化专业、电子信息工程和测控技术与仪器类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课。

实验是教学的重要环节之一，通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容，掌握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习兴趣。

本实验指导书提供了多个实验，可根据各学院相关专业教学实际，进行选做。

该指导书在以往使用的《检测技术实验指导书》基础上，由电气学院赵兰老师、姚志树老师进行了一定的修改和补充。

目录实验一箔式应变片桥路性能比较............ - 2 -实验二电容式传感器的特性................ - 4 -实验三电涡流式传感器的静态标定.......... - 6 -实验四电涡流传感器电机转速测量实验...... - 8 -实验五霍尔式传感器特性实验.............. - 9 -实验六霍耳传感器的应用—电子秤......... - 10 -实验一 箔式应变片桥路性能比较一 、实验目的：1．观察了解箔式应变片结构及粘贴方式。

2．测试应变梁变形的应变输出。

3．比较各桥路间的输出关系。

二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。

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，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

实际使用的应变电桥的性能和原理如下：311234()o R R U E R R R R =-++已知单臂、半桥和全桥电路的∑R 分别为、、。

电桥灵敏度S ＝∆V / ∆X ，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。

三、实验所需部件：CSY 10 型传感器系统实验仪：直流稳压电源、差动放大器、电桥、毫伏表、测微头。

直流稳压电源打到0V 档，毫伏表打到±50mv 档，差动放大器增益旋钮打到最右边。

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。

实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7)实验三电容式传感器的位移特性实验 (9)实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13)实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)实验二直流全桥的应用――电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。

二、基本原理：电子秤实验原理为实验一，全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码四、实验步骤：1、按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，应变式传感器实验模板按全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位R W1，使数显表显示0.00V。

2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R W3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V。

3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器R W4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。

4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。

成为一台原始的电子秤。

5、把砝码依次放在托盘上，填入下表2－1。

6、根据上表，计算误差与非线性误差。

五、思考题1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。

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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

实验三电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构的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）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。

编号:08010042传感器检测技术课程－实训项目实训指导书编写: 校核:审批: 版本:学生实训制度1．实训前必须预习实训指导书，了解实训目的和注意事项。

2．按预约时间进入实训室，不得无故迟到、早退、旷课。

3．进入实训室后应注意安全、卫生、不准喧哗打闹、不准抽烟、不准乱写乱画乱扔纸屑、不准随地吐痰、不准擅自动仪器设备，或实训过程中未按操作规程操作仪器设备，导致损坏仪器设备者要照价赔偿。

4．实训时应严格遵守操作步骤和注意事项。

若遇仪器设备发生故障，应立即向教师报告，及时检查，待排除故障后才能继续实训。

5．实训过程中，同组同学应相互配合，认真纪录；应独立完成实训报告。

6．实训结束后，应将仪器设备、工具擦拭干净，摆放整齐；协助做好实训室清洁卫生。

7．不得将实训室的工具、仪器、材料等物品携带出实训室。

概述使用专业：应用电子专业三年级《传感器检测技术课程》实训分十一次进行，每次实训学时可按推荐学时进行，也可根据具体情况进行适当的调整，但《传感器检测技术课程》实训课的总学时不得少于10学时（备注：该实训课时不应少于该门课程教学计划规定的实践课课时）。

每次实训的内容级推荐学时如下：实训的目的是加强对基本理论的理解，培养和提高实际动手能力，其中包括：1、熟练掌握传感器的工作原理、特性以及其分类；2、掌握传感器的用途和用法，了解常见的几种传感器的工作原理、性能指标与应用方法以及其他传感器的相关知识。

目录实训项目一金属箔式应变片性能—单臂电桥 (5)实训项目二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥的比较 (7)实训项目三金属箔式应变片——交流全桥 (9)实训项目四差动变压器（互感式）的应用——振动测量 (11)实训项目五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 (12)实训项目六霍尔式传感器的特性——交流激励 (13)实训项目七磁电式传感器的性能 (14)实训项目八压电传感器的动态响应实验 (16)实训项目九相敏检波器实验 (17)实训项目十移相器实验 (20)实训项目十一热电偶原理及现象的观测 (22)实训项目一金属箔式应变片性能—单臂电桥1、实训目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。

实验一金属箔式应变片性能研究一、实验目的1、了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。

2、了解金属箔式应变片，半桥的工作原理和工作情况。

3、了解金属箔式应变片，全桥的工作原理和工作情况。

4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。

二、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工程结构件的内部变形转化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形变，然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。

它可用于能转化成形变的的各种物理量的检测。

本实验以金属箔式应变片为研究对象。

箔式应变片的基本结构：金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或者金属箔制成，如图所示：(a)丝式应变片(b) 箔式应变片图1-1金属箔式应变片结构金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，与丝式应变片工作原理相同。

电阻丝在外力的作用下发生机械形变时，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为电阻丝电阻的相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。

为了将电阻应变式传感器的电阻变化转化成电压或者电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为测量电路。

电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。

能较好地满足各种应变测量要求，因此在测量应变中得到了广泛的应用。

电路电桥按其工作方式分有单臂、半桥、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的四倍，性能最好。

因此，为了得到较大的输出电压一般采用半桥或者全桥工作。

三、需用器件与单元：可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源。

现代(传感器)检测技术实验实验指导书目录1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验3、实验二交流全桥振幅测量实验4、实验三霍尔传感器转速测量实验5、实验四光电传感器转速测量实验6、实验五E型热电偶测温实验7、实验六E型热电偶冷端温度补偿实验西安交通大学自动化系2008.11THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介一、概述“THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。

实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。

1.主控台(1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调；(2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能；(3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能；(4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V；(5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级；(6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能；(7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm；(8)计时器：0～9999s，精确到0.1s；(9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。

2.检测源加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C；转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm；振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。

3.各种传感器包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。

实验一 应变电阻性能及其位移测量方法一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片单臂、半桥（双臂）和全桥测量电路的工作特点及性能。

二、基本原理：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。

可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

1、应变片的电阻应变效应：所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。

以圆柱形导体为例：设其长为：L 、半径为r 、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得2rL A L R ⋅==πρρ（1-1） 当导体因某种原因产生应变时，其长度L 、截面积A 和电阻率ρ的变化为dL 、dA 、d ρ相应的电阻变化为dR 。

对式（1-1）全微分得电阻变化率 dR/R 为：ρρd r dr L dL R dR +-=2（1-2）式中：dL/L 为导体的轴向应变量L ε；dr/r 为导体的横向应变量r ε 由材料力学得： r L μεε-= (1-3)式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3～0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。

将式（1-3）代入式（1-2）得：ρρεμd R dR L ++=)21(（1-4） 式（1-4）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。

2、应变灵敏度：它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。

(1)金属导体的应变灵敏度K ：主要取决于其几何效应；可取L RdRεμ)21(+≈（1-5） 其灵敏度系数为：)21(μ+==RdRK 金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。

传感器和检测技术实验指导书(第二版)电气工程学院华亮陈锋张齐沈申生2007年1月目录实验一箔式应变片直流电桥实验----------------------------------3 实验二移相器和相敏检波器实验----------------------------------9 实验三电涡流式传感器的应用-------------------------------------13 实验四差动变压器传感器的性能与标定-------------------------18 实验五温度检测系统的设计----------------------------------------22 附录：CSY10型传感器实验仪的使用说明------------------------------25 实验一箔式应变片直流电桥实验一、实验目的1. 了解电阻式金属箔应变片传感器的物理原理及其结构和粘贴方式。

2 研究利用金属箔应变片构成的（单臂、双臂、四臂）直流电桥的工作原理。

3. 通过应变梁的变形，测试金属箔应变片构成的（单臂、双臂、四臂）直流电桥的输出响应。

比较各种桥路的输出关系，验证各种桥路的工作原理及单臂、双臂、全桥的输出响应灵敏度之间的关系。

4. 综合应用应变片传感器和直流电桥，设计位移或压力检测系统，并进行测量和标定。

二、实验原理应变片是最常用的测力传感元件,它牢固地粘贴在测试应变体（如悬臂梁、应变筒、应变柱等）表面，测量时,元件受力发生形变，应变片的敏感栅随即变形，其电阻值发生相应的微量变化。

将应变片作为直流电桥的桥臂，直流电桥输出接运算放大器电路，将其转换成电压或电流信号输出。

电桥电路是最常用的非电量（电阻、电容）电测电路中的一种，当桥臂四个电阻R 1＝R 2＝R 3＝R 4＝R 或桥路对臂电阻阻值的乘积相等时，电桥平衡，电桥输出为零。

桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4的相对变化i ρ分别为1ρ=△R 1／R 1、2ρ=△R 2／R 2、3ρ=△R 3／R 3、4ρ=△R 4／R 4。

传感器和检测技术实验指导书目录第一章传感器实验仪使用说明 (1)1.1 传感器系统实验箱的组成 (1)1.2 传感器 (2)1.3 V9.0数据采集卡及处理软件 (3)1.4 调节仪简介 (4)1.5 温度源及温度控制原理简介 (16)第二章传感器与检测技术实验 (17)实验一应变片单臂特性实验 (17)实验二应变片半桥特性实验 (22)实验三应变片全桥特性实验 (23)实验四应变片单臂、半桥、全桥特性比较 (24)实验五应变直流全桥的应用—电子秤实验 (25)实验六压阻式压力传感器的压力测量实验 (27)实验七差动变压器的性能实验 (29)实验八激励频率对差动变压器特性的影响 (32)实验九差动变压器零点残余电压补偿实验 (33)实验十差动变压器测位移实验 (34)实验十一差动变压器的应用—振动测量实验 (36)实验十二电涡流传感器位移特性实验 (38)实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响 (41)实验十四被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (42)实验十五电涡流传感器测振动实验 (42)实验十六K热电偶测温特性实验 (43)实验十七Pt100铂电阻(热电阻)测温特性实验 (49)实验十八线性霍尔式传感器位移特性实验 (54)实验十九开关式霍尔传感器测转速实验 (57)实验二十磁电式传感器测转速实验 (58)实验二十一光电传感器测转速实验 (60)实验二十二光纤传感器的位移特性实验 (61)实验二十三气敏传感器实验 (63)实验二十四湿敏传感器实验 (65)第一章传感器实验仪使用说明1.1 传感器系统实验箱的组成CSY-XS传感器实验箱平面图如图1.1所示：主要由机头、主板、信号源、传感器、数据采集卡、PC接口、软件等各部分组成。

图1.1 CSY-XS传感器实验箱平面图1、机头由应变梁(含应变片、PN结、NTC R T热敏电阻、加热器等)；振动源(振动台)；升降调节杆；测微头和传感器的安装架(静态位移安装架)；传感器输入插座；光纤座及温度源等组成。

实验一 应变片的温度效应及温度补偿实验一、实验目的：1．熟悉传感器实验装置的结构和工作原理。

2．了解电阻应变片传感器的粘贴方法。

3．掌握实际的电路连接。

4．熟悉电阻应变片温度效应的原理。

5．掌握常用的温度补偿方法。

二、实验原理：1、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。

由此引起测试系统输出电压发生变化。

2、用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图1-1所示。

在电桥中，R 1为工作片，R 2为补偿片，R 1＝R 2。

当温度变化时两应变片的电阻变化△R 1与△R 2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R 1R 4＝R 2R 3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。

图1-1图1-2三、实验所需部件：＋－1、可调直流稳压电源（±4V档）；2、-15V不可调直流电源；3、电桥；4、差动放大器；5、箔式应变片；6、测微头；7、电压表（F/V表）；8、加热器；9、双平行梁；10、主、副电源。

四、实验步骤：1、了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。

2、将差动放大器的（＋）、（-）输入端与地短接，输出端插口与F／V表的输入插口Vi相连。

（差动放大器调零步骤）3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F／V表显示零。

再把F／V 表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F／V表显示零。

关闭主、副电源，F／V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。

4、按图1-2接线，开启主副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F ／V表显示零，然后将F／V表的切换开关置2V档,调W1电位器，使F／V 表显示零。

5、在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使F／V 表显示零。

6、将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F／V 表的显示在变化，待F／V表显示稳定后，记下显示数值。

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。

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。

实验一应变片单臂特性实验一、实验目的：（1）了解电阻应变片的工作原理；（2）掌握应变效应、电阻传感器的应变系数（灵敏度系数）的基本概念；（3）掌握电阻应变片的和差特性与应用并掌握应变片测量电路；（4）掌握单臂测量电路的接线方法和应用特点。

二、基本原理：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。

可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。

1、测量电路：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。

电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。

能较好地满足各种应变测量要求，因此在应变测量中得到了广泛的应用。

电桥电路按其工作方式有单臂、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。

因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。

基本电路如图1-2（a）、（b）、（c）所示。

（a ）单臂()()()()()()(){}1344/4431/(12)12441344/3441212344/4/1,/(1/4)(4/4)(1/4)(/)(1/4)O O U U U R R R R R R R R ER R R R R R R R R R R R R E R R R R R R R R R R K U R R E R R E K E εε=-=+∆+∆+-+⎡⎤⎣⎦=++∆-++∆++∆+⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦===∆=∆∆=≈∆=∆=设，且。

实验一应变式传感器与检测系统实验一、实验目的1．熟悉金属箔式应变片的应变效应和测量电桥（全桥）的组成、工作原理和性能；利用应变片制作的称重实验台进行物品称重，并掌握称重实验台的定标和测量误差修正方法；2．结合称重实验系统的构建，熟悉典型的自动检测系统的硬件结构和工作原理；掌握检测技术软件（数据采集和处理软件DRVI）的基本功能和使用方法。

二、实验原理本实验所用的DRCZ-A型称重台由应变式力传感器、底座、支架和托盘构成。

其中，力传感器由测力环和4个应变片构成的全桥电路组成。

当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，通过电桥放大后产生电压输出。

图1称重实验台结构示意图电阻应变片是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度补偿性能。

测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图1-2所示），利用的是欧姆定律，输出量是电压差。

图2 电阻应变片惠斯通电桥测量电路为提高测量精度，称重实验台使用前可用标准砝码对其进行标定，得到物料重量与输出电压的关系曲线，实际使用时将测量电压按该曲线反求出实际重量就。

关系曲线用y=k x+b拟合，方法有：①理论拟合；②端点连线平移拟合；③端点连线拟合；④过零旋转拟合；⑤最小二乘拟合等。

本实验用两个砝码进行标定，通过计算直线的方法（端点连线拟合）进行标定。

测量误差修正除前述的标定外，还可通过数据处理的方法来实现，如：平均值处理等。

三、实验仪器设备和器材1．计算机１台2．检测软件DRVI 1套3．称重实验台（DRCZ-A）1个4．砝码1套5．USB数据采集器1台四、实验要求1.预习要求：阅读、理解实验指导书的实验原理，并思考回答以下问题：a) 为什么称重实验台能用应变片来称重？采用全桥电路有什么优点？b) 为什么称重实验台使用前要用标准砝码进行标定？c) 如何分析称重实验台称重时所产生的误差？2. 实验内容：用DRDAQ-USB型数据采集仪和DRCZ-A型称重台称一色块的重量，并计算静态误差与该系统测量的非线性误差。