测试技术实验报告应变式传感器的系统标定与测量

一、交流全桥的应用——电子秤实验一、实验目的：本实验说明交流激励的金属箔式应变电桥的实际应用。

二、实验内容：本实验说明交流电的四臂应变电桥的原理和实际应用情况，在相敏检波器中整形电路的作用下将输入的正弦波正转换成方波。

交流电桥比直流电桥有更高的灵敏度。

当阻容网络rc 不变时，相移将随输入信号的频率而变化，增大相角可以进一步提高灵敏度。

三、实验要求：1．电桥接入5khz交流。

2．组桥应注意接成差动式，即相邻电阻的受力方向相反。

四、实验装置：1．传感器系统实验仪 csy型 10台2．通用示波器 cos5020b 10台3．七喜电脑 8台4．消耗材料霍尔片(专用) 1个插接线(专用) 10个基层电池(9v) 10个五、实验步骤：1．按图3接线，组成全桥，音频和差放幅度旋钮适当，以毫伏表在50mv档时用手提压梁时毫伏表指针满档为宜。

图3 接线图2．在悬臂梁顶端磁钢上放好称重平台，在梁处于水平状态时调整电桥的调平衡电位器wd 和wa，使系统输出为零。

3．在称重平台上逐步加上砝码进行标定，并将结果填入表3。

表3 实验数据4．取走砝码，在平台上加一未知重量的重物，记下电压表读数。

六、实验数据及处理：在称重平台上每加—个砝码w，记下—个输出v值，对电子称进行标定。

用方格纸画出w――v曲线，根据标定曲线计算出未知-重量重物的重量。

回归方程为v=0.044w-0.06,当v=1.16时，w=27.73g.二、霍尔传感器的直流激励特性实验一、实验目的：了解霍尔传感器的直流激励特性。

二、实验内容：给霍尔传感器通以直流电源，经差动放大器放大，当测微头随振动台上、下移动时，就有霍尔电势输出，从而可以测出霍尔传感器在直流激励下的输出特性。

三、实验原理：由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件（霍尔片）通过底座连接在振动台上。

当霍尔片通以恒定电流时，将输出霍尔电势。

改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，霍尔电势v值大小与其在磁场中的位移量x有关。

传感器与检测技术实验报告前言：位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

一、电容式传感器1、传感器照片（luoshida-m30）2、应用场景管件材质：ABS塑料安装方式：齐平/非齐平检测距离：2-20mm/2-30mm可调节工作电压：10-40VDC输出方式：NPN/PNP NO/NC/NO+NC连接方式：2M PVC线缆3、测量原理这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。

这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。

当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由於它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。

这种接近开关检测的物件，不限於导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

4、比较优点：温度稳定性好，结构简单，适应性强，动态响应好，可以实现非接触测量，具有平均效应：缺点：输出阻抗高，负载能力差，寄生电容影响大，输出特性非线性二、霍尔式位移传感器1、传感器照片（MIRAN-WOA-C-R角度位移）2、应用场景供电电压24V DC，输出信号有4-20MA、0-5V、0-10V等3、测量原理如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。

此技术使用起来非常简单，而且非常有效;唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。

应变式压力传感器的制作实验报告一、实验目的1.了解应变式压力传感器的工作原理和制作方法。

2.掌握应变片的安装方法和测量应变的方法。

3.掌握被测试物体受力的检测和测量。

二、实验原理应变式压力传感器是一种传感器，它通过安装在受力物体上的应变片，测量受力物体所受的应变量，从而间接测量受力物体所受的压力。

实验中所用的应变式压力传感器是选用电阻栅应变片作为传感器的感应元件，经钎焊固定在一块弹簧片上，制成压力传感器。

1.应变片应变片，英文名为Strain Gauge，简称SG或应变表，在微小应变测量中有广泛应用。

应变片的主要成分是电阻材料，通常采用薄膜电阻或金属电阻。

在安装过程中应变片必须保持一定的粘度，一般应定期校准。

2.应变式压力传感器应变式压力传感器的结构和工作原理与一般的应变测试传感器相同，其主要是以应变片作为感应元件，通过电桥电路等测量电路测量出测试物体所受的应变，从而真正实现了从应变量到力量的转换。

传感器的灵敏度取决于其结构、材料选择和制作工艺。

三、实验原材料1.应变片2.弹簧片3.线性放大器4.面包板5.稳压电源6.数字万用表7.器材和工具，如万用表，电源，焊锡，钎焊用品等。

四、实验步骤1.制作弹簧子，将一段薄弹簧片加工成适合需要的尺寸，打孔、冲孔；2.制作应变片。

将选出来的材料（如常见的电阻栅电晕)按适当尺寸、安装用面积大小，将用铜箔片等物品将其贴于在弹簧子的表面并用电锡焊连，注意应变片的焊接时需要注意电路接口的电气性能；3.搭建电路。

在面包板上进行电路的组装，在其中加入一个电源（5V）和一个线性放大器，连接成相应的电路；5.测试。

通过万用表测量电桥电路中的电压变化来响应应变片的实时变化，实现相应测量。

6.拆卸。

拆卸电路，将应变片从弹簧子上取下，并回顾操作流程。

五、实验结果在完成实验后我们利用万用表来进行测试，当测试物体受力时，弹簧片中的应变片也会受到不同的力度，会产生相应的电压变化，电压信号需要通过缓冲放大电路，最后才能输出我们所需要的应变量。

应变式传感器实验报告引言应变式传感器是一种广泛应用于工程实践和科学研究中的传感器。

它能够测量材料受到的应变变化，并将其转换为电信号输出。

本实验报告旨在通过实验验证应变式传感器的特性及其在实际应用中的可靠性。

实验目的•掌握应变式传感器的基本原理和工作方式；•理解应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指标；•通过实验验证应变式传感器的性能，并分析实验结果；•探索应变式传感器在不同应变水平下的反应特性。

实验器材和仪器•应变式传感器•桥式电路•电源•数字示波器•电阻箱•电缆和连接线实验步骤1.将应变式传感器固定在实验台上，保证其与测量物体的贴合度。

2.根据实验要求连接相应的电路，使用电缆和连接线将传感器与电源、数字示波器等设备连接好。

3.打开电源，调节电阻箱的电阻值，改变应变式传感器的工作状态。

4.使用数字示波器记录传感器输出的电信号，并进行数据采集。

5.分析所采集的数据，计算应变式传感器的线性度、分辨率和灵敏度等性能指标。

6.将实验结果进行整理和总结。

实验结果与分析1.实验数据记录：应变水平传感器输出电信号0 0V100微应变0.5V200微应变0.8V300微应变 1.2V400微应变 1.5V500微应变 2.0V2.根据实验数据绘制应变水平与传感器输出电信号之间的关系曲线。

通过曲线观察可得到传感器的线性度。

3.计算应变式传感器的分辨率，即传感器输出电信号的最小变化量。

4.计算应变式传感器的灵敏度，即传感器单位应变水平对应的电信号变化量。

5.根据实验结果分析应变式传感器的性能特点和适用范围。

结论通过本实验，我们深入了解了应变式传感器的工作原理，掌握了其性能指标的计算方法，并验证了其在实际应用中的可靠性。

应变式传感器具有良好的线性度、较高的分辨率和灵敏度，可以广泛应用于材料力学、结构工程和自动化控制等领域。

参考文献[1] G. R. Liu, and S. X. Han. “Strain Sensing Using Fiber Bragg Grating Sensors.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 9(12), pp. 973-986, 2016.[2] T. D. Chung. “Electromechanical Impedance Sensors for Strain and Damage Detection.” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 11(7), pp. 495-509, 2018.。

“传感器与检测技术”实验报告学号：************姓名：***序号：83实验一电阻应变式传感器实验（一）应变片单臂电桥性能实验一、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测量电路。

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。

它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。

三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流1位数显万用表（自备）。

稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 42四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。

实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。

加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。

多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。

图1—4 传感器托盘安装示意图2、测量应变片的阻值：当传感器的托盘上无重物时，分别测量应变片R1、R2、R3、R4 的阻值。

电阻应变式传感器实验报告
实验目的：
1. 了解电阻应变式传感器的工作原理
2. 掌握使用电阻应变式传感器进行力的测量的方法
3. 学习利用电阻应变式传感器测量应变和转换为电信号的过程
实验器材：
1. 电阻应变式传感器
2. 力传感器
3. 电源
4. 模数转换器
5. 电压计
实验步骤：
1. 搭建实验电路，将电源与电阻应变式传感器、模数转换器和电压计连接起来。

2. 将电阻应变式传感器安装在测量目标上，如测量弹簧的伸缩变化。

3. 通过调整电源的电压，使电阻应变式传感器的输出电压适合模数转换器的输入范围。

4. 通过读取电压计上的电压数值，记录下电阻应变式传感器输出的电压。

5. 通过改变测量目标的力大小，观察电阻应变式传感器输出电压的变化。

实验结果：
1. 根据实验数据计算出电阻应变式传感器的灵敏度。

2. 绘制出电阻应变式传感器输出电压与力大小的关系曲线。

3. 根据曲线上的数据点，计算出力与电阻应变式传感器输出电压之间的线性关系。

实验分析：
1. 分析电阻应变式传感器的工作原理，解释实验结果。

2. 探讨电阻应变式传感器的优缺点，以及其在实际应用中的使用场景。

结论：
通过实验，我们成功地使用电阻应变式传感器进行了力的测量，并了解了电阻应变式传感器的工作原理和应用。

我们还计算了电阻应变式传感器的灵敏度，并绘制了力和电压之间的关系曲线。

实验结果表明，电阻应变式传感器在测量力方面具有较高的精度和稳定性，适用于各种应用领域。

实验一传感器实验班号：机械91班学号：姓名：戴振亚同组同学：裴文斐、林奕峰、冯荣宇1、电阻应变片传感器一、实验目的(1) 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。

(2) 了解半桥的工作原理，比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点(3) 了解全桥测量电路的原理及优点。

(4) 了解应变直流全桥的应用及电路的标定二、实验数据三、实验结果与分析1、性能曲线A、单臂电桥性能实验由实验数据记录可以计算出的系统的灵敏度S=ΔU/ΔW=0.21(mV/g)，所以运用直线拟合可以得到特性曲线如下图所示。

B、半桥性能实验由实验记录的数据我们可以得到半桥系统的灵敏度为S=ΔU/ΔW=0.41(mV/g)，所以我们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示。

C、全桥性能实验由实验记录的数据我们可以得到全桥系统的灵敏度为S=ΔU/ΔW=0.78(mV/g)，所以我们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示。

检测实验报告戴振亚D、电子称实验由实验记录的数据我们可以得到全桥系统的灵敏度为S=ΔU/ΔW=-1(mV/g)，所以我们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示。

2、分析a、从理论上分析产生非线性误差的原因由实验原理我们可以知道，运用应变片来测量，主要是通过外界条件的变化来引起应变片上的应变，从而可以引起电阻的变化，而电阻的变化则可以通过电压来测得。

而实际中，电阻的变化与应变片的应变的变化不是成正比的，而是存在着“压阻效应”，从而在实验的测量中必然会引起非线性误差。

b、分析为什么半桥的输出灵敏度比单臂时高了一倍，而且非线性误差也得到改善。

首先我们由原理分析可以知道，单臂电桥的灵敏度为e0=(ΔR/4R0)*e x，而半桥的灵敏度为e0=(ΔR/2R0)*e x，所以可以知道半桥的灵敏度是单臂时的两倍，而由实验数据中我们也可以看出，而由于半桥选用的是同侧的电阻，为相邻两桥臂，所以可以知道e0=(ΔR1/R0-ΔR2/R0)*e x/4，而ΔR1、ΔR2的符号是相反的，同时由于是同时作用，减号也可以将温度等其他因素引起的电阻变化的误差减去而使得非线性误差得到改善。

传感器实验报告实验⼀、⼆、三应变⽚单臂、半桥、全桥特性实验⼀、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。

根据表中数据画出实验曲线后，计算灵敏度S＝ΔV/ΔW（ΔV输出电压变化量，ΔW重量变化量）和⾮线性误差δ(⽤最⼩⼆乘法)，δ=Δm/yFS ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最⼤偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g。

四、思考题1、ΔR转换成ΔV输出⽤什么⽅法?通过电阻的分压，将电阻两端的电压测量出来经过差动放⼤器。

从⽽将ΔR转换成ΔV。

2、根据图4机头中应变梁结构，在振动台放置砝码后分析上、下梁⽚中应变⽚的应变⽅向(是拉?还是压?+压变⼤)。

所连接的应变⽚电阻中，带有符号↑是拉伸，电阻会变⼤；带有符号↓的是压缩，电阻会减⼩。

3、半桥测量时两⽚不同受⼒状态的电阻应变⽚接⼊电桥时，应接在：（1）对边?（2）邻边?为什么?应该接在邻边，这样能保证测量的灵敏度，同时能使⼀些去除⼲扰因素的影响。

4、应变⽚组桥时应注意什么问题?要注意应变⽚的受⼒状态和接⼊电路时的位置。

实验五应变直流全桥的应⽤—电⼦秤实验⼀、实验原理常⽤的称重传感器就是应⽤了箔式应变⽚及其全桥测量电路。

数字电⼦秤实验原理如图5—1。

本实验只做放⼤器输出Vo实验，通过对电路的标定使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为⼀台原始电⼦秤。

图5—1 数字电⼦称原理框图⼆、实验结果表5电⼦称实验数据⼆、实验分析实验⼋移相器、相敏检波器实验⼀、实验原理1、移相器⼯作原理：图8—1为移相器电路原理图与实验箱主板上的⾯板图。

《传感器与检测技术》实验报告姓名：学号：院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器实验室：机械楼5楼同组人员：评定成绩：审阅教师：传感器第一次实验实验一 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及单臂电桥工作原理和性能。

二、基本原理电阻丝在外力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。

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，通过它反映被测部位受力状态的变化。

电桥的作用是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。

单臂电桥输出电压 1/4o U EK ε=，其中K 为应变灵敏系数，/L L ε=∆为电阻丝长度相对变化。

三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。

四、实验步骤1. 根据接线示意图安装接线。

2. 放大器输出调零。

3. 电桥调零。

4.应变片单臂电桥实验。

测得数据如下，并且使用Matlab 的cftool 工具箱画出实验点的线性拟合曲线：由matlab 拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。

系统灵敏度S =ΔUΔW =0.0535V /Kg (即直线斜率)，非线性误差= Δm yFS =0.0810.7×100%=0.75%五、思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。

答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值1234R R R R ∆=∆=∆=∆时，其桥路输出电压3o U EK ε=。

传感器与检测技术实验报告目录1.电感式传感器 (2)1.1简介 (2)1.1.1自感式传感器 (2)1.1.2差动变压式传感器 (2)1.1.3电涡流传感器 (3)1.2电感式传感器原理 (3)1.3测量原理 (3)1.4应用场景 (4)2. 电容式传感器 (4)2.1简介 (5)2.1.1分类 (5)2.2电容式传感器原理 (6)2.3测量原理 (7)2.4应用场景 (8)3优缺点比较 (8)1.电感式传感器1.1简介电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的种装置。

其结构简单，无活动电触点，工作寿命长。

而且灵敏度和分辨力高，输出信号强。

线性度和重复性都比较好，能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制。

可以测量位移、振动、压力流量、比重等参数。

电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。

这类传感器的主要特征是具有电感绕组。

1.1.1自感式传感器自感式传感器是利用自感量随气隙变化而改变的原理制成的，用来测量位移。

自感式传感器主要有闭磁路变隙式和开磁路螺线管式，它们又都可以分为单线圈式与差动式两种结构形式。

1.1.2 差动变压式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。

因这种传感器是根据变压器的基木原理制成的，并且其二次绕组都用差动形式连接，所以又叫差动变压器式传感器，简称差动变压器。

1.1.3 电涡流传感器根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。

按照电涡流在导体内的贯穿情况，此传感器可分为高频反射式和低频透射式两类，但从基本工作原理上来说仍是相似的。

电涡流式传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，另外还具有体积小、灵敏度高、频率响应宽等特点，应用极其广泛。

1.2电感式传感器原理利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。