请勿带走！！！
传
感
器
系
列
实
验
讲
义
中国科学技术大学物理实验教学中心
2015-09
目录
实验一电阻应变片传感器DIY电子秤 ................................................................... 实验二DIY温度控制系统&测记忆合金的恢复温度 ............................................. 实验三压力传感器..................................................................................................... 实验四气敏传感器..................................................................................................... 实验五热释电传感器.................................................................................................
实验要求
目前传感器实验有5个系列实验（见下表），共30套设备，实验时要求每人操作一套设备。实验课的基本任务是每人至少要完成2个实验，其中标“★”号是要求必做的实验，可以完成多于2个实验。为了确保实验课程的顺利运行，超过16:30或者21:30后，原则上不安排基本任务之外的实验。
实验一电阻应变片传感器DIY电子秤
实验目的
1、了解电阻应变片的组成、结构
2、了解直流电桥的应用
3、DIY电子秤称重的原理
实验仪器
直流电源悬臂梁（已贴应变片）电子秤底座（已焊好接线柱）
托盘1个1000 Ω电阻3个C形砝码6个
待测物1个香蕉插头6个螺丝刀1把
导线2根万用表1台（公用）
实验原理
1、电阻应变式传感器的结构
右图中的1是敏感栅，它用厚度为0.003～0.101mm的金属箔栅状或用金属线制作。
2、电阻应变式传感器的原理
金属箔电阻应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，有的表面受到拉伸，有的表面受到压缩。所以受到拉伸的电阻阻值变大，受到压缩电阻阻值变小。分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓单臂、半桥或全桥），以电压表为平衡检测器。未加砝码时，调节电桥平衡，输出电压为零。随着负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。做M-U图，是线性关系。对应三种情况，分别求出电桥灵敏度（单位质量变化引起电压的变化ΔU/ΔM）。
实验中采用如下图的电桥电路，电源电压为E，桥臂电阻均取1000.0Ω，悬臂梁未受力时应变片阻值R=1000.0Ω。根据伏安关系可求得桥电压U与应变片电阻R之间近似满足以下关系：
42E R E R R
U U U E R
R R
∆∆∆=⋅
=⋅
=⋅
实验内容
1、 自己设法确认各传感器的受力是拉伸还是压缩力，并用图示说明。
2、 利用所提供的元件连接单臂电桥，桥电压由万用表给出，记下零点电压。
3、 依次增加砝码，测量单臂电桥的M~U 定标曲线。有了定标曲线后，就作成了一台简易的电子秤。 提示：电子秤的量程约2公斤，请勿加载过重的物体，以免损坏应变片。
4、 测量待测物体的质量。
5、 分别连接半桥、全桥电路，重复1~3步。
6、 比较三种电路的灵敏度。
7、 实验总结
实验二DIY温度控制系统&测量记忆合金的恢复温度
实验目的
1、了解Cu50测温度的原理
2、DIY一个实用的温度控制系统
3、测量记忆合金的恢复相变温度
实验仪器
智能温控仪温度传感器固态继电器电热炉烧杯
记忆合金弹簧镊子直尺螺丝刀导线
实验原理
本实验首先用温度传感器Cu50或Pt100、智能温控仪、固态继电器、电热炉等元件搭建一套实用的温度控制系统，再利用该系统测量记忆合金的恢复温度。
温度控制系统的原理图如下图所示
1、温控仪
温控仪是调控一体化智能温度控制仪表，它采用了全数字化集成设计，具有温度曲线可编程或定点恒温控制、PID调节、开关量输出、报警、实时数据查询、与计算机通讯等功能。通过温度传感器对待测温度自动进行采样、即时监控，当环境温度高于控制设定值（SV）时控制电路启动，可以设置控
制回差。如温度还在升，当升到设定的超限报警温度点时，启动超限报警功能。
2、PID调节
现代的自动控制技术基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
3、温度传感器Cu50
Cu50是铜热电阻，在一定温度范围内，其阻值会随着温度的变化而线性改变。Cu后的50即表示它在0℃时阻值为50欧姆（类推Pt100）。铜热电阻的线性较好、价格低、电阻率低，因而体积较大，热响应较慢，常用于-50~150℃范围的温度测量，其分度表见表1。
表1、Cu50热电阻分度表
4、固态继电器
固态继电器（SSR）是具有隔离功能的无触点电子开关，用隔离器件实现控制端与负载端的隔离。SSR 的输入端用微小的控制信号，实现驱动大电流负载的目的。在开关过程中无机械接触部件，因此SSR 除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，输入功率小，灵
敏等许多优点。目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、电炉加温控制、电机控制、数控、遥控、工业自动化等领域。
5、记忆合金
记忆合金是一种原子排列很有规则马氏体相变合金。这种合金在外力作用下会产生变形，当把外力去掉，在一定的温度条件下，能恢复原来的形状。由于它具有百万次以上的恢复功能，因此叫做"记忆合金"。此外，记忆合金还具有无磁性、耐磨耐蚀、无毒性的优点，因此应用十分广泛。
实验内容
1、按照温度控制系统示意图连接线路。
警示：为避免触电，严禁移除贴在智能温控仪和固态继电器上的密封胶带！
2、向烧杯内倒入约2 cm深的自来水。
警示：请檫干烧杯底部水滴。为避免烫伤，严禁用手触摸电热炉的金属部分！
3、将温度传感器浸入水中，接通电源。
4、设置智能温控仪的SV=50 ℃，电热炉的档位设置在2档与3档之间，此时，应能看到电热炉开
