传感器技术实验指导书(105056)

实验一差动式传感器综合性实验一、实验目的1、了解差动技术在传感器中的应用2、掌握最佳线性度的求解方法二、实验内容1、观察下列三种差动式传感器的结构：（1）差动变压器传感器；（2）差动霍尔式传感器；（3）差动变面积电容式传感器；对观察结果进行描述并说明差动工作原理。

2、观察差动螺旋管式电感传感器差动性能；3、了解差动式传感器的性能特点；4、任选其中一种传感器进行位移测量实验，指出线性范围。

5、根据线性范围，进行最佳线性度计算，并与最小二乘线性度进行比较。

三、差动螺旋管式电感传感器差动性能演示差动螺旋管式电感传感器是由两个完全相同的单线圈螺管式自感传感器组成(1) 所需部件：利用差动变压器的衔铁和两个次级线圈构成差动螺旋管式电感传感器。

演示使用音频振荡器、测量电路电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头等部件。

(2) 演示步骤<1>按下图接线，将两个次级线圈分别接入示波器的两个通道。

注：此图表明，单线圈的电源电压由初级线圈的电源电压耦合产生观察两个单线圈螺管式自感传感器的输出端口波形。

两波形是否同相？当衔铁处于中间位置时，两波形的幅值是否相等？<2>上、下移动衔铁，观察两端口波形的幅值是否发生变化。

<3>将次级线圈接入电桥的相邻两臂(构成差动式传感器，示波器的一个通道显示其输出值)。

上、下移动衔铁观察传感器输出，输出值是否在“＋”、“0”、“－”之间变化（过零翻转）。

<4>讨论观察结果。

四、实验报告1、写出综合传感器实验仪上应用差动技术的传感器名称及结构特点,并画出结构示意图。

2、说明上述各种传感器的差动工作原理。

3、根据所选传感器的位移测量实验完成下列内容：（1） 原始数据记录。

（2） 最小二乘法线性度求解。

（3） 最佳线性度求解。

（4） 二个线性度值的比较分析。

附件一:差动螺旋管式电感传感器位移测量(1)差动变压器二个次级线圈组成差动状态，音频振荡器LV 端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。

传感器实验指导书 Revised at 2 pm on December 25, 2020.传感器实验指导书实验一电位器传感器的负载特性的测试一、实验目的：1、了解电桥的工作原理及零点的补偿；2、了解电位器传感器的负载特性；3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。

二、实验仪器与元件：1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表；2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）；3、运算放大器LM358；4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。

三、基本原理：❖电位器的转换原理❖电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。

当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。

❖电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。

四、实验步骤：1、在面包板上设计负载电路。

3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。

4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。

五、实验报告1、画出电路图，并说明设计原理。

2、列出数据测试表并画出负载特性曲线。

电源电压5V，测试表格1.曲线图：画图说明，x坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k欧姆（负载两端电压），100欧和100K欧两电阻可以得到两条曲线。

3、说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困难及解决方法。

实验二声音传感器应用实验-声控LED旋律灯一、实验目的：1、了解声音传感器的工作原理及应用；2、掌握声音传感器与三极管的组合电路调试。

二、实验仪器与元件：1、直流稳压电源、数字万用表、电烙铁等；2、电子元件有：声音传感器（带脚咪头）1个；弯座1个；线1个；5MM白发蓝LED 5个；9014三极管 2个1M电阻 1个；10K电阻 1个；电阻 1个；1UF电解电容 1个；47UF电解电容1个；万能电路板一块。

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。

传感器技术实训指导书目录实验一 K型热电偶测温实验 (3)实验二扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 (6)实验三光敏电阻基本特性实验 (6)实验四霍尔传感器位移特性实验 (10)实验五电容传感器动态特性测量 (12)实验六湿敏、气敏传感器的测量 (14)实验七霍尔式转速传感器测速实验 (16)实验八光电转速传感器测速实验 (17)实验九差动变压器的振动测量 (18)实验十应变式传感器特性实验........................ 错误！未定义书签。

实验十一光纤传感器位移特性实验 (20)实验一 K型热电偶测温实验一、实验目的：了解K型热电偶的特性与应用二、实验仪器：智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：热电偶传感器的工作原理热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图1-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。

图1-1（a）图1-1（b）两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。

当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势E T，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图1-1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。

实验表明，当E T较小时，热电势E T与温度差（T-T0）成正比，即E T=S AB（T-T0）（1）S AB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。

热电偶的基本定律：（1）均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。

（2）中间导体定律用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势E AB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。

传感器（检测与转换）实验指导书李欣编著目录实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验 (3)实验二电阻式传感器的半桥性能实验 (6)实验三电阻式传感器的全桥性能实验 (8)实验四变面积式电容传感器特性实验 (10)实验五差动式电容传感器特性实验 (13)实验六差动变压器的特性实验 (14)实验七自感式差动变压器的特性实验 (16)实验八光电式传感器的转速测量实验 (18)实验九接近式霍尔传感器实验 (20)实验十涡流传感器的位移特性实验 (22)实验十一温度传感器及温度控制实验(AD590) (24)实验十二超声波传感器的位移特性实验 (27)附录一计算机数据采集系统的使用说明 (29)附录二检测与转换技术(传感器)实验台使用手册 (31)实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。

2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。

3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。

通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。

2、电阻应变式传感如图1-1所示。

传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。

11─外壳2─电阻应变片3─测杆4─等截面悬臂梁5─面板接线图图1-1 电阻应变式传感器3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压U O＝EKε，E为电桥转换系数。

图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm 左右。

《传感器技术》实验指导书权义萍南京工业大学自动化学院目录实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3)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)实验四压电式传感器振动实验 (11)实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13)实验六电涡流传感器综合实验 (15)实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)实验一金属箔式应变片单臂、半桥性能比较实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，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。

不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。

可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右图1－1 应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。

4 传感测试技术基础实验4.1概述传感器也称为探测器、变换器或变送器，是能够把自然界的各种物理量和化学量转变为电信号再经过电子电路、仪器仪表或计算机进行处理，从而对这些量进行检测和控制。

传感器测试技术也称为非电量电测技术。

在机械量测量中，非电量被测参数主要有：位移、速度、加速度、力、压力、扭矩、转速、应力、应变、声音、振动等等。

传感器种类繁多，千差万别。

一种传感器可以用来测量多种被测量，一种被测量也可以用多种不同的传感器来测量。

通常传感器的分类可以用转换原理来分类，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器等等。

也可以按被测量来分类，如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、扭矩传感器等等。

无论何种传感器，它作为测量与控制系统的首要环节，应能达到快速、正确、可靠并且经济地实现信息采集和转换的基本要求。

即：（1）传感器要有足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力；（2）传感器要与系统匹配性好，灵敏度高——输出量与被测量之间具有确定的线形关系；（3）传感器反应速度快，工作可靠性好；（4）传感器适用性和适应性强——对被测对象影响小，内部噪声小又不易受干扰；（5）传感器精度适当，稳定性好——静态、动态响应要满足要求；（6）使用经济——成本底、寿命长。

（7）工程中要综合考虑上述要求，使用时应尽量满足上述要求。

[1]4.2 CSY系列传感器系统综合实验台4.2.1 CSY系列传感器系统综合实验台简介CSY系列传感器系统综合实验台为完全模块式结构，分主机和实验模块二部分。

主机由实验平台，传感器系统，交、直流信号源，温控电加热源，位移机构、振动机构、仪表显示、电动气压源、数据采集处理和通信系统（RS232接口）等组成。

实验模块有13个，每个包含一种或一类传感器及实验所需的电路和执行机构。

实验时模块可按实验要求灵活组合，仪器性能稳定可靠，方便实用。

目录使用说明实验内容（各型传感器实验仪按需选用）实验一箔式应变片性能——单臂电桥实验二箔式应变片三种桥路性能比较实验三箔式应变片的温度效应实验四应变电路的温度补偿实验五半导体应变片的性能实验六半导体应变片直流半桥测试系统实验七箔式应变片与半导体应变片性能比较实验八移相器试验实验九相敏检波器试验实验十箔式应变片组成的交流全桥实验十一激励频率对交流全桥的影响实验十二交流全桥的应用——振幅检测实验十三交流全桥组成的电子秤//实验十四差动变压器性能实验十五差动变压器零残电压的补偿实验十六差动变压器的标定实验十七差动变压器的振动测量实验十八差动螺管式电感传感器位移测量实验十九差动螺管式电感传感器振幅测量实验二十激励频率对电感传感器的影响实验二十一热电式传感器——热电偶实验二十二热敏式温度传感器测温实验实验二十三P—N 温度传感器实验二十四光纤位移传感器——位移测量实验二十五光纤传感器——转速测量实验二十六光电传感器的应用——光电转速测试实验二十七霍尔式传感器的支流激励特性实验二十八霍尔式传感器的交流激励特性实验二十九霍尔式传感器的应用——振幅测量实验三十霍尔式传感器的应用——电子秤实验三十一电涡流式传感器的静态标定实验三十二被测材料对电涡流传感器的特性的影响实验三十三电涡流式传感器的振幅测量实验三十四电涡流传感器的称重实验实验三十五电涡流传感器电机测速试验实验三十六磁电式传感器实验三十七压电加速度传感器实验三十八电容式传感器特性实验三十九力平衡式传感器实验四十双平行梁的动态特性——正弦稳态相应实验四十一微机检测与转换——数据采集处理使用说明CSY系列传感器系列实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器。

其特点是集被检测、各种传感器、信号与激励、处理电路和显示器于一体，可以组成一个完整的测试系统。

通过实验指导书所提供的数十种实验举例，能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验。

通过这些实验，实验者可以对各种不同的传感器计测量电路原理组成有直观的感性认识，并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容。

传感器技术实训指导书系部：班级：学号：姓名：一、实训目的设计一个楼道光控照明灯系统。

当有光照强度大于等于400Lux 时，照明灯熄灭；当光照强度小于400Lux时，照明灯点亮。

根据应用条件选型一种光敏传感器，分析传感器测量电路的工作原理、分析CC2530硬件电路找到其与测量电路的接口、编写代码。

二、实训工具：电脑、实验箱（物联网无线传感器开发套件）。

三、纪律要求：（1）每天记录考勤，分签到和签退；（2）每天时时监督记录实训进度；四、考核要求：考核总分100分，分考勤、功能实现、实训报告。

三部分所占比例如下：（1）考勤（20%）：共5次，旷课一次20分；迟到视迟到时间按5-20分计；早退视早退时间按5-20分计；请假一次5分；（2）功能实现（40%）：视完成情况按0-100分计；（3）实训报告（50%）：视完成情况按0-100分计；五、实训说明：（1）实训报告中的项目实训总结包括内容：1）实训项目题目、实训项目的实训要求；2）实训内容中问题的答案总结；3）项目源代码；4）本次实训的收获总结，不少于200字。

5）功能实现图片（2）作品效果上交形式：1）实训报告以电子版形式上交。

2）实训报告严格按要求填写。

六、实训任务（一）根据现实使用要求，通过上网、图书馆、阅读期刊等方式，选型一种适用于楼道自动照明灯控制的光敏传感器。

光照度传感器的型号：参数数值参数数值最大电压亮电流最大功耗暗电流环境温度灵敏度响应时间价格（二）B160光照传感器测量电路工作原理分析（1）上图中电容器C2的作用是：保护，在进行电路分析时可以省略。

（2）图J2的10引脚ADC4与下图中ADC4标号一样，含义是：两个引脚连接起来（3）图中ADC4处电位为：高（4）光敏传感器输出的是电信号。

（三）CC2530的内部硬件电路的分析（1）当CC2530的LED1引脚为高电平时，LED灯D3点亮。

（2）光敏传感器采集的光照信号，最终输入到CC2530单片机的引脚上。

传感器技术实验指导书淮阴工学院电子工程系THSRZ-1型传感器系统综合实验装置简介实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理（模块）电路部分和数据采集通讯部分组成。

1. 实验台部分这部分设有1k～10kHz 音频信号发生器、1～30Hz 低频信号发生器、直流稳压电源±15V、+5V、±2-±10V、2-24V可调四种、数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。

2. 三源板部分热源：0~220V交流电源加热，温度可控制在室温~120 o C转动源：2~24V直流电源驱动，转速可调在0~4500 RPM(转/分)振动源：装有振动台1Hz—30Hz（可调）3. 处理（模块）电路部分包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。

4. 数据采集、分析部分为了加深对自动检测系统的认识，本实验台增设了USB数据采集卡及微处理机组成的微机数据采集系统（含微机数据采集系统软件）。

14位A/D转换、采样速度达300kHz，利用该系统软件，可对学生实验现场采集数据，对数据进行动态或静态处理和分析，并在屏幕上生成十字坐标曲线和表格数据，对数据进行求平均值、列表、作曲线图等处理，能对数据进行分析、存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务。

二、实验内容结合本装置的数据采集系统，不用外配示波器，可以完成大部分常用传感器的实验及应用。

实验一、 金属箔应变片的性能研究实验1 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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V 、±4V 电源、万用表（自备）。

三、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=K ε，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。