传感器与检测实验指导书2013

传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业专业名称班级学生姓名学号实验成绩辽宁工业大学2013年9月目录实验一电阻应变式传感器特性实验 (1)实验二电容传感器特性实验 (5)实验三电涡流式传感器特性实验 (8)实验四压电式传感器特性实验 (12)实验五光电式传感器特性实验 (15)实验六热电式传感器特性实验 (20)附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26)附录二CSY-V8.1软件操作说明书 (27)实验一电阻应变式传感器特性实验一、实验目的1．熟悉电阻应变式传感器的结构。

2．了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。

3．比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。

二、基本原理1．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。

2．对半桥测量电路而言，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。

3．全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U O3＝EKε。

其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

三、实验仪器及材料1．应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码；2．主控箱（数显表、±15V电源、±4V电源、电源地）。

四、实验步骤1．打开实验台左下面的柜门，取出装有如图应变式传感器（电子秤）模板。

传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。

加热丝也接于模板上，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，应变式传感器安装示意图。

2．打开实验台右下面的抽屉，取出托盘和短圆柱形砝码图1—1应变传感器安装图3．关闭主控箱电源，按下面提示为实验模板连线（图中电桥4臂电阻还没就位）。

（1）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）。

关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变）。

（2）将应变式传感器的4个电阻应变片（即模板左上方的R1 R2 R3 R4）接入电桥，接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如实验模版图所示。

检查接线无误后，打开主控台电源。

调节R W1，使数显表显示为零。

4．电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。

记下实验结果填入表1－1。

5、半桥测量（1）将应变式传感器的其中2个电阻应变片R1R2（即模板左上方的R1 R2）接入电桥作为2个桥臂与R6、R7接成直流电桥（R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）参照实验模版图。

检查接线无误后，合上主控台电源开关。

调节R W1，使数显表显示为零。

（2）电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。

记下实验结果填入表1－1中（半桥）。

6．单臂测量（1）将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）参照实验模版图。

检查接线无误后，合上主控台电源开关。

调节R W1，使数显表显示为零。

（2）电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。

记下实验结果填入表1－1中（单臂）。

（3）关闭电源。

五、实验数据处理与分析1、按表1－1所记录的实验数据，在同一坐标系下绘制三种电路下的输入输出曲线。

表1－1全桥、半桥、单臂电桥输出电压与加负载重量值1．分析、总结实验过程，记录实验数据。

2．根据表1－1计算系统灵敏度K＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/y F..S ×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：y F·S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。

3．根据表1－2、根据表1－3重复计算系统灵敏度S、非线性误差δf1。

4．回答思考题。

六、思考题1．全桥测量中，档两组对边（R1、R3为对边）电阻值相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥。

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，如何利用这两片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

3．从单臂、半桥到全桥，U-X关系曲线的非线性度是否下降了？为什么？4．全桥接法对应变片有没有温度补偿作用？为什么？实验二电容传感器特性实验一、实验目的1.了解电容式传感器结构及其特点；2.掌握差动电容传感器的工作原理。

二、实验内容及原理利用平板电容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、实验仪器及材料1. 电容传感器、测微头；2. 电容传感器实验模板、相敏检波、滤波模板；3. 数显单元、直流稳压源；4. 铜导线若干。

四、实验步骤1．关闭主控箱电源，准备接线；2．按安装示意图2-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上，将电容传感器通过专用连接电缆与电容传感器实验模板插孔相连，利用普通导线连接数显单元和±15V直流稳压源；3．接通主控箱电源；图2—1安装示意图4．接法正确则测微头左右移动时，数显表有正、负输出。

不然得调换接头；5．电位器R W调到最大；6．调整测微头，使刻度指示在4 mm左右；7．调整测微头整体位置，使数显表在2V量程上接近0 mV，（在±200 mV之间，）实现粗调，用定位螺丝轻轻固定住测微头，防止整体转动；8．旋动测微头，使数显表在2V量程上接近0 mV，（在±5 mV之间，）实现细调；9．旋动测微头，使刻度指示减少1 mm，确定当前位置-1 mm，记录输出电压值；10．旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表2－1中。

五、实验数据处理与分析1.分析、总结实验过程，利用实验数据绘制输出电压与位移的关系曲线。

表2－1电容传感器位移与输出电压值位移（mm）-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1电压（mV）2. 根据表2－1数据计算电容传感器的系统灵敏度K和非线性误差δf。

六、思考题1．电容传感器实验模板上的L1、L2的作用是什么？2．是否可以选用其它测量电路？3．电容器传感器的3种测量方法，输出和输入是非线性关系的是哪种？通常用怎样的测量电路来解决？成绩给定：教师签字：实验三电涡流式传感器特性实验一、实验目的1. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

2. 了解电涡流传感器的结构及应用。

二、实验内容及原理高频反射式电涡流传感器和金属测片（三种—铁片、铝片和铜片）安装于振动台上，如图3-1所式，将电涡流传感器的线圈通以高频电流，则激励线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

图3—1电涡流传感器安装示意图三、实验仪器⒈实验平台、直流电源、数显单元；⒉电涡流传感器、振动台、测微头、（铁、铜、铝圆片）；⒊电涡流传感器实验模板；4．铜导线若干；四、实验步骤1．关闭主控箱电源，观察传感器结构；2．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件，用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中；3．将实验模板输出端Vo与与通信接口（A）相连（或将V0与数显单元输入端V i相接，数显表量程切换开关选择电压20V档）；4．开启主控箱电源开关；5．双击计算机桌面CSY-V8.1.EXE图标，进入实验系统，进行实验设置，选择静态实验；6．使测微头与传感器线圈端部接触，点击开始按扭，出现静态测量值，改变测微头位置，每0.2mm点击下一步，测量8mm的数据。

注：也可直接由数显单元读取电压值，记录数据，分析1mm、3mm、5mm线性区域的灵敏度和线性度。

图3—2 电涡流传感器位移实验接线图五、实验数据处理与分析1、分析、总结实验过程，利用表3-1中实验数据，绘制输入输出曲线。

表3—12. 采用端基法，分析3mm线性区域的灵敏度和线性度。

六、思考题1、请举电涡流传感器应用的例子；2、总结电涡流传感器的特点；改变被测金属片对测量结果的影响。

3、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？成绩给定：教师签字：实验四压电式传感器特性实验一、实验目的1．了解压电式传感器的原理、压电加速度传感器的构成及应用。

2．. 熟悉和掌握压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、实验原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。

（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

压电式传感器测量振动系统由低频振荡源、压电传感器、电荷放大器、同相放大器和低通滤波器组成。

三、实验仪器⒈实验平台；⒉压电传感器，振动台；⒊压电式传感器实验模板；⒋检波、移相、低通滤波器模板；⒌铜导线若干；四、实验步骤1．关闭主控箱电源，准备接线；2．压电传感器已装在振动台面上；3．将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔；4．将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图4－1，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。