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《传感器技术》综合实验指导书茂名学院自动化教研室实验一热电偶的校验一、实验目的1．学习使用并掌握精密型电子电位差计。
2．掌握热电偶的校验方法。
3．掌握确定仪表精度的方法。
二、实验项目1．识别热电偶的种类及电极方向。
2．热电偶进行校验三、实验设备与仪器1．温度控制系统1套2．精密电位差计1套3．铂铑－铂热电偶及补偿导线1套4．镍铬－镍硅热电偶及补偿导线1套四、实验原理实验装置连接如图１-1所示。
图１-1 热电偶校验装置连接图利用温度控制系统产生响应温度，通过精密电位差计检测标准热电偶和被校热电偶所产生的电势信号，将对应数据进行记录，对记录数据计算分析，完成热电偶的校验。
五、注意事项1．温度控制系统产生各点温度需一定时间，温度恒定后才可进行实验。
2．标准电池有一定安装位置，不可随意倒置，否则电池会毁坏。
3．完成实验后要断开电源。
避免电池耗尽。
六、实验说明及操作步骤1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。
2．实验步骤（１）熟悉装置，了解装置及压力表结构及各部分作用。
（２）用经验方法识别热电偶：根据热电偶材料的颜色、粗细、硬度等物理特征，识别热电偶的种类及热电偶的正负电极。
（３）按连线图正确接线。
（４）根据需要，通过温度控制系统的控制器设定温度。
（５）精密电位差计调整。
(６) 温度控制系统温度稳定后检测热电偶电势。
根据被校热电偶的检测范围分３～４点。
（７）数据记录及处理记录各校验点对应数据，按要求进行计算。
七、实验报告1.不能打印。
2.用A4统一规格纸张进行。
3.要求有实验题目、实验目的、实验项目、实验设备、实验原理、实验步骤，实验数据记录。
4.计算各误差，完成思考题。
八、思考题1．为何使用补偿导线？2．精密直流电位差计中粗、细和短三个按键的作用是什么？3．检流计有什么作用？实验二压力表的校验一、实验目的1．熟悉弹簧管压力表的结构及工作原理。
2．了解并掌握活塞式压力计的正确使用。
3．掌握确定仪表精度的方法。
目录实验一力敏传感器实验－金属箔式应变片 (1)实验二温度传感器实验 (5)实验三光敏传感器实验 (8)实验四气敏、湿敏传感器实验 (10)实验五湿度测量仪的设计 (13)实验六酒精气体报警器 (14)附录一传感器安装示意图及面板示意图 (15)附录二实验仪面板图 (17)附录三电路原理图 (18)附录四CSY-998B+传感器实验仪简介 (29)1231实验一 力敏传感器实验－金属箔式应变片一、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.验证金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的性能及其相互关系。
二、实验基本原理1.箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时，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。
电桥电路是做常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻4321R R R R 、、、中，电阻的相对变化率分别为44332211////R R R R R R R R ∆∆∆∆、、、，当使用一个应变片时，；R R R ∆=∑当二个应变片组成差动状态工作，则有；RR R ∆=∑2用四个应变片组成差对工作，且RR R R R R R R ∆=∑====44321，，这分别构成单臂、半桥和全桥电路。
由表达式可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
2. 实际使用的应变电桥的性能和原理。
已知单臂、半桥和全桥电路的R ∑分别为R R R R R R /4/2/∆∆∆、、。
根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4×E ×R ∑,电桥灵敏度,//R R V Ku ∆=于是对应单臂、半桥 和全桥的电压灵敏度分别为1/4×E 、1/2×E 和E 。
由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
传感器与检测技术实验指导书贺涛2018年6月目录实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥 (1)实验二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 (7)实验三热电偶原理及分度表的应用 (10)实验四金属箔式应变片——交流全桥 (13)实验五交流全桥的应用——电子秤 (15)实验六差动变压器（互感式）的应用——振幅测量 (17)实验七差动螺管式（自感式）传感器的振幅测量 (21)实验八电涡流传感器应用——电子秤 (24)实验九霍尔式传感器的应用——电子秤 (28)实验十霍尔式传感器的应用——振幅测量 (31)实验十一压电式传感器的动态响应实验 (33)实验十二差动面积式电容传感器的静态及动态特性 (35)实验十三PN结温度传感器测温实验 (37)实验十四热敏电阻实验 (39)实验十五气敏传感器实验 (41)实验十六湿敏电阻（RH）实验 (45)实验十七光电传感器测转速实验 (47)实验十八超声波位移特性实验 (49)实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥一、实验目的了解金属箔式应变片，掌握单臂电桥的工作原理和工作情况。
二、实验器材直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、电压/频率表、主、副电源。
三、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。
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的作用下产生应变而其电阻值也会产生相应的改变，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，截面积A，材料的电阻率为ρ，根据电阻的定义得①R=ρL/A=ρL/πr2 ，当导体因某种原因产生形变时，其长度L，截面积A，电阻率ρ变化为dL、dA、dρ，相应的电阻变化为dR。
目录实验一金属箔式应变计三种桥路性能比较 (2)实验二电容传感器性能实验 (5)实验三霍尔式传感器—直流激励特性 (7)实验四光电开关传感器转速测量 (9)实验五光纤位移传感器静态实验 (11)实验一 金属箔式应变计三种桥路性能比较一、实验目的1、掌握应变传感器的基本工作原理；2、掌握应变传感器的测量电路（电桥电路）；3、学习传感器与计算机进行通信的方法；4、掌握利用虚拟仪器技术进行数据采集；5、掌握对测试数据进行静态特性分析的方法；6、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
二、预习要求1、认真阅读实验指导书，明确本次实验的目的，首先从理论上明白三种桥式电路的工作原理以及在本次实验中作用。
2、按照实验指导书的实验内容及步骤写出详细的实验步骤。
3、绘制与之对应的实验线路图，并说明详细的接线方法。
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：/R R K ε∆=。
式中/R R ∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，/l l ε=∆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的受力状态变化，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/4o U EK ε=，只有一个桥臂电阻是应变片，其余为固定电阻。
半桥测量电路中，将受力性质相反的两应变片接入电桥邻边，其余两个临边接固定电阻，输出电压/2o U EK ε=，其输出灵敏度比单臂桥提高了一倍；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，不同的接入邻边，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o U KE ε=。
其输出灵敏度比半桥提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
四、实验仪器（所需单元及部件）直流稳压电源、差动变换器I 、电桥、电压表、砝码、应变片传感器、电源。
简介一、概述传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考核的需求，是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置，可以与普教中的“物理”，职教、高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与应用”等课程的教学实验配套。
二、设备构成：实验台主要由实验台部分和数据采集通讯部分组成。
1. 实验台部分这部分有1k～10kHz 音频信号发生器、1～30Hz 低频信号发生器、四组直流稳压电源：±15V、+5V、±2~±10V、24V、数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪。
同时还包括两源板部分和传感器实验模块,分别为:热源：0~220V交流电源加热，温度可控制在室温~120 o C，控制精度±1 o C。
转动源：2~24V直流电源驱动，转速可调在0~4500 rpm。
超声波传感器实验模块:+15V直流电源供电,主要用于测量距离。
红外传感器实验模块：±15V直流电源供电，用于检测人体辐射的红外线，从而控制蜂鸣器和LED灯，起防盗作用。
温度传感器实验模块：±15V直流电源供电，用来检测温度。
光栅传感器实验模块：220V交流电源供电，可用作直线位移或角位移的检测，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。
应变片传感器实验模块：±15V直流电源供电，用于检测压力。
2. 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、作曲线图以及对数据进行分析、存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。
传感器技术（ZY13Sens12SB 版）电子信息工程系 实验指导书前言传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官”，它将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。
在当今信息社会的时代，如果没有传感器，现代科学技术将无法发展。
传感器在机电一体化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。
为了适应这一时代发展的需要，全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感器教学纳入教学任务，作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的一门必修课。
ZY13Sens12SB型传感器技术实验台是根据传感器的教学大纲，综合多所院校老师的教学意见开发的传感器系列实验系统。
主要用于各大、中专院校及职业院校开设的《传感器原理及技术》、《自动化检测技术》、《非电量电测技术》、《工业自动化仪表及控制》、《机械量电测》等课程的实验教学。
ZY13Sens12SB型传感器技术实验台采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识及实验原理的理解，并在实验进行的过程中通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。
目录第一章传感器实验台介绍 (1)第二章使用说明 (5)第三章传感器实验台实验指导 (6)实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥 (6)实验二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 (7)实验三差动变压器的性能 (9)实验四霍尔式传感器位移特性及其应用 (11)实验五压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 (12)实验六光纤传感器的位移测量实验 (14)第一章传感器实验台介绍第一节传感器实验仪台体简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。
一、传感器安装台部分装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN 结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小电机、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线插孔、霍尔传感器的四个方形磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动磁芯、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动磁芯）、扩散硅压阻式压力传感器、气敏传感器及湿敏元件。
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。
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软件学院专业名称班级学生姓名学号实验成绩辽宁工业大学2019年7月目录实验一电阻应变式传感器特性实验 (3)实验二电容传感器特性实验 (7)实验三电涡流传感器特性实验 (10)实验四压电式传感器特性实验 (13)实验五热电式传感器特性实验 (15)实验六光电式传感器特性实验（综合性） (20)实验七霍尔传感器特性实验（选做） (25)实验八测速方法比较实验（选做） (29)附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (32)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U03＝KEε。
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）。
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。
1 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: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为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 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（每只约20g）、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),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。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，加热丝阻值约为50Ω左右。
2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW2使数显表显示为零。 2
4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表（1-1）。 表1-1：单臂测量时，输出电压与负载重量的关系：
5、根据表（1-1）计算系统灵敏度S：S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变化量；ΔW重量变化量)，计算非线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%，式中Δm为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值。 五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。
实验二 电容传感器的位移实验 一、实验目的：了解电容式传感器的结构及其特点。 二、基本原理：利用平板电容C=εA/d的关系,在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，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路， 3
将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。 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、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。 四、实验步骤： 1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。 3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。 4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.5mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。 表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系
5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。 五、思考题： 试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？ 实验三 霍尔式位移传感器的应用―电子秤实验
一、实验目的：了解霍尔式传感器用于称重的原理。 二、基本原理：当振动台加载时悬臂梁会产生一相应的位移量，通过霍尔式位移传感器测量位移可将重量转换成电压。 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、振动台（2000型）或振动测量控制仪（9000型）、直流电源、砝码、数显单元。 四、实验步骤： 1、传感器安装参照实验十三图（3-5），线路接法参照实验十六图（5-2）。 4
2、在霍尔实验模板上加上直流电压±4Ｖ和±15Ｖ，电压表量程置 2Ｖ档 。 3、利用实验十六的结果（V-X曲线）当振动台无重物时，调节传感器高度活动杆在位移线性段的起点，调RW2使数显表指示为零，用手按压振动台，传感器活动杆不应有卡住现象，否则需重新调整传感器的安装位置。 4、在振动台面上分别加砝码：20g、40g、60g、80g、100g，读出数显表指示的相应值，依次填入表5-2。 表5-2
5、根据表5-2计算该称重系统的灵敏度S及非线性误差δ。 6、放上未知重物，读出数显表显示的电压值。 7、计算出未知重物大约为 g。 8、注：因传感器活动杆存在一定的摩擦力，同时振动梁又是一个简易弹性体，它的非线性形变较大。所以该实验精度误差较大,只做为原理性演示。 5
五、思考题： 1、该电子称重系统所加重量受到什么限制？ 2、试分析本称重系统的误差。 实验四 电涡流传感器位移实验
一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 二、基本原理：通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验步骤： 1、根据图８－１安装电涡流传感器。
2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。 ３、将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。 ４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。 6
５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显电压表量程置20V档。 ６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。 ７、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，旋转测微头每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表8-1。 表8-1：电涡流传感器位移与输出电压数据 X(mm) V(v) 8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及选择位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和非线性误差（可以用端基法或其它拟合直线）。 五、思考题： 1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±3mm的量程应如何设计传感器处理电路？ 2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程选用传感器。 实验五 光纤传感器测量转速实验
一、实验目的：了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。 二、基本原理：利用光纤位移传感器在被测物的反射光强弱明显变化时所产生的相应信号，经电路处理转换成相应的脉冲信号即可测量转速。 三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模板、直流源±15V、转动源（2000型）或转动测量控制仪（9000型）。 四、实验步骤： 1、将光纤传感器按实验十三图3-5装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台上的反射点对准。
2、按图9-2接线，将光纤传感器实验模板输出V01与数显电压表VI端相接，接上实验模板上±15V电源，数显电压表置2V档，并按以下步骤操作:①用手转动圆盘，使探头避开反射面，合上主控箱电源开关，调节RW使数显表显示接近零（≥０）。②再用手转动圆盘，使光纤探头对准反射点，调节升降支架高低， 7
使数显表指示最大，重复①、②步骤，直至两者的电压差值最大（差值需大于1V）。再将V01与转速／频率表的fin端相接，频率/转速表开关拨到转速档。
3、接入+2V—+24V直流电压至旋转电机，调节转速旋钮，使电机转动，逐渐加大转速电压，使电机转速加快，固定某一转速记下数显表上读数。 注：最高转速请不要超过2400转/分，否则光纤探头的动态响应范围可能会不够。 五、思考题： 1、测量转速时转速盘上反射点的多少与测速精度有否影响？ 2、你可以用实验来验证一下转盘上仅一个反射点的情况吗？
实验六 热电偶测温性能实验 温度的测量：自然界中几乎所有的物理化学过程都与温度紧密相关，因此，温度是工业生产、科学试验以及日常生活中需要普遍进行测量和控制的一个重要物理量。
一、实验目的：了解热电偶测量温度的原理与应用。 二、基本原理：将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接 点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0℃、25℃的模拟温度场。 三、需用器件与单元：K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、数显单 元（2000型）或温度控制测量仪（9000型）。 四、实验步骤： 1、将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，K型、E型及正极、负极不要接错。 2、将E型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，作为被测传感器用于实验，按图11-1接线，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端,接入“a”点。
