自动化专业《传感器与检测技术》
课程实验指导书
撰写人：闫奇瑾审定人：辅小荣
目录
第一部分绪论 (1)
第二部分基本实验指导 (2)
实验一箔式应变片桥路性能比较 (2)
实验二电涡流式传感器的静态标定 (6)
实验三差动变面积式电容式传感器的静态特性 (9)
实验四霍尔式传感器静态特性实验 (11)
第一部分绪论
本指导书是根据《传感器与检测技术》课程实验教学大纲编写的，适用于自动化专业。
一、本课程实验的作用与任务
传感器与检测技术实验是《传感器与检测技术》课程教学的重要环节，是自动化专业的专业基础实验课。通过实验，使学生加深理解传感技术的一般理论原理，了解各种传感器性能，掌握选用原则和设计方法，学会对各种参数的测量及分析技术。
二、本课程实验的基础知识
本课程主要介绍传感器与检测技术基础理论，传感器的基本原理和结构，非电量的检测技术及系统，抗干扰技术和微机在检测中的应用等。实验要求的基础知识主要有传感器的静态和动态特性，电阻式传感器，电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器的基本工作原理、结构、测量电路以及应用方法等。
三、本课程实验教学项目及其教学要求
-1-
第二部分基本实验指导
实验一箔式应变片桥路性能比较
一、实验目的
1．观察了解箔式应变片结构及粘贴方式。
2．测试应变梁变形的应变输出。
3．比较各桥路间的输出关系。
二、实验原理
应变片是最常用的测力传感元件。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，其电阻值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。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，单臂，半桥双臂，全桥电路的灵敏度依次增大。实际使用的应变电桥的性能和原理如下：
图1-1应变电桥半桥双臂和全桥电路原理
已知单臂、半桥双臂和全桥电路的∑R分别为、、。电桥灵敏度S ＝∆V / ∆X，于是对应于单臂、半桥双臂和全桥的电压灵敏度分别为1/4 U、1/2U 和U。
三、主要仪器及耗材
CSY10型传感器系统实验仪：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、毫伏表、测微头、实验接插线。
直流稳压电源打到0V档，毫伏表打到±50mv档，差动放大器增益旋钮打到最右边。
四、实验内容与步骤
1．调零。差动放大器增益旋钮置100倍（顺时针方向旋到底），“、－”输入端用实验线对地短路，输出端接数字电压表。开启仪器电源，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后在整个测试过程中，调零电位器位置不变。
2．按图1-2将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片作为工作片）。直流激励电源为±4V。
+
-
R1
R
R2
R3
W D
r
+4V
-4V
V
图1-2半桥双臂桥路
图1-3全桥桥路
3．测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。
调整电桥W D电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下输出电压为零，开始向上或向下移动做正、反行程测试。测微头每移动0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值，直至进入非线性区，做相反行程测试，将数据
填入下列测试数据列表中。
根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝∆V / ∆X 单位：v/mm。
5．在完成上面测试的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，图1-2中电桥固定电阻R1、R2、R3分别换成箔式应变片，按图1-3全桥桥路接成全桥测试系统。
6．重复上面的3－4步骤，测出半桥双臂和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。S＝∆V / ∆X 单位：v/mm。
7. 实验完毕，关闭主副电源，所有旋钮转到初始位置，将测微头从悬臂梁上拿开。
五、数据处理与分析
1. 根据测出的半桥双臂和全桥输出电压列表，在坐标纸上同一坐标系下做出V－X关系曲线。
表1-1 半桥双臂正行程
位移
mm
电压
V
表1-2 半桥双臂反行程
位移
mm
电压
V
表1-3 全桥正行程
位移
mm
电压
V
表1-4 全桥反行程
位移
mm
电压
V
2．根据所得结果，分别计算两种桥路的灵敏度S＝ΔV／ΔX（注意单位V/mm）。计算方法可采用课程中学过的数据拟合方法。并计算相应的线性度、迟滞等其它静态特性指标。
3. 比较两种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
六、实验注意事项
1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2．接插线插入插孔时轻轻地做一个小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。
3．稳压电源不要对地短路。
4．在半桥、全桥电路中应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。
5．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。
6. 在更换应变片时应将电源关闭。
7. 在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
8. 电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，使组桥容易。
七、思考题
1. 本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？
2. 分析实验中遇到的困难和问题以及解决方法，对本实验进行小结。
