《传感器与检测技术》实验指南
传感器与检测技术实验室
实验指导老师：徐华结
适用班级：12电气工程及其自动化
目录
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 (2)
实验二电容传感器的位移特性实验 (5)
实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验 (9)
实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 (12)
实验五光纤传感器位移测量实验 (14)
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验
一、实验目的
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。
二、实验内容
掌握压力传感器的压力计设计。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。
四、实验原理
扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。
+
-
放大单元主台体上电压表
+4V 压阻式压力传感器Vo+
VS+
Vo-
Vs-
图1-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理
五、实验注意事项
1、严禁将信号源输出对地短接。
2、实验过程中不要带电拔插导线。
3、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图1-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
电电电电
电电电电电电
Vin
Vin
Vout GND
电电电电电电±15V 电电
D5
C4
+
+
E2
C5D4
D6
R29
S1
C1
R12
R13
R17R16
C2
R1
IC1
R14
R3
R5R4
R6
D1IC4
R7R20
R19
R9
C3
RW1
-15V GND
+15V VCC GND Vout-
Vout+
R8R10
D2
R21电电电电电
D3
E1
D5R28
IC2
IC3
R2
R18RW2
电电电电电电电电
电电电电电电电
电
电电电电电电电
电电电电电电电电电
R30
R31R21R21
1234567
810K 20K 51K
100K
P1
+5V
图1-2 压阻式压力传感器的特性测试实验接线图
2、打开气源开关，调节流量计的流量并观察压力表，压力上升到4Kpa 左右时，根据计算所选择的第二级电路的反馈电阻值，接好相应的短接帽；再调节调零电位器RW2，使得图1-3中Vx 与计算所得的值相符；再调节增益电位器RW1，使电压表显示为0.4V 左右。（进行此步之前，请先仔细阅读：七、实验报告要求）
3、再仔细地反复调节流量使压力上升到18KPa 左右时，根据计算，电压表将显示1.8V 左右。
4、重复步骤2和3过程，直到认为已足够精度时调节流量计使压力在4~18KPa 之间，每上升1Kpa 气压分别读取电压表读数，将数值列于表3。
表3 P （Kpa ） V o(p-p)
5、画出实验曲线。
6、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
七、实验报告要求
1、要求：当压力为4Kpa 时，使得差分放大单元的电压输出为0.4V ；当压力为18Kpa
时，使得差分放大单元的输出为1.8V 。
32
6
18
7
4
IC1HA-0P07R1210K R13100K
R120K
R1410K
R220K
R410K
R310K
R520K
R1851
R810K
R192K
R9
10k C1103
C2
1031
Vin2
1
Vout
1
Vin1
R17
100K
R620K
R71K
R101K
D23.3V
A
1K 2
D13.3V
R1610K
电电电电
3
2
618
7
4
IC2
HA-0P07
3
2618
7
4
IC3
HA-0P07
3
2618
7
4
IC4
HA-0P07
C3
104
R202.7K
R21
2.7K
+15v
+15V
+15V
+15V
+15V
-15V
-15V
-15V
-15V
-15V
1
3
2
RW110K
RW250K
R3010K R3120K R3251K R33100K
1234567
8
P1
Header 4X2
V1
Vx
图1-3 压力传感器测试电路
2、当压力为4Kpa 时，测得压力传感器的输出电压Vout 与GND 间的电压Va ；当压力为18Kpa 时，测得压力传感器的输出电压V out 与GND 间的电压Vb ；然后根据图1-3列式进行计算，在第二级放大电路的反馈电阻（10K 、20K 、51K 、100K ）中，用跳线帽选择一个合适的反馈电阻。再根据所选择的反馈电阻，确定V1和Vx 的值，便于实验。具体计算公式如下：
当压力为4Kpa 时：
10.2240.2V x Va x
+⋅=-+ 10.4
10V Vx Vx R
--=
当压力为18Kpa 时：
'10.2240.2V x Vb x +⋅=-+ '1 1.8
10V Vx Vx R
--= 其中：V1、V1’分别为4Kpa 和18Kpa 时三运放的输出电压，Vx 为调零电位器RW2端
的电压；x 为RW1所需调到的阻值，R 为第二级放大电路的反馈电阻。
3、计算完后，先根据所选择的第二级放大电路的反馈电阻值，接好短接帽，然后再根据计算的电压值V1和Vx 分别调节调节电位器RW1和RW2。
