自动化传感器实验指导书090320

《传感器与检测技术》

实 验 指 导 书

广东技术师范学院自动化学院

目 录

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 ........................ - 3 - 实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验 ............................ - 5 - 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 ............................ - 7 - 实验四 直流全桥的应用——电子秤实验 .............................. - 9 - 实验五 差动变压器的性能测定..................................... - 10 - 实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿 ......................... - 12 - 实验七 激励频率对差动变压器特性的影响 ........................... - 14 - 实验八 压电式传感器测振动实验 ................................... - 16 - 实验九 电容式传感器的位移特性实验 ............................... - 17 - 实验十 热敏电阻的特性研究....................................... - 19 - 实验十一 霍尔转速传感器测速实验 .................................. - 21 - 实验十二 光电转速传感器测速实验 ................................. - 22 - 附录1 实验箱温度控制简要原理 ................................. - 24 - 附录2 温度控制器使用说明 ..................................... - 24 -

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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

金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为：

R??l （1） S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值变化?R。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有：

?R?l?S?? （2） ???RlS?式中的?l为电阻丝的轴向应变，用?表示，常用单位??（1??=1×10?6mmlmm）。

若径向应变为?r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?表示为

r?r???，因为?S=2（?r），则（2）式可以写成： （?l）rSrl?R?l??????l?l （3）

?（1?2?）??（1?2??）?k0Rl??llll式（3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2?），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是??，

（??）是材料的电阻率?随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0?1?2?，对半导体，k0值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。

用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值?，而根据应力应变关系：

??E? （4）

式中 σ——测试的应力；

E——材料弹性模量。

可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片

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可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。

三、 需用器件与单元

传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。 四、实验内容与步骤

1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。

R4R3R1R2图1-1 应变式传感器安装示意图

2．把?15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图

3．按图1-2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Rw1，接上桥路电源±5V，如图1-2所示。检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节Rw1，使直流电压表显示为零。

4．在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后

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