传感器实讲义2015.doc

传感器实验指南 实验一 应变片单臂电桥性能实验 …………………………………2 实验二 应变片半桥性能实验 ………………………………………6 实验三 应变片全桥性能实验 ………………………………………7 实验四 电容式传感器测位移特性实验 ……………………………9 实验五 线性霍尔传感器测位移特性实验 …………………………12 实验六 线性霍尔传感器交流激励时位移特性实验…………………13 实验七 压电式传感器测振动实验……………………………………15 实验八 电涡流传感器测量位移特性实验……………………………17 实验九 电涡流传感器测量振动实验…………………………………20 实验十 开关式霍尔传感器测转速实验………………………………21 实验十一 磁电式转速传感器测转速实验 ……………………………22 实验十二 光电传感器测量转速实验……………………………………23 注意事项 1、在实验前务必详细阅读实验指南。 2、如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。 3、防止传感器跌落地面；防止硬物撞击、划伤实验台面。 4、模板上的RW应缓慢调节，主机上的幅度、频率旋钮应缓慢调节。 5、实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。 6、请勿将主机箱的±电源引入实验电路时接错。 7、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，短接时间长易造成电路故障。 8、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。 9、实验完毕后，请将传感器、配件及连线全部整理放置好。 实验一 应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：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将工程结构件的内部变形转换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变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。1、应变片的电阻应变效应(略)2、应变灵敏度 3、贴片式应变片应用 在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片，贴片式半导体应变片（温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏）很少应用。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半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅），制成扩散型压阻式（压阻效应）传感器。 ＊本实验以金属箔式应变片为研究对象。4、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 的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。 (a) 丝式应变片? ????????????????????????????????????? ?(b) 箔式应变片 图1—1应变片结构图 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，与丝式应变片工作原理相同。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。5、测量电路?? 为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。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，因此在应变测量中得到了广泛的应用。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，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时的四倍，性能最好。因此，为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。基本电路如图1—2（a）、（b）、（c）所示。 （a）单臂 （b）半桥 （c）全桥 图1—2 应变片测量电路 （a）、单臂 Uo＝U①－U③ ＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E ＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E 设R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K为灵敏度系数。 则Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R