传感器实验报告 - 图文

重庆邮电大学

传感器实验报告

姓名：李振洲 学号：2012216478

班级：5121201

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、实验仪器

双杆式悬臂梁应变传感器、电压温度频率表、直流稳压电源（±4V）、差动放大器、电压放大器、万用表（自备） 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?k?? （1-1） R式中

?R为电阻丝电阻相对变化； Rk为应变系数；

???l为电阻丝长度相对变化。 l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。如图1-1所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。

图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图

通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。如图1-2信号调理电路所示，R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

U0?E?R/R? （1-2）

1?R41??2RE为电桥电源电压；

1?R式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=???100%。

2R

图1-2 单臂电桥面板接线图

四、实验内容与步骤

1．悬臂梁上的各应变片已分别接到面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。

2．按图1-2接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择U），开启直流电源开关。将“差动放大器”的增益调节电位器与“电压放大器”的增益调节电位器调至中间位置（顺时针旋转到底后逆时针旋转5圈），调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。关闭“直流电源”开关。（两个增益调节电位器的位置确定后不能改动）

3．按图1-2接好所有连线，将应变式传感器R1接入“电桥”与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。“电桥”输出接到“差动放大器”的输入端，“电压放大器”的输出接电压温度频率表。预热两分钟。(直流稳压电源的GND1要与放大器共地)

4．将千分尺向下移动，使悬臂梁处于平直状态，调节Rw1使电压温度频率表显示为零（选择U）。

5．移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移0.5mm读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入表1-1。

表1-1 位移(mm) 0.5 电压(mV) 0 1 1 1.5 2 2 2 2.5 3 3 4 3.5 4 4 4 4.5 5 5 5 6．实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1.根据实验所得数据绘制出电压—位移曲线，并计算其线性度。

六、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验

一、实验目的

比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。 二、实验仪器

同实验一 三、实验原理

不同受力方向的两只应变片（R1、R2）接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变系数也相同时，半桥的输出电压为 U0?式中

E?k??E?R （2-1） ??22R?R为电阻丝电阻相对变化； Rk为应变系数；

???l为电阻丝长度相对变化； lE为电桥电源电压。

式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。

图2-1 半桥面板接线图

四、实验内容与步骤

1．应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。

2．按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器”电路。“差动放大器”的调零，参考实验一步骤2。

3．按图2-1接好所有连线，将受力相反的两只应变片R1、R2接入电桥的邻边。 4．参考实验一步骤4。

5．移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移0.5mm和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入表2-1。

表2-1 位移(mm) 电压(mV) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6．实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1.根据实验所得数据绘制出电压—位移曲线，并计算其线性度。

六、思考题

半桥测量时非线性误差的原因是什么？

答：调零不精确，绝缘电阻过低也会造成应变片和试件之间的漏电而产生的误差 七、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验

一、实验目的

了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器

同实验一 三、实验原理

全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出

Uo=E?式中E为电桥电源电压。

?R为电阻丝电阻相对变化； R?R （3-1） R式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。

图3-1 全桥面板接线图

四、实验内容与步骤

1．

应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考按图3-1先接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，“差动放大

图1-1。

2．

器”的调零参照实验一步骤2。

3．按图3-1接好所有连线，将应变片接入电桥，参考实验一步骤4。

4．移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移0.5mm和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入表3-1。

表3-1 位移(mm) 电压(mV) 0.5 1.0 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 5．实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1．根据实验所得数据绘制出电压—位移曲线，并计算其线性度。 2．比较单臂、半桥、全桥三者的特性曲线，分析他们之间的差别。 特线曲线越来越趋近线性 六、思考题

全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥？

答：可以 七、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

实验十一 霍尔传感器位移特性实验

一、实验目的

了解霍尔传感器的原理与应用。 二、实验仪器

霍尔传感器、测微头、电桥、差动放大器、电压温度频率表、直流稳压电源（±4V） 三、实验原理

根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为霍尔系数，由霍尔材料的物理性质决定，当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。 四、实验内容与步骤

1． 将悬臂架上测微头向下移动，使测微头接触托盘。按图11-1接线（将直流稳压

电源的GND1与仪表电路共地），输出Uo接电压温度频率表。

2． 将“差动放大器”的增益调节电位器调节至中间位置。

3． 开启“直流电源”开关，电压温度频率表选择“V”档，手动调节测微头的位

置，先使霍尔片处于磁钢的中间位置（数显表大致为0），再调节Rw1使数显表显示为零。

4． 分别向上、下不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近

似不变，将读数填入表11-1。 表11-1。 X（mm） U(mV) 2160 1730 1330 930 580 0 -1310 -1530 -1760 -2200 -2560 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9jng.html