传感器实验

实验一 金属箔氏应变片：单臂、半桥比较

一、实验目的：验证单臂、半桥的性能及相互之间关系。 二、所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V

头、双平衡梁、应变片、主、副电源。

表、测微

三、有关旋钮的初始位置：

档，差动放大器增益打到最大。

直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V

四、实验步骤

（1）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。

（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。

图 1

（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。

（4）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源： 位移（mm） 15.40 电压（mv） 5 14.90 8 14.40 11 13.90 14 13.40 18 12.90 22 （5）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：

传感原理实验

位移（mm） 15.40 电压（mv） 8 14.90 15.0 14.40 23.9 13.90 31.0 13.40 38.4 12.90 46.4 （6） 在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较二种接法的灵敏度。

由图可以看出第二种接法更好，灵敏度提高了一倍

一、 注意事项：

（1） （2） （3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 （4）直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 （5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

二、 思考：

（1） 答：直流稳压电源置+4v或者-4v，放大器增益保持不变。 （2）

答：半桥相对于单臂的输出电压提高一倍，输出灵敏度也提高一倍。

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传感原理实验

实验二 压电传感器的动态响应实验

一、实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。

二、所需单元及设备：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽

线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。

三、有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置F 表

2 kHz档。

四、实验步骤：

（1）观察压电式传感器的结构，根据图7-1的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。

图7-1

（2）将低频振荡信号接入振动台的激振线圈。

（3）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表： F(HZ) V(p-p) 5 0.087 7 0.286 10 0.820 12 1.915 15 0.486 17 0.249 20 0.155 22 0.123 25 0.04 （4）示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。

五、思考：

（1）根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致多少？ 答：大约为16HZ。

（2）试回答压电式传感器的特点。

答：压电式传感器是应用较广的一种传感器，而且特别适合于动态测量，绝大多数加速度传感器属压电式传感器。压电式传感器的主要缺点是压电转换元件无静态输出，输出阻抗高，需高输入阻抗的前置放大级作为阻抗匹配。

（3）比较磁电式传感器输出波形的相位差Δφ大致为多少？为什么？

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传感原理实验

实验三 热电偶的原理及现象

一、实验目的：了解热电偶的原理及现象

二、所需单元及附件：－15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、

加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主副电源

三、旋钮初始位置：F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。 四、实验步骤：

（1）了解热电偶原理：二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个

接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。

（2）解热电偶在实验仪上的位置及符号，（参见附录）实验仪所配的热电偶是由铜＿康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。 （3）按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F／V表显示零，记录下自备温度计的室温。

图４

（4）将－15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F／V

表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F／V表显示的读数E。

（5）用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。

（6）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式： Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)

其中：t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。 to------0℃

1.热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100*2(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。

2.热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：Eab(tn,to):查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。

3.计算：热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。

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传感原理实验

（7）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）。

（8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器－15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去－15V电源连接线）其它旋钮置原始位置。 实验结果：

F/V表显示的度数为0.205v；热电偶冷端温度tn=200C；t0=00C 查表得Eab(tn,to)=0.785mv

由题意得：Eab(t,tn)=1.04mv=>Eab(t,to)=1.790mv 查表并计算得t=45.150C

五、思考：

（1）为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？

答：差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出，接入热电偶，就会破坏电路的对称性，所以需再调节差动放大器的零点 （2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，为什么？

答:热电偶是利用两种金属在一个温度下会产生不同电动势。温度不同，电动势的差值也不同。通过测量电压，就可以测得温度值。由于节点的电阻，导线的长短，电压测试电路的内阻等都是影响电压测量精度的因素。电压不准，再用电压值去表示温度值，也就会非常不准确。

实验二 附表 工作端温度℃ -10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热 电 动 势（ m v） -0.383 -0.421 -0.459 -0.496 -0.534 -0.571 -0.608 -0.646 -0.683 -0.720 -0.000 -0.039 -0.077 -0.116 -0.154 -0.193 -0.231 -0.269 -0.307 -0.345 0.000 0.391 0.789 1.196 1.611 2.035 2.467 2.908 3.357 3.827 4.291 0.039 0.430 0.830 1.237 1.653 2.078 2.511 2.953 3.402 3.873 4.338 0.078 0.470 0.870 1.279 1.695 2.121 2.555 2.997 3.447 3.919 4.385 0.147 0.510 0.911 1.320 1.738 2.164 2.599 3.042 3.483 3.965 4.432 0.156 0.549 0.951 1.361 1.780 2.207 2.643 3.087 3.538 4.012 4.479 0.195 0.589 0.992 1.403 1.882 2.250 2.687 3.131 3.584 4.058 4.529 0.234 0.629 1.032 1.444 1.865 2.294 2.731 3.176 3.630 4.105 4.573 0.273 0.669 1.073 1.486 1.907 2.337 2.775 3.221 3.676 4.151 4.621 0.312 0.709 1.114 1.528 1.950 2.380 2.819 3.266 3.721 4.198 4.668 0.351 0.749 1.155 1.569 1.992 2.424 2.864 3.312 3.767 4.244 4.715 5

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