传感器原理与应用标准实验报告

学生姓名：徐学 号：课程名称：传感器原理与应用指导教师：彭杰刚实验地点：主楼实验日期：

实验评分：电 子 科 技 大 学

实 验 报 告

颂 2011079160035 C2-114 年 月 日

电 子 科 技 大 学

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学生姓名： 徐颂 学 号：2011079160035 指导教师：彭杰刚 实验地点：主楼c2-114 实验室名称：传感器实验室

实验项目名称：实验一 应变片单臂电桥性能实验 实验学时：2

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。 实验原理：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。单臂电桥实验原理如图1-3图

图

1-3 应变片单臂电桥性能实验原理图

实验器材（设备、元器件）：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干。 实验步骤及内容：

1 实验模板中的差动放大器调零：按图1—6接线，将电压表量程切换开关切换到2V档，合上主机箱电源开关；调节电位器RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底，再逆时针回转1圈)后，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

图1—6差动放大器调零接线示意图

2 按图1—7图接线，将±2V～±10V电源调节到±4V档。合上主机箱电源开关，调节桥路平衡电位器RW1，使电压表显示为零；

3在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表1。

图1—7应变片单臂电桥实验接线示意图

实验数据及结果分析：

表1-1：第一次实验数据（砝码增加）：

重量（g） 0 电压(mv) 0 20 -6 40 -9 60 -13 80 -17 100 -21 120 -26 140 -30 160 -35 180 -40 200 -45 对应的实验曲线如下图1-1：

图1-1实验曲线图

表1-2第一次实验数据（砝码减少）：

重量（g） 200 电压(mv) -45 180 160 -40 -35 140 -30 120 -26 100 -20 80 -16 60 -11 40 -9 20 -4 0 0 对应的实验曲线如下图1-2：

图1-2实验曲线图

表1-3第二次实验数据（砝码增加）

重量（g） 0 电压(mv) 0 20 -5 40 -9 60 -14 80 -19 100 -24 120 -29 140 -34 160 -39 180 -44 200 -50 对应的实验曲线如下图1-3：

图1-3实验曲线图

表1-4第二次实验数据（砝码减少）

重量（g） 200 电压(mv) -50 180 -45 160 -41 140 -36 120 -31 100 -27 80 -22 60 -18 40 -13 20 -8 0 -3 对应的实验曲线如下图1-4：

图1-4实验曲线图

表1-5第二次实验数据（砝码增加）

重量（g） 0 电压(mv) 0 20 -2 40 -7 60 -12 80 -23 100 -28 120 -32 140 -36 160 -41 180 -46 200 -50 对应的实验曲线如下图1-5：

图1-5实验曲线图

表1-6第二次实验数据（砝码减少）

重量（g） 200 电压(mv) -50 180 -45 160 -41 140 -36 120 -31 100 -27 80 -22 60 -17 40 -13 20 -8 0 -1 对应的实验曲线如下图1-6：

图1-6实验曲线图

实验结论：

1.观察六组数据可得输出的电压值与托盘上砝码的重量符合较好的线性关系，非线性误差较小。

2.由于灵敏度S=?y/?x,?y表示输出变化量，?x表示输入变化量.本实验中?y即为?U, ?x即为?M.可得S=?U/?M。由表1-1到1-6计算可得S1=0.225 mv/g; S2=0.225 mv/g; S3=0.25 mv/g; S4=0.25 mv/g; S5=0.25 mv/g; S6=0.25 mv/g。平均值即为S=0.242mv/g。 3.单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用正应变片。

总结及心得体会：

1.在本实验中，了解了用应变片单臂实验的测试方法。认识到了应变片的工作原理及性能。

对本实验过程及方法、手段的改进建议：

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指导教师签字：

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学生姓名：徐颂 学 号：2011079160035 指导教师：彭杰刚 实验地点：主楼c2-114

实验室名称：传感器实验室 实验项目名称：实验二 应变片半桥性能实验

实验目的：了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。掌握测量方法。 实验学时：2 实验原理及内容：

应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE 。

图2—1 应变片半桥特性实验原理图

实验器材（设备、元器件）：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干。 实验步骤：

1 、实验模板中的差动放大器调零：（实验方法同实验一） 2、 按图2—2示意图接线。

3、 将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表2。

图2—2 应变片半桥实验接线示意图

实验数据及结果分析： 实验数据如下：

表2-1：第一次实验数据（砝码增加）：

重量（g） 0 电压（mv） 0 20 10 40 19 60 27 80 35 100 45 120 54 140 62 160 72 180 85 200 96 对应的实验曲线如图2-1：

图2-1实验曲线图

表2-2第一次实验数据（砝码减少）

重量（g） 200 电压（mv） 96 180 88 160 79 140 72 120 64 100 55 80 46 60 37 40 28 20 19 0 9 对应的实验曲线如图2-2：

图2-2实验曲线图

表2-3：第二次实验数据（砝码增加）：

重量（g） 0 电压（mv） 0 20 9 40 15 60 24 80 33 100 41 120 51 140 61 160 68 180 77 200 86 对应的实验曲线如图2-3：

图2-3实验曲线图

表2-4第二次实验数据（砝码减少）

重量（g） 200 电压（mv） 86 180 75 160 66 140 57 120 48 100 40 80 31 60 22 40 13 20 4 0 -5 对应的实验曲线如图2-4：

图2-4实验曲线图

表2-5：第二次实验数据（砝码增加）：

重量（g） 0 电压（mv） 0 20 7 40 19 60 27 80 36 100 41 120 50 140 60 160 67 180 75 200 83 对应的实验曲线如图2-5：

图2-5实验曲线图

表2-6第二次实验数据（砝码减少）

重量（g） 200 电压（mv） 83 180 75 160 67 140 61 120 51 100 41 80 32 60 24 40 16 20 8 0 0 对应的实验曲线如图2-6：

图2-6实验曲线图

实验结论：

1.半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应按

图2—1 应变片半桥特性实验原理图所示，放在邻边。

2.观察六组数据可得输出的电压值与托盘上砝码的重量符合较好的线性关系，非线性误差较小。

3.由于灵敏度S=?U/?M。由表2-1到2-6计算可得S1=0.48 mv/g; S2=0.435 mv/g; S3=0.43 mv/g; S4=0.455 mv/g; S5=0.415 mv/g; S6=0.415mv/g。平均值即为S=0.438mv/g。显然应变片半桥接法使得应变片的灵敏度提高一倍。

总结及心得体会：

1. 由于半桥测量原理上存在非线性，使得桥路（差动电路）测量时存在非线性误差。 2.

对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

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学生姓名：徐颂 学 号：2011079160035 指导教师：彭杰刚 实验地点：主楼c2-114

实验室名称：传感器实验室 实验项目名称：实验三 应变片全桥性能实验 实验学时：2

实验目的：了解应变片全桥工作特点及性能。掌握测量方法。 实验原理及内容：

应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。应变片全桥测量电路中，将应力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝Δ

R3＝ΔR4时，其桥路输出电压Uo≈(△R／R)E＝KεE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。

图3—1应变片全桥性能实验接线示意图

需用器件和单元：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干。 实验步骤：

1 、实验模板中的差动放大器调零：（实验方法同实验一） 2、 按图3—2示意图接线。

3、 将±2V～±10V可调电源调节到±4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置)，读取相应的数显表电压值，记下实验数据填入表3。

图3—2 应变片全桥性能实验接线示意图

实验数据及结果分析：实验数据如下： 表3-1：第一次实验数据（砝码增加）：

重量(g) 电压(mv) 0 0 20 -11 40 -26 60 -44 80 -63 100 -81 120 -100 140 -118 160 -135 180 -154 200 -172 对应的实验曲线如图3-1：

图3-1实验曲线图

表3-2第一次实验数据（砝码减少）：

重量(g) 电压(mv) 200 -172 180 -154 160 -135 140 -117 120 -98 100 -80 80 -62 60 -43 40 -25 20 -7 0 10 对应的实验曲线如图3-2：

图3-2实验曲线图

表3-3：第二次实验数据（砝码增加）：

重量(g) 电压(mv) 0 0 20 -14 40 -29 60 -47 80 -65 100 -83 120 -102 140 -120 160 -139 180 -157 200 -175 对应的实验曲线如图3-3：

图3-3实验曲线图

表3-4第二次实验数据（砝码减少）：

重量(g) 电压(mv) 200 -175 180 -157 160 -138 140 -120 120 -102 100 -83 80 -65 60 -47 40 -28 20 -10 0 7 对应的实验曲线如图3-4：

图3-4实验曲线图

表3-5：第三次实验数据（砝码增加）：

重量(g) 电压(mv) 0 0 20 -22 40 -33 60 -48 80 -63 100 -78 120 -99 140 -109 160 -131 180 -147 200 -162 对应的实验曲线如图3-5：

图3-5实验曲线图

表3-6第二次实验数据（砝码减少）：

重量(g) 电压(mv) 200 -162 180 -145 160 -131 140 -114 120 -98 100 -85 80 -67 60 -51 40 -34 20 -15 0 0 对应的实验曲线如图3-6：

图3-6实验曲线图

实验结论：

根据实验数据可求得：

非线性误差=（0.1／200）×100%=0.05%

2．由于灵敏度S=?U/?M。由表3-1到3-6计算可得S1=0.86 mv/g; S2=0.91mv/g; S3=0.875 mv/g; S4=0.91 mv/g; S5=0.81 mv/g; S6=0.81mv/g。平均值即为S=0.8625mv/g。显然应变片全桥接法使得应变片的灵敏度提高一倍。

总结及心得体会：

对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

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学生姓名： 徐颂 学 号：2011079160035 指导教师： 实验地点：主楼c2-114

实验室名称：传感器实验室 实验项目名称：实验八 线性霍尔传感器位移特性实验 实验学时：2

实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 实验原理及内容：

在半导体薄片两端通以控制电流I、并在薄片的垂直方向施加磁场强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势或霍尔电压)。这种现象称为霍尔效应。

(a)工作原理 (b)实验电路原理

霍尔式位移传感器工作原理图

实验器材（设备、元器件）：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干。 实验步骤

1、调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm 刻度

线。按图8-3示意图安装、接线，将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源调节到±4V档。

2、检查接线无误后，开启主机箱电源，松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套，使传感器的PCB板（霍尔元件）处在两园形磁钢的中点位置(目测)时，拧紧紧固螺钉。再调节RW1使电压表显示0。

3、测位移使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验：顺时针调节测微头的微分筒3周，记录电压表读数作为位移起点。以后，反方向(逆时针方向) 调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，每隔△X=0.25mm从电压表上读出输出电压Vo值，将读数填入表8(这样可以消除测微头的机械回差)。

图8—3 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图

实验数据及结果分析：

X :位移量。

V1：第一次实验测到的输出电压值。 V2：第二次实验测到的输出电压值。 实验数据如下：

表8-1 ：霍尔传感器(直流激励)位移实验数据表（V1,V2） x=21.4mm-11.4mm △x=0.5mm X（mm） 11.4 11.9 0.601 12.4 0.584 12.9 0.530 13.4 0.458 0.460 17.9 13.9 0.327 0.334 18.4 14.4 0.261 0.265 18.9 14.9 0.196 0.200 19.4 15.4 0.135 0.135 19.9 V1（mV） 0.689 V2（mV） 0.696 X（mm） 15.9 0.625 0．569 0.519 16.4 0 16.9 17.4 V1（mV） 0.069 V2（mV） 0.078 X（mm） 20.4 -0.069 -0.139 -0.206 -0.277 -0.348 -0.416 -0.467 0.006 -0.064 -0.136 -0.203 -0.273 -0.348 -0.418 -0.488 20.9 21.4 V1（mV） -0.519 -0.631 -0.705 V2（mV） -0.561 -0.632 -0.707 实验曲线如下：

霍尔传感器(直流激励)位移实验曲线

表8-2 ：霍尔传感器(直流激励)位移实验数据表（V1,V2） x=12.5mm-7.5mm △x=0.25mm X（mm） 7.5 7.75 1.397 1.418 10 8 1.222 1.244 10.25 8.25 1.056 1.073 10.5 8.5 1.896 0.912 10.75 8.75 0.738 0.754 11 9 0.588 0.610 11.25 9.25 0.434 0.453 11.5 9.5 0.291 0.307 11.75 V1（mV） 1.590 V2（mV） 1.610 X（mm） 9.75 V1（mV） 0.172 0.010 V2（mV） 0.159 X（mm） -12 -0.165 -0.311 -0.483 -0.645 -0.818 -0.992 -1.172 0.007 -0.145 -0.296 -0.459 -0.621 -0.795 -0.942 -1.136 -12.25 -12.5 V1（mV） -1.358 -1.514 -1.665 V2（mV） -1.319 -1.482 -1.645 实验曲线如下：

霍尔传感器(直流激励)位移实验曲线

实验结论：

1.由两个实验的四组数据可知

观察可知存在一定的线性型关系

总结及心得体会：

1. 了解霍尔式传感器原理与应用

2. 学会了实验方法提高了实际动手能力 对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

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学生姓名： 徐颂 学 号：2011079160035 指导教师：蒋毅 实验地点：主楼c2-114 实验时间：2013/6/16

实验室名称：传感器实验室 实验项目名称：实验九 开关式霍尔传感器测转速实验 实验学时：1 实验原理:

开关式霍尔传感器测转速原理框图

开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化6次，开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出，再经转速表显示转速n。 实验目的：

了解开关式霍尔传感器测转速的应用。 实验内容：开关式霍尔传感器测转速实验。 实验器材（设备、元器件）：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干、转动源。

实验步骤：

1、根据图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。

2、将主机箱中的转速调节电源0～24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档)；其它接线按图所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频\\转速表的开关按到转速档。

3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。

实验数据及结果分析：

开关式霍尔传感器测转速实验数据表 电压/v 转.min 转.min 2 400 400 3 620 630 4 5 6 7 8 9 10 11 12 860 1080 1300 1560 1790 2030 2260 2490 2700 870 1100 1320 1560 1800 2030 2250 2500 2720 实验曲线如下

实验结论：

1. 利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象必须是磁导体材料。

2. 电路需要满足的条件是：被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号，一般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧，则被测物必须能反射该信号，发射接收安装在对侧，则被测物必须能阻挡透过该信号。

3. 由实验数据及曲线可知，转速与转速调节电压呈现较好的线性关系，随转速电压的增大，转速成正比例增大。

4. 转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿里面的晶体管。 5. 转动源的输入电压不能太大，否则容易烧毁电机。

6. 转动源的输入电压不可太低，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间也能烧坏电机。

总结及心得体会：

1.通过本实验的学习，我了解开关式霍尔传感器测转速的原理、性能、应用以及需注意的各项指标。

对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

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学生姓名： 徐颂 学 号：2011079160035 指导教师：蒋毅 实验地点：主楼c2-114 实验时间：2013/6/16 实验室名称：传感器实验室 实验项目名称：实验十一 光电传感器测转速实验 实验学时：1

实验原理:

光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如下图所示。

光耦测转速实验原理框图

实验目的：

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 实验内容：光电转速传感器测转速实验。 实验器材（设备、元器件）：

传感器、系统实验台，计算机、实验电路模板及连接线若干、转动源。

实验步骤：

1、将主机箱中的转速调节0～24V旋钮旋到最小(逆时针旋到底)并接上电压表；再按图所示接线，将主机箱中频率／转速表的切换开关切换到转速处。

2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。

3、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)；。实验完毕，关闭电源。 实验数据及结果分析：

光电转速传感器测转速实验数据表 电压/v 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 转.min 转.min 400 400 630 640 850 860 1100 1350 1560 1790 2030 2260 2490 2730 1100 1340 1560 1800 2030 2280 2500 2730 实验曲线如下

实验结论：

1. 根据实验数据及绘制的曲线图可看出，数据有很好的线性关系，传感器的线性度很好，并且两次实验数据很相符，有很好的一致性，很好的重复性，灵敏度S=Δn/Δv，得到S=233r/v。 2. 光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的。传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f

3. 光电式操作简单，实验步骤简单，并且能够获得较精确数据。

总结及心得体会：

1.通过本次实验使我了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 对本实验过程及方法、手段的改进建议：

报告评分：

指导教师签字：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/z29r.html