传感器实验报告.docx
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传感器实验报告
实验一电阻的测量与电桥的使用
一．实验目的
1、通过实验掌握双臂电桥的使用方法，以及在电阻测量中的应用；
2、检验用V-A法测量电阻时，电压表不同接法时对测量结果的影响；
二．实验内容
1、用双臂电桥测量直流电阻；
2、用V-A法测量直流电阻；
三．实验设备
1、直流双臂电桥QJ42
2、电阻箱ZX21
3、直流电压表，磁电式、0-3-7.5-15-30V、1.0级；
4、直流毫伏表，磁电式、0-50-100-500-1000mA、1.0级；
5、直流稳压电源。
四．实验步骤
1、用双臂电桥测量直流电阻
将直流稳压电源的输出电压调节到2V，直流双臂电桥选用外接电源供电；
电阻箱选用9.9Ω的电阻，接入双臂电桥术的测量臂；
用直流双臂电桥测量上述电阻箱的阻值6次，计算平均值；
n
1
2
3
4
5
6
R（Ω）
5.75
5.65
5.60
6.60
5.60
6.00
Rave（Ω）
5.87
注意：
直流稳压电源的输出电压不可超出2V以防止损坏双臂电桥；
2、用V-A测量直流电阻；
直流稳压电源的输出电压同上，用V-A法采取电压表前接和电压表后接法测量上述电阻（电压表选用3V、档，毫伏表选用100mA档）
电压表前接法数据如下：
N
1
2
3
U（v）
1.483
1.463
1.472
I（mA）
190
170
187
R（Ω）
7.770
8.452
7.884
Rave（Ω）
8.036
电压表后接法数据如下：
N
1
2
3
U（v）
1.109
1.100
1.129
I（mA）
183.8
182.5
190.1
R（Ω）
6.034
6.027
5.939
Rave（Ω）
6.000
六．注意事项
1．电压表接10V，先要调到1.5V再接电路，保护器材。
2．在用双臂电桥测量直流电阻中，用器材时，先按B再按G，先放G再放B。
3．在用V-A法测量直流电阻中，电压表前接法用来测大电阻，而电压表后接法用来测小电阻。
实验二电阻应变式传感器实验
一．实验目的
1．熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用
2．比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度
3．比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度
4．通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理
二．实验内容
1．单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路，
2．半导体应变式传感器位移测量电路。
三．实验步骤
1．调零。
开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。
输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。
调零后电位器位置不要变化。
如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。
拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。
调零后关闭仪器电源。
2．按图
（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。
直流激励电源为±4V。
图
（1）
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
3．接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。
调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm，测微头每移动1mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
5．计算各种情况下测量电路的灵敏度S。
S＝△U／△x
表1金属箔式电阻式应变片单臂电桥
位移x（mm）
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0（mV）
120
85
54
30
4
-34
-74
-108
-147
-184
-235
平均灵敏度S（mV/mm）
35.5
表2金属箔式电阻式应变片双臂电桥
位移x（mm）
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0（mV）
236
180
123
59
0
-53
-108
-163
-222
-282
-339
平均灵敏度S（mV/mm）
57.5
表3半导体应变片双臂电桥
位移x（mm）
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0（mV）
5580
4050
2610
1290
10
-980
-2370
-3770
-5300
-6810
-8360
平均灵敏度S（mV/mm）
1394
实验三移相器与相敏整流器
一．实验目的
通过本次实验了解并掌握感测技术中常用的信号处理电路的组成与功能。
1、熟悉由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。
2、熟悉相敏检波器的工作原理及其使用方法。
3、观测移相电路的功能及其使用方法。
4、熟悉相敏检波器在检测技术中的运用。
5、进一步熟悉并掌握常用电子测量仪器的运用。
二．实验内容
1、移相器的功能检测
2、移相器的频率特性检测
3、移相器李沙育图形观测
4、相敏检波器的直流控制功能检测
5、相敏检波器的交流控制功能检测
6、相敏检波器检幅特性测量
7、相敏检波器的鉴相特性
三．实验原理
下图为移相器电路示意图。
相敏检波电路如下图所示：
图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压电输入端，④为直流参考电压输入。
当②、④端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把①端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
四．实验步骤
1．将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，输出信号（0°或180°均可）。
接相敏检波器输入端。
2．将直流稳压电源+2V档输出电压（正或负均可）接相敏检波器④端。
3．示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。
4．改变④端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。
由此可以得出结论：
当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。
5．将音频振荡器0°端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端②连接，相敏检波器的信号输入端接音频0°输出。
6．用示波器两通道观察附加观察插口⑤、⑥的波形。
可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
7．将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。
8．示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。
9．适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口，观察示波器和电压表的变化。
由上可以看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。
五．实验数据
音频的输出频率（HZ）
485．4
833．3
输出CH2（°）
80．6
103．6
输入CH1（°）
89．2
109．4
实验四差动变压器实验
一．实验目的：
了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。
二．实验原理：
差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。
差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性见图
（1）
图
（1）
1．变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，就引出差动输出。
其输出电势则反映出被测体的移动量。
2．由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。
称其为零点残余电压。
3．压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、实验所需部件：
差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。
四、实验步骤：
1．按图
（2）接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv／格。
2．音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VP-P为1.5V。
3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VP-P值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。
5．仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。
可以看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量。
表1相敏检波器输入/输出关系
测试条件
相敏检波器输入为0时
相敏检波器输入为180时
输出波形
表2差动变压器位移测量系统的输出特性
位移x（mV）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
输出U0（mV）
-1.16
-1.44
-1.73
-2.03
-2.32
-2.61
-2.90
位移x（mV）
0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
输出U0（mV）
-1.16
-0.93
-0.65
-0.38
-0.11
0.13
0.37
实验五电子秤实验
一、实验目的：
1．了解交流电路的双差动应变片电桥的组成和工作原理。
2．了解电阻应变片式传感器组成的电子秤在称重系统中的应用。
二、实验所需部件：
音频振荡器、电桥、箔式应变片、差动放大器、移相器、相敏检波器，低通滤波器，称重砝码，称重平台。
三、实验步骤：
1．卸下悬臂梁上的测微头，换上秤盘。
2．按照上图连线，并进行差动放大的调零。
3．电桥调零，其方法为：
同时调节电桥的调零电位器WD和WA使低通滤波器输出电压为0，若调节电桥的调零电位器WD和WA无法使底通滤波器输出电压为零时，则可适当调节移相器的移相以使系统输出为0（调零的同时可用湿波器观测相敏检波器的输出波形）
4．电子秤的静态标定。
在秤盘上依次放上10g—100g的砝码，同时记录低通滤波器的输出电压,将其填入表1。
5．秤重，将自己的钥匙圈或者其他物品进行称重，记录电压表电压值，折算后算出他们的重量，将结果填入表2。
表1电子秤标定
砝码重（g）
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
输出（mV）
-1.571
-1.563
-1.560
-1.546
-1.535
-1.519
-1.504
-1.490
-1.477
-1.463
-1.446
表2称重结果（零点为－1.571mV）
物体名称
铜片
铝片
一元硬币
输出电压（mV）
-1.573
-1.576
-1.567
重量（g）
实验六电涡流式传感器实验
一、实验目的：
1.了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。
2.通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。
3．通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。
4．了解电涡流传感器在静态测量中的应用。
5．了解电涡流传感器的实际应用。
二、实验电路图及原理：
图
（1）
电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。
当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。
将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
三、实验所需部件：
电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表、三种金属涡流片。
四、实验步骤：
1．按图连线，差动放大器调零，将电涡流传感器对准金属圆盘。
2．旋转测微器旋钮移动振动台，使电涡流传感器与金属片接触，此时涡流变换器的输出电压为零，由此开始向上旋转测微器旋钮，每隔0.5mm用电压表读取变换器的输出电压，将数据填入表1。
3．分别将铜片和铝片代替铁片，重复2的实验结果分别填入表2和表3。
4．将电涡流传感器连支架移到金属转盘上方，调整到其端面距盘面0.5～1.0mm处，注意保持其端面与盘面的平行，不可碰擦。
5．涡流变换器的输出端与数字频率表相连，开启电机，调节转速，则电机转速可由下式得到：
电机转速＝频率表显示值/金属转盘等分值×2（本实验中等分值为4）
五、实验数据及分析:
表1电涡流传感器对铁片的输出特性
距离（mm）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出（v）
-2.03
-2.53
-2.99
-3.40
-3.76
-4.06
-4.33
-4.54
-4.71
-4.89
-5.02
-5.12
表2电涡流传感器对铜片的输出特性
距离（mm）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出（v）
-3.14
-3.30
-3.85
-4.28
-4.56
-4.80
-5.00
-5.12
-5.21
-5.31
-5.40
-5.45
表3电涡流传感器对铝片的输出特性
距离（mm）
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出（v）
-3.78
-4.19
-4.51
-4.75
-4.95
-5.11
-5.20
-5.30
-5.39
-5.45
-5.48
-5.53
实验七热电式传感器――热电偶
一、实验目的：
观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。
二、实验原理：
热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。
通过测量此电动势即可知道两端温差。
如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。
CSY系列实验仪中热电偶为铜一康铜（T分度）和镍铬-镍硅（K分度）。
三、实验所需部件：
热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备）
四、实验步骤：
1．打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。
2．差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。
3．随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。
4．本仪器上热电偶是由两支铜－康铜热电偶串接而成，（CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。
用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。
E（t,to）=E（t,t1）+E（t1,to）
实际电动势测量所得电势温度修止电动势
式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1为热电偶参考端所处的温度。
查阅铜－康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。
5.CSY10B型实验仪的K分度热电偶如插入数字式温度表端口，则直接显示℃温度值。
五、注意事项：
因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。
K分度热电偶
铜―康热电偶分度（自由端温度0℃）
工作端
温度
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
de/dt
（vu）
0
0.0000
0.039
0.078
0.116
0.155
0.194
0.234
0.273
0.312
0.352
38.6
10
0.391
0.431
0.471
0.510
0.550
0.590
0.630
0.671
0.711
0.751
39.5
20
0.792
0.832
0.873
0.914
0.954
0.995
1.036
1.077
1.118
1.159
40.4
30
1.201
1.242
1.284
1.325
1.367
1.408
1.450
1.492
1.534
1.576
41.3
40
1.618
1.661
1.703
1.745
1.788
1.830
1.873
1.916
1.958
2.001
42.4
50
2.044
2.087
2.130
2.174
2.217
2.260
2.304
2.347
2.391
2.435
43.0
60
2.478
2.522
2.566
2.610
2.654
2.698
2.743
2.787
2.831
2.876
49.8
70
3.920
2.965
3.010
3.054
3.099
3.144
3.189
3.234
3.279
3.325
44.5
80
3.370
3.415
3.491
3.506
3.552
3.597
3.643
3.689
3.735
3.781
45.3
90
3.827
3.873
3.919
3.965
4.012
4.058
4.105
4.151
4.198
4.244
46.0
100
4.291
4.338
4.385
4.432
4.479
4.529
4.573
4.621
4.668
4.715
46.8
六．实验结果
测得数据为1.4mv，假定实验室的室温为23摄氏度，查表可得为0.914。
则1.4+0.914＝2.314V，查表得温度为56°C
实验八热敏式温度传感器测温实验
一、实验原理：
用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点，热电偶一般测高温线性较好，热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数。
温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。
二、实验所需部件：
热敏电阻、温度变换器、电压表、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。
三、实验步骤：
1．观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻接入温度变换器Rt端口，调节“增益”旋钮，使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和。
用温度计测出环境温度To并记录。
2.打开加热器，观察温度的温升和温度变换器Vo端的输出电压的变化情况，每升温1℃记录一个电压值，待电压稳定后记下最终温度T。
T0（℃）
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
V0（V）
1.902
1.882
1.860
1.833
1.805
1.776
1.744
1.703
1.674
1.663
1.638
1.603
1.573
1.536
电压稳定时的温度为34，此时电压为1.536V
求出灵敏度S。
S＝△V／△T=0.028
3．负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为：
Rt＝RtoexpBn（1/T–1/To）
式中Rt、Rto分别为温度T、To时的阻值，Bn为电阻常数，它与材料激活能有关，一般情况下，Bn=2000~6000K，在高温时使用，Bn值将增大。
实验九P-N结温度传感器
一实验原理：
半导体P-N结具有良好的温度线性。
根据P-N结特性表达公式
可知，当一个P-N结制成后其反向饱和电流基本上只与温度有关，根据这一原理制成的P-N结集成传感器，可以直接显示绝对温度K，并且具有良好的线性与精度。
二实验所需部件：
P-N结集成温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、温度计
三实验步骤：
1、将P-N结温度传感器接入温度传感器端，VT端接电压表，开启电源，电压表2V档显示室温的绝对温度T，室温°C=T-273。
与温度计显示温度进行比较。
如有差异可调节电位器加以修正。
2、打开加热器，观察随温度上升电压表所示的绝对温度值得变化，与旁边的热电偶所测得的温度进行比较。
（如用温度计，则因在塑套外与传感器感受到的温度是有差别的，实验时请注意这一点）。
实验数据：
V0（V）
0.294
0.295
0.296
0.297
0.298
0.299
0.300
0.301
T0（℃）
21
22
23
24
25
26
27
28
0.302
0.303
0.304
0.305
0.306
0.307
0.301
29
30
31
32
33
34
28
四注意事项：
位数字电压表必须2V档，VT端输出的小数点后三位数字即为绝对温度值。
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