传传感器实验指导书.docx
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传传感器实验指导书
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
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±5V电源、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
(1-1)
式中
为电阻丝电阻相对变化;
为应变灵敏系数;
为电阻丝长度相对变化。
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组件。
如图1-1所示,将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧,弹性体受到压力发生形变,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。
图1-1双孔悬臂梁式称重传感器结构图
通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化,电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,如图1-2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
(1-2)
为电桥电源电压;
式1-2表明单臂电桥输出为非线性,非线性误差为L=
。
图1-2单臂电桥面板接线图
四、实验内容与步骤
1.应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上,可用万用表测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω。
2.差动放大器调零。
从主控台接入±15V、±5V电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端Ui短接,输出端Uo2接数显电压表(选择2V档)。
调节电位器Rw3使电压表显示为0V。
关闭主控台电源。
3.按图1-2连线,将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R1)接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
4.加托盘后电桥调零。
电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后,合上主控台电源开关,预热五分钟,先调节Rw1使电压表显示近似为零,再调节Rw4约中间位置。
备注:
在后面的测量过程中不能再改变Rw1、Rw3。
5.在应变传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,记下实验结果,填入下表。
重量(g)
电压(mV)
6.实验结束后,关闭实验台电源,整理好实验设备。
五、实验报告
1.根据实验所得数据计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化量,ΔW重量变化量);
2.计算单臂电桥的非线性误差δf1=Δm/yF..S×100%。
式中Δm为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差;yF·S为满量程(200g)输出平均值。
六、注意事项
实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器,量程为1kg,最大超程量为120%。
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
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±5V电源、万用表(自备)。
三、实验原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,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、应变数也相同时,半桥的输出电压为
(2-1)
式中
为电阻丝电阻相对变化;
为应变灵敏系数;
为电阻丝长度相对变化;
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应变传感器实验模块上,可参考图1-1。
2.差动放大器调零,参考实验一步骤2。
3.按图2-1接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边。
4.加托盘后电桥调零,参考实验一步骤4。
5.在应变传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,记下实验结果,填入下表。
重量(g)
电压(mV)
6.实验结束后,关闭实验台电源,整理好实验设备。
五、实验报告
根据所得实验数据,计算灵敏度L=ΔU/ΔW和半桥得非线性误差δf2。
六、思考题
引起半桥测量时非线性误差的原因是什么?
实验十一电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容传感器的结构及特点,电容传感器的位移测量原理。
二、实验仪器
电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套
三、实验原理
电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器,它实质上是具有一个可变参数的电容器。
利用平板电容器原理:
(11-1)
式中,S为极板面积,d为极板间距离,ε0真空介电常数,εr介质相对介电常数,由此可以看出当被测物理量使S、d或εr发生变化时,电容量C随之发生改变,如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数,就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。
所以电容传感器可以分为三种类型:
改变极间距离的变间隙式,改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。
这里采用变面积式,如图11-1两只平板电容器共享一个下极板,当下极板随被测物体移动时,两只电容器上下极板的有效面积一只增大,一只减小,将三个极板用导线引出,形成差动电容输出。
图11-1差动电容传感器原理图
四、实验内容与步骤
1.按图11-2将电容传感器安装在传感器固定架上,将传感器引线插入电容传感器实验模块插座中。
图11-2电容传感器安装示意图
2.将电容传感器模块的输出UO接到数显直流电压表。
3.将实验台上±15V电源接到传感器模块上。
检查接线无误后,开启实验台电源,用电压表2V档测量“电容传感器模块”的输出,将电容传感器调至中间位置,调节Rw,使得数显直流电压表显示为0(2V档)。
(Rw确定后不要改动)
4.旋动测微头推进电容传感器的共享极板(下极板),每隔0.2mm记下位移量X与输出电压值V的变化,填入下表11-1。
表11-1
X(mm)
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
V(mV)
五、实验报告
1.根据表11-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
实验十三直流激励时霍尔传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔传感器的原理与应用。
二、实验仪器
霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表。
三、实验原理
根据霍尔效应,霍尔电势UH=KHIB,其中KH为灵敏度系数,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.将霍尔传感器按图13-1安装,霍尔传感器引线接到霍尔传感器模块的9芯航空插座上。
按图13-2接线。
2.从实验台上接入±15V电源到霍尔传感器模块上。
检查接线无误后,开启实验台电源,直流数显电压表选择“2V”档,将测微头的起始位置调到“1cm”处,手动调节测微头的位置,先使霍尔片大概在磁钢的中间位置(数显表大致为0),固定测微头,再调节Rw1使数显表显示为零。
3.分别向左、右不同方向旋动测微头,向右为负,向左为正,每隔0.2mm记下一个读数,直到读数近似不变,将读数填入下表:
X(mm)
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
U(mV)
图13-1霍尔传感器直流激励接线图
五、实验报告
作出U-X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
实验十五霍尔测速实验
一、实验目的
了解霍尔组件的应用—测量转速。
二、实验仪器
霍尔传感器、+5V、0-30V直流电源、转动源、频率/转速表。
三、实验原理
利用霍尔效应表达式:
UH=KHIB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,转盘每转一周磁场变化N次,每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。
四、实验内容与步骤
1.安装根据图15-1,霍尔传感器已安装于传感器支架上,且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。
图15-1霍尔传感器安装示意图
2.将+5V电源接到转动源上“霍尔”输出的电源端,“霍尔”输出接到频率/转速表(切换到测转速位置)。
“0-30V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端(输出电压调到零)。
3.合上实验台上电源,调节0-30V输出,可以观察到转动源转速的变化。
也可通过虚拟示波器的第一通道AD1,用虚拟示波器软件观测霍尔组件输出的脉冲波形。
五、实验报告
1.分析霍尔组件产生脉冲的原理。
实验二十五光电转速传感器的转速测量实验
一、实验目的
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、实验仪器
转动源、光电传感器、直流稳压电源、频率/转速表、示波器
三、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,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上,并转换成电信号,由于转盘上有等间距的6个透射孔,转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值。
四、实验内容与步骤
1.光电传感器已安装在转动源上,如下图所示。
+5V电源接到转动源“光电”输出的电源端,光电输出接到频率/转速表的“f/n”。
2.打开实验台电源开关,用不同的电源驱动转动源转动,记录不同驱动电压对应的转速,填入下表,同时可通过示波器观察光电传感器的输出波形。
图25-1光电测转速安装示意图
表25-1
驱动电压V(V)
8V
10V
12V
14V
16V
18V
20V
22V
转速n(rpm)
五、实验报告
根据测的驱动电压和转速,作V-n曲线。
并与其他传感器测得的曲线比较。
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