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传感器实验指导书【选

实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 (2)

实验二电容式传感器的位移特性实验 (4)

实验三霍尔转速传感器测速实验 (6)

实验四压电式传感器测量振动实验 (7)

实验五电涡流传感器位移特性实验 (8)

实验六光纤传感器的位移特性实验 (10)

实验七Cu50温度传感器的测温特性实验 (12)

实验八湿敏传感器实验 (14)

附录一温控仪表操作说明 (15)

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．基本原理

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：

εK R R =?/

式中R R /?为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /?=ε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元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压U O14/εEK =。

三．需用器件与单元

CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。

四．实验步骤

1．根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R 2、R 3、R 4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

2．实验模块接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将CGQ-001实验模块调节增益电位器Rw 1顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。

3．将CGQ-013实验模块上应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节

图1-1 应变式传感器安装示意图

，使电压表显示为零。

图1-2 单臂电桥实验接线图

4．在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g 砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。

重量（g ）

电压（mv ）

5．根据表1-1计算系统灵敏度S ，S=（输出电压变化量；重量变化量）计算线性误差：δf1=y m /? F ?S ×100%，式中m ?为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：y F ?S 满量程输出平均值，此处为200g 。

五．思考题

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。

实验二电容式传感器的位移特性实验

一．实验目的

了解电容式传感器结构及其特点。

二．基本原理

利用平板电容d A C /ε=和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A 、d 三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）、测微小位移（d 变）和测量也为（A 变）等多种电容传感器。

三．需用器件与单元

电容传感器、CGQ-004电容传感器实验模块、测微头、电压表、直流稳压源。

四．实验步骤

1．按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。 2．将电容传感器连线插入电容传感器实验模块，实验线路见图4-1。

3．将电容传感器实验模块的输出端V o 与电压表单元V i 相接（插入主控箱V i 孔），Rw2调节到中间位置。

4．接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm 记下位移X 与输出电压值，填入表4-1。

5．根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差f 。

五．思考题

试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构。能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

R W 2

648

7C G Q -004+15V

-15V

G N D

V o

+12V

C X 1

C X 2C 4

C 3C 2

C 1

D 2

R 2

R 1

R W 1

D 1

R 4

U 1

R 5

R 3

C 5R W 2

555

电容传感器实验模块

接电压表

图4-1 电容传感器位移实验接线图

实验三霍尔转速传感器测速实验

一．实验目的

了解霍尔转速传感器的应用。

二．基本原理

利用霍尔效应表达式U H = K H IB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。

三．需用器件与单元

霍尔转速传感器、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、频率/转速表。

四．实验步骤

1．根据图5-3，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面的磁钢。

图5-3霍尔、光电转速传感器安装示意图

2．将直流源加于霍尔元件电源输入端。红（+）接+15V，黑（┴）接地。

3．将霍尔转速传感器输出端（蓝）插入数显单元F in端。

4．将可调电源2-24V引到CGQ-05转动源的2-24V插孔。

5．将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时转速/频率表指示转速。

6．调节电压使转动速度变化。观察转速/频率表转速显示的变化。

五．思考题

1．利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？

2．本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？

实验四压电式传感器测量振动实验

一．实验目的

了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二．基本原理

压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）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压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三．需用器件与单元

压电传感器、CGQ-006压电式传感器实验模块、CGQ-012移相、检波、低通滤波模块、CGQ-05振动源模块、双线示波器。

四．实验步骤

接入压电传感器

R W

G N D

-15V

+15V

C G Q -006+15V -15V

V o2

V o1

V i

R 1

U 1

C 1

R 8

R 9

R W

R 6

R 5C 2

R 2

R 4

R 3

C 3

U 2

R 7

压电传感器实验模块

图6-1 压电传感器性能实验接线图

1．首先将压电传感器装在振动源模块上。实验模块接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。

2．将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。

3．将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图6-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模块电路输出端V o1（如增益不够大，则V o1接入U2，V o2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端V i ，低通滤波器输出V o 与示波器相连。

4．合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 5．改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。

6．用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。

实验五电涡流传感器位移特性实验

一．实验目的

了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二．基本原理

通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

三．需用器件与单元

CGQ-007电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、电压表、测微头、铁圆片。

四．实验步骤

1．根据图7-1安装电涡流传感器。

2．观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。

3．将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。

4．在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。

5．将实验模块输出端V o与电压表输入端V i相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。

6．用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中。

7．使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表7-1。