1、傳感器與檢測技術實驗第九周開始實驗，請將實驗材料用班費每人打印一份，其他要求如下：1、進入實驗室請穿鞋套，并注意實驗室的衛生；2、注意用電安全，在不確定的情況下，請先咨詢指導老師；3、實驗報告單請用電子、電氣的版本，并請在實驗前預習實驗材料和完成預習報告（即在實驗報告單上完成除實驗數據和分析以外的內容）；4、每次來實驗請交上次的實驗報告單。班級:0312409-12、18目錄緒論3實驗一 金屬箔式應變片性能一單臂電橋4實驗二 半導體擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗6實驗三 霍爾式傳感器的應用電子秤之四8實驗四 光纖位移傳感器靜態實驗9緒論一、概述實驗教學是高等院校教學的重要組成部分，是對課堂所學理論

2、知識的直觀認識和拓展應用，是學生理論聯系實際的重要途徑，它在培養學生綜合素質和創新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實驗教學必須和理論教學緊密結合，注重引導，加強實驗考核，使學生普遍對實驗重視程度提高，能主動預習準備實驗，甚至帶著問題進實驗室，達到提高學生對傳感器原理及特性的理解并進而達到設計和應用的目的，培養高素質技能型人才。二、要求1. 實驗課前預習要求每次實驗課學生都要預習。預習包括認真閱讀實驗指導書，明確實驗目的及重難點，了解實驗原理，設計實驗步驟，思考實驗思考題等，并在預習過程中寫出預習報告。2. 預習報告內容1) 寫明實驗目的、重點和難點；2) 列出使用的儀器設備；3) 畫

3、出完整的實驗電路圖；4) 擬訂實驗步驟；5) 列出測量數據的表格；6) 思考題。3. 實驗課后報告要求在預習報告的基礎上，根據實驗原理整理分析實驗數據，并按實驗要求加以必要的處理，完成指導書要求的問題。一般要求進實驗室時交上次實驗報告并檢查本次預習報告。4. 上課要求凡是上課遲到20分鐘以上者，取消本次實驗資格；一個學期曠課三次者，取消全部成績。在課堂上有疑問，舉手問老師。實驗完成后，經指導老師檢查合格并整理歸還儀器后方可離開。5. 安全要求嚴禁帶電接、拆線或改接電路。在實驗操作是，應該先接好電路，在通電。當發現有接線錯誤時或改接電路時，應先斷電，再進行該接。拆線時，也應先斷電，再進行。如果在

4、實驗時未按要求而引起的后果學生自負，涉及儀器賠償按實驗室相關規定進行賠償。三、 實驗成績評定實驗課程按五級評分制，分為優、良、中、及格和不及格；平時成績占70%，主要根據學生的預習情況、實際操作情況、實驗數據的準確性和實驗報告的質量來進行成績評定；期末成績占30%，分為筆試和操作兩部分。四、 實驗內容安排實驗內容包括4個實驗，每個實驗2個學時，總共8學時五、 參考書傳感器與檢測技術，陳杰 黃鴻 編，高等教育出版社；csY-9xx系列型傳感器系統，杭州賽特傳感技術有限公司實驗一 金屬箔式應變片性能一單臂電橋（ 998A型）實驗目的：了解金屬箔式應變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。實驗重點：單臂

5、單橋的工作原理實驗難點：單臂單橋的工作原理實驗原理：電阻在外力作用下發生機械變形時，其電阻發生變化，這就是應變效應，描述電阻應變的關系式：R/R，式中為電阻絲相對變化，k為應變靈敏系數，/為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發生相應的變化，通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4

6、/R4，當使用一個應變片時，R/R；當二個應變片組成差動狀態工作，則有2R/R ；用四個應變片組成二個差對工作，且R1=R2=R3=R4=R，4R/R。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。所需單元及部件：直流穩壓電源、電橋、差動放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩壓電源打到±2V檔，F/V表打到2V檔，差動放大增益最大。實驗步驟：（1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表各貼二片受力應變片。（2）將差動放大器調零：用連線將差動放大器的正（+）、負（

7、-）、地短接。將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調節差動放大器的增益到最大位置，然后調整差動放大器的調零旋鈕使F/V表顯示為零，關閉主、副電源。 （3）根據圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；R4=Rx為應變片。將穩壓電源的切換開關置±4V檔，F/V表置20V檔。開啟主、副電源，調節電橋平衡網絡中的W1，使F/V表顯示為零，等待數分分鐘后將F/V表置2V檔，再調電橋W1（慢慢地調），使F/V表顯示為零。 圖 1 （4）在傳感器上放上一只砝碼，記下此時的電壓數值，然后每增加一只砝碼記下一個數值并將這些數值填入下表。根據所得結果計算系統靈敏度S

8、=V/ W，并作出V-W關系曲線，V為電壓變化率，W為相應的重量變化率。注意事項：（1）電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓學生組橋容易。（2）為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當減小差動放大增益，此時差動放大器不必重調零。（3）做此實驗時應將低頻振蕩器的幅度關至最小，以減小其對直流電橋的影響。（4）電位器W1、W2，在有的型號儀器中標為RD、RA。問 題：（1）本實驗電路對直流穩壓電源和對放大器有何要求？（2）根據所給的差動放大器電路原理圖（見附表一），分析其工作原理，說明 它既能 作差動放大，又可作同相或反相放大器實驗二 半導體擴散

9、硅壓阻式壓力傳感器實驗實驗目的：了解擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理和工作情況。實驗重點：擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理實驗難點：擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理基本原理：擴散硅壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應制成的器件，也是應變元件，因它是用集成工藝技術在硅片上制造出4個X型的等值電阻組成的電路，用激光修正，溫度補償，所以線性好。當它受到壓力作用時，應變元件的電阻發生變化，從而使輸出電壓變化。所需單元及部件：主、副電源、直流穩壓電源、差動放大器、F/V顯示表、壓阻式傳感器（差壓）、壓力表及加壓配件。 旋鈕初始位置：直流穩壓電源±4V檔，F/V表切換開關置于2V檔，差放增益適

10、中或最大，主、副電源關閉。 實驗步驟： （1）了解所需單元、部件、傳感器的符號及在儀器上的位置。(見附錄三） （2）如圖2A將傳感器及電路連好，注意接線正確，否則易損壞元器件，差放接成同相反相均可：圖2A （3）如圖2B接好傳感器供壓回路，傳感器具有兩個氣咀、一個高壓咀一個低壓咀，當高壓咀接入正壓力時（相對于低壓咀）輸出為正，反之為負；圖2B （4）將加壓皮囊上單向調節閥的鎖緊螺絲擰松。 （5）開啟主、副電源，調整差放零位旋鈕，使電壓表指示盡可能為零，記下此時電壓表讀數。 （6）擰緊皮囊上單向調節閥的鎖緊螺絲，輕按加壓皮囊，注意不要用力太大，當壓力表達到4Kpa左右時，記下電壓表讀數，然后每隔

11、這一刻度差，記下讀數，并將數據填入下表： 根據所得的結果計算系統靈敏度S=V/P，并作出V-P關系曲線，找出線性區域。當作為壓力計使用時，請進行標定。 標定方法：擰松皮囊上的鎖緊螺絲，調差放調零旋鈕使電壓表的讀數為零，擰緊鎖緊螺絲，手壓皮囊使壓力達到所需的最大值40Kpa，調差動放大器的增益使電壓表的指示與壓力值的讀數一致，這樣重復操作零位、增益調試幾次到滿意為止。 注意事項： （1）如在實驗中壓力不穩定，應檢查加壓氣體回路是否有漏氣現象。氣囊上單向調節閥的鎖緊螺絲是否擰緊。 （2）如讀數誤差較大，應檢查氣管是否有折壓現象，造成傳感器的供氣壓力不均勻。 （3）如覺得差動放大器增益不理想，可調整

12、其“增益”旋鈕，不過此時應重新調整零位。調好以后在整個實驗過程中不得再改變其位置。 （4）實驗完畢必須關閉主、副電源后再拆去實驗連接線。（拆去實驗連接線時要注意手要拿住連接線頭部拉起，以免拉斷實驗連接線。） 問題： 差壓傳感器是否可用作真空度以及負壓測試？實驗三 霍爾式傳感器的應用電子秤之四實驗目的：了解霍爾式傳感器的工作原理和在靜態測量中的應用實驗重點：霍爾式傳感器的工作原理實驗難點：霍爾式傳感器在靜態測量中的應用實驗原理：霍爾式傳感器是由兩個環形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通過恒定電流時，霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移

13、量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。所需單元和部件：霍爾片、磁路系統、電橋、差動放大器、F/V表、直流穩壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。有關旋鈕的初始位置：直流穩壓電源置±2V檔，F/V表置2V檔，主、副電源關閉，差動放大器增益調至最小位置。實驗步驟：（1）開啟主、副電源將差動放大器調零后，關閉主、副電源。（2）裝好測微頭，調節測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。圖 3（3）按圖3接線，開啟主、副電源，調節電橋平衡網絡中的W1，使F/V數字表顯示為0。（4）在稱重平臺上放上砝碼，填入下表：正行程：反行程：（5）在平面上放一個未知重量之物，記下

14、表頭讀數。根據實驗結果作出V-W曲線，求得未知重量。注意事項：（1）此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應太重。（2）砝碼應置于平臺的中間部分。實驗四 光纖位移傳感器靜態實驗實驗目的：了解光纖位移傳感器的原理結構、性能實驗重點：光纖位移傳感器的原理結構、性能實驗難點：光纖位移傳感器的原理結構、性能實驗原理：反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖4A所示，光纖采用Y型結構，兩束多膜光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號的作用，當光發射器發出的紅外光，經光源光纖照射至反射面，被反射的光經接收光纖至光電轉換器將接受到的光纖轉換為電信號。其輸出的光強

15、決定于反射體距光纖探頭的距離：當光纖探頭頂部緊貼被測件時，發射光纖中的光不能反射到接收光纖中去，因而光電元件中不能產生電信號；當被測表面逐漸遠離光纖探頭時，發射光纖照亮被測表面的面積越來越大，因而相應的發射光錐和接收光錐重合面積越來越大，因而接收光纖端面上被照亮的區域也越來越大，有一個線性增長的輸出信號；當整個接收光纖端面被全部照亮時，輸出信號就達到位移輸出信號曲線上的“光峰點”；當被測表面繼續遠離時，由于被反射光照亮的面積大于接收光纖端面，即有部分反射光沒有反射進接收光纖，但由于接收光纖更加遠離被測表面，接收到的光強逐漸減小，光電與元件的輸出信號逐漸減弱。通過對光強的檢測而得到的位移量如圖4A所示 ，圖中“光峰點”左邊曲線范圍窄，但靈敏度高，線性好，適于測量微小位移和表面粗糙度等；圖中“光峰點”右邊曲線反映出信號的減弱與探頭和被測表面之間的距離平方成反比。圖4A所需單元及部件：主副電源、差動放大器、F/V表、光纖傳感器、振動臺。實驗步驟： （1）觀察光纖位移傳感器結構，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。 （2）了解振動臺在實驗儀上的位置（實驗儀臺面上右邊的圓盤，在振動臺上貼有反射紙作為光的反射面。） （3）如圖4B接線：因光/電轉換器內部已按裝好，所以可將電信號直接經差動放大器放大。F/V顯示表