傳感器技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)(jsh)系列實(shí)驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)第一頁(yè)，共25頁(yè)。第1頁(yè)/共24頁(yè)第二頁(yè)，共25頁(yè)。第2頁(yè)/共24頁(yè)第三頁(yè)，共25頁(yè)。第3頁(yè)/共24頁(yè)第四頁(yè)，共25頁(yè)。第4頁(yè)/共24頁(yè)第五頁(yè)，共25頁(yè)。第5頁(yè)/共24頁(yè)第六頁(yè)，共25頁(yè)。第6頁(yè)/共24頁(yè)第七頁(yè)，共25頁(yè)。第7頁(yè)/共24頁(yè)第八頁(yè)，共25頁(yè)。傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)(jsh)系列實(shí)驗(yàn)系列實(shí)驗(yàn)上海理工大學(xué)光電學(xué)院上海理工大學(xué)光電學(xué)院2008年年1月月9第8頁(yè)/共24頁(yè)第九頁(yè)，共25頁(yè)。目錄目錄實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二半導(dǎo)體應(yīng)變片性能及應(yīng)用半導(dǎo)體應(yīng)變片性能及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三移相器和相敏檢波器實(shí)驗(yàn)移相

2、器和相敏檢波器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四交流全橋電路及應(yīng)用交流全橋電路及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五差動(dòng)變壓器測(cè)量及應(yīng)用差動(dòng)變壓器測(cè)量及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六差動(dòng)螺管式電感傳感器及應(yīng)用差動(dòng)螺管式電感傳感器及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)七實(shí)驗(yàn)七溫度傳感器實(shí)驗(yàn)溫度傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八實(shí)驗(yàn)八光纖傳感器實(shí)驗(yàn)光纖傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)九實(shí)驗(yàn)九霍爾式傳感器實(shí)驗(yàn)霍爾式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十實(shí)驗(yàn)十電渦流傳感器性能實(shí)驗(yàn)電渦流傳感器性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十一實(shí)驗(yàn)十一壓電加速壓電加速(jis)式傳感器實(shí)驗(yàn)式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十二實(shí)驗(yàn)十二電容式傳感器特性電容式傳感器特性實(shí)驗(yàn)十三實(shí)驗(yàn)十三力平衡式傳感器實(shí)驗(yàn)力平衡式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)十四實(shí)驗(yàn)十四微機(jī)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換微機(jī)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集處理數(shù)據(jù)采集處理封面(f

3、ngmin) 10第9頁(yè)/共24頁(yè)第十頁(yè)，共25頁(yè)。實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一箔式應(yīng)變箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)片測(cè)量技術(shù)-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)部件及儀器三、實(shí)驗(yàn)部件及儀器四、實(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟五、注意事項(xiàng)五、注意事項(xiàng)六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求目錄(ml) 11第10頁(yè)/共24頁(yè)第十一頁(yè)，共25頁(yè)。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式(fngsh)；2.測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；3.比較箔式應(yīng)變片分別接成單臂直流電橋、半橋、全橋時(shí)電橋的輸出關(guān)系；4.說(shuō)明溫度變化對(duì)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的影響；5.在實(shí)用測(cè)試電路中對(duì)由于溫度變化引入的測(cè)量誤差進(jìn)行溫度補(bǔ)

4、償。目錄(ml) 12實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)第11頁(yè)/共24頁(yè)第十二頁(yè)，共25頁(yè)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1.應(yīng)變片是常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵隨同形變，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。2.電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻相對(duì)變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，R=R/R；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有R=2R/R；當(dāng)用四個(gè)應(yīng)

5、變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1=R2=R3=R4=R時(shí)，R=4R/R。由此可見(jiàn)，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依此增大。根據(jù)戴維南定理可以得出測(cè)試電橋的輸出電壓近似等于1/4ER，電橋靈敏度Ku=V/R/R，于是對(duì)應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可見(jiàn)，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定(ydng)時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)。目錄(ml) 13實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量(cling)技術(shù)第12頁(yè)/共24頁(yè)第十三頁(yè)，共25頁(yè)。二、實(shí)驗(yàn)原理：3. 溫度變化引起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲與測(cè)試中的膨脹系數(shù)不同。由此引起測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變

6、化。4. 用補(bǔ)償片法是應(yīng)變電橋溫度補(bǔ)償方法中的一種，如附圖（2）所示。在圖示電橋中，R1為工作片，R2為補(bǔ)償片，R1=R2。當(dāng)溫度變化時(shí)兩應(yīng)變片的電阻變化R1與R2符號(hào)相同(xin tn)，數(shù)量相等，橋路如原來(lái)是平衡的，則溫度變化后R1R4=R2R3，電橋仍滿足平衡條件，無(wú)漂移電壓輸出，由于補(bǔ)償片所貼位置與工作片成90，所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)變。目錄(ml) 14實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第13頁(yè)/共24頁(yè)第十四頁(yè)，共25頁(yè)。三、實(shí)驗(yàn)部件及儀器：直流穩(wěn)壓電源（4V檔）、電橋(din qio)、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭、電壓表、加熱器、半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)、溫度補(bǔ)償

7、片。目錄(ml) 15實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)第14頁(yè)/共24頁(yè)第十五頁(yè)，共25頁(yè)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1.調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針?lè)较蛐降?do d)），“+、-”輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對(duì)地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2.按圖（1）將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中R1、R2、R3和WD為橋路中的固定電阻和直流調(diào)

8、平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作）。直流激勵(lì)電源為4伏。測(cè)微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。目錄(ml) 16實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)第15頁(yè)/共24頁(yè)第十六頁(yè)，共25頁(yè)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：3.確認(rèn)接線無(wú)誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整(tiozhng)電橋WD電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。4.旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，以水平狀態(tài)下輸出電壓為零，向上和向下移動(dòng)各5mm，測(cè)微頭每移動(dòng)記錄一個(gè)差動(dòng)放大器輸出電壓值，并列表。根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S，S=X/V，并在坐標(biāo)圖上做出V-X關(guān)系曲線。5.調(diào)整(tiozhng

9、)系統(tǒng)輸出為零，記錄加熱前測(cè)試系統(tǒng)感受的溫度，點(diǎn)溫計(jì)可插入二片應(yīng)變梁之間的加熱器當(dāng)中。6.開啟“加熱”電源，觀察測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓隨溫度計(jì)升高而發(fā)生的變化。待電壓讀數(shù)基本穩(wěn)定后記下電壓值，并求出溫度漂移值V/T。目錄(ml) 17實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第16頁(yè)/共24頁(yè)第十七頁(yè)，共25頁(yè)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：7.按圖（3）接好線路，圖中R和R分別為箔式工作片和補(bǔ)償片，重復(fù)5-6步驟，求出接入補(bǔ)償片后系統(tǒng)的溫度漂移，并與實(shí)驗(yàn)步驟6的結(jié)果進(jìn)行比較。8.在完成(wn chng)實(shí)驗(yàn)步驟4的基礎(chǔ)上，不變動(dòng)差動(dòng)放大器增益和調(diào)零電位器，依次將圖（1）中電橋固定電阻R1、R2、R3換成箔式應(yīng)變片

10、，分別接成半橋和全橋測(cè)試系統(tǒng)。 9.重復(fù)3、4步驟，測(cè)出半橋和全橋輸出電壓并列表，計(jì)算靈敏度。 10.在同一坐標(biāo)上描出V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié)論。目錄(ml) 18實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第17頁(yè)/共24頁(yè)第十八頁(yè)，共25頁(yè)。五、注意事項(xiàng)：1.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。2.接插線插入插孔時(shí)輕輕地作一小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證接觸良好，拔出時(shí)也輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)一下拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成(zo chn)線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。3.穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路。4.應(yīng)變片接入半橋和全橋時(shí)應(yīng)注意其受力方向，一定要接成差

11、動(dòng)形式。5.直流激勵(lì)電壓不能過(guò)大，以免造成(zo chn)應(yīng)變片自熱損壞。目錄(ml) 19實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第18頁(yè)/共24頁(yè)第十九頁(yè)，共25頁(yè)。五、注意事項(xiàng)：6.由于進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)測(cè)微頭要從零正的最大值，又回復(fù)到零，再負(fù)的最大值，因此容易造成零點(diǎn)偏移，因此計(jì)算靈敏度時(shí)可將正X的靈敏度與負(fù)的X的靈敏度分開計(jì)算。再求平均值，以后實(shí)驗(yàn)中凡需過(guò)零的實(shí)驗(yàn)均可采用此種方法。7.由于本儀器中所使用的BHF箔式應(yīng)變片具有(jyu)防自蠕變性能，因此溫度系數(shù)還是比較小的。8.應(yīng)正確選擇補(bǔ)償片。在面板的應(yīng)變片接線端中，從左至右18對(duì)接線端分別是：1上梁半導(dǎo)體應(yīng)變片，2下梁半導(dǎo)體應(yīng)變片，

12、3、5上梁箔式應(yīng)變片，4、6下梁箔式應(yīng)變片，7、8上、下梁溫度補(bǔ)償片。電路中工作片與補(bǔ)償片應(yīng)在同一應(yīng)變梁上。目錄(ml) 20實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第19頁(yè)/共24頁(yè)第二十頁(yè)，共25頁(yè)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 實(shí)驗(yàn)原理圖；3. 實(shí)驗(yàn)部件及儀器；4. 實(shí)驗(yàn)步驟；5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析： 列出表格，記錄(jl)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 在坐標(biāo)紙上畫出相關(guān)曲線，并計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)； 心得體會(huì)。 目錄(ml) 21實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)第20頁(yè)/共24頁(yè)第二十一頁(yè)，共25頁(yè)。圖（1）V+4V-4VWDR2R3RR1+_返回(fnhu) 22實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量(cling)技術(shù)第21頁(yè)/共24頁(yè)第二十二頁(yè)，共25頁(yè)。RRRR1234V圖（2）返回(fnhu) 23實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變片測(cè)量技術(shù)第22頁(yè)/共24頁(yè)第二十三頁(yè)，共25頁(yè)。V+4V-4VWDR+_RRR差放電壓表圖 （3）返回(fnhu) 24實(shí)驗(yàn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片測(cè)量技術(shù)第23頁(yè)/共24頁(yè)第二十四頁(yè)，共25頁(yè)。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會(huì)計(jì)學(xué)。實(shí)驗(yàn)十三 力平衡式傳感器實(shí)驗(yàn)。2.測(cè)試應(yīng)變(yngbin)梁變形的應(yīng)變(yngbin)