传感器原理与应用
实验报告
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实验一 电阻应变式传感器实验
实验成绩 批阅教师
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R 1、R 2、R 3、和W D
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W D 电位器，使测试系统输出为零。
1． 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。2．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
表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥
表3 半导体应变片双臂电桥
实验二 差动变压器实验
实验成绩 批阅教师
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。
示波器
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V
为1.5V。
P-P
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V
值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。
P-P
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
实验三热敏式温度传感器测温实验
实验成绩批阅教师
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。
电压稳定时的温度为，此时电压为
求出灵敏度S。 S＝△V／△T=
3．负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为：
Rt ＝ Rto exp Bn (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。
