传感器技术系列实验

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,传感器技术系列实验,应变电桥,应变片,单元电路一,差动放大器,单元电路二,电源面板,差动电容模型,传感器技术系列实验,上海理工大学光电学院,2008,年,1,月,9,目录,实验一,箔式应变片测量技术,实验二,半导体应变片性能及应用,实验三,移相器和相敏检波器实验,实验四,交流全桥电路及应用,实验五,差动变压器测量及应用,实验六,差动螺管式电感传感器及应用,实验七,温度传感器实验,实验八,光纤传感器实验,实验九,霍尔式传感器实验,实验十,电涡流传感器性能实验,实验十一,压电加速式传感器实验,实验十二,电容式传感器特性,实验十三,力平衡式传感器实验,实验十四,微机检测与转换,数据采集处理,封面,10,实验一 箔式应变片测量技术,-,一、,实验目的,二、,实验原理,三、,实验部件及仪器,四、,实验步骤,五、,注意事项,六、,实验报告要求,目录,11,一、实验目的：,1.,观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；,2.,测试应变梁变形的应变输出；,3.,比较箔式应变片分别接成单臂直流电桥、半桥、全桥时电桥的输出关系；,4.,说明温度变化对应变测试系统的影响；,5.,在实用测试电路中对由于温度变化引入的测量误差进行温度补偿。,目录,12,实验一 箔式应变片测量技术,二、实验原理：,1.,应变片是常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变时，应变片的敏感栅随同形变，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。,2.,电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零。在桥臂四个电阻,R,1,、,R,2,、,R,3,、,R,4,中，电阻相对变化率分别为,R,1,/R,1,、,R,2,/R,2,、,R,3,/R,3,、,R,4,/R,4,，当使用一个应变片时，,R=R/R,；当二个应变片组成差动状态工作，则有,R=2R/R,；当用四个应变片组成二个差动对工作，且,R,1,=R,2,=R,3,=R,4,=R,时，,R=4R/R,。由此可见，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依此增大。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于,1/4ER,，电桥灵敏度,K,u,=V/R/R,，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为,1/4E,、,1/2E,和,E,。由此可见，当,E,和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。,目录,13,实验一 箔式应变片测量技术,二、实验原理：,3.,温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。,4.,用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如,附图（,2,）,所示。在图示电桥中，,R,1,为工作片，,R,2,为补偿片，,R,1,=R,2,。当温度变化时两应变片的电阻变化,R,1,与,R,2,符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后,R,1,R,4,=R,2,R,3,，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成,90,，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。,目录,14,实验一 箔式应变片测量技术,三、实验部件及仪器：,直流稳压电源（,4V,档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表、加热器、半导体点温计、温度补偿片。,目录,15,实验一 箔式应变片测量技术,四、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,为桥路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）。直流激励电源为,4,伏。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。,目录,16,实验一 箔式应变片测量技术,四、实验步骤：,3.,确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥,W,D,电位器，使测试系统输出为零。,4.,旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各,5mm,，测微头每移动,0.5mm,记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度,S,，,S=X/V,，并在坐标图上做出,V-X,关系曲线。,5.,调整系统输出为零，记录加热前测试系统感受的温度，点温计可插入二片应变梁之间的加热器当中。,6.,开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度计升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值，并求出温度漂移值,V/T,。,目录,17,实验一 箔式应变片测量技术,四、实验步骤：,7.,按,图（,3,）,接好线路，图中,R,和,R,分别为箔式工作片和补偿片，重复,5-6,步骤，求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实验步骤,6,的结果进行比较。,8.,在完成实验步骤,4,的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将,图（,1,）,中电桥固定电阻,R,1,、,R,2,、,R,3,换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。,9.,重复,3,、,4,步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。,10.,在同一坐标上描出,V-X,曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。,目录,18,实验一 箔式应变片测量技术,五、注意事项：,1.,实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。,2.,接插线插入插孔时轻轻地作一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。,3.,稳压电源不要对地短路。,4.,应变片接入半桥和全桥时应注意其受力方向，一定要接成差动形式。,5.,直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。,目录,19,实验一 箔式应变片测量技术,五、注意事项：,6.,由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，再负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正,X,的灵敏度与负的,X,的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。,7.,由于本仪器中所使用的,BHF,箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。,8.,应正确选择补偿片。在面板的应变片接线端中，从左至右,18,对接线端分别是：,1,上梁半导体应变片，,2,下梁半导体应变片，,3,、,5,上梁箔式应变片，,4,、,6,下梁箔式应变片，,7,、,8,上、下梁温度补偿片。电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。,目录,20,实验一 箔式应变片测量技术,六、实验报告要求：,1.,实验目的；,2.,实验原理图；,3.,实验部件及仪器；,4.,实验步骤；,5.,实验结果与分析：,列出表格，记录实验数据；,在坐标纸上画出相关曲线，并计算有关数据；,心得体会。,目录,21,实验一 箔式应变片测量技术,返回,22,实验一 箔式应变片测量技术,图（,2,）,返回,23,实验一 箔式应变片测量技术,返回,24,实验一 箔式应变片测量技术,