实验指导书

录

实验一

电阻式传感器的单臂电桥性能实验……………………

实验二

电阻式传感器的半桥性能实验…………………………

实验三

电阻式传感器的全桥性能实验…………………………

实验四

电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验………

实验五

电阻式传感器的振动实验 * …………………………

实验六

电阻式传感器的电子秤实验 * ………………………

实验七

变面积式电容传感器特性实验…………………………

实验八

差动式电容传感器特性实验…………………………

实验九

电容传感器的振动实验 * …………………………

实验十

电容传感器的电子秤实验 * ………………………… 实验十一

差动变压器的特性实验…………………………

实验十二

自感式差动变压器的特性实验………………………

实验十三

差动变压器的振动实验 * …………………………

实验十四

差动变压器的电子秤实验 * …………………………

实验十五

光电式传感器的转速测量实验…………………………

实验十六

光电式传感器的旋转方向测量实验……………………

实验十七

接近式霍尔传感器实验…………………………………

实验十八

霍尔传感器的转速测量实验……………………………

实验十九

涡流传感器的位移特性实验……………………………

实验二十

被测体材质对涡流传感器特性的影响实验……………

实验二十一 涡流式传感器的振动实验 * ………………………… 实验二十二 涡流式传感器的转速测量实验………………………… 实验二十三 温度传感器及温度控制实验(AD590) ………………… 实验二十四 K型热电偶的温度控制实验……………………………

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1 3 5 6 7 8 9 11 13 14 15 16 18 19 20 22 23 25 25 27 28 29 30 33

实验二十五 E型热电偶的温度控制实验…………………………… 实验二十六 铂热电阻的温度控制实验…………………………………

实验二十七

铜热电阻的温度控制实验…………………………………

实验二十八 磁电式传感器的特性实验………………………………

实验二十九

磁电式传感器的转速测量实验…………………………

实验三十 磁电式传感器的应用实验 * …………………………

实验三十一 压电加速度式传感器的特性实验………………………

实验三十二 光纤传感器的位移特性实验…………………………… 实验三十三 光纤传感器的振动实验………………………………… 实验三十四 光纤传感器的转速测量实验…………………………… 实验三十五

压阻式压力传感器的特性实验…………………………

实验三十六 压阻式压力传感器的差压测量实验 * ………………

实验三十七

超声波传感器的位移特性实验…………………………

实验三十八 超声波传感器的应用实验 * …………………………

实验三十九

气敏传感器的原理实验…………………………………

实验四十

湿度式传感器的原理实验……………………………… 附录一 计算机数据采集系统的使用说明………………………

附录二 温度控制仪表操作说明………………………………… 附录三

JZY-Ⅲ型检测与转换技术实验箱（台）使用手册………

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实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验

一、实验目的

1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。 2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。 3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电 压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电 阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR 为电阻丝变化值，K 为应变灵敏 系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过测量电路将电阻变化转换

为电流或电压输出。

2、电阻应变式传感如图 1-1 所示。传感器的主要部分是下、下两个悬 臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大

测量范围为±3mm。

2 3 1 4 +5V R R R R 5

1─外壳 2─电阻应变片 3─测杆 4─等截面悬臂梁 5─面板接线图

图 1-1 电阻应变式传感器

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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn 3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图 1-2 所示，图中 R1、R2、R3 为 固定，R 为电阻应变片，输出电压 UO＝EKε，E 为电桥转换系数。

R3 +15V RP2

R5 +5V A D r R1 R3 R1 1 2 3 RP B E 87 V RP1 R2 6 R4 R2 R C 调零电桥

OP07 R4 4 -15V 电 阻 传感器

差动放大器

图 1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微

器使其指示 15mm 左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器 测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电 阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上

下两侧。

2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V

和地端，用导线接

到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器 RP1 旋钮（实验台为增益旋钮） 逆时针旋到终端位置。

3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电 压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的 20V 档按键（实验台为将电 压量程拨到 20V 档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器 RP2 旋钮， 使电压表指示向零趋近，然后换到 2V 量程，旋动调零电位器 RP2 旋钮使电 压表指示为零；此后调零电位器 RP2 旋钮不再调节，根据实验适当调节增益 电位器 RP1。

4、按图 1-2 接线，R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的

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应变片构成单臂电桥形式。

5、调节平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使 电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器， 每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO 记入下表 中。

表 1-1

X(mm) UO(mV)

0 0 五、实验报告

1、根据表 1-1 中的实验数据，画出输入/输出特性曲线 Uf(X) ，并

O

且计算灵敏度和非线性误差。 答：1）灵敏度

（电桥的灵敏度Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小

Su= U/( R/ R)= 0.25 UO ( R1 / R1-  R2 / R2+  R3 / R3-  R4 / R4)/ ( R/ R)

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝KΔL/ L=Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过施加外力引起应变片变形，测量电路将电阻变化转换为电流或电压的变化。

KS(12)1d

对于金属应变片，Ks主要取决于式中的第一项。金属的泊松比通常在0.3左右，对于大多数金属Ks取2。本实验采用直流电桥来测量金属应变片的工作特性。）

Su= U/( R/ R)= U/ KΔL/ L= U/ 2ΔL/ L 2）非线性误差

L=﹣

1R1L••100%=﹣••100% 2R2L2、传感器的输入电压能否从＋5V 提高到＋10V？输入电压的大小取决

于什么？

答：可以，取决于电桥不平衡时输出电压。

3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。

在系统误差存在的情况下，半桥测量时会受零漂和蠕变的影响，同时，绝缘电阻过低也会造成应变片和试件之间的漏电而产生测量误差，由于敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化，试件材料和电阻丝的线膨胀系数的影响也是引起非线性误差的重要原因 在实验中，认得操作不当也会引起非线性误差，如调零不精确等

实验二 电阻式传感器的半桥性能实验

一、实验目的

掌握半桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验原理及电路

将两个受力方向不同的应变片电阻分别接入电桥的两个相邻桥臂，组成

半桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度提高，非线性得到改善。

实验电路图见图 2-1，当两个应变片的阻值和应变量相同时，半桥输出

电压 UO＝2EKε

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四、实验步骤

1、按实验一的实验步骤 1 至 3 进行操作。

2、按图 2-1 接线，将两个受力方向相反的应变片接入电桥中。

R3 +15V RP2

R5 +5V A r R1 R R1 V 1 2 RP B R R2 C 调零电桥

电 阻 传感器

R2 3 87 RP1 6 R4 OP07 R4 4 -15V 差动放大器

图 2-1 电阻式传感器半桥实验电路

3、调节平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使 表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器， 每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO 记入下表 中。

表 2-1 X(mm) UO(mV)

0 0 五、实验报告

1、根据表 2-1 的实验数据，画出输入/输出特性曲线 Uf(X) ，并且

O

计算灵敏度和非线性误差。

答：同实验一

Su= U/( R/ R)= U/ KΔL/ L= U/ 2ΔL/ L

1R1L•100%=﹣••100% L=﹣•

2R2L

2、进行半桥测量时，接入的两个应变片电阻的受力方向为什么必须相

反？

答：同向则电桥平衡，无输出。

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实验三 电阻式传感器的全桥性能实验

一、实验目的

掌握全桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验原理及电路

将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受 力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高， 非线性得到改善。实验电路图见图 3-1，全桥的输出电压 UO＝4EKε

四、实验步骤

1、按实验一的实验步骤 1 至 3 进行操作。

2、按图 3-1 接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片 电阻受力方向必须相反。

R3 +15V RP2

R5 +5V r R R R1 1 2 87 V RP1 RP R2 6 R4 R R 3 OP07 R4 4 -15V 调零电桥

电 阻 传感器

差动放大器

图 3-1 电阻式传感器全桥实验电路

3、调节平衡电位器 RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使

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PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.cn 表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器， 每次 0.4mm，上下各 2mm，将位移量 X 和对应的输出电压值 UO记入下表 中。

表 3-1

X(mm) UO(mV)

0 0 五、实验报告

1、根据表 3-1，画出输入/输出特性曲线 Uf(X) ，并且计算灵敏度和

O

非线性误差。

答：同实验一

2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？ 答：不需要

如果单从阻值讲，4个电阻一样无输出，无检测信号输出。

4个应变片两两相对成同时拉伸或压缩，增大电桥不平衡，信号输出增大。

实验四 电阻式传感器的单臂、半桥、全桥性能比较实验

一、实验目的

比较半桥、全桥形式输出时的灵敏度和非线性度。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验报告

1、按实验一、实验二、实验三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏 度和非线性误差，从理论上进行分析比较，注意实验一、实验二和实验三中

的放大器增益必须相同。

2、若要提高系统的灵敏度，除了采用不同的桥路形式外，还能采用什

么措施？

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实验五 电阻式传感器的振动实验 *

一、实验目的

了解电阻应变式传感器的动态特性。

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、调零电桥、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、 示波器。

三、实验原理及电路

将电阻式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察电阻式传 感器动态特性，电路图如图 5-1。

+5V

R RP r R 示波器 R R 调零电桥

电 阻 传感器

图 5-1 电阻式传感器振动实验电路图

四、实验步骤

1、固定好振动台，将电阻应变式传感器置于振动台上，将振动连接杆 与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧。

2、按照图 5-1 接线，将四个应变片接入电桥中，组成全桥形式，并将

桥路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。 3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察 输出波形。

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实验六 电阻式传感器的电子秤实验 *

一、实验目的

1、进一步掌握电阻应变式传感器的特性。

2、了解电阻应变式传感器在称重仪器中的应用。

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电 压表、振动台、砝码。

三、实验原理及电路

由于电阻式传感器的输出与位移成正比，利用弹性材料的特性，可以使 电阻式传感器输出与质量成线性关系，由此可以进行质量的测量。在本实验

中可以利用振动台的振动梁作为弹性部件。

四、实验步骤

1、根据实验一至实验五的实验内容设计电子秤实验的实验装置。

2、调节差动放大器的零点与增益，调节该电子秤实验装置的零点与量 程，注意确定量程时不要超出电阻式传感器的线性范围，并使砝码质量与输

出电压在数值上有直观的联系。

3、根据所确定量程，逐次增加砝码的质量，将质量与输出电压记入下

表。

表 6-1

M(g) UO(mV)

0 0 三、实验报告

1、根据表 6-1 中的实验数据，计算该电子秤装置的精度。 2、若要增加电子秤装置的量程，可以采取哪些措施？

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