實驗裝置簡介
（一）感測器種類：
金屬箔應變片式感測器、半導體應變片、電容感測器、電渦流感測器、霍爾位移感測器、光電感測器、磁電感測器、溫度感測器和濕度感測器等。
（二）實驗台訊號及顯示部分
1、氣壓裝置：由氣幫浦、氣壓表、流量計、儲氣箱組成。
2、低頻振盪器：1～30hz輸出連續可調，vp-p值20v，vi端插口可提供用作電流放大器。
3、音訊振盪器：1～10khz輸出連續可調，vp-p值20v，180°為反相輸出。
4、直流穩壓電源：
（1）±15v，提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最大輸出電流1.5a。
（2）±2v～±10v，檔距2v，分五檔輸出，提供直流訊號源，最大輸出電流1.5a。
（3）2~24v可調直流電源
5、數字式電壓表：分20mv、2v、20v三檔，由vin接線口接出，在「顯示選擇」處顯示。
6、頻率/轉速表：在fin接線口接出。
（三）處理電路：由電橋電路、差動放大電路、光電變換電路等組成，具體見實驗模板。
使用本儀器時開啟電源開關，檢查交、直流訊號及顯示儀表是否正常。
請注意，本儀器是實驗性儀器，各電路完成的實驗主要目的是對各種感測器測試電路做定性的驗證，而非工程應用型的感測器定量測試。
感測器基礎知識
一、 感測器的定義
感測器（transducer 或 senor）是將各種非電量（包括物理量、化學量、生物量等）按一定規律轉換成便於處理和傳輸的另一種物理量（一般為電量）的裝置。
合格的感測器應該滿足：輸出電量都應當不失真地復現輸入量的變化。這主要取決於感測器的靜態特性和動態特性。
二、 靜態特性
感測器在被測量的各個值處於穩定狀態時，輸出量和輸入量之間的關係稱為靜態特性。
通常，要求感測器在靜態情況下的輸出—輸入關係保持線性。
1、 線性度（非線性誤差）
在規定條件下，感測器校準曲線與擬合直線間最大偏差與滿量程（f·s）輸出值的百分比稱為線性度。
非線性誤差是以一定的擬合直線或理想直線為基準直線算出來的。因而，基準直線不同，所得線性度也不同。
2、 靈敏度
感測器的靈敏度指到達穩定工作狀態時輸出變化量與引起此變化的輸入變化量之比。由圖1-5可知，線性感測器校準曲線的斜率就是靜態靈敏度k。非線性感測器的靈敏度用dy/dx表示，
此外，感測器靜態特性還有精確度、分辨力、重複性等指標。
一、實驗目的：
了解光電感測器、磁電轉速感測器測轉速的原理
二、實驗原理：
1．光電感測器測速原理
用光電法測量轉速的原理是：將旋轉軸的轉速變換為相應頻率的電脈衝，測出脈衝的頻率，即可得到轉速值。
光電式轉速感測器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的，由光敏三極體和發光二極體相對組成。
在被測轉軸上安裝一圓盤，上面開有6個圓孔。圓盤一側是發光二極體，另一側是光敏三極體。由發光二極體產生恆定光，當圓盤轉動時，透過圓盤上的孔照射到光敏三極體上，轉換成相應的電脈衝訊號，經放大整形電路輸出整齊的脈衝訊號，轉速可以由脈衝訊號的頻率來決定。
若開孔盤的孔數為n，轉軸每分鐘轉數為n，則每秒鐘產生的電脈衝數（頻率）為f＝nn/60，即n=60f//n在本實驗中，n＝6，所以n=10f**速與頻率的關係）。
2．磁電轉速感測器
基於電磁感應原理，n匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應電勢發生變化，因此當轉盤上嵌入n個磁棒時，每轉一周線圈感應電勢產生n次的變化，通過放大、整形和計數等電路即可以測量轉速。
三、實驗器材：
光電轉速感測器、磁電轉速感測器、直流源＋5v、轉動源2－24v、轉動源單元、數顯單元的轉速顯示部分，導線。
四、實驗內容：
（一）光電感測器測速
1．光電轉速感測器已安裝在轉動源上，把轉動源上的＋5v、接地和輸出分別與主控箱上的＋5v、地、數顯表的fin相連。數顯表轉換開關打到轉速檔。
2．將轉速調節電源2－24v輸出接到轉動源2—12v插孔上。
3．合上主控箱電源開關，調節轉速源2－24v旋鈕，每增大0.5v，從轉速表上觀察電機轉速。
（二）磁電感測器測速
1、 磁電式轉速感測器按圖1安裝感測器端麵離轉動盤面2mm左右。將磁電式感測器輸出端插入數顯單元fin孔。（磁電式感測器兩輸出插頭插入臺面板上二個插孔）
2、 將顯示開關選擇轉速測量檔。
3、 將轉速電源2－24v用引線引入到臺面板上24v插孔，合上主控箱電開關。使轉速電機帶動轉盤旋轉，逐步增加電源電壓觀察轉速變化情況。
4、 五、實驗報告：
1．光電感測器是 （透射型、反射型），頻率和轉速的關係是什麼？
2．整理二個表中資料，在同一座標圖上繪出v-n曲線，計算靈敏度和線性度。
六、注意事項：
1、連線電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。
2、接插線插入插孔時保證接觸良好，拔出時要輕輕地拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。
一、實驗目的：
1．了解擴散矽式壓力感測器的結構。
2．掌握擴散矽式壓力感測器測量壓力的原理和方法。
二、實驗內容
1.半導體應變片效能的測試
2.製作氣壓計
三、實驗原理：
壓阻式感測器是利用矽的壓阻效應和微電子技術製成的，具有靈敏度高、動態響應好、精度高。易於微型化和整合化的特點。
1、壓阻效應：單晶矽材料在受到應力作用後，其電阻率發生明顯變化，這種現象稱為壓阻效應。
對於半導體材料，根據公式可得出電阻相對變化量
因此，半導體材料受到應力作用後，其電阻率發生明顯變化。（問題：是電阻的那個引數主要影響電阻的變化）
2、實驗中用的是擴散矽壓阻式壓力感測器，實驗原理見圖1（a），實驗接線見圖1（b），它是將p型雜質擴散到一片n型單晶矽的基片上，形成一層極薄的導電p型層，裝上引線接點後，即形成擴散型半導體應變片。如果在圓形矽膜片上擴散出四個呈x 型的等值電阻，構成惠斯通電橋的四個臂，在壓力作用下根據半導體的壓阻效應，基片產生應力，電阻條的電阻率產生很大變化，引起電阻的變化，我們把這一變化引入測量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。
a 原理圖b接線圖（把需要接的幾條線用動畫標註）
圖1 實驗原理圖和接線圖
3、差分放大電路：（見模板上電路圖）
ic1和ic2是安全對稱的同相放大器，ic3為差分放大器，對ic1和ic2的輸出電壓實行減法運算。電阻r1=r2，r3=r4，r5=r6。
該電路的差模電壓放大倍數為。電位器的作用
四、實驗步驟：
（一） 半導體應變片效能的測試
（1）安裝感測器並接線：將壓阻式壓力感測器安裝在實驗模板的支座上，將感測器的導壓橡膠管頭部插入主控箱面板上的氣源插座內（注意橡膠管拔出時用手指壓住氣源插座邊緣往內壓）。按照原理圖接線。
（2）電路調零：將增益電位器rw1調到某一位置並保持不變，開啟主機電源，調節零位電位器rw2，使實驗模組輸出為0。
（3）開啟氣源開關，調節流量計旋鈕，此時可看到流量計中的滾珠浮子在向上浮起懸於玻璃管中，使壓力顯示在1~17kp之間，每上公升1kp分別讀取壓力表讀數，記下相應的電壓值，記於表1中。找出該感測器測量的線性範圍。注意：
如果讓氣壓保持在某乙個值，應形成動態過程。（氣源開啟充氣，同時流量計開啟到某一開度進行放氣，才能使氣壓保持）。
（二） 製作氣壓計
1．電路仍按照上圖連線。
2．標定電路：首先要在上一步實驗中找到該感測器的線性範圍，在該線性範圍內製作氣壓計。
如果感測器的線性範圍是3~12kpa，調節流量計的調節閥，輸入3kpa氣壓，調節實驗模板的rw2（調零電位器），使電壓表顯示0.3v，再輸入12kpa氣壓，這時調節實驗模板的rw1（增益電位器），使電壓表顯示1.2v。
3．重複第2步使電壓表顯示與氣壓表顯示滿足對應關係。再驗證一下電壓值隨氣壓變化值，填於表中。
五、實驗報告：
1.整理表1的資料，作出v-p的曲線圖，寫出感測器的線性範圍，計算靈敏度和線性度。
2. 壓阻式感測器是基於什麼原理？簡述該原理。
3. 實驗電路中， rw1和rw2的作用分別是什麼？
一、實驗目的：
1．觀察了解箔式應變片的結構及貼上方式。
2．測試應變梁變形的應變輸出。
3．比較單臂、半橋、全橋電路的不同效能、了解其特點。
二、實驗原理：
金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝製成的應變敏感元件，由敏感柵、基底、蓋片、引線和粘結劑等組成。金屬箔式應變片感測器的核心元件是金屬應變片，它是基於電阻應變效應製成的。
1、應變效應
導體材料在外界作用下（如壓力）產生機械變形，其阻值將發生變化，這種現象稱為應變效應。把依據這種效應製成的應變片貼上在測試材料表面，當被測件受力發生形變，所產生的應變就會傳送到應變片上，從而使應變片上電阻絲的阻值發生相應的變化，且電阻相對變化與所受到的應變之間具有線性關係，用公式表示即：
式中：為電阻絲電阻相對變化；ε=δl/l為應變；k為應變靈敏係數，表示導線每單位應變引起的阻值相對變化量。
2、測量電路
（1）電橋電路
電橋電路的作用完成電阻到電壓的比例變化，它是是最常用的非電量電測電路中的一種，如圖1所示。當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。四個橋臂電阻任意乙個、兩個，三個甚至四個有變化時，電橋不平衡，輸出電壓δu不等於零，此時的輸出電壓δu就反映了橋臂電阻的變化。
圖1 電橋電路原理圖
單臂電橋：乙個橋臂電阻有變化。例如當r1電阻有δr的變化，則電阻變化率為。
如果rx增大，a點電位下降，而b點電位不變，所以輸出上負下正的電壓；如果rx減小，a點電位上公升，而b點電位不變，所以輸出下負上正的電壓；
半橋電路：兩個橋臂電阻有相同的電阻變化，不同受力方向的兩隻應變片接入電橋作為鄰邊，即二個應變片組成差動狀態工作時，例如r1和r2發生變化δr，阻值分別變化為（r1+δr）和（r2-δr），則電阻變化率為。
當rx增大時，a點電位下降，且當r3減小時，a點電位下降。所以當rx增大、且r3減小時，a點電位下降2倍。輸出電壓也就是單臂電橋的2倍。
電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。所以差動形式會使電橋輸出電壓增大。
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