實驗一：金屬箔式應變片效能及應用實驗
一、 實驗內容
⑴ 金屬箔式應變片－單臂電橋效能實驗
⑵ 金屬箔式應變片―半橋效能實驗
⑶ 金屬箔式應變片―全橋效能實驗
二、 實驗目的及要求
⑴ 掌握應變片的工作原理和電橋電路的測量原理和方法。
⑵ 比較各電橋的效能輸出靈敏度及其非線性的差異。
三、 實驗條件及要求
應變式感測器實驗模板、應變式感測器－電子秤、砝碼、數顯表、±15v電源、±4v電源。
四、 實驗相關知識點
電阻應變式感測器由彈性敏感元件和電阻應變片組成。當外力作用到彈性敏感元件上時，彈性敏感元件表面將產生微小的機械變形，而貼上在彈性敏感元件表面的電阻應變片將隨著彈性敏感元件產生微小的機械變形，根據材料力學中的虎克定律即，又由金屬的應變效應可知應變片的應變與其電阻值的相對變化率成正比，因此電阻應變片的阻值也產生相應的變化。這樣，通過測量電路把電阻的變化轉換為相應電壓或電流的變化，這樣就可以唯一確定被測量和電壓或電流的關係。
再利用這一關係，進行實際的測量。當然，測量其他物理量如力、壓力、加速度等，需要將這些物理量通過彈性敏感元件轉換為應變，這樣就可以利用應變片進行測量。
五、 實驗實施步驟
(一) 金屬箔式應變片―單臂電橋效能實驗
1、根據圖1.1應變式感測器（電子秤）已裝於應變感測器模板上。感測器中各應變片已接入模板的左上方的r1、r2、r3、r4。
加熱絲也接於模板上，可用萬用表進行測量判別，r1＝r2＝r3＝r4＝350ω，加熱絲阻值為50ω左右。
圖1.1 應變式感測器安裝示意圖
2、 接入模板電源±15v（從主控台引入），檢查無誤後，合上主控台電源開關，將實驗模板調節增益電位器rw3順時針調節大致到中間位置，再進行差動放大器調零，方法為將差放的正負輸入端與地短接，輸出端與主控台面板上數顯表輸入端vi相連，調節實驗模板上調零電位器rw4，使數顯表顯示為零（數顯表的切換開關打到2v檔）。關閉主控箱電源（注意：當rw3、rw4的位置一旦確定不能改變，一直到做完實驗為止）。
3、 將應變式感測器的其中乙個電阻應變片r1（即模板左上方的r1）接入電橋作為乙個橋臂與r5、r6、r7接成直流電橋（r5、r6、r7模組內已接好），接好電橋調零電位器rw1，接上橋路電源±4v（從主控台引入）如圖1.2所示。檢查接線無誤後，合上主控台電源開關。
調節rw1，使數顯表顯示為零。
圖1.2應變式感測器單臂電橋實驗接線圖
說明：模板上實線表示內部有導線連線，相應的電子元件接於模板內部。
4、 在電子稱上放置乙隻砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完。記下實驗結果填入表1-1，關閉電源。
(二) 金屬箔式應變片―半橋效能實驗
1、感測器安裝同實驗上，做實驗步驟2，實驗模板差動放大器調零。
2、根據圖1.3接線。r1、r2為實驗模板左上方的應變片，注意r2應和r1受力狀態相反，即將感測器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。
接入橋路電源±4v，調節電橋調零電位器rw1進行橋路調零，重複實驗步驟
3、4，將實驗資料記入表1-1。
圖1.3應變式感測器半橋差動電路實驗接線圖
（三）金屬箔式應變片―全橋效能實驗
1、感測器安裝同上，做實驗步驟2，實驗模板差動放大器調零。
2、根據圖1.4接線，實驗方法與半橋實驗相同。將實驗結果填入表1-1。
圖1.4應變式感測器全橋差動電路實驗接線圖
表1-1 輸出電壓與加負載重量值
(四) 直流全橋的應用―電子秤實驗
1、按實驗一中2的步驟，將差動放大器調零，按圖1-4全橋接線，合上主控台電源開關，調節電橋平衡電位rw1，使數顯表顯示0.00v。
2、將10只砝碼全部置於感測器的托盤上，調節電位器rw3（增益即滿量程調節）使數顯表顯示為0.200v(2v檔測量)或－0.200v。
3、拿去托盤上的所有砝碼，調節電位器r w4（零位調節）使數顯表顯示為0.0000v。
4、重複2、3步驟的標定過程，一直到精確為止，把電壓量綱v改為重量綱g，就可以稱重。成為一台原始的電子秤。
把砝碼依次放在托盤上，填入下表1-2。
表1-2 電子秤實驗資料表
六、思考問題
⑴ 根據實驗資料分別計算單臂、半橋、全橋系統的靈敏度，其中(δu為電壓變化量；δw為重量變化量)，比較單臂、半臂、全臂的靈敏度、穩定性並說明原因。
⑵ 如果連線全橋時應變片的方向接反會是什麼結果，為什麼？
⑶ 測量時，電橋不平衡會對測量產生什麼影響，為什麼每次測量前要重新檢查平衡？
七、實驗成績評定辦法
主要評分點：原理描述、實驗流程、除錯過程、資料記錄、解決問題的能力、資料蒐集、實驗結果、實驗效果等。
實驗二：電容式感測器特性實驗
一、實驗內容
⑴ 電容式感測器的位移實驗
⑵ 電容式感測器動態特性實驗
二、實驗目的及要求
⑴ 掌握電容感測器的原理及結構
⑵ 熟悉電容感測器的靜態特性
⑶ 了解其在動態測量中的應用
三、實驗條件及要求
電容感測器、電容感測器實驗模板、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數顯單元、直流穩壓源、
示波器。
四、實驗相關知識點
利用平板電容決定於極板的正對面積、極板間距離以及極板間的電介質這幾個因素．如果某一物理量（如角度、位移、深度等）的變化會引起電容器極板正對面積、兩板間的距離以及極板間的電介質等物理量的變化，從而引起電容的變化，那麼，通過測定電容器的電容就可以確定上述物理量的變化，作這種用途的感測器稱為電容式感測器．將其變化量送到電容感測器的實驗摸板上，轉化成電壓訊號由數顯表顯示出來。根據電容器引數變化的特性，電容式感測器可分為極距變化型、面積變化型和介質變化型三種，其中極距變化型和面積變化型應用較廣。
五、實驗實施步驟
(一) 電容式感測器的位移實驗
1、將電容感測器裝於電容感測器實驗模板上，判別cx1和cx2時，注意動極板接地，接法正確則動極板左右移動時，有正、負輸出。不然得調換接頭。一般接線：
二個靜片分別是1號和2號引線，動極板為3號引線。
2、將電容感測器電容c1和c2的靜片接線分別插入電容感測器實驗模板cx1、cx2插孔上，動極板連線地插孔（見圖2.1）。
圖2.1電容感測器位移實驗接線圖
3、將電容感測器實驗模板的輸出端vo1與數顯表單元vi相接（插入主控箱vi孔），rw調節到中間位置。
4、接入±15v電源，旋動測微頭推進電容器感測器動極板位置，每間隔0.2mm記下位移x與輸出電壓值，填入表2-1。
表2-1電容感測器位移與輸出電壓值
實驗三差動變壓器的效能實驗
一、實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。
二、基本原理：差動變壓器同一只初級線圈和二只次級線圈及乙個鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗採用三段式結構。當傳
感器隨著被測體移動時，由於初級線圈和次級線圈之間的互感發生變化促使次級線圈感應電勢產生變化，乙隻次級感應電勢增加，另乙隻感應電勢則減少，將兩隻次級反向串接(同名端連線)，就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。
三、需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙線示波器、差動變壓器，音訊訊號源(音訊振盪器)、直流電源、萬用表。
四、實驗步驟：
1、根據圖3-1，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。
圖3-1 差動變壓器電容感測器安裝示意圖
2、在模組上按圖3-2接線，音訊振盪器訊號必須從主控箱中的lv端子輸出，調節音訊振盪器的頻率，輸出頻率為4～5khz(可用主控箱的數顯表的頻率檔fin輸入來監測)。調節幅度使輸出幅度為峰一峰值vp-p=2v(可用示波器監測：x軸為0.
2ms/div、y軸ch1為1v/div、ch2為20mv/div)。
圖3-2 雙線示波與差動變壓器鏈結示意圖
3、旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰一峰值vp-p為最小。這時可以左右位移，假設其中乙個方向為正位移，則另一方向位移為負。從vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.
2mm從示波器上讀出輸出電壓vp-p值填入下表(3-1)。再從vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關係。
表(3-1)差動變壓器位移δx值與輸出電壓vp-p資料表
4、實驗過程中注意差動變壓輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘餘電壓大小。
根據表3-1畫出vop-p-x曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。
五、思考題：
1、用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1khz的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什麼影響？
2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？
2 激勵頻率對差動變壓器特性的影響
一、實驗目的：了解初級線圈激勵頻率對差動變壓器輸出效能的影響。
二、基本原理：差動變壓器輸出電壓的有效值可以近似用關係式：
表示，式中lp、rp為初級線圈電感和損耗電阻，ui、ω為激勵
電壓和頻率，m1、m2為初級與兩次級間互感系數，由關係式可以看出，當初級線圈激勵頻率太低時，若rp2>>ω2l2p，則輸出電壓u0受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當ω2l2p>> rp2時輸出u0與ω無關，當然ω過高會使線圈寄生電容增大，對效能穩定不利。
三、需用器件與單元：與實驗三相同。
四、實驗步驟：
1、差動變壓器安裝和接線圖同上。
2、選擇音訊訊號輸出頻率為1khz從lv輸出，(可用主控箱的數顯表頻率檔顯示頻率)移動鐵芯至中間位置即輸出訊號最小時的位置，調節rw1、rw2使輸出變得更小。
3、旋動測微頭，每間隔0.2mm在示波器上讀取一資料vp-p。
4、分別改變激勵頻率為3khz、5khz、重複實驗步驟1、2將測試結果記入表3-2
表3-2不同激勵頻率時輸出電壓(峰-峰值)與位移x關係。
感測器技術實驗指導書
感測技術基礎 實驗指導書 淮陰工學院 計算機工程學院 2010 9 17 目錄實驗一應變片式感測器特性實驗 3 實驗二電容式感測器的位移實驗 13 實驗三差動變壓器的效能實驗 20 實驗四電渦流感測器位移特性實驗 27 實驗五壓電式感測器測振動實驗 32 實驗六線性霍爾式感測器位移特性實驗 36 實...
感測器技術實驗指導書
一 實驗目的 1 了解電容式感測器結構及其特點 2 了解霍爾式感測器原理與應用 3 了解電渦流感測器的工作原理和效能 4 了解光纖位移感測器的工作原理和效能。二 基本原理 利用平板電容c a d和其它結構的關係式通過相應的結構和測量電路可以選擇 a d中三個引數中，保持二個引數不變，而只改變其中乙個...
感測器技術 實驗指導書
實驗指導書 莊肖波編寫 適用專業 測控技術與儀器 江蘇科技大學電子資訊學院 2009年9月 前言 感測器技術 課程，在高等理工科院校測控技術與儀器類各專業的教學計畫中，是一門重要的專業基礎課，而 感測器技術實驗 課程是完成本課程教學的重要環節。其主要任務是通過實驗鞏固和消化課堂所講授理論內容的理解，...