訊號與測試技術實驗報告
實驗二感測器實驗
目錄一、金屬箔式應變計實驗 3
1.實驗目的 3
2.實驗原理 3
（2）應變電橋原理 3
（3）稱重原理 3
（4）溫補原理 3
實驗儀器 4
3.實驗步驟 4
4.實驗資料及處理 5
二、光纖光電感測實驗 8
1.實驗目的 8
2.實驗儀器 8
3.實驗原理 8
3.1光敏電阻 8
3.2紅外發光管與光敏三極體 9
3.3光纖感測器 9
4.實驗步驟 9
4.1光敏電阻實驗 9
4.2光電開關 10
4.3光纖感測器 10
5.資料處理 11
三、電容式感測器實驗 12
1.實驗目的 12
2.實驗儀器 12
3.實驗原理 13
4.實驗步驟 13
5.實驗資料及處理 13
6.實驗分析 15
四、溫度感測器實驗 15
1.實驗目的 15
2.實驗儀器 15
3.實驗原理 15
3.1熱電偶測溫原理 15
3.2熱電偶標定 15
3.3熱電偶冷端補償 16
3.4鉑熱電阻 16
3.5pn結溫敏二極體 16
3.6熱敏電阻 16
3.7整合溫度感測器 17
4.實驗步驟 17
5.實驗資料及處理 17
五、活塞壓力計靜態校準實驗 20
1.實驗目的 20
2.實驗儀器 21
3.實驗原理 21
4.實驗步驟 21
實驗資料及處理 22
六、實驗感想 24
1、預習 24
2、聯絡理論知識 24
3、注意細節 24
（1）了解箔式應變片的結構及貼上方式
（2）掌握使用電橋電路對應變片進行訊號調理的原理和方法
（3）掌握使用應變片設計電子秤的原理
（4）掌握應變片的溫補原理和方法
（1）應變片測量原理
應變片是最常用的測力感測元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地貼上在測試體表面，測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，即可將電阻變化轉換成電訊號輸出。
電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻r1、r2、r3、r4中，電阻的相對變化率分別為△r1/r1、△r2/r2、△r3/r3、△r4/r4 ，當使用乙個應變片時，；當二個應變片組成差動狀態工作，則有；用四個應變片組成二個差動對工作，且r1= r2= r3= r4=r，則有。
本實驗選用的是標準商用雙孔懸臂梁式稱重感測器，靈敏度高，效能穩定，四個特性相同的應變片貼在如圖1所示位置，彈性體的結構決定了r1和r3、r2 和r4的受力方向分別相同，因此將它們串接就形成差動電橋。（彈性體中間上下兩片為溫度補償片）
當彈性體受力時，根據電橋的加減特性其輸出電壓為：
當應變片所處環境溫度發生變化時，由於其敏感柵本身的溫度係數，自身的標稱電阻值發生變化，而貼應變片的測試件與應變片敏感柵的熱膨脹係數不同，也會引起附加形變，產生附加電阻。
為避免溫度變化時引入的測量誤差，在實用的測試電路中要進行溫度補償。本實驗中採用的是電橋補償法。
主機提供可調直流穩壓電源（±4v、±12v），應變式感測器實驗模組，雙孔懸臂梁稱重感測器，稱重砝碼（20克/個），數字萬用表(可測溫)。
（1）觀察稱重感測器彈性體結構及感測器貼上位置，將三芯電纜供電線一端與應變式感測器實驗模組相連，另一端與主機實驗電源相連。
（2）將差動放大器增益置於最大位置（順時針方向旋到底），差動放大器的「+」「-」輸入端接地。輸出端接電壓表200mv檔。開啟主機電源，用調零電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然後拔掉實驗線，調零後模組上的「增益、調零」電位器均不應再變動。
（3）按圖3將所需實驗部件連線成測試橋路（全橋接法），圖中r1、r2、r3和r均為應變計（可任選雙孔懸臂梁上的乙個應變片），圖中每兩個節之間可理解為一根實驗連線線，注意連線方式，勿使直流激勵電源短路。（±4v採用主機電源上的+v0和-v0）。
（4）開啟微機電源，調節電橋wd調零電位器使無負載時的稱重感測器輸出為零。
（5）逐一將砝碼放上感測器稱重平台（共9個砝碼），調節增益電位器，使vout端輸出電壓與所稱重量成一比例關係，記錄w（克）與v（mv）的對應值，並將資料填入表1和表2中（按靜態標定步驟進行正反三次迴圈
（6）做出v-w曲線。
（7）用可測溫度的萬用表測出環境溫度大小，並記錄。
（8）開啟「應變加熱」電源，觀察電橋輸出電壓隨溫度公升高而發生的變化，待加熱溫度達到乙個相對穩定值後（加熱器加熱溫度約高於環境溫度30℃），記錄vout端輸出電壓值，用可測溫度的萬用表測出孔懸臂梁上的溫度，並求出大致的溫飄△v/△t，然後關閉加熱電源，待其冷卻。
（9）將圖3中電阻r2換成一片與應變片在同一應變梁上的補償應變片，重新調整系統輸出為零。
（10）開啟「應變加熱」電源，觀察經過補償的電橋輸出電壓的變化情況，並求出溫漂，然後與未進行補償時的電路進行比較，用文字說明比較的結果。
原始資料：
資料處理及分析：
由資料得：
作回歸分析可知回歸特性曲線為：
其線性度為r=0.998。由此可知應變式感測器的線性度較好。
作滯回特性曲線。
由上圖可知，正行程平均校正曲線與反行程平均校正曲線基本重合，其遲滯誤差很小。
關於溫度補償：
未加補償時：
加補償應變片：
通過上述資料可知,通過溫度補償後的溫漂有明顯下降.這是由於橋臂2的溫度補償片與應變片1處於相同的溫度下,當溫度變化時,兩者產生相等的溫漂電壓變化,這兩個變化的電壓值通過電橋連線而抵消,故輸出電壓溫漂減小。
了解光纖感測器原理及位移測量的原理；
了解光敏電阻和光電開關的工作原理及應用。
光纖光電感測器實驗模組，示波器：ds5062ce，微機電源：wd990型，±12v，萬用表：vc9804a型，電源連線電纜，螺旋測微儀
由半導體材料製成的光敏電阻，工作原理基於內光電效應，當摻雜的半導體薄膜表面受到光照時，其導電率就發生變化。不同的材料製成的光敏電阻有不同的光譜特性和時間常數。由於存在非線性，因此光敏電阻一般用在控制電路中，不適用作測量元件。
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