《感測器技術實驗》（做實驗
三、八）
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
2023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，掌握常用感測器的工作原理和使用方法，提高學生的動手能力和學習興趣。其目的是使學生掌握非電量檢測的基本方法和選用感測器的原則，熟悉各種感測器與檢測技術的關係，以及各類在工程中的實際應用，拓寬學生的知識領域，鍛鍊學生的實踐技能，培養學生獨立處理問題和解決問題的能力，培養學生科學的工作作風。
本實驗開設實驗總學時數：16，開設實驗總個數： 8 個，課內選做2個。
實驗內容有：金屬箔式應變計效能——應變電橋、雙孔應變感測器——稱重實驗、溫度感測器——熱電偶測溫實驗、溫度感測器——鉑熱電阻、電感式感測器——差動變壓器效能、電感感測器——差動螺管式感測器位移測量、霍爾式感測器——直流激勵特性、電容式感測器效能等。其中雙孔應變感測器——稱重實驗、電感感測器——差動螺管式感測器位移測量為綜合性實驗。
課內選做實驗有：差動變壓器的應用——電子秤、電渦流感測器——靜態標定。其他儀器與儀表專業也選擇其中的2個或3個較為典型的感測器實驗作為課內實驗。
實驗一金屬箔式應變計效能——應變電橋 3
實驗二雙孔應變感測器——稱重實驗 6
實驗三溫度感測器——熱電偶測溫實驗 8
實驗四溫度感測器——鉑熱電阻 11
實驗五電感式感測器——差動變壓器效能 13
實驗六電感感測器——差動螺管式感測器位移測量 15
實驗七霍爾式感測器——直流激勵特性 17
實驗八電容式感測器效能 19
實驗九差動變壓器的應用——電子秤 21
實驗十電渦流感測器——靜態標定 23
附錄a 實驗儀器簡介 25
附錄b 實驗操作須知 27
實驗一：金屬箔式應變計效能——應變電橋
實驗學時：2
實驗型別：（驗證）
實驗要求：（必修）
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、比較各橋路間的輸出關係。
二、實驗內容
本實驗主要了解和掌握箔式應變片及直流電橋的原理和工作情況。
三、實驗原理、方法和手段
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，轉換成電訊號輸出顯示。
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，。
四、實驗組織執行要求
本實驗採用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學。
五、實驗條件
直流穩壓電源+4v、公共電路模組（一）、貼於主機工作台懸臂梁上的箔式應變計、螺旋測微儀、數字電壓表。
六、實驗步驟
1、連線主機與模組電路電源連線線，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「+」「—」輸入端對地用實驗線短路。輸出端接電壓表2v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。
（圖1）
2、觀察貼於懸臂梁根部的應變計的位置與方向，按圖（1）將所需實驗部件連線成測試橋路，圖中r1、r2、r3分別為固定標準電阻，r為應變計（可任選上梁或下樑中的乙個工作片），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。
將螺旋測微儀裝於應變懸臂梁前端永久磁鋼上，並調節測微儀使懸臂梁基本處於水平位置。
3、確認接線無誤後開啟主機，並預熱數分鐘，使電路工作趨於穩定。調節模組上的wd電位器，使橋路輸出為零。
4、用螺旋測微儀帶動懸臂梁分別向上和向下位移各5mm ,每位移1mm記錄乙個輸出電壓值，並記入下表：
根據表中所測資料在座標圖上做出v—x曲線，計算靈敏度s： s=
七、思考題
比較各橋路間的輸出關係。
八、實驗報告
實驗報告簿應事先準備好，用來做預習報告、實驗記錄和實驗報告，要求這三個過程在乙個實驗報告中完成。
九、其它說明
1、實驗前應檢查實驗連線線是否完好，學會正確插拔連線線，這是順利完成實驗的基本保證。
2、由於懸臂梁彈性恢復的滯後及應變片本身的機械滯後，所以當螺旋測微儀回到初始位置后橋路電壓輸出值並不能馬上回到零，此時可一次或幾次將螺旋測微儀反方向旋動乙個較大位移，使電壓值回到零後再進行反向採集實驗。
3、實驗中實驗者用螺旋測微儀進行位移後應將手離開儀器後方能讀取測試系統輸出電壓數，否則雖然沒有改變刻度值也會造成微小位移或人體感應使電壓訊號出現偏差。
4、因為是小訊號測試，所以調零後電壓表應置2v檔，用計算機資料採集時應選用200mv量程。
實驗二：雙孔應變感測器——稱重實驗
實驗學時：2
實驗型別：（綜合）
實驗要求：（必修）
一、實驗目的
1、 比較各橋路間的輸出關係
2、 幾種橋路的效能比較
3、 橋路電路的實際應用
二、實驗內容
本實驗主要是在實驗1的基礎上進一步了解和掌握幾種橋路的效能，以及橋路的實際應用。知識點：應變電橋差動的概念幾種電橋的輸出比較電橋的實際應用
三、實驗原理、方法和手段
本實驗選用的是標準商用雙孔懸臂梁式稱重感測器，四個特性相同的應變片貼在如圖所示位置，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。
當彈性體受力時，根據電橋的加減特性其輸出電壓為：
。四、實驗組織執行要求
本實驗採用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學。
五、實驗條件
直流穩壓電源、雙孔懸臂梁稱重感測器、公共電路模組（一），稱重砝碼（20克/個）、數字電壓表。
（圖2）
六、實驗步驟
1、觀察稱重感測器彈性體結構及貼片位置，連線主機與實驗模組的電源連線線，開啟主機電源，調節放大器調零電位器使無負載時的稱重感測器輸出為零。
2、接好感測器測試系統線路，稱重感測器工作電壓選用+4v，差動放大器增益為最大（100倍），輸出端接電壓表。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。
3、逐步將砝碼放上稱重平台，調節增益電位器，使v0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，並填入下表：
4、記錄w與v值，並做出w-v曲線，進行靈敏度、線性度與重複性的比較。
5、與雙平行懸臂梁組成的全橋進行效能比較。
七、思考題
比較三種橋路的靈敏度。
八、實驗報告
實驗報告簿應事先準備好，用來做預習報告、實驗記錄和實驗報告，要求這三個過程在乙個實驗報告中完成。
九、其它說明
稱重感測器的激勵電壓請勿隨意提高。
注意保護感測器的引線及應變片使之不受損傷。
實驗三：溫度感測器——熱電偶測溫實驗
實驗學時：2
實驗型別：（驗證）
實驗要求：（必修）
一、實驗目的
了解和掌握溫度感測器-熱電偶的測溫原理和方法。
二、實驗內容
1、 觀察熱電偶的結構
2、 熱電偶測溫迴路的連線。
3、 熱電偶的測量溫度和輸出電壓的關係
三、實驗原理、方法和手段
由兩根不同質的導體熔接而成的閉合迴路叫做熱電迴路，當其兩端處於不同溫度時則迴路中產生一定的電流，這表明電路中有電勢產生，此電勢即為熱電勢。
（圖3）
圖（3）中t為熱端，to為冷端，熱電勢et=
本實驗中選用兩種熱電偶鎳鉻—鎳矽（k）和鎳鉻—銅鎳（e）。
四、實驗組織執行要求
本實驗採用以採用集中授課形式模式組織教學。
五、實驗條件
k、e分度熱電偶、溫控電加熱爐、、位數字電壓表。
六、實驗步驟
1、觀察熱電偶結構（可旋開熱電偶保護外套），了解溫控電加熱器工作原理。
溫控器：作為熱源的溫度指示、控制、定溫之用。溫度調節方式為時間比例式，綠燈亮時表示繼電器吸合電爐加熱，紅燈亮時加熱爐斷電。
溫度設定：撥動開關撥向「設定」位，調節設定電位器，儀表顯示的溫度值℃隨之變化，調節至實驗所需的溫度時停止。然後將撥動開關扳向「測量」側，（注：
首次設定溫度不應過高，以免熱慣性造成加熱爐溫度過衝）。
2、首先將溫度設定在50℃左右，開啟加熱開關，，熱電偶插入電加熱爐內，k分度熱電偶為標準熱電偶，冷端接「測試」端，e分度熱電偶接「溫控」端，注意熱電偶極性不能接反，而且不能斷偶，位萬用表置200mv檔，當鈕子開關倒向「溫控」時測e分度熱電偶的熱電勢，並記錄電爐溫度與熱電勢e的關係。
3、因為熱電偶冷端溫度不為0℃，則需對所測的熱電勢值進行修正
e（t，to）=e(t,t1)+e(t1,t0)
實際電動勢＝ 測量所得電勢 ＋ 溫度修正電勢
查閱熱電偶分度表，上述測量與計算結果對照。
4、繼續將爐溫提高到70℃、90℃、110℃和130℃，重複上述實驗，觀察熱電偶的測溫效能。
七、思考題
熱電偶溫度的大小與實際電動勢與分度錶值誤差的關係？
八、實驗報告
實驗報告簿應事先準備好，用來做預習報告、實驗記錄和實驗報告，要求這三個過程在乙個實驗報告中完成。
九、其它說明
加熱爐溫度請勿超過150℃，當加熱開始，熱電偶一定要插入爐內，否則爐溫會失控，同樣做其它溫度實驗時也需用熱電偶來控制加熱爐溫度。
因為溫控儀表為e分度，所以當鈕子開關倒向「測試」方接入k分度熱電偶時，數字溫度表顯示的溫度並非為加熱爐內的溫度。
實驗四：溫度感測器——鉑熱電阻
實驗學時：2
實驗型別：（驗證）
實驗要求：（必修）
一、實驗目的
了解和掌握溫度感測器-鉑熱電阻的測溫原理和方法。
二、實驗內容
1、觀察鉑熱電阻的結構
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，...