压电式传感器实验报告

压电式传感器实验报告

传感器实验报告

某某大学?

综合性、设计性实验报告 实验项目名称

所属课程名称 传感器工程实践 实 验 日 期 班 级 学 号 姓 名 成 绩 1

电气与信息工程学院实验室 2 3 4 5

篇二：东南大学传感器实验报告 传感器第一次实验

试验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一． 实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。

二． 基本原理

电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压 Uo1?EK?/4，其中K为应变灵敏系数，L/L为电阻丝长度相对变化。 三． 实验器材

主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四． 实验步骤

1. 根据接线示意图安装接线。 2. 放大器输出调零。 3. 电桥调零。

4. 应变片单臂电桥实验。 测得数据如下： 实验曲线如下所示：

分析：由图可以看出，输出电压与加载的重量成线性关系，由于一开始调零不好，致使曲线没有经过原点，往上偏离了一段距离。

5. 根据表中数据计算系统的灵敏度S??U/?W（?U为输出电压变化量，?W为重量

变化量）和非线性误差m/yFS?100%，式中?m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程输出平

均值，此处为140g。?U=30mv， ?W=140g， 0 所以 S?30/140.2m1v43g m=1.9768g， yFS=140g， 40100% 所以 ??1.9768/1 6. 利用虚拟仪器进行测 量。 1.

五． 思考题

单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。 答：应变片受拉，所以选（1）正应变片。 实验二 金属箔片应变片——板桥性能实验 一、实验目的

比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点 二．基本原理

不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥暑促灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2?EK?/2。 三、实验器材

主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四．实验步骤

1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。

4.应变片半桥实验

分析：从图中可见，输出电压与加载重量成线性。数据点与拟合直线相对单臂更为接近，即线性性更好。 5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?。 U=70.3mv

，

W=140g

；

所

以

S=70.3/140=0.5021mv/g. ?m=0.7525g， yFS=140g， 0.7525/140?100%?0.54%

6.利用虚拟仪器进行测量。测量数据结果如下所示： 绘制实验曲线如下： 五、思考题

1.半桥测量时，两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。 答：（2）邻边。

2.半桥测量时，两片相同受力状态的电阻应变片接入点桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。 答：（1）对边。

3.桥路测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性；（2）应变片应变效应是非线性的；（3）调零值不是真正为零。 答：（1）电桥测量原理上存在非线性；（2）应变片应变效应是非线性的。

实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 一、实验目的

了解全桥测量电路的优点 二、基本原理

全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值?R1??R2??R3??R4时，其桥路输出电压Uo3?EK?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差都得到了改善。

三、实验器材

主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤

1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。 4.应变片全桥实验 实验曲线如下所示：

分析：从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性比半桥进一步提高。

5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?。U=141.2mv， W=140g； 所以 S=141.2/140=1.0086 mv/g; 篇三：传感器实验报告 传感器实验报告 题 目： 院 别：

专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 二〇一四年六月八日 传感器部分

实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理

金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： R?? l

（1） S

当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长?l，横截面积相应减小?S，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变??，故引起电阻值变化?R。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： RlS（2） RlS?

式中的?l为电阻丝的轴向应变，用?表示，常用单位??（1??=1×10?6）。若径向应变为?r，

电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比?表示为，因为?S=2（?r），则（2）（?l） 式可以写成： Rlll（3） 12）??（1?2k0Rl??lll

式（3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0受两个 因素影响，一个是（1+2?），它是材料

的几何尺寸变化引起的，另一个是?? ） ，是材料的

电阻率?随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0?1?2?，对半导体，

k0值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变 成比例。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。

用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值?，而根据应力应变关系： E? （4）

式中σ——测试的应力； E——材料弹性模量。

可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 三、需用器件与单元

传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直

流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、±15V电源、±5V电源，传感器调理电路挂件。 四、实验内容与步骤

1．应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350Ω。 R4 R3 R1 R2

图1-1 应变式传感器安装示意图

2．把?15V直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图

3．按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上

桥路电源±5V，如图1-2所示。检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节Rw1，使直流电压表显示为零。

4．在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加一个砝码并读取相应的测量值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。 表1-1单臂电桥输出电压与所加负载重量值

5． 根据表1-1计算系统灵敏度S??U/?W（?U输出电压的变化量，?W重量变化量） 和非线性误差δ f1=Δ

m/yFS ×100％ 式中?m（多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：

yFS 满量程输出平均值,此处为200g。 五、实验注意事项

1．不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。 2．电桥的电压为±5V，绝不可错接成±15V，否则可能烧毁应变片。

3．“传感器调理电路”实验挂箱中有两组?15V电源，位于“差动变压器实验”单元的?15V电源负责对“差动变压器实验”单元、“应变片传感器实验”单元、“移相器”单元、“相敏检波”单元、“压电式传感器实验”单元和“低通滤波”单元供电，位于“电容式传感器实验”单元的?15V电源只给本单元供电。注意：两组电源不要一起连接，否则对实验效果会有影响。 六、思考题

1．单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 答：应选用正应变片。 七、实验报告要求

1．记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。 2．从理论上分析产生非线性误差的原因。

1、答：由实验数据可得出一下单臂电桥时传感器的特性曲线： 2、答：产生非线性误差的原因：（1）存在温漂；（2）电阻变化率?R/R不可能完全成线性增加。 实验十三 光电转速传感器测速实验 一、实验目的

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 二、基本原理 光电式转速转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。 三、需用器件与单元 光电转速传感器、直流电源5V、转动源及2~24V直流电源、智能转速表。 四、实验步骤

1．光电转速传感器已经安装在传感器实验箱（二）上。 2．将+5V直流源加于光电转速传感器的电源端。 3．将光电转速传感器的输出接到面板上的智能转速表。

4．将面板上的0~30V稳压电源调节到5 V，接入传感器实验箱

（二）上的转动电源处。 5．调节转动源的输入电压，使转盘的速度发生变化，观察转速表上转速的变化。

6．调节转动源的输入电压，使转盘的转速发生变化，把界面切换到示波器状态，观察传感器输出波形的变化。 五、注意事项 1．转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。 2．转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。 3．转动源的输入电压不可低于2V，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间也可能烧坏电机。 六、思考题

根据上面实验观察到的波形，分析为什么方波的高电平比低电平要宽。

原因：霍尔传感器当感应到磁场作用时输出则为低电平，没有感应到磁场作用时输出则为高电平。因为转盘上的磁块直径较小，而磁块与磁块之间的间距较大，故输出的方波的高电平比低电平要宽。