1、傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)第九周開始實(shí)驗(yàn)，請將實(shí)驗(yàn)材料用班費(fèi)每人打印一份，其他要求如下：1、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室請穿鞋套，并注意實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生；2、注意用電安全，在不確定的情況下，請先咨詢指導(dǎo)老師；3、實(shí)驗(yàn)報(bào)告單請用電子、電氣的版本，并請?jiān)趯?shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)材料和完成預(yù)習(xí)報(bào)告（即在實(shí)驗(yàn)報(bào)告單上完成除實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析以外的內(nèi)容）；4、每次來實(shí)驗(yàn)請交上次的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單。班級:0312409-12、18目錄緒論3實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能一單臂電橋4實(shí)驗(yàn)二 半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)三 霍爾式傳感器的應(yīng)用電子秤之四8實(shí)驗(yàn)四 光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)9緒論一、概述實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等院校教學(xué)的重要組成部分，是對課堂所學(xué)理論

2、知識的直觀認(rèn)識和拓展應(yīng)用，是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要途徑，它在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有著不可替代的重要作用。因此傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須和理論教學(xué)緊密結(jié)合，注重引導(dǎo)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核，使學(xué)生普遍對實(shí)驗(yàn)重視程度提高，能主動(dòng)預(yù)習(xí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，甚至帶著問題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，達(dá)到提高學(xué)生對傳感器原理及特性的理解并進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)和應(yīng)用的目的，培養(yǎng)高素質(zhì)技能型人才。二、要求1. 實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)要求每次實(shí)驗(yàn)課學(xué)生都要預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)包括認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募爸仉y點(diǎn)，了解實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，思考實(shí)驗(yàn)思考題等，并在預(yù)習(xí)過程中寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。2. 預(yù)習(xí)報(bào)告內(nèi)容1) 寫明實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒅攸c(diǎn)和難點(diǎn)；2) 列出使用的儀器設(shè)備；3) 畫

3、出完整的實(shí)驗(yàn)電路圖；4) 擬訂實(shí)驗(yàn)步驟；5) 列出測量數(shù)據(jù)的表格；6) 思考題。3. 實(shí)驗(yàn)課后報(bào)告要求在預(yù)習(xí)報(bào)告的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理整理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并按實(shí)驗(yàn)要求加以必要的處理，完成指導(dǎo)書要求的問題。一般要求進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)交上次實(shí)驗(yàn)報(bào)告并檢查本次預(yù)習(xí)報(bào)告。4. 上課要求凡是上課遲到20分鐘以上者，取消本次實(shí)驗(yàn)資格；一個(gè)學(xué)期曠課三次者，取消全部成績。在課堂上有疑問，舉手問老師。實(shí)驗(yàn)完成后，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查合格并整理歸還儀器后方可離開。5. 安全要求嚴(yán)禁帶電接、拆線或改接電路。在實(shí)驗(yàn)操作是，應(yīng)該先接好電路，在通電。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有接線錯(cuò)誤時(shí)或改接電路時(shí)，應(yīng)先斷電，再進(jìn)行該接。拆線時(shí)，也應(yīng)先斷電，再進(jìn)行。如果在

4、實(shí)驗(yàn)時(shí)未按要求而引起的后果學(xué)生自負(fù)，涉及儀器賠償按實(shí)驗(yàn)室相關(guān)規(guī)定進(jìn)行賠償。三、 實(shí)驗(yàn)成績評定實(shí)驗(yàn)課程按五級評分制，分為優(yōu)、良、中、及格和不及格；平時(shí)成績占70%，主要根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況、實(shí)際操作情況、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量來進(jìn)行成績評定；期末成績占30%，分為筆試和操作兩部分。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括4個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)2個(gè)學(xué)時(shí)，總共8學(xué)時(shí)五、 參考書傳感器與檢測技術(shù)，陳杰 黃鴻 編，高等教育出版社；csY-9xx系列型傳感器系統(tǒng)，杭州賽特傳感技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能一單臂電橋（ 998A型）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：單臂

5、單橋的工作原理實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：單臂單橋的工作原理實(shí)驗(yàn)原理：電阻在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻發(fā)生變化，這就是應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變的關(guān)系式：R/R，式中為電阻絲相對變化，k為應(yīng)變靈敏系數(shù)，/為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)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

6、/R4，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，R/R；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有2R/R ；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差對工作，且R1=R2=R3=R4=R，4R/R。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動(dòng)放大增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表各貼二片受力應(yīng)變片。（2）將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（+）、負(fù)（

7、-）、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。 （3）根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；R4=Rx為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，等待數(shù)分分鐘后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。 圖 1 （4）在傳感器上放上一只砝碼，記下此時(shí)的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個(gè)數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S

8、=V/ W，并作出V-W關(guān)系曲線，V為電壓變化率，W為相應(yīng)的重量變化率。注意事項(xiàng)：（1）電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。（2）為確保實(shí)驗(yàn)過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當(dāng)減小差動(dòng)放大增益，此時(shí)差動(dòng)放大器不必重調(diào)零。（3）做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。（4）電位器W1、W2，在有的型號儀器中標(biāo)為RD、RA。問 題：（1）本實(shí)驗(yàn)電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？（2）根據(jù)所給的差動(dòng)放大器電路原理圖（見附表一），分析其工作原理，說明 它既能 作差動(dòng)放大，又可作同相或反相放大器實(shí)驗(yàn)二 半導(dǎo)體擴(kuò)散

9、硅壓阻式壓力傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理和工作情況。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理基本原理：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)制成的器件，也是應(yīng)變元件，因它是用集成工藝技術(shù)在硅片上制造出4個(gè)X型的等值電阻組成的電路，用激光修正，溫度補(bǔ)償，所以線性好。當(dāng)它受到壓力作用時(shí)，應(yīng)變元件的電阻發(fā)生變化，從而使輸出電壓變化。所需單元及部件：主、副電源、直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、F/V顯示表、壓阻式傳感器（差壓）、壓力表及加壓配件。 旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源±4V檔，F(xiàn)/V表切換開關(guān)置于2V檔，差放增益適

10、中或最大，主、副電源關(guān)閉。 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）了解所需單元、部件、傳感器的符號及在儀器上的位置。(見附錄三） （2）如圖2A將傳感器及電路連好，注意接線正確，否則易損壞元器件，差放接成同相反相均可：圖2A （3）如圖2B接好傳感器供壓回路，傳感器具有兩個(gè)氣咀、一個(gè)高壓咀一個(gè)低壓咀，當(dāng)高壓咀接入正壓力時(shí)（相對于低壓咀）輸出為正，反之為負(fù)；圖2B （4）將加壓皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲擰松。 （5）開啟主、副電源，調(diào)整差放零位旋鈕，使電壓表指示盡可能為零，記下此時(shí)電壓表讀數(shù)。 （6）擰緊皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲，輕按加壓皮囊，注意不要用力太大，當(dāng)壓力表達(dá)到4Kpa左右時(shí)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔

11、這一刻度差，記下讀數(shù)，并將數(shù)據(jù)填入下表： 根據(jù)所得的結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=V/P，并作出V-P關(guān)系曲線，找出線性區(qū)域。當(dāng)作為壓力計(jì)使用時(shí)，請進(jìn)行標(biāo)定。 標(biāo)定方法：擰松皮囊上的鎖緊螺絲，調(diào)差放調(diào)零旋鈕使電壓表的讀數(shù)為零，擰緊鎖緊螺絲，手壓皮囊使壓力達(dá)到所需的最大值40Kpa，調(diào)差動(dòng)放大器的增益使電壓表的指示與壓力值的讀數(shù)一致，這樣重復(fù)操作零位、增益調(diào)試幾次到滿意為止。 注意事項(xiàng)： （1）如在實(shí)驗(yàn)中壓力不穩(wěn)定，應(yīng)檢查加壓氣體回路是否有漏氣現(xiàn)象。氣囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲是否擰緊。 （2）如讀數(shù)誤差較大，應(yīng)檢查氣管是否有折壓現(xiàn)象，造成傳感器的供氣壓力不均勻。 （3）如覺得差動(dòng)放大器增益不理想，可調(diào)整

12、其“增益”旋鈕，不過此時(shí)應(yīng)重新調(diào)整零位。調(diào)好以后在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不得再改變其位置。 （4）實(shí)驗(yàn)完畢必須關(guān)閉主、副電源后再拆去實(shí)驗(yàn)連接線。（拆去實(shí)驗(yàn)連接線時(shí)要注意手要拿住連接線頭部拉起，以免拉斷實(shí)驗(yàn)連接線。） 問題： 差壓傳感器是否可用作真空度以及負(fù)壓測試？實(shí)驗(yàn)三 霍爾式傳感器的應(yīng)用電子秤之四實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅鞯墓ぷ髟砗驮陟o態(tài)測量中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：霍爾式傳感器的工作原理實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：霍爾式傳感器在靜態(tài)測量中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)原理：霍爾式傳感器是由兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通過恒定電流時(shí)，霍爾元件在梯度磁場中上、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移

13、量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。所需單元和部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動(dòng)放大器、F/V表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動(dòng)平臺、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源置±2V檔，F(xiàn)/V表置2V檔，主、副電源關(guān)閉，差動(dòng)放大器增益調(diào)至最小位置。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）開啟主、副電源將差動(dòng)放大器調(diào)零后，關(guān)閉主、副電源。（2）裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動(dòng)臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。圖 3（3）按圖3接線，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V數(shù)字表顯示為0。（4）在稱重平臺上放上砝碼，填入下表：正行程：反行程：（5）在平面上放一個(gè)未知重量之物，記下

14、表頭讀數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出V-W曲線，求得未知重量。注意事項(xiàng)：（1）此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應(yīng)太重。（2）砝碼應(yīng)置于平臺的中間部分。實(shí)驗(yàn)四 光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：光纖位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：光纖位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能實(shí)驗(yàn)原理：反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖4A所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多膜光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號的作用，當(dāng)光發(fā)射器發(fā)出的紅外光，經(jīng)光源光纖照射至反射面，被反射的光經(jīng)接收光纖至光電轉(zhuǎn)換器將接受到的光纖轉(zhuǎn)換為電信號。其輸出的光強(qiáng)

15、決定于反射體距光纖探頭的距離：當(dāng)光纖探頭頂部緊貼被測件時(shí)，發(fā)射光纖中的光不能反射到接收光纖中去，因而光電元件中不能產(chǎn)生電信號；當(dāng)被測表面逐漸遠(yuǎn)離光纖探頭時(shí)，發(fā)射光纖照亮被測表面的面積越來越大，因而相應(yīng)的發(fā)射光錐和接收光錐重合面積越來越大，因而接收光纖端面上被照亮的區(qū)域也越來越大，有一個(gè)線性增長的輸出信號；當(dāng)整個(gè)接收光纖端面被全部照亮?xí)r，輸出信號就達(dá)到位移輸出信號曲線上的“光峰點(diǎn)”；當(dāng)被測表面繼續(xù)遠(yuǎn)離時(shí)，由于被反射光照亮的面積大于接收光纖端面，即有部分反射光沒有反射進(jìn)接收光纖，但由于接收光纖更加遠(yuǎn)離被測表面，接收到的光強(qiáng)逐漸減小，光電與元件的輸出信號逐漸減弱。通過對光強(qiáng)的檢測而得到的位移量如圖4A所示 ，圖中“光峰點(diǎn)”左邊曲線范圍窄，但靈敏度高，線性好，適于測量微小位移和表面粗糙度等；圖中“光峰點(diǎn)”右邊曲線反映出信號的減弱與探頭和被測表面之間的距離平方成反比。圖4A所需單元及部件：主副電源、差動(dòng)放大器、F/V表、光纖傳感器、振動(dòng)臺。實(shí)驗(yàn)步驟： （1）觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。 （2）了解振動(dòng)臺在實(shí)驗(yàn)儀上的位置（實(shí)驗(yàn)儀臺面上右邊的圓盤，在振動(dòng)臺上貼有反射紙作為光的反射面。） （3）如圖4B接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已按裝好，所以可將電信號直接經(jīng)差動(dòng)放大器放大。F/V顯示表