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：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化，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，通过它转换被测部位的受力状态变化，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O1。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤：

1、检查应变传感器的安装

根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，各应变片初始阻值R1= R2= R3= R4=350Ω，加热丝初始阻值为50Ω左右。

2、差动放大器的调零

首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。然后将差动放大器的正、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。检查无误后从主控台上接入模块电源±15V以及地线。合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意： Rw4的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完实验为止）

3、电桥调零

适当调小增益Rw3（顺时针旋转3-4圈，电位器最大可顺时针旋转5圈），将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好，其中模块上虚线电阻符号为示意符号，没有实际的电阻存在），按图1-2完成接线，接上桥路电源±4V（从主控箱引入），同时，将模块左上方拨段开关拨至左边“直流”档（直流档和交流档调零电阻阻值不同）。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节电桥调零电位器Rw1，使数显表显示为零。

图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图

备注：

1、如出现零漂现象，则是应变片在供电电压下，应变片本身通过电流所形成的应变片温度效应的影响，可观察零漂数值的变化，若调零后数值稳定下来，表示应变片已处于工作状态，时间大概5—10分钟。

2、如出现数值不稳定，电压表读数随机跳变情况，可再次确认各实验线的连接是否牢靠，且保证实验过程中，尽量不接触实验线，另外，由于应变实验增益比较大，实验线陈旧或老化后产生线间电容效应，也会产生此现象。

4、测量并记录

在电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，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加负载重量值

5、计算灵敏度和误差

根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）；计算非线性误差： f1=F •S×100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差， F •S满量程输出平均值，此处为500g或200g。

五、思考题：

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。

实验二 磁电式传感器测速实验

一、实验目的：了解磁电式传感器测量转速的原理。

二、基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。

三、需用器件与单元：磁电传感器、数显单元测转速档、转速调节2-24V，转动源模块。

四、实验步骤：

1、 磁电式转速传感器按图5-4安装。

2、传感器端面离转动盘面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢。将磁电式传感器输出端插入数显单元fi孔，磁电传感器作切割磁力线旋转（磁电式传感器两输出插头插入面板上的两个插孔）

3、将波段开关选择转速测量档。

4、将转速调节电源2-24V用引线引入到面板上转动源单元中转动电源2-24V插孔，合上主控箱电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压，观察转速变化情况。

五、思考题：

为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？

实验三 热电偶测温性能实验

一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范围。

二、基本原理：当两种不同的金属组成回路，如两个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端（也称自由端），冷端可以是室温值或经补偿后的0ºC、25ºC。

三、需用器件与单元：热电偶K型、E型、温度测量控制仪、数显单元（主控台电压表）、直流稳压电源±15V。

四、实验步骤：

1、 在温度控制仪上选择控制方式为内控方式，将K，E热电偶插到温度测量控制仪的插孔中，K型的自由端接到温度控制仪上标有传感器字样的插孔中。

2、 从主控箱上将±15V电压，地接到温度模块上，并将R5，R6两端短接同时接地，打开主控箱电源开关，将模块上的Vo2与主控箱数显表单元上的Vi相接。将Rw2旋至中间位置，调节Rw3使数显表显示为零。设定温度测量控制仪上的温度仪表控制温度T=40℃。

3、 去掉R5，R6接地线及连线，将E型热电偶的自由端与温度模块的放大器R5，R6相接，同时E型热电偶的蓝色接线端子接地。观察温控仪表的温度值，当温度控制在40℃时，调节Rw2，对照分度表将Vo2输出调至和分度表10倍数值相当（分度表见后）。

4、 调节温度仪表的温度值T=50℃，等温度稳定后对照分度表观察数显表的电压值，若电压值超过分度表的10倍数值时，调节放大倍数Rw2，使Vo2输出与分度表10倍数值相当。

5、 重新将温度设定值设为T=40℃，等温度稳定后对照分度表观察数显表的电压值，此时Vo2输出值是否与10倍分度表值相当，再次调节放大倍数Rw2，使其与分度表10倍数值接近。

6、 重复步骤4，5以确定放大倍数为10倍关系。记录当T=50℃时数显表的电压值。重新设定温度值为40℃+n△t,建议△t=5℃,n=1……7，每隔1n读出数显表输出电压值与温度值，并记入表11-3中。

表11-3 E型热电偶电势（经放大）与温度数据(考虑到热电偶的精度及处理电路的本身误差，分度表的对应值可能有一定的偏差)

五、思考题：

1、同样实验方法，完成K型热电偶电势（经放大）与温度数据

1、通过温度传感器的三个实验你对各类温度传感器的使用范围有何认识？

2、能否用Pt100设计一个直接显示摄氏温度-50ºC-50ºC的数字式温度计，并利用本实验台进行实验。

E型热电偶分度表

          E                            参考端温度：0℃                         整10度μν值

实验四 气敏（酒精）传感器实验

一、实验目的：了解气敏传感器的工作原理及特性。

二、基本原理：气敏传感器是由微型AL2O3陶瓷管SnO2敏感层，测量电极和加热器构成。在正常情况下，SnO2敏感层在一定的加热温度下具有一定的表面电阻值（10µΩ左右）当遇有一定含量的酒精成分气体时，其表面电阻可迅速下降，通过检测回路可将这一变化的电阻值转化成电信号输出。

三、需用器件与单元：气敏传感器、酒精棉球（自备）、气敏传感器模块、直流稳压电源+15V输出档。

四、实验步骤：

1、将+15V电源接入“气敏传感器模块”。

2、打开电源开关，给气敏传感器预热数分钟，若时间较短可能产生较大的测试误差。

3、将模块上Vo连接到主控箱的数显表，自备酒精棉球（作为气敏浓度检测用），观察电压表的变化，随着容器空间酒精浓度的升高，数字电压表读数将越来越大，同时模块上发光管点亮的数目成上升趋势，越来越多。

4、在已知所测酒精浓度的情况下，调整Rw可进行实验模块的输出标定。

传感器实验