天津广播电视大学“开放教育试点” 《数控专业》（专科）》 《传感器技术》实验报告 学 校： 学 员姓名： 届 别： 课程名称： 实验地点： 实验指导教师：
天津广播电视大学“开放教育试点” 《数控专业》（专科） 《传感器技术》实验报告 学 校： 学 员 姓 名： 届 别： 课 程 名 称： 实 验 地 点： 实验指导教师：
实验总评成绩： 实验一转速测量实验 一、实验目的： 1,熟无和算星霍尔转速传感器、磁电式、光电转速传感器的工作原果。 2.了解转速的测量方法。 二、基本原理： 1。利用霍尔效应表达式：U=KB,当按测圆业上装上N只磁性体时，圆应每转一 周磁场就变化N次。每转一国霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计 量电路就可以测量被测靛转物的转速。 2.基于电磁感应原理：N匝线圈所在础场的磁通变化时，线圈中感应电势： 口一一N☑么发生变化。因此当转金上能入N个能转时.每转一网战园 dt 感应电势产生N次的变化，通过放大，整形和计数等电路即可以测量转速。 3,光电式转速传感器有反射型和直射型二种。本实验装置是反射型的，传感器瑞都有 发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电泡接受转换成电信号，由于转盘 上有黑白相饲的2个阿隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲。将电脉计数处 理即可得到转速值。 三、实验所需部件：霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源十5V、 转动源2一12V、数显单元、导线若干。 四、实验步骤： 1,根据图1一，将霍尔转速传感器装于传感暑支架上探头对准反射面内的磁钢。 金尔龙电门 电机利 位平台 支持 工作平台 图1一1霍尔、光电、磁电转速传感渴安装示意图 2、将5V直道源加于霍尔转速传感器的电源端(1号接线端)
实验总评成绩： 实验一 转速测量实验 一、实验目的： 1．熟悉和掌握霍尔转速传感器、磁电式、光电转速传感器的工作原理。 2．了解转速的测量方法。 二、基本原理： 1．利用霍尔效应表达式：UH＝KHIB，当被测圆盘上装上 N 只磁性体时，圆盘每转一 周磁场就变化 N 次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计 数电路就可以测量被测旋转物的转速。 2．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： dt d e N = − 发生变化，因此当转盘上嵌入 N 个磁棒时，每转一周线圈 感应电势产生 N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。 3．光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有 发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘 上有黑白相间的 12 个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处 理即可得到转速值。 三、实验所需部件：霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源＋5V、 转动源 2－12V、数显单元、导线若干。 四、实验步骤： 1、 根据图 1－1，将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。 图 1－1 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图 2、 将 5V 直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1 号接线端）
3、将霍尔转速传感器输出端(2号接线瑞)插入数显单元F口端，3号接线端接地。 4、将转速源+十2V一12V输出旋至最小，接入三源版的转速电源孔中。 5、将数显单元上的开关拨到转速脑，合上主控箱电源开关。 6、调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增如1V时数显表转速显示的植， 填入表1一1中。 7、关闭主控箱电源开关，取下霍尔转速传感器，进行光电转速测量，光电转速传感器已 安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地、Va与主控箱上的+5V、地，数显表的Fn 相连。 8、将转速源2一12V输出旋到最小，接到三源板的转速电薄插孔中。 9、合上主控粉电源开关，调节转速源2一12V,观察并记录电压每增如1V时数显表转速 显示的值，填入表1一2中。 10、关闭主控箱电源开关，取下光电传感器的相关连线，进行磁电式转速测量。 11、磁电式转速传感器按图1-1安装传感墨端面离转动盘面2mm左右，并且将磁电式转 速传感器中心对准磁钢中心，将磁电式转建传感器输出端插入数最单元Fn孔，（磁电式 转速传感器两输出插头插入台面板上二个插孔) 12,将转速源2一12输出能到最小，接到三源板的转速电源插孔中，合上主控箱电源开 关，调节转速源2一2V,记录数显表转速最示为0时的电压最大值。推续观察并记录电 压每增加1V时数显表转速显示的值，琉入表1一3中。 表1一1电压与转速（霍尔转速传感器）》 电压 转速 表1一2电压与转速〔光电转速传感器》 电压 轮遮 表1一3电压与转逸（题电转速传感器》 电压
3、 将霍尔转速传感器输出端（2 号接线端）插入数显单元 Fin 端，3 号接线端接地。 4、 将转速源＋2V－12V 输出旋至最小，接入三源板的转速电源孔中。 5、 将数显单元上的开关拨到转速档，合上主控箱电源开关。 6、 调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增加 1V 时数显表转速显示的值， 填入表 1－1 中。 7、关闭主控箱电源开关，取下霍尔转速传感器，进行光电转速测量，光电转速传感器已 安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地、VO 与主控箱上的+5V、地、数显表的 Fin 相连。 8、将转速源 2－12V 输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中。 9、合上主控箱电源开关，调节转速源 2—12V，观察并记录电压每增加 1V 时数显表转速 显示的值，填入表 1－2 中。 10、关闭主控箱电源开关，取下光电传感器的相关连线，进行磁电式转速测量。 11、磁电式转速传感器按图 1-1 安装传感器端面离转动盘面 2mm 左右，并且将磁电式转 速传感器中心对准磁钢中心。将磁电式转速传感器输出端插入数显单元 Fin 孔。（磁电式 转速传感器两输出插头插入台面板上二个插孔） 12、将转速源 2－12V 输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中，合上主控箱电源开 关，调节转速源 2—12V，记录数显表转速显示为 0 时的电压最大值。继续观察并记录电 压每增加 1V 时数显表转速显示的值，填入表 1－3 中。 表 1－1 电压与转速（霍尔转速传感器） 电 压 转 速 表 1－2 电压与转速（光电转速传感器） 电 压 转 速 表 1－3 电压与转速（磁电转速传感器） 电 压
转速 五、思考题： 1、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？ 2、本实险中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单。方使 3、为什么说磁电式转速传感卷不能测很低速的转动，能说明理由吗？ 4,如何利用光电传感器和调节仪自动控制电机转速？
转 速 五、思考题： 1、 本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？ 2、 本实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便? 3、 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？ 4、 如何利用光电传感器和调节仪自动控制电机转速?
实验二电子秤实验 一、实验目的： 1,了解金属篇式应变片的应变效应。电析的工作原理。 2,了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。 3.通过实验后能够设计信号放大电路。 二、基本原理： 电阻：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，描运 电阻应变效应的关系式为知 SR/R-K E 式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，一△M为电阻丝长度相对变化， 金属箭式应变片就是通过光刻、离蚀等工艺制成的应变搬感元件，通过它转换被测部位受 力状态变化、电桥的作用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。对单臂电桥输出电压U。1-EK:/4。对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电 桥作为邻边。电桥输出灵敏度提高。非线性得到政善。当应变片阻值和应变量相同时，其 桥路输出电压U2一EK。/2。全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边， 当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4,其变化值&R1=△2=AR3=AR4时，其桥路 输出电压U=KE:。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非找性误差得到改馨。 三，实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、 ±15V电源、土4W电源、万用表、导找若干
实验二 电子秤实验 一、实验目的： 1． 了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。 2． 了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。 3． 通过实验后能够设计信号放大电路。 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： ΔR／R＝Kε 式中ΔR／R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,ε=Δl/l 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受 力状态变化、电桥的作用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。对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电 桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，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＝EKε／2。全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边， 当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4 时，其桥路 输出电压 U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、 ±15V 电源、±4V 电源、万用表、导线若干
四、实验步骤： 1、根据图2一1可如应变式传感器已装干应变传感器模板上。各应变片已接入模板的 左上方的R1、2、R3、R4。如知热绘也接于模板上，可用万用表进行判 别R1-R2-R3-R4+3500.加热院阻植为500左右。 2、接入模板电源±15V从主控台引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模 板调节增益电位器R,顺时针调节大致到中同位置，再进行差动放大器调零，方法 为将差放的正负输入端与地短接输出端与主控箱面板上数显表电压输入端V:相连 调节实验棱板上的调零电位器R:使数显表显示为零数显表的量程切换开关打到 2V档南.关闭主控前电源。 固壁财 利洗 声生体 采程球出 我版 盟度球滋 日变州 图2一1应变式传感器安装示意图 3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模块左上方的R)接入电桥作为一个 桥臂与5，R6,R7接成直流电桥(R5,6、R7,柄块内己连接好)，接好电桥调 零电位器W1,接上桥路电源士4V此时应将士4V地与士15V地短接因为不共地)， 如图2一2所示检查无误后，合上主控箱电源开关。调节R1,在托盘上不加砝马时， 使桥路输出为零。 4、为便于读取数据，将10只砝码全部置于传感器存托盘上，调节电位卷RW3使Vo: 输出为50的整数倍值。在传感器托世上放置一贝砝码，读取数显表数值，依次增如 陆码和读取相应的数显表值，直到500g砝玛加完。记下实验结果填入表2一1。计 算系统灵敏度S,非线性误差5
四、实验步骤： 1、 根据图 2－1 可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。各应变片已接入模板的 左上方的 R1、R2、 R3、 R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行判 别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为 50Ω左右。 2、 接入模板电源 15V(从主控台引入)，检查无误后,合上主控箱电源开关，将实验模 板调节增益电位器 RW3 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法 为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端 Vi 相连, 调节实验模板上的调零电位器 RW4，使数显表显示为零(数显表的量程切换开关打到 2V 档)。关闭主控箱电源。 图 2－1 应变式传感器安装示意图 3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片 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），接好电桥调 零电位器 RW1，接上桥路电源±4V,此时应将±4V 地与±15V 地短接(因为不共地), 如图 2－2 所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。调节 Rw1，在托盘上不加砝码时， 使桥路输出为零。 4、 为便于读取数据，将 10 只砝码全部置于传感器秤托盘上，调节电位器 RW3 使 VO2 输出为 50 的整数倍值。在传感器托盘上放置一只砝码，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 500g 砝码加完。记下实验结果填入表 2－1。计 算系统灵敏度 S，非线性误差δ
5、将图2一2电桥中的飞5改接成R2或R4,即将传感器中两片受力相反（一片受拉， 一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边选行半桥实验，见图2一3，接入桥路电 源土4V,进行桥路调零，重复步骤2,3,4，将实验数据记入表2一2，计算灵敏度 0 ○应变传感溶实验模板 S,非线性误差6. 图2一2应变式传墨实验模板电原理图 表2一1单臂电桥输出电压与加负载重量值 重量() 电压(mv) 只应变传感器实转模顺
5、 将图 2－2 电桥中的 R5 改接成 R2 或 R4，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、 一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边进行半桥实验，见图 2－3，接入桥路电 源±4V，进行桥路调零，重复步骤 2、3、4，将实验数据记入表 2－2，计算灵敏度 S，非线性误差δ。 图 2－2 应变式传器实验模板电原理图 表 2－1 单臂电桥输出电压与加负载重量值 重量(g) 电压(mv)
图2一3应变式传感器华桥实验接线图 表2一2半桥测量时，输出电压与如负载重量值 重量 电压 6、将传感四片应变片接成全桥电路，见图2一4。重复步骤2、3、4，将实验结果 流入表2一3：进行灵做度和非线性误差计算。 桂主控商 维上控物桂勤是表 0 0 电养输出 应交传感器实验模板 ○R○R○R 图2一4全桥性能实验接战图 表2一3全桥输出电压与加负载重量植 重量 电压 五、思考题： 1、单臂电桥时。作为桥臂电阻应变片位选用：(1》正（受拉）应变片(2)负（受压） 应变片(3)正、负应变片均可以。 2、电桥测量时两片不月受力状老的电阻应变片接入电桥时，应放在，(1)对边(2)邻 边
图 2－3 应变式传感器半桥实验接线图 表 2－2 半桥测量时，输出电压与加负载重量值 重量 电压 6、 将传感器四片应变片接成全桥电路，见图 2－4。重复步骤 2、3、4，将实验结果 填入表 2－3；进行灵敏度和非线性误差计算。 图 2－4 全桥性能实验接线图 表 2－3 全桥输出电压与加负载重量值 重量 电压 五、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。 2、电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
3、桥路（差动电桥）测量时存在垂线性误差，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。 4、电桥测量中，当两组对边(R1、R3为对边)值R相月时，即R1-R3,2-R4,而 R1≠2时，是否可以组成全桥：(1)可以(2)不可以。 5、实验中的电子程与超市的电子称有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理框图。 实验三压力测量实验 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单品硅的基片上扩散出P型成N型电阻条， 接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大 变化，引起电阻的变化，我们肥这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到 的压力变化 三、实验所需部件：压力源（己在主控箱），压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实 验核棱版、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源土4V、±15V, 四、实验步骤： 1、服据图3一1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵，贮气箱，流量计己接好。 将标准压力表放置传感器支架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插 座中（注意管子拉出时请用双蛋按住气源插座边锋往内压，则可轻松拉出）。其余两根 黑色导管分别与标准表和压力传感器接通。这里途用的差压传感墨两只气咀中，一只 为高压阻，另一只为低压用。当高压组接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出 负时可调换气咀。本实验楠板连接见图3一2，压力传感墨有4端：1端线接地线，2 端为U%十，3端接+4V电源。4端为U。-1、2、3.4端顺序排列见图3一2
3、桥路（差动电桥）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。 4、电桥测量中，当两组对边（R1、R3 为对边）值 R 相同时，即 R1＝R3，R2＝R4，而 R1≠R2 时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。 5、实验中的电子秤与超市的电子称有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理框图。 实验三 压力测量实验 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或 N 型电阻条， 接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大 变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到 的压力变化。 三、实验所需部件：压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实 验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、根据图 3－1 连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。 将标准压力表放置传感器支架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插 座中（注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压，则可轻松拉出）。其余两根 黑色导管分别与标准表和压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气咀中，一只 为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出 负时可调换气咀。本实验模板连接见图 3－2，压力传感器有 4 端： 1 端线接地线，2 端为 U0＋，3 端接＋4V 电源，4 端为 Uo－。1、2、3、4 端顺序排列见图 3－2
器不单元 留气前 受调电消 7 笔家 煲通糖头 压为格感园 里里A里 图3一【压烈式压力传感器测量系统 接主控闲餐输由 +w 4 nR特 R时 00 图3一2压力传感图压力实验接线图 2、实险核板上R:月于调节零位，民w,可调放大倍数，按图3一2接线，模板的收大器输 出场引到主控箱数显表的M插座。将显示选择开关拨到2V档，反复调节Rw?(R回 能到满度的确1/3)使数显表显示为零， 3、先松开流量计下瑞进气口调气阀的旋组，开通流量计。 4、合上主控箱上的气源开关K,启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚殊浮子在向上浮 起是于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观黎数显表显示电压的正，负， 若为负值则对调传感器气用接法
图 3－1 压阻式压力传感器测量系统 图 3－2 压力传感器压力实验接线图 2、实验模板上 RW2 用于调节零位，RW1 可调放大倍数，按图 3－2 接线，模板的放大器输 出 Vo 引到主控箱数显表的 Vi 插座。将显示选择开关拨到 2V 档，反复调节 RW2（RW1 旋到满度的确 1／3）使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 4、合上主控箱上的气源开关 K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子在向上浮 起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观察数显表显示电压的正、负， 若为负值则对调传感器气咀接法