THSRZ-1型传感墨系统综合实验装置简介一、概述THSRZ-1型传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考核的需求，是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置，可以与普教中的“物理”，职教、高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与应用”等课程的教学实验配套。二、设备构成实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理（模块）电路部分和数据采集通讯部分组成，1.实验台部分这部分设有1k~10kHz音频信号发生器、130Hz低频信号发生器、四组直流稳压电源：土15V、+5V、土2~土10V、2~24V可调、数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。2.三源板部分热源：0~220V交流电源加热，温度可控制在室温~120°C，控制精度土1°℃C。转动源：2~24V直流电源驱动。振动源：振动频率1Hz一30Hz（可调）。3.处理（模块）电路部分包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。4.数据采集、分析部分为了加深对自动检测系统的认识，本实验台增设了USB数据采集卡及微处理机组成的微机数据采集系统（含微机数据采集系统软件）。14位A/D转换、采样速度达300kHz，利用该系统软件，可对学生实验现场采集数据，对数据进行动态或静态处理和分析，并在屏幕上生成十字坐标曲线和表格数据，对数据进行求平均值、列表、作曲线图以及对数据进行分析、存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。更注重考虑根据不同数据设定采集的速率。本实验台，作为教学实验仪器，大多传感器基本上都做成透明，以便学生有直观的认识测量连接线用定制的接触电阻极小的选插式联机插头连接。三、实验内容结合本装置的数据采集系统，不需另配示波器，可以完成大部分常用传感器的实验及应用。包括金属箔应变传感器、差动变压器、差动电容、霍耳位移、霍耳转速、磁电转速、扩散硅压力传感器、压电传感器、电涡流传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器（AD590）、K型、E型热电偶、PT100铂电阻、湿敏传感器、气敏传感器共17种，三十多个实验。1
1 THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置 简介 一、概述 THSRZ-1 型传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考 核的需求，是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置，可以与普教中的“物理”，职 教、高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与 应用”等课程的教学实验配套。 二、设备构成 实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理（模块）电路部分和数据采集通讯部分组成。 1. 实验台部分 这部分设有 1k～10kHz 音频信号发生器、1～30Hz 低频信号发生器、四组直流稳压电源： ±15V、+5V、±2~±10V、2~24V 可调、 数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度 温度调节仪组成。 2. 三源板部分 热源：0~220V 交流电源加热，温度可控制在室温~120 oC，控制精度±1 oC。 转动源：2~24V 直流电源驱动。 振动源：振动频率 1Hz—30Hz（可调）。 3. 处理（模块）电路部分 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换 器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。 4. 数据采集、分析部分 为了加深对自动检测系统的认识，本实验台增设了 USB 数据采集卡及微处理机组成的微 机数据采集系统（含微机数据采集系统软件）。14 位 A/D 转换、采样速度达 300kHz，利用该 系统软件，可对学生实验现场采集数据，对数据进行动态或静态处理和分析，并在屏幕上生 成十字坐标曲线和表格数据，对数据进行求平均值、列表、作曲线图以及对数据进行分析、 存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。 更注重考虑根据不同数据设定采集的速率。 本实验台，作为教学实验仪器，大多传感器基本上都做成透明，以便学生有直观的认识， 测量连接线用定制的接触电阻极小的迭插式联机插头连接。 三、实验内容 结合本装置的数据采集系统，不需另配示波器，可以完成大部分常用传感器的实验及应用。 包括金属箔应变传感器、差动变压器、差动电容、霍耳位移、霍耳转速、磁电转速、扩散硅 压力传感器、压电传感器、电涡流传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传 感器（AD590）、K 型、E 型热电偶、PT100 铂电阻、湿敏传感器、气敏传感器共 17 种，三十 多个实验
目录实验一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验实验二金属箔式应变片一一半桥性能实验实验三差动变压器的性能实验实验四差动变压器零点残余电压补偿实验实验五电容式传感器的位移特性实验实验六直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验2
2 目 录 实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验 实验三 差动变压器的性能实验 实验四 差动变压器零点残余电压补偿实验 实验五 电容式传感器的位移特性实验 实验六 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
实验一金属箱式应变片一一单臂电桥性能实验一传感器目的：了解金属箔式励变片的励变效励，单臂电桥工作原理和性能。二传感器实验：励变二半零偿五模块、托盘、码、数显电压表、土15V、土4V电源、万用表（自备）。三传感器原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻励变效励，描述电阻励变效励的关点式为：AR/R=Kε，式中AR/R为电阻丝电阻相对变化，K为励变灵敏点数，ε=△1/1为电阻丝长度相对变化。金属箔式励变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的励变敏半组件，如图1-1所示，四个金属箔励变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，励变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。应变片托盘引出线弹性体限程螺丝固定垫圈模板18888应变片固定螺丝图 1-1接主控箱接数显表电源输出Vi地R1R2R3R4应变传感器实验模板GEGEGG+15VGND_-15VRIlC0R130+bd烧磨丝片0特密零片U21R18按摩更片电雪片R9eRw3IC3皮变！R10UiUo1Uo2R17RSR12R1R19R14R6IRRw4A-F4vw1RwCoORW2ORW3RW4Rwi3
3 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、实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V 电源、万用表（自备）。 三、实验原理： 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 感组件，如图 1-1 所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生 形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图 1-1
图1-2通过这些应变片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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压EAR/RUo=(1-1)1AR41 +2 RE为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为1 △R2.100%。L=2R四、实验内容与步骤1：应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Q。2.差动放大器调零。从主控台接入土15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）3.按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。4：加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节RW1使电压表显示为零。5.在应变传感器托盘上放置一只码，读取数显表数值，依次增加码和读取相应的数显表值，直到200g码加完，记下实验结果，填入下表1-1。6.在步骤5的基础上设计实验过程，实现最终采集曲线呈现出“V”字型的图形，记下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。表1-1重量(g)电压(mV)五、实验报告根据表1一1计算系统灵敏度S=AU/AW（AU输出电压变化量，AW重量变化量）和非线性误差8n=Am/yE.sX100%，式中Am为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·s为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！4
4 图 1-2 通过这些应变片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，如 图 1-2 所示 R5、R6、R7 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 Uo= R R E R R ∆ + ⋅ ∆ ⋅ 2 1 1 / 4 （1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式 1-1 表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为 L= 100% 2 1 ⋅ ∆ − ⋅ R R 。 四、实验内容与步骤 1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的 R1、R2、R3、R4 上， 可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将 差动放大器的输入端 Ui 短接并与地短接，输出端 Uo2 接数显电压表（选择 2V 档）。将电位器 Rw3 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器 Rw4 使电压表显示为 0V。关闭主控台 电源。（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动） 3．按图 1-2 连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如 R1）接入电桥与 R5、R6、 R7 构成一个单臂直流电桥。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端 Ui，检查接线无误后，合上主 控台电源开关，预热五分钟，调节 Rw1 使电压表显示为零。 5．在应变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 200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表 1-1。 6. 在步骤 5 的基础上设计实验过程，实现最终采集曲线呈现出“V”字型的图形，记下 实验结果，填入下表 1-1，关闭电源。 表 1－1 重量(g) 电压(mV) 五、实验报告 根据表 1－1 计算系统灵敏度 S＝ΔU/ΔW（ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）和非 线性误差δf1=Δm/yF.S ×100％，式中Δm 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最 大偏差；yF·S 为满量程（200g）输出平均值。 六、注意事项 加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验二金属箱式应变片一一半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、实验仪器：同实验一三、实验原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为E ARUo=EK e/2=(2-1)2RE为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。四、实验内容与步骤1：应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2.差动放大器调零，参考实验一步骤2。3.参考图1-1，设计半桥实验电路，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。4.加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。5.在应变传感器托盘上放置一只码，读取数显表数值，依次增加码和读取相应的数显表值，直到200g码加完，记下实验结果，填入下表。6.在步骤5的基础上设计实验过程，实现最终采集曲线呈现出“V”字型的图形，记下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。表2-1重量(g)电压(mV)五、实验报告根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=△U/△W，非线性误差8z2六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？5
5 实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验 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、实验仪器：同实验一 三、实验原理： 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图 2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性 得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 Uo=EKε/2 = R E ∆R ⋅ 2 （2-1） E 为电桥电源电压，式 2-1 表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图 1-1。 2．差动放大器调零，参考实验一步骤 2。 3．参考图 1-1，设计半桥实验电路，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片 接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤 4。 5．在应变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 200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表。 6. 在步骤 5 的基础上设计实验过程，实现最终采集曲线呈现出“V”字型的图形，记下实 验结果，填入下表 1-1，关闭电源。 表 2-1 重量(g) 电压(mV) 五、实验报告 根据表 2-1 的实验资料，计算灵敏度 L=ΔU/ΔW，非线性误差δf2 六、思考题 引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？