传感器应用技术实训报告

一、课程概述：
现代社会已进入万物互联时代，传感器的应用在我们周围无处不在。因此，学习与掌握常用传感器的作用、特性与工作原理尤为重要。通过学习该课程，不仅可以了解传感器的基本概念与基本特性，而且可以熟练掌握常用传感器的基本特性、工作过程以及典型的应用方法，培养学习者在电子产品开发、设计与调试等方面的技能。
传感器种类繁多，分类方法各异。课程内容选取温度传感器、光敏传感器、力敏传感器、超声传感器、磁敏传感器、气敏传感器等常用传感器作为教学内容，通过引入典型的、趣味的、实用的、有一定技术含量的应用案例开展教学，重点关注传感器的外特性及信号调理电路的设计、分析与应用，完全满足高职高专、应用技术大学以及社会学习者对传感器及应用技术的学习需求。
二、授课目标：
通过学习本课程，可以是读者了解传感器的基本概念，熟悉传感器的分类方法与特性，掌握常用传感器的结构、特性、工作原理以及典型的应用方法，具备电子产品设计、制作、调试与故障排查的基本技能。
三、实验目的（项目一：单臂电桥性能实验）：
1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。
2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。
3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。
四、实验所用单元：
电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
五、实验原理及电路：
1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。

1─外壳  2─电阻应变片  3─测杆  4─等截面悬臂梁  5─面板接线图
图1-1  电阻应变式传感器
3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R₁、R₂、R₃为固定，R为电阻应变片，输出电压U_O＝EKε，E为电桥转换系数。

                              图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图
六、实验步骤：
1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP₁旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP₂旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP₂旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP₂旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP₁。
4、按图1-2接线，R₁、R₂、R₃（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变片构成单臂电桥形式。
5、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U_O记入下表中。
表 1-1

X(mm)						0
UO(mV)						0

七、实验总结报告：
1、根据表1-1中的实验数据，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。
2、传感器的输入电压能否从＋5V提高到＋10V？输入电压的大小取决于什么？
3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。