传感器与检测技术实验报告
课程名称： 传感器与检测技术
实验项目： 电势型传感器实验
实验地点：
专业班级：
学 号：
姓 名：
指导教师：
20##年 11 月 11 日
实验一 线性霍尔传感器位移特性实验
一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：本实验采用的霍尔式位移传感器是由线性霍尔元件、永久磁钢组成，霍尔式位移传感器的工作原理和实验电路原理如图所示。将磁场强度相同的两块永久磁钢同极性相对放置着，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为0，
(a)工作原理 (b)实验电路原理
设这个位置为位移的零点，即X＝0，因磁感应强度B＝0，故输出电压UH＝0。当霍尔
元件沿X轴有位移时，由于B≠0，则有一电压UH输出，UH经差动放大器放大输出为V。
V与X有一一对应的特性关系。
三、需用器件与单元：
主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表；霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
四、实验步骤：
调节测微头的微分筒，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm 刻度线。按示意图安装、接线，将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，±2V～±10V直流稳压电源调节到±4V档。检查接线无误后，开启主机箱电源，移动测微头的安装套，使传感器的PCB板处在两园形磁钢的中点位置时，拧紧紧固螺钉。再调节RW1使电压表显示０。测位移使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验：顺时针调节测微头的微分筒3周，记录电压表读数作为位移起点。以后，反方向调节测微头的微分筒，每隔△X=0.1mm从电压表上读出输出电压Vo值，将读数填入表
表17 霍尔传感器(直流激励)位移实验数据
根据表17数据作出V－X实验曲线，分析曲线在不同测量范围 (±0.5mm、±1mm、
±2mm)时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。
实验二 磁电式传感器测转速实验
一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转换成为感应电势的有源传感器。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图所示。当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势e产生6次的变化，感应电势e通过放大、整形由频率表显示ｆ，转速n=10f。
三、需用器件与单元：
主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、电压表、频频\转速表；磁电式传感器、转动源。
四、实验步骤：
请按图示意安装、接线并按照上述的实验步骤做实验。实验完毕，关闭电源。
实验三压电式传感器测振动实验
一、实验目的：了解压电传感器的原理和测量振动的方法。
二、基本原理：压电式传感器是一和典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。
1、 压电效应：压电材料受到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，当作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，这种现象称为压电效应。
2、压电晶片及其等效电路
如图所示。当压电晶片受到力的作用时，便有电荷聚集在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。这种情况和电容器十分相似，所不同的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐漏掉。从结构上看，它又是一个电容器。因此通常将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如所示。
压电传感器的输出，理论上应当是压电晶片表面上的电荷Q。根据图可知测试中也可取等效电容Ca 上的电压值，作为压电传感器的输出。因此，压电式传感器就有电荷和电压两种输出形式。
3、压电式加速度传感器和放大器等效电路压电传感器的输出信号很弱小，必须进行放大，压电传感器所配接的放大器有两种结构形式：一种是带电阻反馈的电压放大器；另一种是带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷量成正比。电压放大器测量系统的输出电压对电缆电容Cc敏感。当电缆长度变化时，Cc就变化，使得放大器输入电压ei变化，系统的电压灵敏度也将发生变化。电荷放大器则克服了上述电压放大器的缺点。它是一个高增益带电容反馈的运算放大器。
4、压电加速度传感器实验原理图
压电加速度传感器实验原理、电荷放大器由所示。
三、需用器件与单元：主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板；振动源、双踪示波器。
四、实验步骤：
按图所示将压电传感器安装在振动台面上，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。将主机箱上的低频振荡器幅度旋钮逆时针转到底，调节低频振荡器的频率在6～8Hz。调节低频振荡器的幅度使振动台明显振动。用示波器的两个通道[正确选择双踪示波器的“触发”方式及其它设置，同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。
改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。实验完毕，关闭电源。
实验四 Pt100铂电阻测温特性实验
一、实验目的：了解Pt100热电阻—电压转换方法及Pt100热电阻测温特性与应用。
二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。
三、需用器件与单元：
主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0～24V电源、±15V直流稳压电源、±2V～±10V直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻二支、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板、4
位数显万用表。
四、实验步骤：温度传感器实验模板放大器调零：按图示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，调节温度传感器实验模板中的RW2顺时针转到底，再调节RW3使主机箱的电压表显示为0。关闭主机箱电源。调节温度传感器实验模板放大器的增益K为10倍：按图示意接线，检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调节压力传感器实验模板上的RW2，使压力传感器实验模板中的放大器输出电压为0.020V；再将0.020V电压输入到温度传感器实验模板的放大器中，再调节温度传感器实验模板中的增益电位器RW2，使温度传感器实验模板放大器的输出电压为0.200V。关闭电源。 用万用表200欧姆档测量并记录Pt100热电阻在室温时的电阻值，三根引线中同色线为热电阻的一端，异色线为热电阻的另一端。 Pt100热电阻测量室温时的输出：撤去压力传感器实验模板。将主机箱中的±2V～±10V直流稳压电源调节到±2V档；电压表量程切换开关打到2V档。再按图示意接线，待电压表显示不再上升处于稳定值时记录室温时温度传感器实验模板放大器的输出电压Vo。关闭电源。 
保留图的接线同时将实验传感器Pt100铂热电阻插入温度源中，温度源的温度控制接线按图示意接线。将主机箱上的转速调节旋钮顺时针转到底，将调节器控制对象开关拨到Rt.Vi位置。检查接线无误后合上主机箱电源，再合上调节器电源开关和温度源电源开关，将温度源调节控制在40℃，待电压表显示上升到平衡点时记录数据。温度源的温度在40℃的基础上，可按Δt=10℃增加温度设定温度源温度值，待温度源温度平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表30。表30 Pt100热电阻测温实验数据
表30中的Rt数据值根据Vo、Vc值计算：
Rt=R3［K(R1+RW1)Vc-(R4+R1+RW1)Vo］／［KVcR4+(R4+R1+RW1)Vo］。
式中：Ｋ=10；R3=5000Ω；R4=5000Ω；R1+RW1=100Ω；Vc =4V；Vo为测量值。将计算值填入表30中，画出t(℃)—Rt(Ω)实验曲线并计算其非线性误差。
再根据以下附表1 的Pt100热电阻与温度ｔ的对应表对照实验结果。最后将调节器实验温度设置到40℃，待温度源回到40℃左右后实验结束。关闭所有电源。
【感想】本实验我了解了线性霍尔传感器、磁电式传感器、压电式传感器和Pt100铂电阻，他们分别可以测量位移、转速、振动、温度。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器 ，霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。压电式传感器基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差。PT100铂电阻是铂热电阻，简称为：PT100铂电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变。
通过这次实验我了解了自己之前从没见到过的的PT100铂电阻，以及它的设计原理、应用范围、分度表、组成部分等，随着现代化技术的发展，越来越多的传感器出现在我们的生活中，有更多的传感器需要我们去学习和了解。
第二篇：传感器实验报告书1
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥
一、实验目的
（1）了解金属箔式应变片性能。
（2）掌握单臂电桥的工作原理和工作情况。
二、实验原理
应用应变片测试时，应变片牢固地粘贴在测件表面上。当测件受力时，应变片的敏感栅随同变形，电阻值也发生相应的变化。通过测量电路，将电阻值的变化转换为电压或电流信号输出。
电桥电路是非电量电测最常用的一种方法。当电桥平衡时，即
·
=
·
，电桥输出为零。在桥臂、、、中，电阻的相对变化分别为
、
、
、
，桥臂的输出电压与电阻的应变
成正比。当使用一片应变片时，
=
；当使用两片应变片时=
，如果两片应变片工作于差动状态，且==R，则=
；当四片应变片同时组成两个差动状态工作时，且====R，则=
。
由此可知，单臂、半桥、全桥的灵敏度依次增大。
三、实验所需部件
直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、V/F表、毫伏表。
四、实验步骤
1、确定旋钮初始位置：直流稳压电源打到±4V档，V/F表打到20V档，毫伏表打到50mV档。
2、观察梁上的应变片。接通电源总开关和分开关。
3、将差动放大器调零。方法是首先将差动放大器增益旋钮打到最大（顺时针旋到底），再用导线将正负输入端与地端连接起来，然后将输出端接到电压表(V/F表)的输入插口，调整差动放大器的调零旋钮使用电压表读数为零。调好零后，调零旋钮就不可再动，此时关闭电源总开关。
4、按图3.1所示，将实验部件连接（假设电桥中为金属箔式应变片，其它3个为实验仪器上的固定电阻，注意电桥的连接方法）。
5、确认接线无误后开启电源。
6、在测微头离开悬梁，悬臂梁处于水平状态的情况下，通过调整电桥平衡电位器WD，使系统输出为零。差动放大器的增益以用手将梁压到最低处和提到最高处时毫伏表指针左右均能打到满刻度（±50mV）为宜（也可用电压表来观察，此时电压表打到2V档）。
7、装上测微头，调整到系统输出为零（电压表置2V档），此时测微头读数为梁处于水平位置（自由状态）。然后向上旋动测微头6mm，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，每往下1mm记一个数值，一直到水平下6mm为止（即取13个测试点的记录）。根据表中所得数据计算灵敏度S（=ΔV/ΔX），并做出V-X关系曲线。
五、注意事项
（1）实验仪中电桥上虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记。
（2）差动放大器调零后电位器不能再动，系统调零只能用电桥平衡电位器WD调整。
（3）应变片可用箔式片中除补偿片外的任何一片。
（4）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减少其对直流电桥的影响。
六、考虑问题
本实验对直流稳压电源和差放电路有何要求?
实验二 电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的
掌握电涡流式传感器的工作原理及性能。
二、实验原理
电涡流式传感器由一平面线圈组成，金属片安装在与其平行的振动台上。当线圈中通以交变电流后，金属片上产生电涡流，涡流大小不同，影响阻抗Z的程度不同，而涡流大小与金属板的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈与金属板表面的距离Y有关。当平面线圈、被测体、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离Y有关。阻抗变化经涡流变换器变换成电压U输出，则输出电压U是位移Y的单值函数，其关系曲线由图3.18表示。
三、实验所需部件
涡流变换器、V/F表、测微头、金属测片、涡流传感器、示波器。
四、实验步骤
1、观察传感器的结构，它是一个平绕线圈。
2、装好电涡流传感器和测微头，传感器应对准金属测片中心。
3、用示波器观察电涡流传感器的振荡波形，此波为正弦波，其频率为（ ）HZ。
4、用导线将传感器接入涡流变换器的输入端，将变换器的输出端接电压表，电压表初始位置置于20V档，如图3.19所示。
5、用测微头移动振动台，使传感器与金属片接触，此时涡流变换器电压输出为零。由此开始每隔0.1mm位移用电压表读出变换器输出电压值，将数据填人下表，直到线性严重破坏为止。
6、根据实验数据，在坐标纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度S=△V/△X。
五、注意事项
被测体与涡流传感器测试头平面必须平行，并将测试头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。
六、考虑问题
（1）涡流传感器最大特点是什么？涡流变换器是什么电路？
（2）传感器与被测体之间有个最佳初始工作点，位置在哪里？
实验三 霍尔式传感器的直流激励特性
一、实验目的
了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、实验原理
霍尔式传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔式元件——霍尔片通过底座连接在振动台上。当霍尔片通以恒定的电流时，霍尔元件就有电压输出。改变振动台位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，输出的霍尔电势V值取决于其在磁场中的位移量Y，所以由霍尔电势的大小便可获得振动台的静位移。
三、实验所需部件
直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表。
四、实验步骤
1、差放调零。
2、装上测微头，使其与振动台吸合，调节霍尔片在梯度磁场的中间位置（目测；或用电压表测试，此时霍尔片输出电压应为0）。
3、按图3.23接线，差放增益适中，必要时可调整
使电压表重新指示为零。
4、上下移动测微头±3mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，将读数填入下表：
5、根据上表做出X-V曲线，求出灵敏度S（=ΔV/ΔX）。
五、注意事项
（1）直流激励电压±2V不能任意加大，以免损坏霍尔片。
（2）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近报靴，以提高灵敏度。
六、思考问题
此系统能成为称重系统吗？
实验五 电涡流传感器的应用——转速测量
一、实验目的
了解电涡流在转速测量中的应用。
二、实验原理
电涡流传感器中的金属涡流片与平面线圈的相对位置发生周期性变化时，涡流量及阻抗均发生周期性变化，经涡流变换器输出的电压值也发生周期性变化。这样，可通过测量频率而推出转速。
三、实验所需部件
直流电机、金属转盘、电涡流传感器。
四、实验步骤
1、电涡流线圈连支架安装在其端面转盘盘面1mm～0.5mm处，注意保持两平面的平行，不可碰擦。
2、频率表与示波器（DC档）接到涡流变换器的输出端，开启电机，调节转速，并调整电涡流线圈与转盘的位置，使示波器上观察到的波形较为对称。
3、电机转速＝频率表示值÷金属转盘等分值×２。