传感器实验
实验一、电阻应变片传感器
1．实验目的
(1) 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。
(2) 了解半桥的工作原理，比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点
(3) 了解全桥测量电路的原理及优点。
(4) 了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
2．实验数据整理与分析
由以上两趋势图可以看出，其中一个20.9997R =,另一个20.9999R =，两个的线性都较好。
其中产生非线性的原因主要有：
（1）
04x R e e R R ∆=+∆，0e 和R ∆并不成严格的线性关系，
只有当0R R ∆<<才有04x R
e e R
∆=，所以理论上并不是绝对线性的，总会出现一些非线性。
（2）应变片与材料的性能有关，这也可能产生非线性。
（3）实验中外界因素的影响，包括外界温度之类的影响。
为什么半桥的输出灵敏度比单臂时高出一倍，且非线性误差也得到改善？
答：单臂：04x R e e R ∆=半桥：1201()2x R R e e R R ∆∆=-灵敏度公式：U S W
∆=∆；所以半桥测量时是单臂测量的灵敏度的两倍。
0k 受电阻变化影响变得很小改善了非线性误差。
3．思考题
a ．半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。
解：邻边 b ．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。
解：（1）（2）（3）。
c ．全桥测量中，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。
解：（1）
d ．某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
解：可组成全路电桥
实验二差动变压器
1.实验目的
(1)了解差动变压器的工作原理和特性
(2)了解三段式差动变压器的结构
(3)了解差动变压零点残余电压组成及其补偿方法
(4)了解激励频率低差动变压器输出的影响
2.实验数据整理与分析
实验A中产生非线性误差的原因：
（1）存在零点残余电压
（2）零点附近波动较大
（3）读数时的人为误差
分析产生零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。
用哪些方法可以减小零点残余电压。
答：
原因：差动变压器的两个次级绕组的微小差异导致两个次级绕组的感应电势数值不等；初级线圈中材料材质的不完全均匀性；激励电流的波形失真等导致零点残余电压的产生。
不利影响：零点残余电压造成了零点附近不灵敏，影响电路正常工作。
减小方法：主要有三方面途径：从设计和工艺上保证结构对称性；选用合适的测量线路；采用补偿线路。
比较两种补偿电路的优缺点：
图1-2-1的补偿电路优点是可以先测定零点残余电压，再通过手动调节的方式达到零点补偿的效果，可以准确地实现零点补偿。
缺点是过程比较麻烦，耗时较多。
图1-2-3补偿电路的优点是具有反馈回路，可以自行调整达到零点补偿效果，更加方便，设计得当补偿精度可以达到很高；缺点是不能读出零点残余电压。
3. 思考题
1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHZ的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？
解：可以，但需满足222
p p w L R ，减小0U 受频率的影响。
当初级过高时，会使得线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。
2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
答：差动变压器一般用于作为检测元件，用于测量位移、压力、振动等非电量参量，它既可用于静态测量，也可用于动态测量。
而一般变压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。
它们的相同点在于都利用电磁感应原理。
实验四霍尔式传感器 1. 实验目的
(1) 了解霍尔式传感器原理与应用 (2) 了解霍尔式传感器的结构特点
2. 实验数据整理与分析
归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
答：(1) 零位误差。
零位误差是由电阻分布不均匀，控制电极接触不良，电流分布不均匀等产生不等位电势造成的。
补偿方法是加一个电势。
（2）温度误差。
由于半导体其霍尔系数、电阻率等系数对温度变化敏感，导致产生温度误差。
补偿方法是采用恒流源供电并在输入回路中并联电阻。
3. 思考题
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化。
答：磁场强度水平方向分布的变化。
实验五温度传感器
1.实验目的
(1)了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用
(2)了解热电阻的特性与应用
(3)了解热敏电阻的特性与应用
2.实验数据整理与分析
简单说明AD590的基本原理，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点：
答：AD590的基本工作原理是将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接的给出正比于绝对温度的理想线性输出。
电流输出型集成温度传感器不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。
具有很好的线性，测量精度高，同时相当于一个恒流源，则电流的波动会引起相应的误差。
电压输出型集成温度传感器是通过电压的输出，所以灵敏度高，但是易受电压噪声的干扰。
总结Pt100热电阻传感器的优缺点：
答：优点：外形尺寸细小，抗震性强，长期稳定性好，自动化生产使其一致性好，热响应时间短，热容量低，复现性较好。
缺点：工作（采样）电流较小（1mA），自热较其它元件大。