常用传感器的原理和应用（试验版）一、实验目的通过本实验了解几种常用传感器的原理及应用。

二、实验原理1、位移传感器位移是指物体的某个表面或某点相对于参考表面或参考点位置的变化， 对此进行测量的方法很多。

本实验主要介绍差动变压器式位移传感器, 其工作原理是由铁心位移引起线圈输出电压的变化, 进而对位移进行测量。

其优点是: 灵敏度和精确度较高; 非线性误差小; 量程较宽(±0.1～±200㎜), 但是, 结构复杂, 造价略高。

2、SZGB—11型光电转速传感器图1—1 SZGB—11型光电转速传感器的光路图本光电转速传感器为SZGB—11型, 测量范围为被测轴直径≧3mm，转速30转/分～48万转/分，采用了单头反射式光电变换头, 可以将机械移动转换为电频率。

用于无接触测量转速。

当被测点由反光面到无反光面时, 光敏管则随光的强弱产生相应变化的电信号, 通过适当的电子线路放大、整形, 输出大于8 V幅度的方波信号。

本实验测试实例为:用本传感器与光线示波器配和, 对电风扇的转速进行测量。

3、SZGB—6光电转速传感器本SZGB—6光电转速传感器采用调制光结构的单头反射式光电传感器，由调制光发生器产生高频调制信号，向被测物体发射调制脉冲光，当调制光反射回来后被接收，经电压放大，解调输出高电平，在非反射面输出低电平。

接收电路只对调制光起作用。

故传感器抗干扰能力极强。

具有测量距离远和不受环境光干扰的优点；可以与各种显示仪配套使用及计算机接口电路直接连接，无接触测量转速、线速等使用。

转速测量范围：1r～30000r/min。

4、速度传感器(速度拾振器)速度传感器有线圈活动型、磁钢活动型和衔铁活动型等类型，本实验所用的传感器为CD-2型是线圈活动型传感器。

频率范围：2～500灵敏度：最大加速度：10最大位移±1.5工作原理： 当它被紧固在振动体上时, 其外壳随之振动, 位于气隙间的线圈切割磁力线, 于是就发出正比于振动速度的感应电势。

该电势由导线输入测振仪, 直接放大, 可以测量速度, 经微分或积分网络,便可以测量加速度或位移。

其感应电势E为: E = BNLV× (V)L—每匝线圈平均长度（cm）V—被测振动体的振动速度（CM/S）如果结构已定， 那么常量K = BNL×，所以传感器的输出 E=KV(mv)本拾振器主要应用于测量辐度较小的位移，不适合测量 500～2000 HZ 以上的频段。

5、加速度传感器（加速度拾振器、加速度计）目前加速度计有压电式、压阻式、差容式、伺服式（力平衡式）等。

本实验所用加速度计为YD—1型。

灵敏度： S V 80～130mv/g 频率响度：2～18000 HZ 可测最大加速度：200 g其工作原理：振动时，拾振器中的压电元件经受机械变形时，便产生电荷。

它的输出电量Q (或电压V m) 振动加速度ÿm 成正比V m =S v ÿm S v 为电压灵敏度（mv/g）Q=S gÿm S g为电荷灵敏度 (pc/g )6、力传感器 （应变式）本传感器主要由薄壁筒弹性元件、粘贴电阻应变计组成电桥而成。

本传感器与电阻应变仪和记录仪表等组成力测量系统，通过标定，可以对力进行测量。

该传感器具有灵敏度高，成本低廉等优点。

7、热点偶热电偶是温度测量中的一种主要方法。

热电偶产生的热电势与被测温度有一一对应的关系。

利用这一关系（热电偶分度表）即可测得其温度值。

常用热电偶有：铂铑10—铂、铂铑30—铂铑6、镍铬—镍硅、镍铬—考铜、铜—康铜等。

可根据被测温度进行选用。

常用的基本测温线路有：（1）、单点测量（图1所示） （2）、温差测量（图2所示）另外，还有平均温度测量、偏差指示测量等。

在正确使用热电偶中，还要考虑冷端温度补偿，正确使用补偿导线，合理选用保护套管，减少传热影响等。

本例中采用铜—康铜热电偶与X—Y 函数记录仪相接，组成测温系统。

通过上述几例实验只能对所接触的传感器有一个初步的认识，在以后的具体工作中，对所涉及的问题还要查阅专业书籍，详细研究后再使用。

三、实验仪器1、 位移传感器 LVDT—1型 9、稳压电源 WYJ—5012、光电转速传感器 SZGB—11 10、千分尺3、速度拾振器 CD—2 11、六线测振仪 GZ24、加速度拾振器 YD—1 12、阻抗变换器5、热电偶 13、光线示波器 SC166、力传感器(应变式) 14、导线7、电阻应变仪 YD—21 型 15、感光纸8、函数记录仪 LZ3—300 16、电风扇17、恒温水槽 18、转速表等四、实验步骤：1、 测量转速：使用转速表，对电风扇的不同转速进行测量。

2、 使用热电偶，利用热电偶分度表，对温度进行测量。

实验二电阻应变片的认识与粘贴技术训练一、实验目的１．了解应变片的测量原理、结构、种类；２．掌握应变片的粘贴技术及质量检查与防潮方法。

二、实验原理（应变片）在机械工程测试技术中，广泛应用电阻应变片，因为它能准确地测量各种力参数。

对于应变片的正确选取和粘贴质量的好坏，将直接影响应变片的性能和测量的准确性。

（一）应变片的分类应变片可分为金属式和半导体式两大类：金属式：丝式、箔式、薄膜式；半导体式：薄膜式、扩散式。

根据基底材料不同又可分为纸基、胶基和金属片基等。

（二）基底材料基底材料要满足如下要求：机械强度高，粘贴容易，电绝缘性好，热稳定性好，抗潮湿性能好，挠性好（能够粘贴在曲率半径很小的曲面上），无滞后和蠕变。

1．胶基：是由有机聚合材料的薄片作为基底的称为胶基应变片；（1）酚醛、环氧树脂基底（箔式片居多），它具有良好的耐热和防潮性能，使用温度达成180℃，并且长时间稳定性好；（2）聚酰亚胺基底，使用温度-260℃～400℃，绝缘性能好，因此可以做得很薄，通常为0.025mm，应变片的柔韧性好；（3）石棉、玻璃纤维增强塑料作基底，主要在高温下使用。

（三）敏感元件材料对敏感材料的要求：灵敏度K。

在尽可能大的应变范围内是常数；K。

尽可能大；具有足够的热稳定性；电阻系数高且受温度变化的影响小；在一定的电阻值要求下，电阻系数越高，电阻丝的长度越短，因此可以减小电阻应变片的尺寸。

康铜是用得最广泛的电阻应变片敏感材料，康铜的K。

值对应变的稳定性非常好，不但在弹性变形的范围内K。

保持常数，在进入塑性范围后K。

仍基本上保持常数，故测量范围大。

康铜具有足够小的电阻温度系数，使测量时因温度变化而引起的误差较小；康铜的电阻系数很大，便于做成电阻值大而尺寸小的电阻应变片。

我国制造的电阻应变片绝大部分以康铜为敏感材料。

除康铜外还有镍铬铁合金、镍铬合金等（四）应变片的主要参数1、几何尺寸：基长l——沿敏感栅金属丝轴线方向上能承受应变的有效长度，基宽b——与金属丝轴线垂直方向上敏感外侧之间的距离；２．电阻值：它是指应变片既没有粘贴，又不受外力作用的条件下，在室温中测量的原始电阻值。

目前应变片的规格已成为标准系列化，目前我国生产的应变片名义阻值一般为120Ω，此外，还有60、80、240Ω等；３．灵敏度 S：当应变片粘贴在试件上之后，在沿应变片轴线方向的单向载荷作用下，应变片的电阻变化率与被敏感栅覆盖下的试件表面上的轴向应变的比值称为应变片的灵敏度SS =４．绝缘电阻：指敏感栅与被测试件之间的绝缘电阻；５．允许电流：当应变片接入测量电路后，敏感栅中流过一定的电流，使应变片产生温升，一般在静态测量中允许电流为25mA，在动态测量中允许电流为75～100mA。

三、实验仪器和设备试件 1个 数字万用表1块应变片 1枚 惠斯顿电桥 1台KH—501（502）胶 1瓶 划线针 1把丙酮（滴瓶装） 1瓶 放大镜 1支镊子 1支 脱脂棉 若干小螺丝刀 1支 聚四氟乙烯薄膜 若干钢板尺 1支 细砂布 若干高度尺 1把 应变片样本 1册四、实验内容及步骤仔细观察电阻应变片的样品，区别纸基、胶基等应变片及其结构，特别注意应变片在粘贴时的正反面区别。

（一）应变片的选择１．根据试件大小、工作温度和受力情况，选取合适的应变片；２．用5～10倍的放大镜选择没有短路、断路、汽泡等缺陷，并且要求表面平整、丝栅排列均匀的应变片；３．量出所选取应变片的阻值，使阻值相近的应变片放在一起，应保证同组各应变片的阻值差不超过0.5Ω，这样在测量时容易调整平衡。

（二）试件的表面处理与划线图2—1试件的打磨与定位 图2—2粘贴应变片后的试件１．预清洗：根据试件的表面状况进行预清洗，一般采用有机溶剂脱脂除渍；２．除锈、粗化：一般多采用砂布打磨法，除掉试件表面的锈渍使其露出新鲜的金属表层，以便使胶液充分浸润以提高粘贴强度。

用细砂布沿着与所测应变轴线成方向交叉轻度打磨，使试件表面呈细密、均匀新鲜的交叉网纹状,这样有利于充分传递应变，打磨面要大于应变片的面积（图2—1）；３．划定位基准线：根据应变片尺寸，利用钢板尺、高度尺、划线针或硬质铅笔划出确定应变片粘贴位置的定位基准线。

划线时，不要划到应变片覆盖范围内（图2—2）；４．清洗：一般采用纯度较高的无水乙醇、丙酮等，用尖镊子夹持脱脂棉球蘸少量的丙酮粗略地洗去打磨粉粒，然后用无污染的脱脂棉球蘸丙酮仔细地从里向外擦拭粘贴表面，擦一次转换一个侧面再擦，棉球四面都用过，更换新棉球用同样的方法擦洗，直到没有污物和油渍为止。

应变片背面也要轻轻擦拭干净，干燥后待用。

（三）粘贴在无灰尘的条件下，用清洗过的小螺丝刀蘸取少量KH—501（或502）胶液，在清洗好的试件粘贴表面和应变片背面单方向涂上薄而均匀的一层胶液(单方向涂抹，以防产生汽泡)，放置少许时间，待涂胶的试件和应变片上胶液溶剂挥发还带有粘沾性时，将应变片涂胶一面与试件表面贴合，并注意应变片的定位标应与试件上的定位基准线对齐。

在贴好的应变片上覆盖一层聚四氟乙烯薄膜用手指单方向轻轻按压，将余胶和气泡挤出压平。

手指按压时不要相对试件错动，按压3～5分钟后，放在室温下固化待用。

（四）接桥１．将干燥固化后的应变片用数字万用表检查有无短路、断路现象，并测出应变片与试件之间的绝缘电阻，长期测量大于500 M，临时测量大于20M。

本实验属于短期测量，达到20M ～100 M以上即可。

低于20M 将会严重影响到稳定性，达不到要求的应当重新贴片；２．检查无误后，按图1—3焊接成半桥或全桥；图2—3 （a）串联半桥 (b) 半桥 (C) 全桥３．用万用表检查绝缘及通路；４．用惠斯顿电桥或数字万用表测量两臂（半桥：AB、BC）或两对角（全桥：AC、BD），检查其阻值是否大致相等，最好不超过0.5，否则应变仪不易调平衡。

五、密封、防潮密封、防潮措施是为了保护粘贴后的应变片避免受到机械损坏，在使用过程中不受环境温度变化的影响，保持良好的绝缘性能。