傳感器試驗報告

1、實驗一、二、三應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性實驗一、實驗原理電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，此類傳感器主要是通過一定的機械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出?？捎糜谀苻D(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。、實驗結(jié)果重量（g）020406080100120140160180200單臂電壓（mV012345678910半橋電壓（mV

2、03468101214161820全橋電壓（mV0261012161821252932三、實驗分析1002C0重量(g)單臂電壓（mv）-半橋電壓（mv）全僑電壓（WV）40>30520510=o應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性曲線300根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出實驗曲線后，計算靈敏度S=AV/AW（AV輸出電壓變化量，AW重量變化量）和非線性誤差6（用最小二乘法），6=Am/yFSx100%式中Am為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平土O,此處為200g。四、思考題1、AR轉(zhuǎn)換成AV輸出用什么方法？通過電阻的分壓，將電阻兩端的電壓測量出來經(jīng)過差動放大器。從而將AR轉(zhuǎn)換

3、成AVo2、根據(jù)圖4機頭中應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)，在振動臺放置整碼后分析上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向（是拉？還是壓？+壓變大）o所連接的應(yīng)變片電阻中，帶有符號T是拉伸，電阻會變大；帶有符號，的是壓縮，電阻會減小。3、半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)接在：（1）對邊？（2）鄰邊？為什么？應(yīng)該接在鄰邊，這樣能保證測量的靈敏度，同時能使一些去除干擾因素的影響。4、應(yīng)變片組橋時應(yīng)注意什么問題？要注意應(yīng)變片的受力狀態(tài)和接入電路時的位置。實驗五應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用一電子秤實驗、實驗原理常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。數(shù)字電子秤實驗原理如圖5-1電壓量本實驗只做放大器輸出Vo實驗

4、，通過對電路的標定使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值,綱(V)改為重量量綱(g)即成為一臺原始電子秤。圖5-1數(shù)字電子稱原理框圖二、實驗結(jié)果表5電子稱實驗數(shù)據(jù)重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)-1.7-3.7-5.6-7.7-9.7-11.6-13.8-15.9-15.9-20、實驗分析電子稱實驗曲線實驗八移相器、相敏檢波器實驗、實驗原理IC-1、R1、R2R3C11、移相器工作原理：圖8-1為移相器電路原理圖與實驗箱主板上的面板圖。圖中,移相器"由LD由產(chǎn)圖8-1移相器原理圖與面板圖構(gòu)成一階移相器(超前)，在R2=R1的條件下，可證明其幅頻特性和

5、相頻特性分別表示為：KF1(jco)=Vi/V1=-(1-jwR3C1)/(1+jwR3C1)KF1()=1F1(.)=-ji-2tg-1wR3C1其中：=2jif,f為輸入信號頻率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另一個一階移相器(滯后)，在R5=R核件下的特性為：KF2(j)=Vo/V1=-(1-jRwC3)/(1+jRwC3)KF2()=1F2()=-ji-2tg-1RwC3由此可見，根據(jù)幅頻特性公式，移相前后的信號幅值相等。根據(jù)相頻特性公式，相移角度的大小和信號頻率f及電路中阻容元件的數(shù)值有關(guān)。顯然，當移相電位器Rw=0上式中F2=0,因此F1決定了圖71所示的二階移相器的初

6、始移相角：即F=F1=-ji-2tg-12jifR3C1若調(diào)整移相電位器Rw則相應(yīng)的移相范圍為：AF=F1-F2=-2tg-12jifR3c1+2tg-12jifARwC3已知R3=10©,C1=6800p,zRw=10Q,C3=0.022仙F,如果輸入信號頻率f一旦確定，即可計算出圖8-1所示二階移相器的初始移相角和移相范圍。2、相敏檢波器工作原理：圖8-2為相敏檢波器(開關(guān)式)原理圖與實驗箱主板上的面板圖。圖中，AC為交流參考電壓輸入端，DC為直流參考電壓輸入端，Vi端為檢波信號輸入端，Vo端為檢波輸出端。©DC相敏檢波器美開©VI©AC©

7、Vo匚】圖8-2相敏檢波器原理圖與面板圖原理圖中各元器件的作用：C5-1交流耦合電容并隔離直流；IC5-1反相過零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波（開關(guān)波+14V-14V）;D5-1二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V700V（0-14V）;Q5-1是結(jié)型場效應(yīng)管，工作在開、關(guān)狀態(tài)；IC5-2工作在倒相器、跟隨器狀態(tài)；R5-6限流電阻起保護集成塊作用。關(guān)鍵點：Q5-1是由參考電壓V7矩形波控制的開關(guān)電路。當V7=0V時，Q5-1導(dǎo)通，使IC5-2同相輸入5端接地成為倒相器，即V3=-V1;當V7V0V時，Q5-1截止（相當于斷開）,IC5-2成為跟隨器，即V3=V1o相敏檢波器具有鑒相特性，輸出

8、波形V3的變化由檢波信號V1與參考7八F圖83相敏檢波器工作時序圖rr電壓波形V2之間的相位決定。下圖8-3為相敏檢波器的工作時序圖。三、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析相敏檢波器的輸出波形隨著移相電位器的改變而改變。四、思考題移相器能夠改變系統(tǒng)的相頻響應(yīng)，而相敏檢波器能夠同時鑒別幅度特性和相位特性。實驗九應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)一振動測量實驗一、實驗原理圖9-1是應(yīng)變片測振動的實驗原理方塊圖。當應(yīng)變梁的振動臺受到F(t)作用而振動，使粘貼在應(yīng)變梁上的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號dR/R,應(yīng)變信號dR/R由振蕩器提供的載波信號經(jīng)交流電橋調(diào)制成微弱調(diào)幅波，再經(jīng)差動放大器放大為u1(t),u1(t)經(jīng)相敏檢波器檢波

9、解調(diào)為u2(t),u2(t)經(jīng)低通濾波器濾除高頻載波成分后輸出應(yīng)變片檢測到的振動信號u3(t)(調(diào)幅波的包絡(luò)線)，u3(t)可用示波器顯示。圖中，交流電橋就是一個調(diào)制電路，W1r、W2C是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，移相器為相敏檢波器提供同步檢波的參考電壓。這也是實際應(yīng)用中的動態(tài)應(yīng)變儀原理。40>2000Hz圖91應(yīng)變儀實驗原理方塊圖電源顯示、實驗結(jié)果表9應(yīng)變交流全橋振動測量實驗數(shù)據(jù)(Hz)3579111315171921Vo(p-p)176136216240272280272232256264、實驗分析實驗十壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗一、實驗原理擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作機理是半導(dǎo)體

10、應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴散出多個半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴散出敏感柵）組成電橋。在壓力（壓強）作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)力，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。圖10-1為壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理圖。圖101壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理二、實驗結(jié)果表10壓阻式壓力傳感器測壓實驗數(shù)據(jù)P(KPa)3456789101112

11、13141516171819Vo(p-p)0.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.9、實驗分析壓阻式壓力傳感暮測壓實整曲線實驗葉電容式傳感器的位移實驗一、實驗原理1、原理簡述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來實現(xiàn)測量的。電容傳感器的輸出是電容的變化量。利用電容C=eA/d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇e、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測干燥度（e變）、測位移（d變）和測液位（A變）等多種電容傳感器。電容傳感器極板形狀分成平板、圓板形和圓柱（圓筒）形，雖

12、還有球面形和鋸齒形等其它的形狀，但一般很少用。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，差動式一般優(yōu)于單組（單邊）式的傳感器。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。如圖11-1所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R圓柱的半徑為r；圓柱的長為x,則電容量為C=£2nx/ln（R/r）。圖中C1、C2是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生？*位移時，電容量的變化量為？C=C1-C2=£2n2?X/ln（R/r）,式中e2小ln（R/r）為常數(shù)，說明？C與?X位移成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖11-1實驗電容傳感器結(jié)構(gòu)1、測量電路(電容變換器)：如圖

13、11-2所示，測量電路的核心部分是圖113的電路圖112電容測量電路圖113二極管環(huán)形充放電電路C5電容、L1電感和CX1CX2實驗差動電容位移傳感器組成在圖113中，環(huán)形充放電電路由D3D4D5D6二極管、當高頻激勵電壓(f>100kHz)輸入到a點，由低電平E1躍到高電平E2時，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由a點經(jīng)D3到b點，再對CX1充電到O點(地)；另一路由由a點經(jīng)C5到c點，再經(jīng)D5到d點對CX2充電到O點。此時，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充電時間內(nèi)，由a到c點的電荷量為：Q1=CX2(E2-E1)(111)當高頻激勵電壓由高電平E2返回到低

14、電平E1時，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點、D4c點、C5a點、L1放電到O點；CX2經(jīng)d點、D6L1放電到O點。在t2放電時間內(nèi)由c點到a點的電荷量為：Q2=CX1(E2-E1)(112)當然,(111)式和(112)式是在C5電容值遠遠大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。電容C5的充放電回路由圖113中實線、虛線箭頭所示。在一個充放電周期內(nèi)(T=t1+t2),由c點到aQ2=CX1(E2-E1)點的電荷量為：(113)Q=Q2-Q仁(CX1-CX2)(E2-E1)=ACXAE式中：CX1與CX2的變化趨勢是相反的（傳感器的結(jié)構(gòu)決定的，是差動式）。設(shè)激勵電壓頻率f=1

15、/T,則流過ac支路輸出的平均電流i為：i=fQ=fACXAE（114）式中：E一激勵電壓幅值；CX-傳感器的電容變化量。由（114）式可看出：f、£一定時，輸出平均電流i與4CX成正比，此輸出平均電流i經(jīng)電路中的電感L2、電容C6濾波變?yōu)橹绷鱅輸出，再經(jīng)Rw轉(zhuǎn)換成電壓輸出Vo1=IRw。由傳感器原理已知？C與?X位移成正比，所以通過測量電路的輸出電壓Vo1就可知？X位移。1、電容式位移傳感器實驗原理方塊圖如圖11-4圖114電容式位移傳感器實驗方塊圖二、實驗結(jié)果表11電容傳感器測位移實驗數(shù)據(jù)電容傳感器測位移實驗1c0537J.,214IfAHflon-VVJ-11*1.oX(mm)

16、三、實驗分析X(mm：2019.51918.51817.51716.51615.51514.51413.51312.51211.51110.5V(v)1.011.0110.990.990.980.970.960.940.930.920.50.880.860.(M0.820.790.760.'730.69109.598.587.576.565.554.543.532.521.510.500.630570.490.40.290.180.06-0.05-0.18-0.3-0.43-0.56-0.7-0.83-0.94-0.95-0.8-0.88-0.94-0.96-1.01差動變壓器的性能實

17、驗實驗原理差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖12-1所示，由一個一次繞組1和二個二次繞組2、3及一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個二次繞組反向用接（同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當差動變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖122所示。圖中U1為一次繞組激勵電壓；M1、M2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個二次繞組

18、的電感；R21、R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當銜鐵處于中間位置時，圖12-1差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖圖122差動變壓器的等效電路圖兩個二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同。由于兩個二次繞組反向用接，所以差動輸出電動勢為零。當銜鐵移向二次繞組L21,這時互感M1大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可

19、以知道銜鐵位移量的大小和方向。由圖122可以看出一次繞組的電流八二_5_為：4+皿二次繞組的感應(yīng)動勢曲二_j血%/曲二9為:由于二次繞組反向用接，所以輸出總電益叫-的不卮動勢為：其有效值為：j差動變壓器的輸出特性曲線如圖12-3所示.圖中E21、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應(yīng)電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。Eo為零點殘余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點殘余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重

20、要指標。為了減小零點殘余電動勢可采取以下方法：圖12-3差動變壓器輸出特性1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。3、采用補償線路減小零點殘余電動勢。圖12-4是其中典型的幾種減小零點殘余電動勢的補償電路。在差動變壓器的線圈中用、并適當數(shù)值的電阻電容元件，當調(diào)整W1W2寸，可使零點殘余電動勢減小。(a)(b)(c)圖12-4減小零點殘余電動勢電路二、實驗結(jié)果表12差動變壓器性能實驗數(shù)據(jù)X(mm)00.20.40.60.8

21、11.21.41.61.82Vp-p(mV)1.61.521.481.41.361.321.241.21.161.121.081 .試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？差動變壓器的工作原理類似一般電源變壓器的作用原理，差動變壓器在使用時采用了兩個二次繞組反向用接，以差動方式輸出，當銜鐵處于中間位置時，兩個二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同，由于兩個二次繞組反向用接，所以差動輸出電動勢為零。2 .用直流電壓激勵會損壞傳感器。為什么？因為是差動變壓器的輸出電壓可正可負。3 .如何理解差動變壓器的零點殘余電壓？用什么方法可以減小零點殘余電壓？這是由于差動變壓器制作上的不對稱以

22、及鐵心位置等因素所造成的。減小零點殘余電壓可以：1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。2、選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。3、采用補償線路減小零點殘余電動勢。實驗十三激勵頻率對差動變壓器特性的影響一、實驗原理差動變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式：U0=Q(Ml-M2)Ul表示,式中Lp、Rp通2丁為初級線圈電感和損耗電阻，Ui、為激勵電壓和頻率，M、M2為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當初級線圈激勵頻率太低時，若FP2>cd2Lp2,則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當2Lp2>>R2時輸出Uo與無關(guān)，當然過高會

23、使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。二、實驗結(jié)果表13差動變壓器幅頻特性實驗數(shù)據(jù)二(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHz1.26.44|7.84Il0.6|4.3212.1611.36實驗十四差動變壓器零點殘余電壓補償實驗實驗原理由于差動變壓器次級二線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，鐵芯B-H特性的非線性等，造成鐵芯（銜鐵）無論處于線圈的什么位置其輸出電壓并不為零，其最小輸出值稱為零點殘余電壓。在實驗四（差動變壓器的性能實驗）中已經(jīng)得到了零點殘余電壓，用差動變壓器測量位移應(yīng)用時一般要對其零點殘余電壓進行補償。補償方法閱讀實驗四（二、基

24、本原理），本實驗采用（c）補償線路減小零點殘余電壓。、實驗結(jié)果"(mm)0123456789101112Vp-p(mV)19001740150012409205802805208801240148016801860實驗十五差動變壓器測位移實驗實驗原理差動變壓器的工作原理參閱實驗四（差動變壓器性能實驗）。差動變壓器在應(yīng)用時要想法消除零點殘余電動勢和死區(qū)，選用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖151是差動變壓器測位移原理框圖。圖151差動變壓器測位移原理框圖音城獴蕩3二、實驗結(jié)果表15差動變壓器測位移實驗數(shù)據(jù)三、實驗

25、分析四、思考題:X(mm)-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81V(mv)-30-24-18-12-60410162228差動變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點殘余電壓和死區(qū)？從實驗曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎？實驗完畢關(guān)閉所有電源開關(guān)。從實驗結(jié)果來看沒有消除零點殘余電壓和死區(qū)。但應(yīng)該是實驗的誤差所致。從實驗中不能理解鑒相特性，因為想要理解的話需要多個小值，而該圖表中只顯示了其中的一個小值實驗二壓電式傳感器測振動實驗實驗原理壓電式傳感器是一和典型的發(fā)電型傳感器，其傳感元件是壓電材料，它以壓電材料的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換機理實現(xiàn)力到電量的轉(zhuǎn)換。壓電式傳感器可以對各

26、種動態(tài)力、機械沖擊和振動進行測量,在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。1、壓電效應(yīng)：具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，常見的壓電材料有兩類壓電單晶體，如石英、灑石酸鉀鈉等；人工多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋼、培鈦酸鉛等。壓電材料受到外力作用時，在發(fā)生變形的同時內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，它表面會產(chǎn)生符號相反的電荷。當外力去掉時，又重新回復(fù)到原不帶電狀態(tài)，當作用力的方向改變后電荷的極性也隨圖211壓電效應(yīng)2、壓電晶片及其等效電路多晶體壓電陶瓷的靈敏度比壓電單晶體要高很多，壓電傳感器的壓電元件是在兩個工作面上蒸鍍有金屬膜的壓電晶片，金屬膜構(gòu)成兩個電極，如圖212(a)所示。當壓電晶片受到力的作用時，便有電

27、荷聚集在兩極上，一面為正電荷，一面為等量的負電荷。這種情況和電容器十分相似，所不同的是晶片表面上的電荷會隨著時間的推移逐漸漏掉，因為壓電晶片材料的絕緣電阻(也稱漏電阻)雖然很大，但畢竟不是無窮大，從信號變換角度來看，壓電元件相當于一個電荷發(fā)生器。從結(jié)構(gòu)上看，它又是一個電容器。因此通常將壓電元件等效為一個電荷源與電容相并聯(lián)的電路如212(b)所示。其中ea=Q/Ca。式中，ea為壓電晶片受力后所呈現(xiàn)的電壓，也稱為極板上白開路電壓；Q為壓電晶片表面上的電荷；Ca為壓電晶片的電容。實際的壓電傳感器中，往往用兩片或兩片以上的壓電晶片進行并聯(lián)或用聯(lián)。壓電晶片并聯(lián)時如圖212(c)所示，兩晶片正極集中在中

28、間極板上，負電極在兩側(cè)的電極上，因而電容量大,輸出電荷量大，時間常數(shù)大，宜于測量緩變信號并以電荷量作為輸出。(a)片(c)圖212并(d)壓電式加速度傳感器壓電晶片及等效電路壓電傳感器的輸出，理論上應(yīng)當是壓電晶片表面上的電荷Q。根據(jù)圖212(b)可知測試中也可取等效電容Ca上的電壓值，作為壓電傳感器的輸出。因此，壓電式傳感器就有電荷和電壓兩種輸出形式。3、壓電式加速度傳感器圖212(d)是壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖中，M是慣性質(zhì)量塊，K是壓電晶片。壓電式加速度傳感器實質(zhì)上是一個慣性力傳感器。在壓電晶片K上，放有質(zhì)量塊M當殼體隨被測振動體一起振動時，作用在壓電晶體上的力F=Ma當質(zhì)量M一定時

29、，壓電晶體上產(chǎn)生的電荷與加速度a成正比。4、壓電式加速度傳感器和放大器等效電路壓電傳感器的輸出信號很弱小，必須進行放大，壓電傳感器所配接的放大器有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是帶電阻反饋的電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓(即傳感器的輸出電壓)成正比;另一種是帶電容反饋的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷量成正比。電壓放大器測量系統(tǒng)的輸出電壓對電纜電容G敏感。當電纜長度變化時，G就變化，使得放大器輸入電壓e變化，系統(tǒng)的電壓靈敏度也將發(fā)生變化，這就增加了測量的困難。電荷放大器放大器的缺點。它是反饋的運算放大器。則克服了上述電壓一個高增益帶電容當略圖213是傳感器-電纜-電荷放大器系統(tǒng)的等效電路圖。去傳感器的漏

30、電阻Ra和電荷放大器的輸入電阻Ri影響時，有Q=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf(211)。式中，ei為放大器輸入端電壓；ey為放大器輸出端電壓ey=-Kei;K為電荷放大器開環(huán)放大倍數(shù)；Cf為電荷放大器反饋電容。將ey=-Kei代入式(211),可得到放大器輸出端電壓ey與傳感器電荷Q的關(guān)系式：設(shè)C=Ca+Cc+Ciey=-KQ/(C+Cf)+KCf(212)當放大器的開環(huán)增益足夠大時，則有KCf>>C+Cf(212)簡化為ey=-Q/Cf(213)式(213)表明，在一定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，而與電纜的分布電容無關(guān)，輸出靈敏度取決于反饋

31、電容外。所以，電荷放大器的靈敏度調(diào)節(jié)，都是采用切換運算放大器反饋電容G的辦法。采用電荷放大器時，即使連接電纜長度達百米以上，其靈敏度也無明顯變化，這是電荷放大器的主要優(yōu)點。5、壓電加速度傳感器實驗原理圖壓電加速度傳感器實驗原理、電荷放大器與實驗面板圖由圖214(a)、(b)所示示施器圖214(b)電荷放大器原理圖與實驗面板圖二、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析低頻振蕩器的頻率越高，輸出波形的頻率越高實驗二十六NTC熱敏電阻溫度特性實驗一、實驗原理熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負，因此分成兩類：PTC熱敏電阻（正溫度系數(shù)：溫度升高而電阻值變大）與NTCB敏電阻（負溫度系數(shù)：溫度升高而電阻值變?。?。一般NTm敏電阻測

32、量范圍較寬，主要用于溫度測量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開關(guān)，也用于彩電中作自動消磁元件。有些功率PTC也作為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補償或作溫度測量C一般的NTCB敏電阻大都是用MnCo,Ni,Fe等過渡金屬氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工藝制備而成的，它們具有P型半導(dǎo)體的特性。熱敏電阻具有體積小、重量輕、熱慣性小、工作壽命長、價格便宜，并且本身阻值大，不需考慮引線長度帶來的誤差，適用于遠距離傳輸?shù)葍?yōu)點。但熱敏電阻也有：非線性大、穩(wěn)定性差、有老化現(xiàn)象、誤差較大、離散性大（互換性不女?）等缺點。一般只適用于低精度的溫度測量。一般適用于-5

33、0C300C的低精度測量及溫度補償、溫度控制等各種電路中。NTCB敏電阻RT溫度特性實驗原理如圖26-1所示，恒壓電源供電Vs=2MW2a采樣電阻（可調(diào)節(jié)）。計算公式：Vi=W2L/（RT+W2-Vs式中：Vs=2VRT為熱電阻、W2EW2舌動觸點到地的阻值作為采樣電阻。KTCRTO1/IVs+2V/電壓表W2hW2HVi圖26-1熱敏電阻溫度特性實驗原理圖二、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析當溫度升高時.RT阻俏減小，Vi升高。當溫度下降時.RT阻值增加，Vi下降。實驗二十七PN結(jié)溫度傳感器溫度特性實驗一、實驗原理晶體二極管、三極管的PN結(jié)正向電壓是隨溫度變化而變化的，利用PN結(jié)的這個溫度特性可制成PN吉

34、溫度傳感器。目前用于制造溫敏二極管的材料主要有錯、硅、神化錢、碳化硅等。對于硅二極管，當電流保持不變時，溫度每升高1C,正向電壓下降約2mV,它的溫度系數(shù)為-2mV/C,它具有線性好、時間常數(shù)?。?.22秒）、靈敏度高等優(yōu)點，測溫范圍為：-50C-+120Co其不足之處是離散性較大，互換性較差。PN結(jié)測溫實驗原理圖如圖27-1所示。圖271PN結(jié)測溫特性實驗原理圖二、實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析當溫度升高時,PN結(jié)的電壓降低,Vi減小。當溫度下降時,PN結(jié)的電壓降上升，Vi增加。實驗二十八線性霍爾式傳感器位移特性實驗實驗原理霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測量的磁場變化（或以磁

35、場為媒體）轉(zhuǎn)換成電動勢輸出。霍爾效應(yīng)是具有載流子的半導(dǎo)體同時處在電場和磁場中而產(chǎn)生電勢的一種現(xiàn)象。如圖28-1（帶正電的載流子）所示，把一塊寬為b,厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I,此時在板B圖28-1霍爾效應(yīng)原理的橫向兩側(cè)面A,A'之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來解釋），所產(chǎn)生的電勢差UH稱霍爾電壓?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達式為:rJB=KhIBd式中：R=-1/（ne）是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；Kh=Rh/d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。具有上述霍爾效應(yīng)的元件稱為霍爾元

36、件，霍爾元件大多采用N型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度n很高，因此FH很小，使輸出UH極小，不宜作霍爾元件），厚度d只有1小武右?；魻杺鞲衅饔谢魻栐图苫魻杺鞲衅鲀煞N類型。集成霍爾傳感器是把霍爾元件、放大器等做在一個芯片上的集成電路型結(jié)構(gòu)，與霍爾元件相比，它具有微型化、靈敏度高、可靠性高、壽命長、功耗低、負載能力強以及使用方便等等優(yōu)點。本實驗采用的霍爾式位移（小位移1mm2mm）傳感器是由線性霍爾元件、永久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機械振動等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量。霍爾式位移傳感器的工作原理和實驗電路原理如圖28-2（a）、（b）所示。將磁場強度相同的兩塊永久磁鋼同極性相對放置著，線性霍爾元件置于兩塊磁鋼間的中點，其磁感應(yīng)強度為0,（b）實驗電路原理圖282霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個位置為位移的零點，即