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一、課程概述：

現(xiàn)代社會已進入萬物互聯(lián)時代，傳感器的應用在我們周圍無處不在。因此，學習與掌握常用傳感器的作用、特性與工作原理尤為重要。通過學習該課程，不僅可以了解傳感器的基本概念與基本特性，而且可以熟練掌握常用傳感器的基本特性、工作過程以及典型的應用方法，培養(yǎng)學習者在電子產(chǎn)品開發(fā)、設計與調試等方面的技能。

傳感器種類繁多，分類方法各異。課程內容選取溫度傳感器、光敏傳感器、力敏傳感器、超聲傳感器、磁敏傳感器、氣敏傳感器等常用傳感器作為教學內容，通過引入典型的、趣味的、實用的、有一定技術含量的應用案例開展教學，重點關注傳感器的外特性及信號調理電路的設計、分析與應用，*高職高專、應用技術大學以及社會學習者對傳感器及應用技術的學習需求。

二、授課目標：

通過學習本課程，可以是讀者了解傳感器的基本概念，熟悉傳感器的分類方法與特性，掌握常用傳感器的結構、特性、工作原理以及典型的應用方法，具備電子產(chǎn)品設計、制作、調試與故障排查的基本技能。

三、實驗目的（項目一：單臂電橋性能實驗）：

1、了解電阻應變式傳感器的基本結構與使用方法。

2、掌握電阻應變式傳感器放大電路的調試方法。

3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能。

四、實驗所用單元：

電阻應變式傳感器、調零電橋、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。

五、實驗原理及電路：

1、電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應，其關系為：ΔR/ R＝Kε，ΔR為電阻絲變化值，K為應變靈敏系數(shù)，ε為電阻絲長度的相對變化量ΔL/ L。通過測量電路將電阻變化轉換為電流或電壓輸出。

2、電阻應變式傳感如圖1-1所示。傳感器的主要部分是下、下兩個懸臂梁，四個電阻應變片貼在梁的根部，可組成單臂、半橋與全橋電路，大測量范圍為±3mm。

1─外殼  2─電阻應變片  3─測桿  4─等截面懸臂梁  5─面板接線圖

圖1-1  電阻應變式傳感器

3、電阻應變式傳感的單臂電橋電路如圖1-2所示，圖中R₁、R₂、R₃為固定，R為電阻應變片，輸出電壓U_O＝EKε，E為電橋轉換系數(shù)。

圖1-2 電阻式傳感器單臂電橋實驗電路圖

六、實驗步驟：

1、固定好位移臺架，將電阻應變式傳感器置于位移臺架上，調節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處，旋轉測微器測桿使其與電阻應變式傳感器的測桿適度旋緊，然后調節(jié)兩個滾花螺母使電阻式應變傳感器上的兩個懸梁處于水平狀態(tài)，兩個滾花螺母固定在開口處上下兩側。

2、將實驗箱（實驗臺內部已連接）面板上的±15V和地端，用導線接到差動放大器上；將放大器放大倍數(shù)電位器RP₁旋鈕（實驗臺為增益旋鈕）逆時針旋到終端位置。

3、用導線將差動放大器的正負輸入端連接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表的輸入端；按下面板上電壓量程轉換開關的20V檔按鍵（實驗臺為將電壓量程撥到20V檔）；接通電源開關，旋動放大器的調零電位器RP₂旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后換到2V量程，旋動調零電位器RP₂旋鈕使電壓表指示為零；此后調零電位器RP₂旋鈕不再調節(jié)，根據(jù)實驗適當調節(jié)增益電位器RP₁。

4、按圖1-2接線，R₁、R₂、R₃（電阻傳感器部分固定電阻）與一個的應變片構成單臂電橋形式。

5、調節(jié)平衡電位器RP，使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動測微器使電壓表指示為零，此時測微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測微器，每次0.4mm，上下各2mm，將位移量X和對應的輸出電壓值U_O記入下表中。

表 1-1

七、實驗總結報告：

1、根據(jù)表1-1中的實驗數(shù)據(jù)，畫出輸入/輸出特性曲線，并且計算靈敏度和非線性誤差。

2、傳感器的輸入電壓能否從＋5V提高到＋10V？輸入電壓的大小取決于什么？

3、分析電橋測量電阻式傳感器特性時存在非線性誤差的原因。