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一、課程概述:
現(xiàn)代社會已進(jìn)入萬物互聯(lián)時(shí)代,傳感器的應(yīng)用在我們周圍無處不在。因此,學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)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(yīng)用方法,培養(yǎng)學(xué)習(xí)者在電子產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)與調(diào)試等方面的技能。
傳感器種類繁多,分類方法各異。課程內(nèi)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(xué)內(nèi)容,通過引入典型的、趣味的、實(shí)用的、有一定技術(shù)含量的應(yīng)用案例開展教學(xué),重點(diǎn)關(guān)注傳感器的外特性及信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、分析與應(yīng)用,*高職高專、應(yīng)用技術(shù)大學(xué)以及社會學(xué)習(xí)者對傳感器及應(yīng)用技術(shù)的學(xué)習(xí)需求。
二、授課目標(biāo):
通過學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)、特性、工作原理以及典型的應(yīng)用方法,具備電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試與故障排查的基本技能。
三、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?xiàng)目一:單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)):
1、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法。
2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法。
3、掌握單臂電橋電路的工作原理和性能。
四、實(shí)驗(yàn)所用單元:
電阻應(yīng)變式傳感器、調(diào)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(shí)驗(yàn)原理及電路:
1、電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí),其阻值發(fā)生變化,這就是電阻應(yīng)變效應(yīng),其關(guān)系為:ΔR/ R=Kε,ΔR為電阻絲變化值,K為應(yīng)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(zhuǎn)換為電流或電壓輸出。
2、電阻應(yīng)變式傳感如圖1-1所示。傳感器的主要部分是下、下兩個(gè)懸臂梁,四個(gè)電阻應(yīng)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(yīng)變片 3─測桿 4─等截面懸臂梁 5─面板接線圖
圖1-1 電阻應(yīng)變式傳感器
3、電阻應(yīng)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(yīng)變片,輸出電壓UO=EKε,E為電橋轉(zhuǎn)換系數(shù)。
圖1-2 電阻式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)電路圖
六、實(shí)驗(yàn)步驟:
1、固定好位移臺架,將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺架上,調(diào)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(zhuǎn)測微器測桿使其與電阻應(yīng)變式傳感器的測桿適度旋緊,然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母使電阻式應(yīng)變傳感器上的兩個(gè)懸梁處于水平狀態(tài),兩個(gè)滾花螺母固定在開口處上下兩側(cè)。
2、將實(shí)驗(yàn)箱(實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)部已連接)面板上的±15V和地端,用導(dǎo)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(shí)驗(yàn)臺為增益旋鈕)逆時(shí)針旋到終端位置。
3、用導(dǎo)線將差動放大器的正負(fù)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(zhuǎn)換開關(guān)的20V檔按鍵(實(shí)驗(yàn)臺為將電壓量程撥到20V檔);接通電源開關(guān),旋動放大器的調(diào)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(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓表指示為零;此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié),根據(jù)實(shí)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)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(gè)的應(yīng)變片構(gòu)成單臂電橋形式。
5、調(diào)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(shí)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(yīng)的輸出電壓值UO記入下表中。
表 1-1
X(mm) | 0 | ||||||||||
UO(mV) | 0 |
七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告:
1、根據(jù)表1-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),畫出輸入/輸出特性曲線,并且計(jì)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(shí)存在非線性誤差的原因。
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