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一、課程概述：

現(xiàn)代社會(huì)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(hào)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(huì)學(xué)習(xí)者對(duì)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(dòng)放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺(tái)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(duì)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U_O＝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(tái)架，將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺(tái)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(tái)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(tái)內(nèi)部已連接）面板上的±15V和地端，用導(dǎo)線接到差動(dòng)放大器上；將放大器放大倍數(shù)電位器RP₁旋鈕（實(shí)驗(yàn)臺(tái)為增益旋鈕）逆時(shí)針旋到終端位置。

3、用導(dǎo)線將差動(dòng)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(tái)為將電壓量程撥到20V檔）；接通電源開關(guān)，旋動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)應(yīng)的輸出電壓值U_O記入下表中。

表 1-1

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。