《传感器与测试技术》实验教学大纲
课程编号：0804HX301 课程名称：传感器与测试技术 总 学 时：36学时 实验学时：6学时
实 验 室：3号院305号实验楼
一、目的与任务
传感器与测试技术实验教学是课程教学的重要环节。通过参加必要的动手实践，把基本理论、基本概念与实际应用相结合。使学员受到基本实验技能的训练，获得传感器与测试工作的完整概念，在实践中，真正掌握基本知识。
实验教学内容的安排主要以综合型、设计型实验为主。综合型实验主要体现为典型传感器：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、光电式传感器、热电式传感器的特性实验；设计型实验主要体现为测试系统动态特性研究实验、机械量综合测试：位移、振动、力、温度综合实验。
二、主要内容与要求
（一）实验单元一：传感器静态特性研究
本单元实验项目为典型传感器的性能实验，目的是要求学员，掌握静态标准条件；熟练掌握传感器静态特性的标定过程；掌握应变式、电感式、电容式传感器的静态特性。
通过本单元的实验，可以加强对所学基本概念的理解，在实验过程中，通过信号的获取、转换、分析提高解决实际问题的运用能力。
实验1.1 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 1.实验目的与任务
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2.实验原理
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε。式中：ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。
应变片将应变转换为电阻的变化，由于电阻的变化在数量值上很小，既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须通过信号调理电路将应变片的电阻变化转换为电压或电流
的变化，应变式传感器信号调理电路常采用测量电桥。电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压UO1=EKε/4。
3.实验内容及要求
金属箔式应变片单臂电桥性能实验。实验要求：记录所加重量与单臂电桥电压输出数据。 4.实验结果及要求
记下实验结果，画出实验曲线。计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。
实验1.2 金属箔式应变片――半桥性能实验 1．实验目的与任务
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 2．实验原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。
3．实验内容及要求
金属箔式应变片半桥性能实验。实验要求：记录所加重量与电桥电压输出数据，从而了解测量电路的优点
4．实验结果及要求
记下实验结果，画出实验曲线。计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。
实验1.3 金属箔式应变片――全桥性能实验 1．实验目的与任务 了解全桥测量电路的优点。 2．实验原理
全桥测量电路中，将四片应变片分别接入电桥的四个臂。四片应变片初始阻值为：R1＝R2＝R3＝R4，工作时的变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压UO3＝KEε。由此，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
3．实验内容及要求
金属箔式应变片全桥性能实验。实验要求：记录所加重量与电桥电压输出数据，从而了解测量电路的优点
4．实验结果及要求
记下实验结果，画出实验曲线。计算灵敏度S＝ΔV/ΔW，非线性误差δ。
实验1.4 涡流传感器测量位移实验
1．实验目的与任务
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性 2．实验原理
电涡流传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。当金属板置于变化着的磁场中时，或者在固定磁场中运动时，金属板内就要产生感应电流，这种电流的流线在金属体内是闭合的（自成回路），所以叫做涡流。涡流的大小与金属体的电阻率、导磁率、厚度以及线圈与金属板间的距离，线圈的激磁电流角频率等参数有关。当除线圈与金属导体表面的距离x以外的所有参数一定时，涡流损耗只与金属导电体离线圈的距离x有关，因此可以进行位移测量。
3．实验内容及要求
利用电涡流传感器测量位移。要求：了解电涡流传感器的结构及其测位移的原理、测位移范围。
4．实验结果及要求
记录实验数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，（即曲线线性端的中点），试计算测量范围量程为1mm与3mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。
（二）实验单元二：传感器动态特性研究
本单元实验项目为典型传感器、测试系统的动态性能实验，机械振动系统的动态特性分析实验。
通过本单元的实验，可以使学员理解传感器、二阶系统动态特性参数测试系统的组成，动态参数的测试方法；理解测试信号的传输过程，信号的分析和处理方法，并从这些信号中获取所需要的信息，从而提高解决实际问题的运用能力。
实验2.1 悬臂梁动态特性实验 1．实验目的与任务
了解二阶系统动态参数的测量方法以及测量系统的构成。 2．实验原理
给悬臂梁系统施加一个阶跃信号，通过传感器、由计算机控制数据采集并记录下悬臂梁系统阶跃响应曲线，根据响应曲线可以求出悬臂梁的动态特性参数固有频率f0、阻尼比?。
3．实验内容及要求
悬臂梁动态特性实验。要求通过幅频特性曲线求出悬臂梁的固有频率。 4．实验结果及要求
纪录实验数据，根据幅频特性曲线，求出悬臂梁的固有频率；估算阻尼比。
实验2.2 机械结构固有频率的测量 1．实验目的与任务
了解和掌握机械结构振动系统幅频特性曲线的测量方法；了解机械结构固有频率测量系统的构成。
2．实验原理
双简支梁在某一激振频率下产生振动，用加速度传感器测量双简支梁在此频率下振动的振幅。当激振频率由低频—高频扫频，传感器就能测出对应频率下的振幅。
3．实验内容及要求
机械结构固有频率的测量。要求通过幅频特性曲线求出双简支梁的固有频率。 4．实验结果及要求
纪录实验数据，画出幅频特性曲线，求出双简支梁的固有频率；估算阻尼比。
（三）实验单元三：机械量（非电量）综合测试
本单元实验项目为力、压力、位移、速度、加速度、温度等物理量的测量。
通过本单元的实验，可以使学员理解典型非电量常用测试方法、手段、设备。理解测试信号的传输过程，信号的分析和处理方法，并从这些信号中获取所需要的信息，从而提高解决实际问题的运用能力。
实验3.1 简谐振动振幅与频率的测量 1．实验目的与任务
了解加速度传感器的工作原理，掌握简谐振动振幅与频率最简单直观的测量方法。 2．实验原理
双简支梁在某一激振频率下产生振动，用加速度传感器测量双简支梁在此频率下振动的振幅。当激振频率由低频—高频扫频，传感器就能测出对应频率下的振幅。
3．实验内容及要求
简谐振动振幅与频率的测量。要求显示简谐振动振幅与频率的波形。 4．实验结果及要求
记录振幅与频率数据实验数据。
实验3.2 Pt100铂电阻测温特性实验 1．实验目的与任务
（1）了解铂热电阻的特性与应用； （2）熟悉铂热电阻测温电路。
