一、 实验目的
电容式传感器位移特性实验
了解电容传感器的结构及特点。 二、 实验仪器
电容传感器、电容变换器、测微头、V/F表 三、 实验原理
电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是 具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：
.S ~ d~ d
(1-1)
式中，S为极板面积，d为极板间距离，£。为真空介电常数，J为介质相对介电常数， 由此可以看出当被测物理量使S、d或5发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其 中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所 以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改 变介电常数的变介电常数式。这里釆用变面积式，如图两只平板电容器共享一个下极 板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将 三个极板用导线引出，形成差动电容输出。通过处理电路将电容的变化转换成电压变化，进 行测量。
下級板
上板板1
图1-1电容传感器内部结构示意图
四、实验内容与步骤
1. 电容传感器已经按图1-2安装在实验台。
支架
图1・2电容传感器安装示意图
Uo
电容变换器O
电容传感器
图1-3电容传感器接线图
2
2. 将底面板上“电容传感器”与“电容变换器”相连，“电容变换器的输出接到V/F 表
（选择V、2V档）。（注：此处应选用三根相同长度的实验导线，而且越短越好。）
3. 打开“直流电源”开关。调节\"电容变换器”的增益调节电位器到中间位置，调节
螺旋测微器使得V/F表显示为0o （增益调节电位器确泄后不能改动）
4•调节螺旋测微器推进电容传感器的中间极板（内极板）上下移动，每隔0.2mm将位 移值与V/F表的读数填入表l-lo
表1-1
X(mm) ・0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8
u（v） 1. 根据表1-1的数据作做出电压一位移曲线。
2. 试分析电容传感器转接电容变换器的导线为什么要长度一致。
五、实验报告
实验二
一、 实验目的
金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
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。 二、 实验仪器
双杆式悬臂梁应变传感器、V/F表、直流稳压电源（±4V）、差动放大器、电压放大器、 万用表（自备） 三、 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
~R~
式中等为电阻丝电阻相对变化;
£为应变系数;
(2-1)
£ =〒为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件。如图2-1所示，将四 个金属箔应变片（Rl、R2、R3、R4）分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压 力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。
通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化,可将应变片串联或并联组成电桥。 如图
2・2信号调理电路所示，R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，
其输出电压
E MUR
UQ= ----------- --- —- 0
4,1A/?
] ---------- 2 R
…、
( 2-2 )
E为电桥电源电压；
式2・2表明单臂电桥蹄为非线性，非线性误差为L=4~100%。
图2-2单臂电桥面板接线图
四、实验内容与步骤
1. 悬臂梁上的各应变片己分别接到而板左上方的Rl、R2、R3、R4上，可用万用表测 量判别，Rl=R2=R3=R4=350Qo
2. 按图2-2接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动放大器”的输入端 短接并
与地相连，“电压放大器”输出端接V/F表（选择V, 200mV档），开启直流电源开关。 将“差动放大器”的增益调节电位器与“电压放大器”的增益调节电位器调至中间位置（顺 时针旋转到底后逆时针旋转5圈），调节调零电位器使V/F表显示为零。关闭“直流电源” 开关。（两个增益调节电位器的位置确定后不能改动）
3. 按图2・2接好所有连线，将应变式传感器R1接入“电桥”与R5、R6、R7构成一个 单臂
直流电桥。“电桥”输出接到“差动放大器”的输入端，“电压放大器”的输111接V/F表。 预热两分钟。（直流稳压电源的GND1要与放大器共地）
4. 将千分尺向下移动，使悬臂梁处于平直状态，调节RM1使V/F表显示为零（选择V, 200mV 档）。
5. 移动千分尺向下移0.5mm,读取数显表数值，依次移动千分尺向下移0.5mm读取相 应的数
显表值，直到向下移动5mm,记录实验数据填入表 表2・1 位移0.5 （mm） 电压（mV） 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 6. 实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理 好实验
设备. 五、实验报告
根据实验所得数据绘制出电压一位移曲线，并计算其线性度。
2.根据实验内容试设计一种电子秤。
六、注意事项
实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程饺小。因此，加在传感器上的压 力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验三湿敏传感器实验
一、 实验目的
了解湿敏传感器的原理及应用。 二、 实验仪器
湿敏传感器、示波器（自备）、棉球（自备）、水（自备）、电桥、信号源 三、 实验原理
湿度是指大气屮水份的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法表示，湿度是指单 位体积中所含水蒸汽的含塑或浓度，用符号AH表示，相对湿度是指被测气体中的水蒸汽压 和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压的百分比，用符号％RH表示。湿度给出大气的潮湿程 度，因此它是一个无量纲的值。实验使用中多用相对湿度概念。湿敏传感器种类较多，根据 水分子易于吸附在固体表面滲透到固体内部的这种特性（称水分子亲和力》，湿敏传感器可 以分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本实验所采用的属水分子亲和力型中的高分子 材料湿敏元件。高分子电阻式湿敏元件是利用元件的电阻值随湿度变化的原理。具有感湿功 能的高分子聚合物，做成薄膜，来感觉空气湿度的变化。
四、 实验内容与步骤
1•湿敏传感器内部元件如图所示，应用电路如图3・2所示，将“信号源” Un输出 信号调节
为f=lkHz, Vp-p=2V接入湿敏传感器Rx与电位器RW1两端，GND2接RW2右端用 示波器观察RW1两端的波形峰峰值。
2.将湿棉球靠近湿敏传感器或用嘴对湿敏传感器轻吹一口气，观察此时示波器上显示 的波形峰
峰值的变化。
图3-1湿敏传感器内部结构
五、 实验报告
根据湿敏传感器在实验中表现出的特性，试设计出其在生活中的一种具体应用方案。 六、 注意事项
实验过程中温度计示数大于42°C时，应马上拆掉加热电源。
实验四压电式传感器振动实验
一、实验目的
了解压电式传感器测量振动的原理和方法。 二、 实验仪器
振动源2、信号源、压电传感器、低通滤波器、电荷放大器、示波器（自备） 三、 实验原理
压电式传感器市惯性质量块和压电陶瓷片等组成（实验用的压电式加速度计结构如图
4-1）工作时传感器与试件振动的频率相同，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电 陶瓷片
上，由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表而电荷。
四、实验内容与步骤
1. 将“振动源2”的千分尺向上移动到25mm刻度处。
2. 按下图4・2接线，将而板上的“压电传感器”接口接到“电荷放大器”的输入端， 将
“电荷放大器”输出端接到“低通滤波器”输入端，将“低通滤波器”输出端接示波器, 观察输出波形。
3. 将“信号源”的“US2”接到面板的“振动源2”，打开“直流电源”开关，调节幅 度电位
器到中间位置，调节频率电位器使振动梁起振。
4. V/F表选择“F” “200”档，检测Us?的频率。
图4-2压电传感器振动实验接线图
5.改变低频信号源输出信号的频率，用示波器观察，并记录振动源不同振动频率下压 电传感器
输出波形的峰一峰值VP.po并由此得出振动系统的共振频率。 表
振动频率（Hz） 14.0 14.5
15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 Vp-p(mV) 五、 实验报告
1•作出压电传感器F-Vp-p曲线，找出振动源2的固有频率。
2.利用压电传感器在实验中表现出来的特性，试设计一种加速度传感器。
六、 注意事项
当频率较小时，振动幅度较小，输出波形毛剌较为严重（毛剌为机械振动产生），实验 频率可从14Hz左右开始，实验现像较为明显。
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