THQC-2型 实验指导书(3)

THQC-2型 传感器系统综合实验仪

相敏检波器原理图分析其工作原理。

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实验六 交流全桥性能测试实验

一、实验目的

了解交流全桥电路的原理。 二、实验仪器

应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器（自备），电压温度频率表 三、实验原理

图6-1是交流全桥的一般形式。设各桥臂的阻抗为Z1~Z4，当电桥平衡时，Z1 Z3= Z2 Z4，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为△Z1/ Z1、△Z2/ Z2、△Z3/ Z3、△Z4/ Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。

交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。

图6-1 交流全桥接线图

四、实验步骤

1．轻按住悬臂梁，向上调节千分尺，使千分尺远离悬臂梁。

2．打开“直流电源”，调节信号源使U S1 00输出1kHz，Vp-p＝8V正弦信号。

3．将“差动放大器”的输出接到“电压放大器”的输入，“电压放大器”输出接电压温度频率表（选择U）。调节“差动放大器”和“电压放大器”的增益调节电位器调到最大（顺时针旋到底）。将“差动放大器”输入短接，调节调零电位器，使电压温度频率表显示为零。

4．取下“差动放大器”输入端的短接线。按图6-1接好所有连线，将应变传感器接入电桥，GND3与放大器共地。将U S1 00接到移相器的输入端，移相器输出端接相敏检波器的AC端。电压放大器的输出接相敏检波器的输入端，相敏检波器输出端接滤波器的输入端，滤波器的输出端接电压温度频率表（选择U）。

5．用手轻压悬臂梁到最低，调节“相位调节”电位器使“相敏检波器”输出端波形成为首尾相接的全波整流波形，然后放手，调节千分尺与悬臂梁相接触，并使悬臂梁恢复至水平位置，再调节电桥中Rw1和Rw2电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度最高。

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6．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和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入下表： 表6-1 位移(mm) 电压(mV) 0.5 1.0 1.5 2. 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1．根据实验所得数据绘制出电压—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，量程较小。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！

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实验七 扩散硅压阻式压力传感器压力实验

一、实验目的

了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。 二、实验仪器

压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表 三、实验原理

在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，可以制备各种压力传感器。摩托罗拉公司设计出X形硅压力传感器，如图7-1所示，在单晶硅膜片表面形成4个阻值相等的电阻条。将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。

扩散硅压力传感器的工作原理如图7-1，在X形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时（本实验采用改变气室内的压强的方法改变剪切力的大小），在垂直于电流方向将会产生电场变化

E????i，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo。

UO?d?E?d????i （7-1） 式中d为元件两端距离。

实验接线图如图7-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V电源、4脚为Uo-；当P1>P2时，输出为正；P1

图7-1 扩散硅压力传感器原理图

图7-2 扩散硅压力传感器接线图

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四、实验内容与步骤

1．按图7-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择U，20V档），打开直流电源开关。（将“2~20V直流稳压电源”输出调为5V）

2．调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到中间位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。

3．取下短路导线，并按图7-2连接“压力传感器”。

4．气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为0，气压计指在“零”刻度处，调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。增大输入压力到0.005MPa，每隔0.005Mpa记下“电压放大器”输出的电压值U。直到压强达到0.1Mpa；填入下表。 表7-1 P(kP) U（V） P(kP) U（V） 5 55 10 60 15 65 20 70 25 75 30 80 35 85 40 90 45 95 50 100 5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1.根据实验所得数据，计算压力传感器输入—输出（P—U）曲线，并计算其线性度。 2.根据实验内容，试设计电子气压计。

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