传感器与检测技术实验教学大纲

河北省高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称: 《传感器与检测技术实验》 课程代码:

第一部分 课程性质与学习目的

一、课程性质与特点

《传感器与检测技术实验》是高等教育自学考试电子信息工程专业所开设的专业基础课之一，它是一门理论性和实践性要求都较强的课程，主要研究传感器的基本工作原理和应用。《传感器与检测技术实验》是《传感器与检测技术》课程的有效补充，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。使学生受到基本实验技能的训练，获得传感器与检测技术的完整概念，在实践中，真正掌握基本知识。

二、课程设置的目的和要求

传感器与测试技术实验教学是课程教学的重要环节。通过学习本门课程，使学生理解传感器的基础知识和各种传统传感器的基本原理，初步掌握传感器系统设计原理，对传感器的发展和现状有初步了解，了解现代新型传感器的类型和工作方式、原理。使学生初步掌握传感器系统的应用、开发的综合技术。

本课程的教学侧重于对传统传感器的工作原理、特性的理解，对传感器的技术参数要会求取。对于常用传感器的测量电路要会计算；掌握传感器误差及误差补偿的相关技术。初步了解近代传感器技术及其工作原理。实验教学内容的安排主要以设计型实验为主。测量位移量实验是金属箔式应变片的双臂电桥性能实验；测量转速实验是霍尔传感器测量自行车速度实验；测量温度实验是热电偶及分度表应用实验。 三、与本专业其它课程的关系

传感器与测试技术的先修课程是电路、模拟电路和数字电路。同时为后续过程控制、电力电子技术、EDA技术等专业基础实践课程打下基础。

第二部分 课程内容与考核要求

实验1 金属箔式应变片测位移实验

一、学习的目的和要求

掌握电阻应变式传感器的基本工作原理和测量电路。掌握金属箔应变片、电桥测量电路的工作原理和工作情况。掌握应用金属箔应变片测量位移量的方法。 二、考核知识点与考核要求

本实验的主要知识点是电阻式传感器的工作原理及电桥测量电路；重点是电桥测量电路工作原理；难点是电桥测量电路的三种形式——单臂电桥、双臂电桥和全桥。

三、考核内容

1. 画出直流电桥测量电路的电路图，列出平衡电桥的条件。

2.简述单臂电桥单臂电桥、双臂电桥和全桥的工作原理及区别。

3.设计一个基于金属箔式应变片的加速度传感器，要求采用双臂电桥测量电路，简述其工作原理。

实验2 霍尔传感器测转速实验

一、学习的目的和要求

掌握霍尔传感器的基本工作原理、结构特点及测量电路。掌握霍尔传感器的误差分析及补偿方法。掌握应用霍尔传感器测量位移和转速的方法。 二、考核知识点与考核要求

本章节的主要知识点是霍尔传感器的基本工作原理——霍尔效应和霍尔传感器的误差产生原因及补偿方法；难点是霍尔传感器测量位移和转速。 三、考核内容

1. 霍尔传感器是基于霍尔效应，什么是霍尔效应，并作图说明。 2. 画出霍尔元件基本电路。。

3. 霍尔电势UH?KHIB，其中KH为霍尔元件灵敏度，I为霍尔元件的激励电流，B为作用在霍尔元件上的磁感应强度。根据该公式列举霍尔元件作为传感器的几种应用。

4. 设计一个基于霍尔元件的测量车轮转速的传感器，简述工作原理。

实验3 热电偶及分度表的应用实验

一、学习的目的和要求

掌握常用温度传感器的种类，掌握热电偶的基本工作原理和基本定律，掌握热电偶冷端补偿方法及分度表的使用。

二、考核知识点与考核要求

本章节的主要知识点是热电偶的基本工作原理，热电偶的基本定律和分度表的使用；重点是掌握热电偶的冷端补偿方法；难点是分度表的使用。 三、考核内容

1. 简述热电偶的基本工作原理——热电效应，并画出示意图。 2. 简述热电偶冷端补偿电桥法的工作原理，并画出电路图。

3. T型铜-康铜热电偶冷端室温tn?28℃，热电偶产生的热电势E(t,tn)?0.7467mv，根据分度表计算热端温度。T型热电偶的分度表如图所示。

铜-康铜热电偶分度表（冷端温度为0℃）

工作端 温 度 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 de/dt （ vu ） 0 0.0000 0.039 0.078 0.116 0.155 0.194 0.234 0.273 0.312 0.352 38.6 10 0.391 0.431 0.471 0.510 0.550 0.590 0.630 0.671 0.711 0.751 39.5 20 0.792 0.832 0.873 0.914 0.954 0.995 1.036 1.077 1.118 1.159 40.4 30 1.201 1.242 1.284 1.325 1.367 1.408 1.450 1.492 1.534 1.576 41.3 40 1.618 1.661 1.703 1.745 1.788 1.830 1.873 1.916 1.958 2.001 42.4 50 2.044 2.087 2.130 2.174 2.217 2.260 2.304 2.347 2.391 2.435 43.0 60 2.478 2.522 2.566 2.610 2.654 2.698 2.743 2.787 2.831 2.876 49.8 70 3.920 2.965 3.010 3.054 3.099 3.144 3.189 3.234 3.279 3.325 44.5 80 3.370 3.415 3.491 3.506 3.552 3.597 3.643 3.689 3.735 3.781 45.3 90 3.827 3.873 3.919 3.965 4.012 4.058 4.105 4.151 4.198 4.244 46.0 100 4.291 4.338 4.385 4.432 4.479 4.529 4.573 4.621 4.668 4.715 46.8 第三部分 有关说明与实施要求

一、指定教材

张建民．传感器与检测技术．北京：机械工业出版社，2012.4 二、自学考试方法指导

1. 认真阅读与钻研大纲与教材。应考者应根据本大纲规定的考核目标，认真学习教材，全面系统地掌握教材所阐述的基本原理、基本方法和基本技能。

2. 本课程的学习，都是在自主完成，所以必须保证必要的学习时间。自学者应根据课程的特点和自身实际情况，合理安排学习时间。 三、考核标准

以上考核内容均属考生必做的实验，要求每个实验均需提交相关电路及结果，回答每个实验的思考题。由主考学校审查合格后才能取得本课程的成绩。考核采用百分制，６０分合格。 附：实验报告模板

实验一金属箔式应变片测位移实验 姓名 一、实验目的： 1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2． 测试应变梁形变的应变输出。 3． 比较各种桥路的性能（灵敏度）。 二、实验原理： 应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变, 应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为准考证号 ?R2R2、?R3R3、?R4R4，零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为?R1R1、?2?R；当二个应变片组成差动状态工作，则有?R?；用四个应变RR4?R片组成二个差动对工作，且R1?R2?R3?R4?R,?R?。根据戴维南定理可以得出测试电桥的R当使用一个应变片时，?R?输出电压近似等于1/4 ? E ?ΣR，电桥灵敏度Ku?V/?R/R，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。 三、实验所需部件： 直流稳压电源（?4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变片、测微头、电压表。 四、实验接线图： +4VR4R1WDR3-4VR2v五、实验步骤： 1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+，-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路，单臂桥路中R2、R3、R4和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V；半桥桥路中R1和R2为箔式应变片，R3、R4仍为固定电阻；全桥桥路中R1、R2、R3、R4全部使用箔式应变片。在接半桥、全桥桥路时应特别注意其应变片的受力方向，一定要接成差动形式。 3、调节测微头，使悬臂梁处于基本水平状态。 4、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。 5、调整电桥电位器WD，使测试系统输出为零。 6、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度S，S = △V／△X ，并在一个坐标图上做出V-X关系曲线。比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。 位移mm 电压V（单臂） 电压（全桥） 位移mm 电压 （单臂） 电压（全桥） 0.5 0.04 0.18 -0.5 -0.03 -0.14 0.1 0.08 0.32 -0.1 -0.09 -0.32 0.15 0.12 0.47 -0.15 -0.12 -0.47 0.2 0.15 0.62 -0.2 -0.14 -0.65 0.25 0.2 0.8 -0.25 -0.21 -0.82 0.3 0.23 0.94 -0.3 -0.22 -0.99 0.35 0.27 1.10 -0.35 -0.26 -1.10 0.4 0.32 1.27 -0.4 -0.33 -1.27 0.45 0.38 1.44 -0.45 -0.37 -1.44 0.5 0.4 1.62 -0.5 -0.41 -1.62 六、注意事项： 1． 稳压电源不要对地短路。 2． 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。 3． 由于进行位移测量时测微头要从零―→正的最大值，又回复到零，再从零+ →负的最大值，因此容易造成零点偏移，再求平均值。 七、简答题： 1. 画出直流电答： 桥测量电路的电路图，列出平衡电桥的条件。 计算灵敏度时可将正ΔX的灵敏度分开计算，

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