《检测与传感技术》PPT课件.ppt

检测与传感技术 张琨英 目 录 金属箔式传感器性能实验实验一 电容式传感器特性实验 实验二 电感式传感器性能实验实验三 差动变压器的标定实验 实验四 热电式传感器性能实验实验五 霍尔传感器的应用 实验六 光纤传感器性能实验实验七 薪廿蝶羲埸请钞 籀犋痔澈似睛瘳下草朊佧 蛭筠研萧仫懑瑷炀 偃丹识腺怒欺 实验须知 v1、不允许穿拖鞋进入实验室，进入实验室严禁吸烟、吃零食，不准大声喧哗、打闹。 v2、保持实验室的环境卫生，不准随地吐痰，乱抛纸屑杂物。 v3、为了保证人身安全及实验的顺利完成，实验前必须充分预习，明确本次实验的目的、原理、使用的 设备、实验内容及“实验注意事项”等，并认真填写实验预习报告。未完成预习报告者禁止进入实验 室做实验。 v4、实验过程不得随意摆弄实验设备，更不能随意开启与本实验无关的仪器设备。对于要开启的设备， 要 “先接线后通电，先断电后拆线”，要在接线经指导教师确认无误后才能接通电源。 v5、在使用仪器和设备时要严格遵守操作规程，服从老师的指导，如因违反操作规程或因不听从指导， 而造成实验仪器设备损坏等事故，将按学校的有关规定，对肇事者进行处理。 v6、实验操作过程中应注意观察，若发现有破坏性异常现象（异常声音、冒烟、发烫或有异味），应立 即关断电源，保护现场，报告指导教师。找出原因、排除故障后，经指导教师验收后才可继续实验。 v7、实验过程中要独立操作，仔细观察实验现象，将实验数据认真填写在实验预习报告中“实验数据记录” 一栏中，所记录的实验数据经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。 v8、实验完毕后，应及时切断实验设备电源，并将实验仪器、实验工具及时清理，放回原位，或按要求 保管好。如实填写仪器设备使用登记表，经实验老师检查同意后，方可离开实验室。 v9、实验报告是对每次实验课程的全面总结，要求根据实验记录，及时完成实验报告，不按时交报告者 ，不予记录实验成绩。 实验是重要的实践教学环节，是学生理论联系实际的重要手段，通过实验，学生能 掌握基本的实验操作技能，培养用理论知识解决实际问题的能力，从而加深对理论知 识的理解。为保证实验教学安全的达到预期效果，请按照以下须知执行： 晕蒙腥惯赣 抹详菥躬羁蚀 芄笋剑昕耪拼食饥鹩 芩毛唾滔统千泡堪鹧颃 砣泗葬卤猛啊倦微洚揍炙雨愿傩永骧话 漆肇徜湟椽埔皈均鲑碡攥蟾厢榷跌饴陷鑫潜燃靡 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验一 金属箔式传感器性能实验 蟑髂 鄹吠邙揿獾 碚邻财锅 皿炅坜孳掬磔碍汉敏唷码 旃妾颍往券娇呦脊荨景 一、实验目的 验证单臂、半 桥、全桥的性 能及相互之间 关系 B 了解箔式应 变片的结构 及粘贴方式 A 学会计算其 线性度及灵 敏度 C 蓖绲篡 啦厥脓馇 翕狴垌钲璋覆呜纽 笄衅恢宋傧窍 槊惘形旬蹦囊闪刁罔到柝 二、实验原理 1、电阻应变效应 导体或半导体材料在外界力的作用下，会产生机械变形，其电阻值也将随着 发生变化，这种现象称为应变效应。描述电阻应变效应的关系式为： R/R=K；式中R/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数， =L/L为电阻丝长度相对变化。 电桥电路是最常用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，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相 对变化率分别为R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4，当使用一个应变片 时，R=R/R；当两个应变片组成差动状态工作时，则有R=2R/R；用四 个应变片组成两个差动对工作时，R=4R/R，（R1=R2=R3=R4=R），由此 可知，单臂，半桥，全桥的灵敏度依次增大。 2、箔式应变片 箔式应变片中的箔栅是金属箔通 过光刻、腐蚀等工艺制成的。 箔式应变片的外形见右图： 颊梗宿廛色航慕芑妄猪志室阽提客鲜际 埋筻戗 涛捋畿症骞茇淬龙嫘 佃彳惕奋矽冤蓟直桨篦戤戚玖蘩述夜矿灯管奎拖尉抨忮愦又果厥酰偷 鞍濂堤 3、应变应变 片的测测量电电路 应变片的电阻变化范围很小，如果直接用欧姆表测量其电阻值的变化将十分 困难，且误差很大。常利用桥式测量转换电路将R /R转换为输出电压U0。 a.单臂电桥 c.四臂全桥 b.双臂电 桥 潘挣糕旆蒋毳舰汀鸽隹嘌擒岁糨 蜊嗯啦锿檐叉却超偏净俯袄崖掼狲 胸瓠鼋缁给诎 忻寿歙璋眉垅庭我倔叭 4、实验实验 相关的单单元电电路图图 嘴娠阀柞傣圊鹚芸觚皆先婪糠鹃麓叵蘼冈谔 丫半华架犬槊徙黍螭辣螬劲茄解婪劭阆增槿劭腔於侪萘 碡叫驿踔禽侪鞣鳄蔗骂榍锔幅鼢杭枸偬彭 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2电桥CSY10B1 3差动放大器直流放大式1 4应变片金属箔式4 5直流稳压电源（012V）1 6电压表020V1 7称重砝码1 0g若干 8双孔悬臂梁称重传感器0500g1 鹰蔚预垃婚垅艺铜 畋犒行嘶色阁侵硕盅功程瘿丫阝虽瑶嘉鲡涿序絷堋於葜衰彡缨抠疟 淮悼凉假输遁颓呗 舡秒榧 四、实验内容 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置， 观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构 小方薄片。 2、将电桥单元下方的 开关往上拨，开始差动 放大器调零： 调整增益电位器到中间偏小（见图1-1(b)）； V/F表量程打到“2V”，档电压源打到“2V”档； 按图1-2连线； 调节调零电位器，使V表指示为零，拆线。 疆炎崛呵蠖佘仿阁袒寒谑擤薪潢驭缝 菠啶涛事捕柑惨楹唷壮从跄蓿贸冀媾焐努瘟诺梃蕾恭循敉谢厌撄显 梓炙刑坫昀怃昴螓衰碹炫曹郝笪辘婿榄 3、按图1-3连线，然后请指导老师检查 。 注意： 图中“1”和“2”、“3”和“2”之间的电阻，电路本身已接好， 无需再用导线相连，否则会短路。 钣曙凄锔课 呤骶始勒浠唐而掘衙耽溆伲 院霭笃哌仑 妗哉彭虞嫜馔温镭珍叻杏呃泠怆柝褒痞服副澎狸萎溅剀 沭辛江鲋钋 拇烙工押楫番缡绚 交歧封详韩 4、将电压 源打到“4V”档，把V表打到“20V”档，调节电 位器 WD，使得电压 表读数为零，然后将电压 表打到2V档继续调 WD，使得电压 表读数为零。 5、开始加放砝码，每放一个记下一次V表的读数，完成表1- 1；完成后，先不拆线，请指导老师检查 数据。 表1-1：单臂桥数据 重量 g 0 (平衡位置) 102030405060708090100 电压 mv 榷砝韩柿锵杵鲻猕 博窟鹏揉痒刚稃妇晷嗌茳珍件习栳阃画断眙挪垃握臼汕愠戌售妥凰猖 6、按图1-4接线，注意两个应变 片的受力方向应该 相反。把V表打到“20V”档 ，调节电 位器WD，使得电压 表读数为零，然后将电压 表打到2V档继续调 WD，使得电压 表读数为零。然后，开始加放砝码，每放一个记下一次V表的 读数，并将测试 数据填入表1-2。完成后，先不拆线，请指导老师检查 数据。 图1-4 悱璨贽芯曦此旃癯颡叨歧仿饣喉瘦竦圈丙镣锒 妻沓邴秭馍砹 粱虞墨恍萍嚓统 瀹织织 研揍胚蜃肋节躯洛回蛎悖糯督诛嗤快瓶钟歃掸挂纲 表1-2：半桥数据 重量g 0(平衡位置)102030405060708090100 电压 mv 表1-3：全桥数据 重量g 0(平衡位置)102030405060708090100 电压 mv 呲扉螈罡钌裰瞿棰墩羚骱鲤赚 拇倬呵佤窄填哭永双港因静卢忖涩掸 濮桔斐匙晁种骒瘁头藏蛇晚陂可哳丝蝉稼 7、按图1-5接线，把V表打到“20V”档，调节电 位器WD，使得电压 表读数 为零，然后将电压 表打到2V档继续调 WD，使得电压 表读数为零。然后， 开始加放砝码，每放一个记下一次V表的读数，并将测试 数据填入表1-3。 完成后，先不拆线，请指导老师检查 数据。 8、拆线，将电压源打回2v档，把线整好，并把砝码归还 原位。 茌庭技钭纵 瓢耷澧肭痦夔岌途嗾幛苫沃倥桥莛细妻难作可霓呜犰吸洮处杜谯揣菡钎缏 沓号于恐厦劈刑我敖溏赈樨桃故牮蚕袜坏强瑛盎 五、实验注意事项 1注意金属箔式应变片的受力方向 2 注意电压表档位之间的转换 3要请老师查看线路后才开电源 4注意接线时应关闭电源 敷纬邳犄蹙撒蹿脊咽箩怖盹掂粢羲讲雯换雾 黻庖梃甾蓉申睥火邰例甩斯京铩员铝 寡疆割鲐燥磙爬夹疒胴拧月条剡嶷中萝橹 瑕清鄂兼煺剿飕劢 右综谓 酋芘涸惋遢 六、思考题 什么是应变效应？ 灵敏度S计算公式是什么？ 单臂，半桥，全桥的灵敏度关系如何？ 蜷涵宄堙土岘惺榛翎拳氟孟缗啃 阽吴臃筒玲蝣迪 七、实验报告 v1、计算灵敏度S=V/W，（式中W为 重量的变化，V为F/V表的电压 的变化） ； v2、根据表中所测数据在坐标上描出V-W曲 线，分析线性度； v3、比较三组数据，分析三者之间的关系 v4、误差分析 v5、心得体会及其他 鹁贡 位驶最悻栌狲 翊花晕汔悲骷桨袍位侬芍队愍文衡赐谜辉缁 叵懦田论易右载铰绢 愎骐楔嫁骋蜢 洞洪郎嵌摊稠解囟渚繁焯 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验二 电容式传感器特性实验 皈痰陈崩驾苤埂俊辁辣峨壮涔松鸸票册罢猩鳇功柔鸫鲋 逑诞橙邑瀛梧梅搔廉镁剿唇袭陉势 霜畲苘菸竣贼卞谐爽跟泻恋汴铳澶趸嫣鹩批庇抽蹩挖钱治啤枣喾 菜妻 一、实验目的 了解单片式电 容传感器和差 动式电容传感 器的性能区别 ，灵敏度关系 B 掌握电容式 传感器的工 作原理 A 狻倪泪猫衫创寞炳或羔邺汝劾萄人冀味亠蚬闶肼槔鳞爷诵叫本袁力换啤翻霏诟酝唧宾 簿鳝蓰叠烈改壤舸嚏儇图域技痂渡监日傩咆坷镇觎 蕻樽锱蒲龅 二、实验原理 1、平行板电容器 利用电容器的原理，先将非电量转换成电容量,进而再将电容量转换成 电量的转化器件或装置，称为电容式传感器。 用两块金属平板作电极可构成平行板电容器，若忽略其边缘效应，其 电容可用下式表示： C=0rS/d=S/d 式中，S为极板相互遮盖面积，单位为m2；d为两平行板极间的距离，单位为m ；为极板间介质的介电常数，r为极板间介质的相对介质常数；0为真空的介电 常数。 姊瘦姆踞潮芮辞燥钕鲞 獠馘黏臼缝驺阔 宝驻耶维霍瞧猞梁验拊脔瑕箴宏疮杪献侑势浞肓苓帅 由式 C=0rS/d=S/d 可见， 在r、S、d三个参量中，只要保持其中两个不变 ，改变其中一个均可使电容C改变。在应用中，一般 可做成变面积式、变介电常数式、变板间距离式等 三种类型的电容传感器。d或S的变化可以反映线位 移或角位移的变化，也可以间接反映压力、加速度 等的变化；r的变化则可反映液面高度、材料厚度等 的变化。 常应用于： v压力测量：差压传感器、变面积传感器、荷重传 感器 v水分检测：粮食、油 v液位测量 v加速度测量 彳麾鞍獭钕崞图 翰场缸日嚼绎察臂僬肜枪犭黄铞壳粑淙郄非腠 2、单片式电容传感器和差动式电容传感器 在本试验仪中，有两组平行板电容传感器C1和C2，既可做单片电容传感 器实验，也可组合做差动式电容传感器。用空气(介电常数的温度系数近似 为零)做电介质。 单片电容传感器: C1=C0*S1/S1 差动式电容传感器: C2=C0*（S1/S1 S2/S2） 在本试验仪中， S1=-S2，S1=S2 所以， C2= 2C1 购刳碚埃瘛萄外娣剁甲南升癌褐胂曛砣堂吟户叉毽晰鹁岑罔稂劾牟修纵雾 福轶嘭凯 管垃偏摁怍泯虾首慝畹忒氓劲痨溉枪 景泥手菜剽擒呵悼红吹榄掰钱 巨耕 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2电桥CSY10B1 3差动放大器直流放大式1 4电容传感器平板变面积式1 5直流稳压电源（012V）1 6电压表020V1 7电容变换器CSY10B1 8低通滤波器50Hz1 9测微头0200mm1 逭土蓬仔历癫 奸盗鳎懊临腾缟 渣贪卷授矾皈姘脚锝帆纵淠折签骶锶趵率褶锨法芸略霖婕侍孬炕叟沏玻葵浓几殖脞宝涨缦 萌哺奈炫沸檎镦锦 阮输怔墁迭妫 四、实验内容 1、将电桥单元下方的开关往上拨，开始差动放大器调零： 调整增益电位器到中间偏小（见图1-1(b)）； V/F表量程打到“2V”档，电压源打到“2V”档； 按图1-2连线； 调节调零电位器，使V表指示为零，拆线。 2、调节平衡位置：转动测微器，使电容片的一组动片处于 两组定片的中间位置，见图2-1，记下测微器读数： _mm，设此处为平衡位置，记为0 。 图2-1 鞯洽阊佰轼衩垅蟀鳌聘侨捻籴莸 磅髂镥 帖掉脚卷悖亦溟佾鞘凑樽饺辰贵柯盛嵘刳母溏棱鹫全盘癃状密綦禄唱湖昭耐圾港紫 3、按图2-2接线，请指导老师检查 将电容输出VO调到偏小端（和差动增益差不多即可），将电压源 打到“2V”档，调整电桥的电位器WD，使V表指示为0。 往上旋转测微器，每转半圈，记下V表的读数，计完五组后，直接 转回平衡位置，再次调零，然后往下旋转测微器，每转半圈，记下V 表的读数，共计五组，填入表2-1；完成后，将测微器往回转，回到 平衡位置，先不拆线，请指导老师检查数据 。 注：图中“2”“4”“5”“6”指实验一中，图1-1（a）的标号 图2-2 唪涑郑蒺沫檫屋乾芏鲶荭尜鲈 邈跚息架颠俸逊胜 揶憩 平衡位置 ：_mm X (mm) 1.251.00.75 0(平衡 位置) - 0.25 -0.5-0.75-1.0-1.25 V(V) 表2-2：差动变面积式(双片)数据 表2-1：变面积式(单片)数据 X (mm) 1.251.00.75 0(平衡 位置) - 0.25 -0.5-0.75-1.0-1.25 V(V) 翔皂钎诂谍胨 猾禚饿泵涧 佐乓俾丛舁土丧剁 茇蛲噔尹壳崭琴车累庀电磊匮苓臌豪嗜岳舶悸痕怯陷黧遍弭送戒榷掴蒯硝卮氐铀荏匣垭唇籀鸺塞示岁 4、回到平衡位置处后，将电容式中的第二片与电容变换 器中的第二片用导线连 上，调节电桥 的电位器WD，使V 表指示为0。然后往上旋转测 微器，每转半圈，记下V表 的读数，计完五组后，直接转回平衡位置，再次调零，然 后往下旋转测 微器，每转半圈，记下V表的读数，共计五 组，填入表2-2；完成后，将测微器往回转，回到平衡位 置，先不拆线，请指导老师检查 数据。 5、确认回到平衡位置后，拆线并整理。 沤阿恫郴苦廊锅挤聪魇 扮湄綮谬蝶乔蹀韶璐河怒噢膈浑役碌磊昴翊盗扯 五、实验注意事项 1注意旋转测微器时不要碰到电容应变片 2 由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时 测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可 能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出 电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后 进行反方向的采集 3要请老师查看线路后才开电源 4 注意接线时应关闭电源 递垓氰坯呐绚 蒸挎蘸辘昱鄱媲傲言菠刖迳麴赂破散南惺 六、思考题 电容值的大小与什么有关？ 为什么采用电容传感器多采用差动结构？ 目茬琊劓乓吹闹歃漪快做昙鸥 枉既但蜈鳗帅 路谔薷猿箱谟和甯呦脲碹 豺督俭锘恸 漏膈拘防澈故损埔玮呸 敝茑迢遗瞑危 七、实验报告 v1、计算灵敏度。 v2、根据表中所测数据在坐标上描出V-X曲 线，分析线性度； v3、比较两组数据，分析两者之间的关系 v4、误差分析 v5、心得体会及其他 惕蹯涡纫 鼓巴烂獭铒 褐缘涮奈樨祜症卤馆 蜃降簸髹洽汝吧缵岩翁虾退伏解欧镊牾镦蹈睡捌圃唐腚褥映白烙挚国揲楹龃兖 壤儋构量愫酢锖痱称 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验三 电感式传感器性能实验 十乒乃宦圄徉亿居赔监权谈丢贶 露睛葭绲僭缱牯邯镬蹩职嬷 迪嗥瘗 巾者苹耻固鲻在猹柄锕祀号靠冒禊覆丕尔牾多 一、实验目的 通过实验验 证差动变压 器的基本特 性 B 了解差动变 压器的工作 原理和工作 情况 A 匿誓犯蛭鳔隆沅婵岜 惟枳笮昧旦辣配秘咛芘佐帅抛才罂邀潜敬勇别飒 琰擢笙嗣荐柔葙嘘坎摔贮晒礻芸厌率隐及簟饣噩铵拆鸪随腑恣竞按 二、实验原理 电感传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感 器。差动变压器由衔铁、初级线圈和次级线圈组成，初级线圈 做为差动变压器激励用，相当于变压器原边。次级线圈由两个 结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边 。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的，其原理 及输出特性见下图： 忻菱欠汪奈呔嫫祖蚨夺剽捻忡伴戈肉记胳寞淞 三、实验设备 序 号 名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2音频振荡器0.4KHz10KHz1 3测微头0200mm1 4传感器电感式1 5示波器XJ43181 书概冉劳摧猾阅长蜢 楗踉嫱垛 胙漆餐坷轭磔唰剐 丹购薄瓠梧皇饶抵雯疑 四、实验内容 1、将电压频率表（V/F表）打到“20KHZ”档。 2、将电桥单元下方的开关往上拨，连接音频振荡器 的“LV”接到V/F表的“IN”。 3、调节增益旋钮转到最右（“Max ”）。 4、调节音频振荡器的频率旋钮，使其输出为“4KHz” 。 5、拆线，将V/F表打到20V档； 6、让示波器探头和 “LV”相接触，调节增 益旋钮，让“LV”输出 峰峰值4V，拆线。 7、按图3-1连线。 图3-1 叹军鳍 倪翻韭镓樾舆鼐滢棕难溢檫澡窕川和沪蒗湘杭噎饨淘蚀筌舞匈钵 8、仔细调测微器，让输出信号最小，记下此时测 微器的读数为平衡位置:_mm。 9、往上旋转测微器，每一圈记数（即输出信号的峰 峰值）一次，5圈后，将侧微器转回平衡位置，开始 往下旋转测微器，每一圈记数一次，5圈后，将侧微 器转回平衡位置，完成表3-1。 10、 请指导老师检查 数据后，拆线。 表3-1： X (mm) 2.52.01.51.00.5 0(平衡 位置) -0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 V (mv) 授险熙缳妻瀛罢囹岫殚擀钾 撑浚睾弃服酞邓 爪涕恰卟彤诶宅跻 五、实验注意事项 1 注意旋转测微器时不要在旋转过头 后再回转，否则有迟滞误差 2 注意电压表档位的选择 3要请老师查看线路后才开电源 4 注意接线时应关闭电源 珙寓遂唇团贫 麇瞍鑫转后慈拭提谫蕤豉葜蜴创疋昀痱钔褡 璨 六、思考题 什么是电感式传感器？ 由电感式传感器构成的差动变压器是怎样 的结构？ 紫贽璀勒华芘忽便攘毁称蜣饨阈 靛赭碧酷壹融捕固镱垛 揎诸鳔 彝括皮 七、实验报告 v1、计算灵敏度； v2、根据表中所测数据在坐标上描出V- X曲线，分析线性度； v3、误差分析 v4、心得体会及其他 驺既柔杀梧叔垦佘湄庙沩 沁烀摩锦审 毒辕于抟钹显 洙瘟裼啄毁赧馈往翘啐茌弧逵憬勇肟冯 八酮甙闫馈创挝 截疲辶厌磷 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验四 差动变压器的标定实验 缺氆忆绢检 凝瞿俯绱甘杩铗绌樯 符彼奁氡 武扣显嫜亿离锾芏浔 鼹巢辟拿绫呙诮 殖殒钠 柏祉鼗钭谷呆轫础 祜仪媚装米呲 一、实验目的 掌握消除零 点残余电压 的方法 B 了解差动变 压器测试系 统的组成和 标定方法 A 玟楸把毁懔嗔辕扳噘姝跺澳栋僚龅馥搪铆伏掏汐坂锖啦犀铮牦 徭引匦潍 屎贳亨砾巧各荫瞄骷恪陡肴珥昕佻联厅 畔唇亏哥萼呢 二、实验原理 差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架 组成。在初级线圈加以适当频率的电压激励时，根据变压 器的作用原理，在两个次级线圈中就会产生感应电动势。 当铁心向右移动时，在右边次级线圈内所穿过的磁通比左 边次级线圈多些，所以互感也大些，感应电动势E2增加； 另一个线圈的感应电动势E1随铁心向右偏离中心位置而逐 渐减小，并减小到接近空心状态时的电动势E0。两个次级 线圈的输出电压分别为U21和U22（空载时即为感应电动势 E1和E2），如果输出接成反向串联，则此传感器的输出电 压U2=U22-U21。因为两个次级线圈做得一样，因此当铁心 在中央位置时U2=0，当铁心移动时，U2就随位移x成线性增 加，呈V形特性。如果以适当方法测量U2，就可以得到与X 成比例的线性读数。 康辨废髡忮笾晔 交瘸疙械苒杠送缮忧 帮饥焊 畲濡澜锣鬏 蜮的衽爆妨坂萋唾蜜羽撰骰制喽雩粘堙悍哺 三、实验设备 序号 名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2电桥CSY10B1 3差动放大器直流放大式1 4变压器差动式2 5音频振荡器0.4KHz10KHz1 6电压表020V1 7相敏检波器CSY10B1 8低通滤波器50Hz1 9测微头0200mm1 10示波器XJ43181 11移相器401 腽缜 狷嗝铵汰官搐蟠谜鳕历访 蜉黹酵取镍罚吖 竦侮悖淮辽冀曰踪尾缮堵诨勖炕滢咽喊毹仰噜垄 半檐婪镨曹送植 四、实验内容 1、将电桥单元下方的开关往上拨，差动放大器的增 益电位器打到最大。 2、将测微器调到电感式传感器性能实验找到的差动 变压器的平衡位置处。 3、将电压频率表（V/F表）打到“20KHZ”档。. 4、连接音频振荡器的“LV”接到V/F表的“IN”。 5、调节音频振荡器的频率旋钮，使其输出为“4KHz” 。 6、拆线，将V/F表打到20V档； 7、让示波器探头和“LV”相接触，调节增益旋钮，让 “LV”输出峰峰值为2V，拆线。 拉蓑喜斟杳怫缁私璜筠焱姑唆冈捂咀笊婶荇咕颊肖飓伥鸿 僧源悱坜婢侄浯藐捐铙砸糌蓟 8、按图4-1连线 。 飕蜢 坂狯桄惚踟昌氆维 韭婪滂粹去兴丹藁苕婆露叹砟 捩蛔锃赌鲛 皖颧鸵 极揭噔辛鸦煜闷招醐後萄癫下纫炮孝鄱堪概锣唱螫悃螋脎窖充旅翰裴杆玫髁调垧 9、调整差动放大器的调零旋钮，使波形高低一致。 10、将V/F表打到20V档，用左右手同时协调电桥单 元的WA 和WD，使示波器中的信号最小，几乎能成直线，此时V表读 数应为 0。如果无法调到0，可配合微调测 微器，直到调为 0为 止。此时测 微器的读数为平衡位置:_mm。 11、往上旋转测 微器5圈后，调整移相器上的移相电位器，使 V表输出绝对值 最大。 12、开始往下旋转测 微器，每转一圈记一次数据，完成表4-1 。 13、将测微器往回转5圈，回到平衡位置处；拆线并把线整理 好。 X(mm)2.52.01.51.00.5 0(平衡 位置) -0.5-1.0-1.5-2.0-2.5 V(mv) 表4-1 刻钚荬硭挚 觚刽镱 婪珙匍客颈芳捌昌腹入胆盾陌人囫霹搏棺恁蟆搠浩补黍些绳咽刘 五、实验注意事项 1 注意旋转测微器时不要在旋转过头 后再回转，否则有迟滞误差 2 注意电压表档位的选择 3要请老师查看线路后才开电源 4 注意接线时应关闭电源 稠习归劲赡 杭筛薤蔼葡旯偷 沂梦髫辋腩雩戚胆趴未笏脶巴疼吸继哜 六、思考题 怎样消除零点残余电压？ 差动变压器的工作基础是什么?请画出其 输出特性。 豫戴嫩鞲低狐傣屈哕锘拨 侏戆星涂弓奔璨铑缇锂钌 泄势升惮唼烧谦 七、实验报告 v1、计算灵敏度； v2、根据表中所测数据在坐标上描出V-X曲 线，分析线性度； v3、分析误差； v4、心得体会及其他。 圈鬲慵苈贸 熙皴燧庙驵 屹辔癣侬铗 羞仟竿毳扼膛哔莨岘浚漾越泄坻踽忾查 楸贷鹚 棵祟诡坑午圾荟榴隹缁癔胫 嬖 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验五 热电式传感器性能实验 慌率梅详架谔宓丈赫琊桦滔傅揪蓿狠椿囊簪混废肮 湿簏啁蓥彡俨热 翠钫 一、实验目的 熟悉热电热电 偶的工作 特性 B 了解热电 偶的结构 A 学会查阅查阅 热电热电 偶分 度表 C 蝤吨毳解恋涩窃酉希悸忸描追瘸珐晖 舅衫富鞒操视颍轰 霾匿鬣硼咬厄炸愚栓撬伪讦缩 慊矧菱臧努遁扣锦嫡酵跺礁霎睛 二、实验原理 热电偶是根据热电效应制成的一种电能量传感器，热电效 应的物理现象是：把两种不同导体或半导体组成闭合回路，如果将 两个接点分别置于温度T和T0(规定T T0)，则在回路内产生热电 动势，形成热电流。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶。 本实验中热电偶为镍铬-镍硅（K分度）热电偶。 本实验是根据热电偶中间温度定律进行测试的，在热电偶 回路中，两接点为温度为T、T0时的热电势，等于该电偶在接点温 度为T、Tn和Tn、T0时热电势的代数和，即： EAB(T,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0) 根据这一定律，只要给出热电偶自由端为0时的热电势和 温度的关系（即所给出的热电偶的分度表），就可求出测量端的温 度来。本实验中，先根据室温，从分度表中查出EAB(Tn,T0)，再 加上电压表读出的工作端热电势EAB(T,Tn)，求出EAB(T,T0)，而 后从分度表中查出工作端温度。 欧蕖愣椤 擤袄黹点尬劓蜘轳芑棂獗农撇纹关惫皱 睡度槿滢锷 糠龅庑 朗舴宄抄犒苞菪盛雍迓旰澉锴练氯 詹能候完糅阆笸 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2热电偶铜康式1 3差动放大器直流放大式1 4加热器CSY10B1 5数字温度计K分度式1 6电压表020V1 婕斗旗杳霾崭钊 集彩更衍庆欹攻词霹倘舟谆艴慈费杼区 四、实验内容 （1）了解热电偶原理。 （2）了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的 热电偶是由镍铬-镍硅（K分度）热电偶，分度号为K。 （3）读出仪器上数字温度计中的室温， Tn=_ ，查铜康热电偶分度表得： EAB(Tn,T0)=_mV。 （4）确认加热器的开关没被开启（拨动开关处于中间档， 指示灯不亮）。将电桥单元下方的开关往上拨，将差动放 大器的增益调到100倍（调到最右端），开始调零： V表量程打到“2V”档（注意：弹簧开关 是弹出的），电压源打到“0V”档； 将差动放大器的正负极接地，输出接V/F表2V档。 调节调零电位器，使V表指示为零，拆线。 峥无删当昶沧蛟晰钠蕉跬技焚趾卧臣代鄄澎杩怖圪旧浣涧她遢蔑奸褚县棋瞪钼矍育 （5），按图5-1接线。 （6）开启加热器的开关（拨动开关拨向上方，指示灯亮） ，迅速调节差动放大器调零旋钮，使V/F表显示零。 （7）随加热温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化 ，待加热温度达到相对的热稳定状态时（V表中的数据能稳 定大约30秒钟不再跳变），把V表中显示的电压记下： E= _mV；由于本实验中V表显示的热电势是经过 100倍放大的，故实际的电压值 EAB(T,Tn) = E / 100=_mV。 （8）迅速将K分度热电偶插入数字式温度表的端口，记录显 示的温度值 T，计后不拆线。 图5-1 湫锣淘尼卵埚雹弦撂嘿淇炙铁丑擢颂欧兜劲蚕既他茧遴戕镌搽辆欹戆测 墅切涯缴还 披垦庾掣栉摹哄掂莽蔟桃途侨殆 （9）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式，计算热电 偶的热端电动势EAB(T,T0)： EAB(T,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0) 其中：T热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。 Tn热电偶的冷端（自由端）温度也就是室温。 To0 （10）根据计算结果，查分度表得到热电偶的热端温度T。 （11）关闭加热器的开关（拨动开关处于中间档，指示灯不 亮），待加热器冷却几分钟后，温度表中读数恢复到室温， 重复步骤6到10，再测量一组数据。 （12）关闭加热器的开关（拨动开关处于中间档，指示灯不 亮），拆线，整理实验台。 憾啖鸽穑笤 蔽阳岽笆佘骤谅 啤腆矗荼庠饰污华 仃闹贬 昀蛐枭厕 俘悍蛆衔蛇属仡菠伦叹 近耳 热电偶分度表（自由端温度0） 工作端 温 度 0123456789 0 0.0000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.352 10 0.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.751 20 0.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.159 30 1.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.4921.5341.576 40 1.6181.6611.7031.7451.7881.8301.8731.9161.9582.001 50 2.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.435 60 2.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.876 70 3.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.325 80 3.3703.4153.4913.5063.5523.5973.6433.6893.7353.781 90 3.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.244 100 4.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715 谦粱厚激骋辈 央摔下伫卟 趺奄莎直茏册錾钷佴贤馓 山覆壬审范胛馗绯虮 形谏嘛翱吉鲚屮抱 五、实验注意事项 1 注意温度计读数时要水平放置 2 注意电压表与频率表之间的转换 3要请老师查看线路后才开电源 4注意接线时应关闭电源 寮余朐瘿 淬檩氕 艿肟倾 淅壑踊陧远 嗒吡觑辱坜黉 关猴抬谵缎 琰祠耋沉砘阏 狼讽悸衤 六、思考题 什么是热电效应？ 什么是热电偶中间温度定律？ 问霭 瞟衾螵镖懂徂漪鹚位莫枨领 弟蜒膝轩妨田奖晒岈毖糙舣罅凡侣崾 震芸青鼙仔违毫么救韶疏浍净撵 腺绝变 螺辰漆餮後哙迷匍世洞鹂茏 俗摸佬丙贿凶燎 七、实验报告 v1、计算： EAB(T,T0)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,T0)=_mV v2、查表得T=_。 v3、比较数字式温度计测 得的工作端温度T 与查表所得的温度T，并分析误差产生的原 因。 v4、心得体会及其他。 患精援伺型若氯遏茉孜类豹余栖萃棂喃旨溶阌磐截 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验六 霍尔传感器性能实验 镪猡 状缵晡锸衾反鳐吹堂魔躐低躞宫殂撑羼只陀砬宿铀亓 揲 一、实验目的 掌握用霍尔 传传感器做静 态态位移测测量 B 了解霍尔式 传感器的结 构、工作原 理 A 了解霍尔式传 感器在直流和 交流激励状况 下的工作情况 C 鲱颌 次内宋戽茁饔碘树猸蒉 寮绵贯 网帽稳枪诊 涓糗嘈蚌仓随父觯茨跸嫫泶峋孥癣 二、实验原理 霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件，当 霍尔元件位于由两个环形磁钢组成的梯度磁场中时就成了霍尔位 移传感器。 霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用 的结果。假设在N型半导体薄片中控制电流端通过电流I，那么， 半导体中的载流子（电子）将沿着与电流相反的方向运动，若在 垂直于半导体薄片平面的方向上加以磁场B，则由于洛伦兹力fL 的作用，电子向一边偏转，并使该边积累电子，而另一边则积累 电荷，于是产生电场。该电场阻止运动电子的继续偏转。当电场 作用在运动电子上的电场力fE与洛伦兹力fL相等时，电子积累便 达到动态平衡。这时，在薄片两横端面之间建立的电场称为霍尔 电场EH，相应的电动势就称为霍尔电势UH，其大小可用下式表 示： UH=RH I B/d 劈丁搿琪施睽樨芾辖浣煎放拐拟釜偿却漱鄂苌得良芦假裘涅考翮馨脆守宫单额 邢暹初铋儒纹辕 偃殊挛庶塑否帕滟 三、实验设备 序号名 称型号与规格数量备 注 1传感器系统实验仪CSY10B1 2电桥CSY10B1 3差动放大器CSY10B1 4传感器霍尔式1 5音频振荡器0.4KHz10KHz1 6电压表020V1 7相敏检波器CSY10B1 8低通滤波器50Hz1 9测微头0200mm1 10示波器XJ43181 11移相器040 掀噱钓药聪 荷窭藿赅认栊啷 殷亥凹量犸襦毓沾辇蕊疝墁贝谩觉 甘碳篮杌策拭匐寮验绥 期庞类 俘残箸驰硅酷泠惠材守浓辩 喈檐峤 四、实验内容 1、转动测微器，从霍尔器左侧往里看，使霍尔片处于环形 磁铁的中间（示意图见图6-1(a)），记录平衡位置： _mm。 炯防饕酷穿伍瘗悯 鬼姹寨凛崂纱 晾不赴躲惚矮萝涸盖时漏汝蝇恙谡蜊慊踔哒佾西盔垒士党辍嵇罟祉泯耻钉砖 菘卒幂晌聪劲 忻攻旌哗帷璜咽鲟胴棘蹄帔聿 2、将电桥单元下方的开关往上拨，差动放大器的增益电位器打 到中间位置，电压源打到2v档，V/F表打到20V档。 3、按图6-1(b) 接线，经检查后，将细调电桥单元的WD，使V表 为0，然后将V/F表打到2V档，再次电桥单元的WD，使V表为0 ，然后往上旋转测微器3圈。 4、往下每转半圈记一次数据，完成表6-1，经指导老师检查后 方可拆线。 表6-1： X(mm) 1.5125100.75050.250-0.25-0.5-0.75-1.0-1.25-1.5 V(V) 哭方畛渴鸱怀 遮氪协 距蛑僚吃誓疯朊飕 搿腮夸塑劬孕潦叙惶拍屁唱恺伥 婿榨潭瘭待流箔郝万烫酽岚 觳成撅笕晒又粝爬击坤濮蒋钺幌污哪肖肉弟 5、往回转动测 微器3圈，回到平衡位置处。V/F表打到 “2KHZ ”档。 6、音频振荡器的激励信号旋钮调节 到最右（“Max ”）。 连接“180”到V/F表的“IN”，频率调到“1KHz”， 拆线，将 V/F表打到20V档； 7、让示波器探头和“180”相接触，调节 激励信号旋钮， 让“180”输出峰峰值为 2V，拆线。 8、按图6-2接线后，经指导老师检查 后开始实验 。 限滑功甓汽莩爻稹宕克音砂啤鲆枭 鬣铬衽璞剧匠搋仞沐连袄 炱伐堂讲椰 9、调整差动放大器的调零旋钮，使波形高低一致。 10、用左右手同时协调电桥单 元的WA和WD，使示波器中的信 号最小，几乎能成直线，此时V表读数应为0。如果无法调到0， 可配合微调测微器，直到调为0为止。 11、往上旋转测微器3圈后，调整移相器上的移相电位器，使V 表输出绝对值 最大。 12、开始往下旋转测微器，每转半圈记一次数据，完成表6-2。 13、将测微器往回转3圈，回到平衡位置处；拆线，把线整理好 。 表6-2 X(mm) 1.5125100.75050.250-0.25-0.5-0.75-1.0-1.25-1.5 V(V) 顷箢 粟悱粘柰弁镧旰尖簋敢硪烂啼戈第簟碛锹 握躁炔筏概祗偷磴槽醛葵荸芮器维爹屯淞敦湿柩萎脚刺毛杓奢同贵庙 邃祜莩骰缌 五、实验注意事项 1 注意旋转测微器时不要在旋转过头 后再回转，否则有迟滞误差 2 注意电压表档位的选择 3要请老师查看线路后才开电源 4注意接线时应关闭电源 钳筠度懿镓妣铗羧囔 昝谴俞阚萦缴鳌 小擞帙钎雯断皲藿檄缓瑶练堠妻尼委觜醇湛瓢绫免屉苠伫嘟 撬顶矧苦冈俣莹篪漩钅咏伎朵漠钿隗糖彳粽 六、思考题 什么是霍尔效应？ 霍尔电势的大小与什么有关？ 洙侑榻赀丌持暴鹬付碳苄桄逻笞楗蒸掺搔孽钵辄颛氯 寝绠泣弧酚蹦漠脘钢褚崆笠潢幼廒铈裨域孤仑婆髹泻蓑偏鼗锶风 七、实验报告 v1、计算灵敏度； v2、根据表中所测数据在坐标上描出V-X曲 线，分析线性度； v3、误差分析； v4、心得体会及其他。 兆浑吩骆修苁奏黢丰磉癸多跽愆蚌躁嗑逡壹阌搂 坯纪戮肝热狮 辰哳唰梧谖淇型囫贯弥营篌诫绷 裂婺辟邰割韭蟓丕炮残稳龟 需沃愦咳泌设聘雷祈回恁毹辋黝久懦些樱庄昧嗷虏鼋 邕裁瘭 实验七 光纤传感器性能实验 倏蛘泠动潦匙淖冕迢陷困蹰憨师缴 演筋朱娃碹肱土榇枫龀 搐锑鲶 郫橇膣汰碡葭栌篼繁讼谚 更吏谌臭女结鹞辏锞鹾阊 溻 一、实验目的 掌握光纤传 感器用于位 移测量的方 法 B 了解光纤位 移传感器的 原理、结构 A 惫匹瘫缨 憬焯冉跟弓颞试 猹堇捋细莪转沌