传感器实验装置实验指导书(求是公司).doc

传感器实验指导书目 录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验2实验二 金属箔式应变片半桥性能实验4实验三 金属箔式应变片全桥性能实验6实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较8实验五 金属箔式应变片的温度影响实验9实验六 直流全桥的应用电子秤实验10实验七 压阻式压力传感器的压力测量实验11实验八 差动变压器的性能实验13实验九 差动变压器的应用振动测量实验15实验十 电容式传感器的位移特性实验17实验十一 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验19实验十二 霍尔转速传感器测速实验21实验十三 磁电式转速传感器测速实验22实验十四 压电式传感器测量振动实验23实验十五 电涡流传感器位移特性实验24实验十六 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验26实验十七 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验27实验十八 电涡流传感器测量振动实验28实验十九 光纤传感器的位移特性实验29实验二十 光电转速传感器的转速测量实验31实验二十一 Cu50温度传感器的测温特性实验32实验二十二 Pt100热电阻测温特性实验34实验二十三 集成温度传感器的测温特性实验36实验二十四 气体流量的测定实验*38实验二十五 气敏（酒精）传感器实验39实验二十六 湿敏传感器实验40实验二十七 温度仪表PID控制实验41附录一 温控仪表操作说明42实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一实验目的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。二基本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：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，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，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，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O1。三需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四实验步骤1根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350，加热丝阻值为50左右。应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 2实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将CGQ-001实验模块调节增益电位器Rw1顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。3将CGQ-013实验模块上应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使电压表显示为零。图1-2 单臂电桥实验接线图4在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）5根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）计算线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：F S满量程输出平均值，此处为200g。五思考题单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。实验二 金属箔式应变片半桥性能实验一实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二基本原理不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=。三需要器件与单元同实验一。四实验步骤1传感器安装同实验一。做实验（一）2的步骤，实验模块差动放大器调零。2根据图1-3接线。R1、R2为CGQ-013实验模块左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S=，非线性误差f2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。表1-2 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）五思考题1半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。2桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。图1-3 半桥实验接线图实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一实验目的了解全桥测量电路的优点。二基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其变化值R1=R2=R3=R4时，其桥路输出电压Uo3=。其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。三需用器件和单元同实验一。四实验步骤1传感器安装同实验一。接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2根据图1-5接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。表1-3全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）五思考题1全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1= R3， R2= R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以 （2）不可以。R1 R2 R3 R4 F F R1 R2 R3 R4 F F 图1-4 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图 2某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?图1-5 全桥实验接线图实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一实验目的比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二实验步骤根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。实验五 金属箔式应变片的温度影响实验一实验目的了解温度对应变片测试系统的影响。二基本原理电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。三需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、15V电源、4V电源、+5V电源、加热器（已贴在应变片底部）四实验步骤1保持实验三实验结果。2将200g砝码加于砝码盘上，在电压表上读取某一整数Uo1。3将5V直流稳压电源（主控箱）接于实验模块的加热器插孔上，数分钟后待电压表电压显示基本稳定后，记下读数Uot，UotUo1即为温度变化的影响。计算这一温度变化产生的相对误差。五思考题1金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？2应变式传感器可否用于测量温度？实验六 直流全桥的应用电子秤实验一实验目的了解应变片直流全桥的应用及电路的标定。二基本原理电子秤实验原理为实验三全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。三需用器件与单元同实验一。四实验步骤1接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。按实验一中2的步骤将差动放大器调零：按图1-5全桥接线，合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器Rw1，使电压表显示0.00V。2将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（增益即满量程调节），使电压表显示为0.200V（2V档测量）或-0.200V。3拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw4（零位调节），使电压表显示为0.000V或-0.000V。4重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g，就可称重，成为一台原始的电子秤。5把砝码依次放在托盘上，填入下表：重量（g）电压（mv）6根据上表计算误差与非线性误差。实验七 压阻式压力传感器的压力测量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和方法。二基本原理扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三需用器件与单元压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、CGQ-002压力传感器实验模块、流量计、连接导管、电压表、直流稳压源4V、15V。四实验步骤储气箱 压缩泵 220AC K3 调气阀 快速接头 三通 压力传感器 显示单元 处理电路 低压端 高压端 主控箱内部 外接部分 流 量 计 单相阀 图2-1 压阻式压力传感器测量系统 压力显示1根据图2-1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出）。另一端软导管与压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气咀中，靠右边一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模块连接见图2-2，压力传感器有4端：3端VS接+4V电源，1端接地线，2端为Vo+，4端为Vo- 。1、2、3、4端顺序排列见图2-2。图2-2 压力传感器压力实验接线图2实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。实验模块上Rw2用于调节零位，Rw1可调节放大倍数，按图2-2接线，模块的放大器输出Vo2引到主控箱电压表表的Vi插座。将显示选择开关拨到20V档，反复调节Rw2（Rw1旋到满度的1/3）使电压表表显示为零。3先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。4合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子向上浮起悬于玻璃管中。5逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。6仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在520KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的电压表值列于表2-1。表2-1 压力传感器输出电压与输入压力值P（KP）VO（p-p）7计算本系统的灵敏度和非线性误差。8如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入10KPa气压，调节Rw2（低限调节）使电压表显示1.00V，当输入20KPa气压，调节Rw1（高限调节）使电压表显示2.00V，这个过程反复调节直到足够的精度即可。五思考题利用本系统如何进行真空度测量？实验八 差动变压器的性能实验一实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二基本原理差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三需用器件与单元CGQ-003差动变压器实验模块、差动变压器、测微头、双线示波器、音频振荡器、直流电源、万用表(自备)。图3-2 双线示波器与差动变压器连接示意图四实验步骤1根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2在模块上按照图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为45KHz（可用主控箱的频率/转速表的频率档Fin输入来监测）。调节幅度使输出幅度为峰-峰值Vp-p=2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div）。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（LV音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判断直到正确为止。3旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表3-1。再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表3-1 差动变压器位移X值与输出电压Vp-p数据表X（mm） 0mm +Vp-p（mV）Vp-p最小4实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表3-1画出Vop-p-X曲线，作出量程为1mm、3mm灵敏度和非线性误差。五思考题1用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？2试分析差动变压器与一般电源变压器的异同。实验九 差动变压器的应用振动测量实验一实验目的了解差动变压器测量振动的方法。二基本原理利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。三需用器件与单元音频振荡器、低频振荡器、CGQ-05振动源模块、CGQ-003差动变压器实验模块、CGQ-012移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、示波器、直流稳压电源。四实验步骤工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图3-3 差动变压器振动测量安装示意图 1将差动变压器按图3-3，安装在振动源模块的振动源上。2实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。按图3-4接线，并调整好有关部分。调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Vop-p=2V。（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节Rw1和Rw2使示波器（相敏检波输出）显示的波形幅值更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失，变为一条接近零点线（否则再调节Rw1和Rw2）。低频振荡器输出引入振动源的低频输入，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动台振荡较为明显。用示波器观察放大器Vo、相敏检波器的Vo及低通滤波器的Vo波形。图3-4 差动变压器振动测量实验接线图3保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入下表3-3（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验九相同）。表3-3f（Hz）Vp-p(V)4根据实验结果作出梁的f Vp-p特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。5保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验，可得到振幅Vp-p曲线（定性）。注意事项：低频振荡器电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。五思考题1如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？2利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？实验十 电容式传感器的位移特性实验一实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二基本原理利用平板电容和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）、测微小位移（d变）和测量也为（A变）等多种电容传感器。三需用器件与单元电容传感器、CGQ-004电容传感器实验模块、测微头、电压表、直流稳压源。四实验步骤1按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。2将电容传感器连线插入电容传感器实验模块，实验线路见图4-1。3将电容传感器实验模块的输出端Vo与电压表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw2调节到中间位置。4接入15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。表4-1 电容传感器位移与输出电压值X（mm）V（mv）5根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。五思考题试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构。能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？图4-1 电容传感器位移实验接线图实验十一 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验一实验目的了解霍尔式传感器原理与应用。二基本原理根据霍尔效应、霍尔电势UH = KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。三需用器件与单元CGQ-005霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源4V、15V、测微头、电压表。四实验步骤1将霍尔传感器按图3-1安装。霍尔传感器以及实验模块接线按图5-1进行。图5-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图2实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1使电压表指示为零，若无法调零则交换放大器两端输入接线。3旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。表5-1X（mm）V（mv）作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五思考题本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？实验十二 霍尔转速传感器测速实验一实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二基本原理利用霍尔效应表达式UH = KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三需用器件与单元霍尔转速传感器、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、频率/转速表。四实验步骤1根据图5-3，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面的磁钢。2将直流源加于霍尔元件电源输入端。红（+）接+15V，黑（）接地。3将霍尔转速传感器输出端（蓝）插入数显单元Fin端。4将可调电源2-24V引到CGQ-05转动源的2-24V插孔。5将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时转速/频率表指示转速。6调节电压使转动速度变化。观察转速/频率表转速显示的变化。五思考题1利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？2本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？实验十三 磁电式转速传感器测速实验一实验目的了解磁电式传感器测量转速的原理。二基本原理基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。三需用器件与单元磁电传感器、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、频率/转速表。四实验步骤1磁电式转速传感器用桥板固定在升降架上，传感器端面离转动盘面3mm左右，并且对准反射面内的磁钢。将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔。（磁电式传感器两输出插头插入面板上的两个插孔）2将波段开关选择转速测量档。3将可调电源2-24V引到CGQ-05转动源的2-24V插孔。合上电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压，观察转速变化情况。五思考题为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？实验十四 压电式传感器测量振动实验一实验目的了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，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，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三需用器件与单元压电传感器、CGQ-006压电式传感器实验模块、CGQ-012移相、检波、低通滤波模块、CGQ-05振动源模块、双线示波器。四实验步骤图6-1 压电传感器性能实验接线图1首先将压电传感器装在振动源模块上。实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。3将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图6-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模块电路输出端Vo1（如增益不够大，则Vo1接入U2，Vo2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出Vo与示波器相连。4合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。5改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。6用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。实验十五 电涡流传感器位移特性实验一实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二基本原理通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三需用器件与单元CGQ-007电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、电压表、测微头、铁圆片。图7-1 电涡流传感器安装示意图 电涡流传感器 模块 测量架 测微头 被测体 四实验步骤1根据图7-1安装电涡流传感器。2观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。3将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。4在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5将实验模块输出端Vo与电压表输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中。7使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表7-1。表7-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V（v）图7-2 电涡流传感器性能实验接线图8根据表7-1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，试计算量程为1mm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五思考题1电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据使用量程选用传感器？实验十六 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验一实验目的了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二基本原理涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。三需用器件与单元除与实验十七相同外，另加铜和铝的被测体小圆片。四实验步骤1传感器安装与实验十七相同。2将原铁圆片换成铝和铜圆片。3重复实验十七步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表7-2和表7-3。表7-2 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据X（mm）V（v）表7-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据X（mm）V（v）4根据表7-2和表7-3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。5比较实验十七和本实验所得的结果，并进行小结。五思考题当被测体为非金属材料时，如何利用电涡流传感器进行测试？实验十七 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验一实验目的了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。二基本原理电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状、大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。三需用器件与单元CGQ-007电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流源、测微头、不同面积的铝被测体、电压表。四实验步骤1传感器安装见图7-1，与前面静态特性实验相同。2按照测静态特性实验要求连接好测量线路。3在测微头上分别用两种不同的被测铝（小圆片、小圆柱体）进行电涡流位移特性测定，分别记入表7-4。表7-4 不同尺寸时的被测体特性数据X（mm）被测体1被测体24根据表7-4数据计算目前范围内两种被测体：被测体1、2的灵敏度，并说明理由。五思考题目前现有一个直径为10mm的电涡流传感器，需对一个轴直径为8mm的振动进行测量，试说明具体的测试方法与操作步骤。实验十八 电涡流传感器测量振动实验一实验目的了解电涡流传感器测量振动的原理和方法。二基本原理根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。三需用器件与单元CGQ电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、低频振荡器、直流电源、CGQ-05振动源模块、CGQ-012检波、低通滤波模块、频率/转速表、示波器。四实验步骤1根据图3-3方式安装电涡流传感器。注意传感器端面应对着振动台面而不是中心磁钢且与被测体振动台面（为铝质材料）之间的安装距离为线性区域内（利用实验二十二中铝材料线性范围）。将电涡流传感器两端插入实验模块标有Ti的插孔中，实验模块输出端接示波器的一个通道。实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2将低频振荡信号接入振动源中的低频输入插孔，一般应避开梁的自振频率。3低频振荡器幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，但振动台面振动时与传感器端面不应碰撞。4用示波器观察电涡流实验模块输出端Vo波形，调节传感器安装支架高度，读取正弦波形失真最小时的电压峰-峰值。5保持振动台的振动频率不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰-峰值。五思考题1电涡流传感器动态响应好，可以测高频振动的物体。电涡流传感器的可测高频上限受什么限制？2有一个振动频率为10K的被测物体，需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流传感器或认为两者均可？3能否用本系统数显表头显示振动？还需要添加什么单元，如何实行？实验十九 光纤传感器的位移特性实验一实验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二基本原理本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端，即探头，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三需用器件与单元光纤传感器、CGQ-008光纤传感器实验模块、电压表、测微头、15V直流源、反射面。四实验步骤图8-1 光纤传感器安装示意图 模块 测量架 测微头 光电变换座 光纤位移传感器 反射面 1根据图8-1安装光纤位移传感器，两束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。2将光纤实验模块输出端Vo与直流电压表相连，见图8-2。图8-2 光纤传感器位移实验接线图3调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。4实验模块接入15V电源，合上主控箱电源开关，将RW1旋至中间位置，调Rw2使电压表显示为零。5旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表8-1。表8-1 光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V（v）6根据表8-1的数据，分析光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时的灵敏度和非线性误差。五思考题光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验二十 光电转速传感器的转速测量实验一实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。二基本原理光电式转速传感器有反射型和直射型两种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。三需用器件与单元光电转速传感器、+5V直流电源、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、转速/频率表。四实验步骤1光电转速传感器安装如图5-3所示，在传感器支架上装上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应的插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱Fin，转速/频率表置“转速”档。2将可调电源2-24V接到转动源24V插孔上。3合上电源开关，使电机转动并从转速/频率表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。五思考题已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。实验二十一 Cu50温度传感器的测温特性实验一实验目的了解Cu50温度传感器的特性与应用。二基本原理在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50C+150C的温度。铜电阻有下列优点：1上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系 Rt = R0(1+at)2阻温度系数高，a = 4.254.2810-3/ C3易提纯，价格便宜三需用器件与单元CGQ-04温度源、CGQ-009温度传感器实验模块、K/E型热电偶、Cu50热电阻、直流源、电压表。四实验步骤1注意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。2将CGQ-04温度源模块上的220V加热输入接线柱与主控箱面板温度控制系统中的0220V加热输出接线柱连接。3将温度源中”风机电源”经过温控仪上的ALM1再和主控箱中“0-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置），闭合温度源开关。4将热电偶插入模块温度源的一个传感器安置孔中。将K（对应温度控制仪表中参数Sn为0，或E型Sn为4）热电偶自由端引线插入主控箱面板的传感器插孔中，红线为正极，琴键开关打到对应位置。 5Cu50热电阻加热端插入温度源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图9-1，尾部黑色线插入b端，a端接电源+2V，b端与差动运算放大器的Vi1一端相接，桥路的另一端和差动放大器的另一端Vi2相接。图9-1 Cu50热电阻测温特性实验6打开主控台及CGQ-04温度源电源开关，设定温度控制值为40C，当温度控制在40C时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。记下数显表上的读数，填入表9-1。表9-1：T（C）V（mv）五思考题大家知道在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在40C100C之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐述理由。实验二十二 Pt100热电阻测温特性实验一实验目的了解Pt100温度传感器的特性与应用。二基本原理利用导体电阻随温度变化的特性。热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0-630.74C以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt = R0(1+At+Bt2)R0系温度为0C时的铂热电阻的电阻值。本实验R0=100C，A=3.9080210-3 C-1B=-5.08019510-7 C-2,铂电阻现是三线连接，其中一端接两根引线主要是为了消除引线电阻对测量的影响。三需用器件与单元CGQ-04温度源、CGQ-009温度传感器实验模块、K/E型热电偶、Pt100热电阻、直流源、电压表。四实验步骤1同实验二十三、步操作。图9-2 Pt100热电阻测温特性实验2加15V电源，调节Rw2在某一位置，将Vi1和Vi2短接并接地，调节Rw3使Vo2输出电压为零。3将Pt100铂电阻三根引线引入“Rt”输入的c、d上：用万用表欧姆档测出Pt100三根引线中短接的两根线接d端。这样Rt与R2、R3、R4、Rw1组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。4在端点c与地之间加直流源+2V，合上主控箱电源开关，调Rw1使电桥平衡，即桥路输出端d和中心活动点之间在室温下输出为零。5将d点接到Vi1，RW1中心点接到Vi2，见图9-2。6设定温度值40C，将Pt100探头插入温度源的一个插孔中，开启电源，待温度控制在40C时记录下电压表读数值，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。将结果填入表9-2。表9-2t（C）V（mv）7根据表9-2值计算其非线性误差。五思考题如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？附：分度表温度(C) 测量元件 -50050100150200300400500600800120014001600热电偶E(mv)03.047 6.3179.78713.41921.03328.94336.99945.08561.066K(mv)02.022 4.0956.1378.13712.0273.2614.2345.2377.34511.94714.36816.771热电阻Cu50()39.245060.771.482.13Pt100()80.3100119.4138.5157.31175.84212.02247.04280.90313.59375.57实验二十三 集成温度传感器的测温特性实验一实验目的了解集成温度传感器AD590的特性与应用。二基本原理集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于50150之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（4V30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R1见图 93）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。三需用器件与单元CGQ-04温度源、CGQ-009温度传感器实验模块、K/E型热电偶、AD590、直流源、电压表。四实验步骤1同实验二十三、步操作。图9-3 AD590测温特性实验2加15V电源，将CGQ-009温度传感器实验模块上的Vi1和Vi2短接并接地，RW2旋至中间位置，调节RW3，使Vo2输出等于零。3将AD590加热端插入温度源另一插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图9-3，尾部黑色线插入b端，在a端加+4V电源并将b端接到Vi1，将Vi2接地。4设定温度值40C，开启电源，待温度控制在40C时记录下电压表读数值，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。将结果填入表9-2。表9-2t（C）V（mv）5根据表9-3值计算其非线性误差。实验二十四 气体流量的测定实验*一实验目的读数位置 了解最基本的气体流量测定方法。二基本原理本实验采用的转子流量计的主要测量元件为一根小端向下、大端向上垂起安装的透明锥形管和一个在锥形管中能自由移动的转子。当具有一定流动速度（动能）的流束由小端向大端通过锥形时，转子由于流束向上的动能作用而浮起。这时，由锥形管内壁和转子最大外径处构成的环隙面积也相应增加，从而使流束的流速（动能）亦随之下降，直到流束由于流动产生的向上作用力和转子在流束中的重量产生的向下作用力相等时，转子就稳定在一定的位置高度上，所以，转子的位置高度和流束的流动速度（即流量）间具有一定关系，因此，转子的位置高度可作为流量量度。转子直径最大处的锐边是读数