传感器工程实践材料(学生用).doc

目 录预备实验一 温控源及温控仪表的操作 (1)预备实验二 特性实验软件SET2003的特点及操作 (2)预备实验三 整形电路及施密特触发器性能实验 (7)实验一 热电偶温度特性实验 (8)实验二 集成温度传感器温度特性实验（设计性）(9)实验三 热敏电阻温度特性实验（设计性）(10)实验四 霍尔传感器位移特性实验(10)实验五 霍尔式转速传感器测速实验(12)实验六 压阻式压力传感器特性实验（13）实验七 应变片电子称实验（设计性）(14)实验八 电涡流传感器位移特性实验（设计性）(16)实验九 差动变压器传感器位移特性实验（17）实验十 光电器件光电脉冲调制实验(19)实验十一 光电器件光音频调制实验（20）实验十二 光敏电阻亮度特性实验（20）实验十三 光敏二极管亮度特性实验（21）实验十四 光敏三极管亮度特性实验（22）实验十五 气敏传感器气体浓度测量实验(23)实验十六 湿度传感器湿度测量实验(24)实验十七 电容传感器位移特性实验(25)实验十八 光纤传感器测量转速实验（27）实验十九 光纤传感器的位移特性实验（设计性）(28)实验二十 压电传感器振动特性实验(29)预备实验一 温控源及温控仪表的操作（一）注意事项：1）温控仪表用于测量和显示温度的标准传感器是唯一的，不能通用，这里配的是Pt100铂热电阻。温度设定范围：室温-200，建议小于150。2）温度设定值可在0.0-200.0之间选择，一般实验时设定间隔：5-20。3）在输入信号大于量程上限时，仪表显示-；在输入信号小于量程下限时，仪表显示- 。4）该仪表控制方式为位式控制或PID控制可选，一般采用PID控制。5）若控温失常请检查仪表参数是否被误修改，传感器是否失效，按键是否不起作用。6）实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。（二）准备： 在实验中若用本仪表控温时需要做如下准备工作：取出Pt100热电阻探头插入温度源加热器左边插孔内，引线插入“标准”插座, 温控源的“加热方式”、“冷却方式”开关置“仪表控制位”，打开温度源电源开关。 （三）操作：本温控仪表操作面板图如下图所示。温控仪表在通电5秒内PV窗和SV窗首先分别显示输出和输入代码，然后分别显示温度量程上限和下限值，随后即进入工作状态PV窗和SV窗分别显示当前的环境温度值和设定值。此时若想改变设定值，可按SET键0.5秒，SV显示窗闪烁，按“”（向左）键改变设定值闪烁的位，按“”（向下）键使闪烁的数字减小，按“”（向上）键使闪烁的数字增大，再按SET键0.5秒确认。图1温控仪表操作面板图（四）温控源的温度控制方法：温控源共有三种温度控制方法，分别如下：1 加热方式和冷却方式开关打到仪表控制位，则温度由数显表控制；2 加热方式和冷却方式开关打到外设控制位，并且S1、S2、S3开关全部按下时，温控源的温度值受计算机控制。这种情况主要是用于利用温度传感器来构成温度测控系统时使用，达到温控源温度闭环控制的目的。此时计算机测控系统传感器输入接Pt100标准热电阻，测控输出接冷却电机和加热器。3 加热方式和冷却方式开关打到外设控制位，并且S1、S2、S3开关全部抬起时，温控源的温度完全受人为控制。此时“标准传感器”口可接电压表，温控仪上显示的温度和电压表的示值是对应的，如1V对应40，5 V对应200；“控制信号输入”口接“模拟信号变换器”电压输出口，若接“I/V”输出时，电流输入口应短接。整个调节过程中，“加热指示”显示加热器是否工作，冷却端短接冷却电机工作，冷却指示灯亮。这种方法主要用于检查温控源的工作是否正常。预备实验二 特性实验软件Set2003的特点及操作（一）应用软件特点： 基于WINDOWS平台开发,GUI图形接口界面； 多种实验模式可选； 采样速度从500100000次/秒可选； 通信端口可选； 实时曲线动态显示，图形框X坐标可根据最大量程和测量点数自动调整,Y坐标人为可调； 实验数据、曲线的保存及调用； 具有最大非线性误差分析、最大迟滞误差分析、动态曲线频率分析的功能；内置实验数据库，用于保存及管理学生实验历史记录。（二）软件的运行环境和功能： 软件运行环境为WINDOWS 9X、WINDOWS2000及WINDOWS Xp。该应用软件用Visual Basic 6.0语言开发，在软件中还调用了WINDOWS提供的一些系统功能。 软件提供如下主要功能： 实验管理功能：软件为用户提供了友好、灵活的操作界面，实验内容可以根据需要由用户进行选择，实验参数可自行设置。对于用户而言，登录后，每做完一次成功的实验，先将数据保存到数据文件，然后可以打印输出实验报告，并且能在实验数据库中生成一条实验记录。 实验数据存取功能：在数据文件菜单中实现数据文件的打开、保存、打印、另存为操作。数据保存的默认文件为当前可执行程序的目录下的LSJ.dat中，当然也可以用另存为方式保存到其它地方。数据文件的格式是特定的，当文件被打开后，程序会自动识别文件中的文件标识符、实验类型、实验名称、测量次数、被测量纲及所有的实验数据，并自动画出实验曲线。 图形功能：软件提供了较为丰富的图形功能，实验过程中能显示静态单向、双向、定时实验曲线和动态实验曲线。 显示功能：在显示子菜单中，用户可以根据实验需要和自己的习惯，设置显示内容，包括状态栏、工具按钮栏、移动栏等。（三）实验软件使用说明： 1、工作窗口说明： 运行程序后，进入主界面，这是工作窗口，一般操作都在该窗口下面进行。窗口最上面是标题栏，显示软件的图标和“赛特SYS_2003A”, 标题栏的右面是最小化、最大化和关闭按钮，通过它们可进行最小化、最大化和关闭操作。标题栏的下面是菜单栏，本软件共有6个子菜单，分别是数据文件、实验、分析、显示、帮助和退出。菜单栏下面是窗口的主要部分，由下面几部分组成：1）实验数据表格：用于静态或动态实验数据的显示，可以自动刷新。2）实验数据框：显示实验点数、测量值、增量及最大值及当前时间和日期。3）图形框：用于显示实时曲线，X轴坐标自动调整（也可以用“X轴”按钮手动调整：选择图形框下面的该项，在曲线图区域内单击鼠标左键或右键伸缩X轴），Y轴坐标表示测量值（mv），越限可以人为手动调整。4）单选按钮：一排共7个，位于图形框的下方。其中正向、归零、反向按钮为一组，用来选择实时曲线的方向；清除和显示按钮为一组，用来清除和复现曲线；X轴按钮用来伸缩X轴坐标；点击分析按钮，再选择分析子菜单功能，即可进行分析操作。5）下拉式组合框：共6个，分别是实验模式、采样速度、（Y轴）量程选择、（X轴）每格数值（表示每次采样X轴的数值增量）、被测量纲及测量通道。6）操作提示框：用于实验过程中的操作提示。如当前未选择实验时，它会提示“请选择实验”。7) 操作按钮：共3个，分别是测量、复位和示波器。8) 状态栏：位于窗口的最下面，显示实验相关内容，如：用户编号、实验名称、实验数据和记录是否保存、日期和时间。它可以在显示子菜单中打开或隐藏。9) 工具栏：显示的是常用工具按钮的图标，包括：保存、实验、计算器、放大、示波器、打印、帮助、退出。工具栏可以在显示子菜单中打开或隐藏。 2、实验操作步骤：1) 首先进入主窗口，打开实验子菜单，选择“实验设置”选顶。当出现实验设置窗口后，在用户编号文本框中输入编号（阿拉伯数字），用户可按照院系、届、班、学号自行编码输入。然后用同样方法输入姓名。接下来在实验名称编号框中输入实验编号（阿拉伯数字），在实验名称框中输入实验名称（字符型）。若为规范实验，可以在选择实验列表框中选择，单击或拖动滚动条，再单击列表框内的实验名称，选择将要做的实验名称。这时候，计算机自动在实验编号文本框和实验名称文本框内填入选中的实验，并在实验模式、采样速度、每格数值、被测量纲四个文本框中显示该实验的参考值。单击确认（或取消）命令按钮，然后返回主窗口。2) 在主窗口下，打开实验模式组合框，选择实验模式。实验模式有4种可选，分别是单向单步、双向单步、定时单步和动态单帧。3) 打开采样速度组合框，选择采样速度。采样速率8档可选，分别是100000次/秒、50000次/秒、25000次/秒、10000次/秒、5000次/秒、2500次/秒、1000次/秒、500次/秒。4) 打开（Y轴）量程选择组合框，选择量程。Y轴量程6档可选，分别是10V、5V、2V、1V、500m V和100mV。5) 打开（X轴）每格数值组合框，每格数值从0.010.0可选择。每格数值的含义为：每一次测量（X轴上一点、或一步）对应于所做实验中传感器输入物理量的大小；如测温传感器每次测量温度的增量为1.5,则每格数值项选择1.5。6) 被测量纲组合框中的选项对应于实验中传感器测量的物理量量纲，即传感器的测量值量纲（如位移传感器的位移CM），打开该框可以选择相应量纲。共15项可选，还可自定义。7) 打开测量通道组合框，根据输入选择通道。特性软件的计算机通讯口共设置了两个通道，根据输入量连线的位置，对应选择测量通道为“A通道”和“B通道”。8) 参数设置完成后，单击“测量”操作按钮，进入联机实验过程。9) 实验完成后，打开数据文件子菜单，选择文件保存，将实验数据保存在当前工作目录下LSJ.DAT文件中。或者用另存为的方法将数据文件存放到其它磁盘。一般LSJ.DAT数据文件每次保存时都将上一次的内容覆盖，只能作为临时文件，故建议用户用另存为的方法将数据文件存放到其它磁盘。10) 打开“实验”子菜单，选择“实验保存”，对实验记录进行保存。11) 打开“实验”子菜单，选择“实验浏览”，在实验数据库中核对本次实验记录。若局域网的打印服务器已开通，或者客户机的打印机已连接，可打开数据文件子菜单，选择打印，这时出现实验报告打印浏览窗口，用户在空白处单击鼠标右键，再选择打印，即可打印实验报告；若选择退出，则退出当前打印预览界面。12) 单击复位命令按钮准备进行下一个实验，或者单击窗口右上角的关闭按钮，退出应用软件后返回WINDOWS。 3、实验记录管理：1) 实验记录数据库为ACCESS数据库，文件名为LB.mdb，放在当前工作目录下（如一般保存的位置为C：Program FilesSet 2003Lb.mdb）。共有两张表，其中实验记录表由下列内容组成： 用户编号：10位文本类型； 用户名称：10位文本类型； 实验日期：8位日期类型； 实验编号：数字整型； 实验名称：10位文本类型； 实验模式：数字整型； 采样速度：数字整型； 测量次数：数字整型； 每格数值：数字整型； 被测量纲：10位文本类型； 数据文件位置：40位文本类型（存放数据文件的路径）；2) 进入实验浏览，出现卡片式界面，每一张卡片内显示一张表，代表实验记录的一种排序方式，共有5种方式，分别是按顺序、按实验编号、按实验名称、按实验日期和按用户编号。3) 学生每做完一次实验，先将数据保存到数据文件，然后打印输出实验报告，并且在实验数据库中生成一条实验记录。学生可以在实验数据库中查看实验记录。 4、实验模式：实验模式分为4种，分别是单向单步、双向单步、定时单步和动态单帧。用户根据具体实验内容来选择实验模式。通常，动态单帧采样方式采集随时间变化的实时曲线，单向单步输入适用于自变量单向变化的实验，双向单步适用于自变量正反向可变的实验，定时单步则适合等时间间隔采样。1）动态单帧：首先要完成动态实验连接准备工作，接下来单击测量命令按钮，计算机便以预先设定的采样速度连续采集250点数据，然后一次性绘出采样曲线波形。图形框中X轴坐标单向，表示时间，共250点，每一格表示一个时间单位。Y轴坐标双向，表示实验仪输出的电压信号。Y轴坐标电压上下限可以打开（Y轴）量程选择组合框改变，其正向的最大值为10V，负向的最大值为-10V。其正向的最小值为100mv，负向的最小值为-100mv。工作时每单击测量命令按钮，便显示一条曲线。2）单向单步：用户首先要完成单步实验连接准备工作，然后单击测量命令按钮，该按钮的文字由原先的“测量”改为“下一步”。每单击该按钮一次，计算机采样250个数据求出平均值，这时数据表格内同步显示测量平均值，图形框内显示曲线，数据框内显示实验点数、测量值、增量及最大值。联机实验中，每改变一次传感器的输入，单击“下一步”命令按钮一次，重复实验步骤直到实验过程结束。实验结束后，图形框内显示一条传感器的特性曲线。在图形框中，X轴坐标单向，实验开始为100点，每一点表示一个X单位值，其量纲也由用户设定。Y轴坐标双向，表示实验仪输出的电压信号均值。Y轴坐标电压上下限可以打开（Y轴）量程选择组合框改变。3）双向单步：基本和单向方式相同，与单向有所区别的是坐标原点位于图形框中央，X轴有正有负。通过用户选择正向或反向按钮测量，计算机可以判断测量值的X方向。当选定双向单步采样时，X方向初始默认为正向。正向采样时，图形框右侧显示出一个正向动态箭头，X为正向递增。当单击按下归零按钮后，X回归坐标原点。当单击反向按钮时，图形框左侧显示出一个反向动态箭头，X为反向递增。在双向单步实验过程中，当X正向变化，实验仪正电压，则实验曲线画在坐标系的第1象限，实验仪输出负电压，则实验曲线画在坐标系的第4象限。而当X反向变化，实验仪输出正电压，则实验曲线画在坐标系的第2象限，实验仪输出负电压，则实验曲线画在坐标系的第3象限。实验操作时，用户一般先做正向输入变化的实验，每做完一步，便单击测量命令按钮，系统便自动绘出连结各采样点的实验曲线，并在数据框中同步显示测量值、增量及最大值。当正向输入变化实验结束，用户单击归零命令按钮，则X回归坐标原点，然后进行逆向操作。若用户做的是回差实验，则采样点不应归零。4）定时采样：进入该模式，屏幕显示的工作画面与单向单步输入基本相同。与单向输入有所区别的是，操作时用户不需要单击命令按钮，由系统定时采集数据。当然，用户完全可以用暂停和继续命令按钮控制实验进程。5、分析： 1）单击分析单选按钮，选择分析子菜单中选项，包括：最大非线性误差、最大迟滞误差、动态曲线频率，进入分析状态。 2）非线性误差分析：软件能对图形框中的部分曲线分段进行非线性误差分析。用户单击分析按钮进入分析状态后，应先在图形框中曲线上单击左键选择分析线段的起点，然后单击右键选择分析线段的终点，软件自动在起点和终点之间用直线段连接，求出最大非线性误差，显示在提示框内。由于软件能进行线性分段及重复分析，对于那些需要分段进行非线性误差补偿的设计场合，该软件提供了极大的方便。 3）最大迟滞误差分析：操作同上，软件能自动在选择的起点和终点之间求出最大迟滞误差并显示在提示框内。应在双向单步操作模式下进行。 4）动态曲线频率分析：用户选中一个完整的周期波形（一般取峰峰点），单击左键选择波形起点，单击右键选择波形终点，软件自动计算并显示动态曲线的频率。 6、虚拟示波器： 单击主窗口的示波器命令按钮，出现虚拟示波器窗口，由下面几部分组成： 1) 图形框：用于显示波形； 2) 滚动条：共两组，位于图形框右方，用于分别调整A、B通道的波形位置； 3) 指示灯：运行时用于显示通信状态； 4 )下拉式组合框：共8个，分别是通讯端口、X轴（每格）值（与系统采样速度对应）、X轴扩展、Y轴（每格）值、触发方式、触发电平、通道选择及光点大小。 5 ) 命令按钮：共3个，分别是运行、停止和关闭。7、工具按钮栏： 为方便用户，软件提供了工具按钮栏，有如下工具按钮： 1) 数据文件保存按钮； 2) 实验按钮：单击显示实验设置对话框； 3) 计算器按钮； 4 )放大按钮； 5 )虚拟示波器按钮：单击显示示波器界面； 6) 打印按钮：单击显示实验报告预览界面；在空白处单击鼠标右键可选择打印或退出。7) 帮助按钮；8）退出按钮； 8、退出应用软件： 方法一：选择数据文件菜单中的退出子菜单； 方法二：单击主窗口右上方的关闭按钮； 方法三：单击工具栏的退出按钮。预备实验三 整形电路及施密特触发器性能实验一、实验目的：整形电路及施密特触发器在传感器振动频率测量电路里很常见，往往将不规则的传感器动态测量信号，变成有规则的方波，以便仪表和计算机采集。通过实验了解该电路的作用，可以为相关的实验打好基础。二、基本原理：振动源可以输出1-30HZ频率和幅值连续可调的低频信号，把这个输出信号看成是一个不规则的传感器动态测量信号送入比较器，当信号电平高于比较器阀值时比较器输出高电平，当信号电平低于比较器阀值时比较器输出复位，所以比较器的功能是：可以把一个不规则的信号变成只有高低电平的方波。这个方波信号通过施密特触发器整形，输出成为具有良好上、下降沿的标准方波，就可以被后继电路设备识别和显示。三、需用器件与单元：整形电路、振动源、特性软件SET2003中的虚拟示波器四、注意事项：1） 振动源低频信号输出频率约1HZ30HZ，幅度约20Vp-p。2） 振动梁的固有谐振频率约8HZ10HZ，实验时应避开该频率段。3） 调节振动源的幅度调节旋钮振动梁会产生振动，不要使振动梁的振动幅度太大。4） 实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。五、实验步骤：1） 将振动源的“频率输出fo”用软线接入整形电路输入端，打开整形电路电源。2） 将整形电路的输入和输出分别用软线接到计算机通讯口的CH1和CH2上；计算机通讯线接特性口，打开计算机通讯口电源。3） 启动计算机，在桌面上双击SET2003图标进入特性软件操作界面；在界面上右下角单击示波器按钮，进入示波器界面；在界面中的通道选择下拉框中选择双通道，按下界面上的运行按钮，观察示波器中整形电路输入端、输出端信号波形。4） 调节低频信号的幅度旋钮置中间偏左位，从低到高调节低频信号频率旋钮，对两路信号的幅度及频率作比较。5） 将振动源的频率调节旋钮置中间位置，调节振动源的幅度旋钮，观察示波器上两路信号波形的变化有什么特点。6） 将计算机通讯口的CH1和CH2分别用软线连到比较器的输入和输出端，同第3步操作，在示波器界面上观察这两个信号波形的关系。六、 习题：1） 画出比较器输入输出端信号的波型，分析它们之间的关系。2） 画出整形电路输入输出端的波型，分析它们之间的关系。3） 当保持振动源的幅度一定而频率变化时整形电路的输入输出信号波形的变化有什么特点？4） 当保持振动源的频率一定而幅度变化时，整形电路的输入输出信号波形的变化有什么特点？为什么？实验一 热电偶温度特性实验一、实验目的：了解热电偶输出电压和温度之间关系的特性。二、基本原理：热电偶是利用热电效应的原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0、25的模拟温度场。三、需用器件与单元：通用放大器（）、E型热电偶、温度源、Pt100热电阻及温度控制仪表、数显电压表。四、注意事项：1数显电压表分辨率为：1/1999，即：0.5/1000，并存在“1”个字的量化误差在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。2通用放大器()调零时数显电压表需从20V档逐步减小。3实验中其他单元的电源应关闭，否则有干扰。4温度源具有升温快、降温慢的特点，所以在取初始设定值时，应比PV值略高。5插传感器接头时注意对正小方形口。五、实验步骤：1 将通用放大器（）单元的输出V0用软线连到数显电压表上。将S6开关抬起，使电路输出处于用户测量状态，打开通用放大器()单元电源。温控源电源应先关闭。2 传感器实践台的温度插座“标准”接Pt100热电阻，热电偶插座接E型热电偶。插入时3 通用放大器 ()的S4开关置热电偶档。先不要把热电偶传感器的探头插入温度源的插口（即先不加温），抬起S14开关（此时电路输出为第一级放大器输出），将Rw1（放大器第一级增益）， Rw3（放大器第二级增益）顺时调至最大，调Rw2（放大器第一级调零）使第一级仪表专用放大器输出Vo3为零。压下S14开关（此时电路输出为第二级放大器输出），调Rw4（放大器第二级调零）使Vo4（Vo）为零。4 打开温控源电源开关，加热和冷却方式置仪表控制位。按“预备实验一”设定好初始温度值，建议设定值为室温略高，如25。5 将热电偶探头插到温度源加热器右边插孔中给传感器加温，开始热电偶特性实验。整个实验过程Rw1、Rw2、Rw4不要动。温度控制仪表在温度控制过程中，可见加热或冷却指示灯闪烁，待温控仪指示的温度稳定在设定值附近变化后，记录下电压表读数值。6 重新设定温度值为25+nt，建议t=5，n=110，每隔1n读出数显电压表指示值与温控仪指示的温度PV值，并填入表1。表1：（注意实验要记录温控数显表的PV值和电压表值）T（）V（mV）六、习题：1 根据表1计算非线性误差，灵敏度S。2 画出热电偶的温度电压值特性曲线。实验二 集成温度传感器温度特性实验一、实验目的：了解集成温度传感器输出电压和温度之间关系的特性。二、基本原理： 集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的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信号，一般用于-5+150之间的温度测量。温敏晶体管是利用集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压（Ube）与温度成线性关系这一原理。集成温度传感器有电压型和电流型两种，电压型集成温度传感器在一定温度下，它相当于一个恒压源，因此它不易受外接电阻的影响，具有良好的线性特性。本实验采用的是Lm35电压型集成温度传感器。它只需要单电源（+4V-+30V）供电，即可实现温度到电压的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻即可调节输出电压的大小。三、需用器件与单元：通用放大器（）、温度源、Pt100热电阻及温度控制仪表、集成温度传感器、数显电压表。四、注意事项：1）数显电压表分辨率为：1/1999，即：0.5/1000，并存在“1”个字的量化误差在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。2）通用放大器（)调零时数显电压表需从20V档逐步减小。3）实验中其他单元的电源应关闭，否则有干扰。4）温度源具有升温快、降温慢的特点，所以在取初始设定值时，应比PV值略高。5）插传感器接头时注意对正小方形口。五、实验步骤： 参照热电偶的温度特性实验设计本实验的过程，测量8至10组实验数据，自拟实验步骤和实验记录表，完成实验报告。六、习题：1根据实验记录画出传感器的电压温度特性曲线。2计算传感器的非线性误差，灵敏度S。实验三热敏电阻温度特性实验 一、实验目的：了解热敏电阻传感器输出电压和温度之间关系的特性。 二、基本原理：热敏电阻用于测温是利用了半导体电阻率随温度变化这一特性，对于热敏电阻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。热敏电阻采用二线或三线连接法，其中一端接二根引线(三线连接法)，主要为了消除引线电阻对测量的影响。三、需用器件与单元：通用放大器（）、温度源、Pt100热电阻及温度控制仪表、热敏电阻。四、注意事项：1）数显电压表分辨率为：1/1999，即：0.5/1000，并存在“1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。2）通用放大器()调零时数显电压表需从20V档逐步逐步减小。3）实验中其他单元的电源应关闭，否则有干扰。4）温度源具有升温快、降温慢的特点，所以在取初始设定值时，应比PV值略高。5）插传感器接头时注意对正小方形口。五、实验步骤： 参照热电偶的温度特性实验设计本实验的过程，测量8至10组实验数据，自拟实验步骤和实验记录表，完成实验报告。六、习题：1根据实验记录画出传感器的电压温度特性曲线。2计算非线性误差，灵敏度S。实验四 霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式位移传感器输出电压和被测位移之间关系的特性与应用。二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U=KIB，保持K、I不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势U也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。三、需用器件与单元：直线位移执行器、线性霍尔位移传感器、通用放大器（）、磁钢、测微头、数显电压表。四、注意事项：1) 霍尔式位移传感器是磁敏器件，受磁场的影响较大，每只传感器都有特定的位移特性且可能是唯一的。2) 通用放大器()调零时，数显电压表需从20V档逐步减小。3) 测微头的读数和实际位移之间的关系为：实际位移=20mm-测微头读数。记录实验结果时填实际位移值。4) 测微头要正确读数，避免机械间隙误差。测微头分辨力为0.01mm。5) 实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。6）插传感器接头和计算机通讯线时注意对正小方形口。7）记录实验数据时应反复测量几次取平均值作为结果，以得到更为准确的实验数据。五、实验步骤：（一）采用电压表读数：1) 在直线位移执行器圆盘右边靠外边的支架安装上测微头。测微头刻度旋在20mm处，并轻轻顶住直线位移执行器圆盘（使执行器为零位移），拧紧测量架顶部的固定镙钉。2) 在直线位移执行器圆盘上的小圆片上吸附一圆形磁钢，红点向外。3) 将霍尔传感器安装在直线位移执行器右边靠里边的支架上，霍尔传感器引线插入实践台面上的 “霍尔”插座中,探头对准并顶住小圆片上的圆形磁钢，拧紧测量架顶部的固定镙钉。4) 抬起通用放大器()S7开关，S5开关置霍尔位移传感器位，通用放大器()的输出接数显电压表，打开通用放大器()电源。5) 通用放大器()调零：Rw1、Rw3顺时调至最大，抬起S15开关调节Rw2使第一级仪表专用放大器输出Vo3为零。压下S15开关接入第二级反相放大器, 调Rw4使Vo4（Vo）为零。6) 用手向左推直线位移执行器圆盘，直到圆盘不能移动，此时调节Rw3至电压表示值Vo4（Vo）约5V，整个过程Rw1、Rw2、Rw4不要动。调节完成后，松开直线位移执行器圆盘，使它复位。注意：此过程中要始终使传感器探头对准磁钢。7) 向里旋转测微头，每转动0.5mm（测微头旋转一圈）记下数字电压表读数，直到数字电压表读数不变，并填入表2中。表2：X（cm）V（v） （二）用特性实验软件SET2003操作：1. 实验步骤同前（一）中1）至6）。2. 通用放大器()的输出用软线接到计算机通迅口CH1或CH2，计算机通信线接到特性插口，打开计算机通讯口电源。3. 启动计算机，在桌面上双击SET2003图标进入特性软件操作界面。进行实验设置（实验模式选择单向单步；每格数值选择0.5；被测量纲选择mm）。其中对应信号接到计算机通迅口CH1或CH2，选择测量通道为A或B。4. 向里旋转测微头，每转动0.5mm按一次操作界面上的测量按钮，界面上曲线框中各个测量点被自动连成一条平滑的曲线，界面上同时显示当前的测量电压值。操作者可以把实际位移和界面上显示的电压值记录在表2中。六、习题：1根据表4作出V-X之间关系的特性曲线。2计算特性曲线的（1）线性起点X0；(2) 线性范围；(3)灵敏度S和非线性误差。 实验五 霍尔式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0-5V连续可调的电压信号控制转速电机运动，用霍尔式转速传感器检测转速并把转速信号转变成脉冲信号输出给转速表，显示电机的实际转速。实践台的转速电机圆盘上装了12只磁钢，在这些磁钢的上方安装了一支霍尔转速传感器。根据霍尔效应表达式：U=KIB, 若K、I不变时，圆盘每转一周经过霍尔传感器探头表面的磁场B从无到有就变化12次，霍尔电势也从无到有变化12次，相当于此传感器有12个脉冲信号输出。霍尔电势通过放大、整形和计数电路输出成为和电机转速成正比的脉冲量，就可以测量被测电机的转速。三、需用器件与单元：霍尔转速传感器及信号转换电路、转速电机、模拟信号变换器、频率/转速表四、注意事项：1）转速电机采用普通直流轴流风机，在电压恒定时转速不一定稳定，所以本实验只能是定性实验。2）转速电机启动电压为2.5V左右，它的最高转速应控制在2400转/分左右。3）频率/转速表分辨率5转/分，它的转速档内部已设置为每12个脉冲为一转，不能改变。4）实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。五、实验步骤：1、如下图为霍尔转速传感器安装示意图。将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘表面的磁钢，并距磁钢约23mm，引线插入转速传感器插座。2、霍尔转速传感器输出（实践台面上的信号输出fo）端用软线接到转速/频率表，转速/频率表置转速档。3、将模拟信号变换器V/V单元的输出用软线分别接到转速电机前“外控输入”端和数显电压表，抬起S16开关，打开模拟信号变换器电源。图 霍尔转速传感器安装示意图4、调节模拟信号变换器V/V单元电位器，使电压表示值从1V开始逐步增加，使每次电压表的示值增加为0.5V，待电机转速基本稳定后记录该点的电压表示值和转速表示值（若示值不稳定时可计算此时的平均值后记录），并将数据记录在表3中。表3：转速电机输入控制电压和传感器输出的转速信号之间关系表f（转/分）V（v）六、习题：1、分析霍尔传感器为什么能够测量转速。2、根据实验记录画出转速电机输入控制电压和传感器输出的转速信号之间关系的曲线，分析转速电机恒压控制的特点。实验六 压阻式压力传感器特性实验一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器输出电压和压力之间关系的特性。二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器的工作原理是在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条并接成电桥，在压力作用下，基片产生应力，根据半导体的压阻效应，电阻条的电阻率会产生很大变化而引起电阻值的变化，把这一变化量引入测量电路，则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(在主控箱内，包括空压机、数显压力表、流量计等)、压阻式压力传感器、通用放大器（）、气源连接导管、数显电压表。四、注意事项：1） 压阻式压力传感器采用差压式，有两只气咀一只为高压咀（H），另一只为低压咀（L）。使用时高压咀（H）接压力输入，低压咀（L）接大气，最大压力输入为30Kpa。流量计上的调节旋钮一般不要动，否则会影响压力输出。2）电压表分辨率为1/1999，即0.5/1000，并存在“1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。3）通用放大器()调零时数显电压表需从20V档逐步减小。4）因压力源有时输出压力不稳定，所以用SET2003软件操作时，计算机自动画出的特性曲线不一定准确。5）插计算机通讯线时注意对正小方形口。6）实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。五、实验步骤：（一）采用电压表读数：1、通用放大器（）的S5开关置差压传感器档，S7开关抬起，输出电压V0用软线连至电压表，打开通用放大器（）电源。2、放大器调零：先不要给传感器加压（压力传感器的高压咀通大气），将通用放大器（）Rw1、Rw3顺时调至调最大，抬起S15开关，调Rw2使第一级仪表专用放大器输出Vo3为零；压下S15开关接入第二级反相放大器, 调Rw4使Vo4（Vo）为零。3、压力源功率“控制方式”开关置“手动”位，（空压机、流量计之间的气管在内部已接好），打开压力源电源开关。4、将硬气管一端插入压力源面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)，软导管一端与压力传感器高压咀（H）接通。5、调压力传感器的上限输出值：调压力源功率控制方式手动电位器至压力表显示30 kpa，此时调通用放大器（）RW3使电压表显示值为5V左右，整个过程电位器Rw1、Rw2、Rw4不要动。（若此时压力源输出压力不能稳定在30 kpa，可比30 kpa略高，调RW3使电压表示值在5V左右。）6、调小压力源功率控制方式手动电位器，至压力表显示5kpa，记下电压表读数，逐步调大压力，每隔5Kpa记录一次压力表和电压表示值，填入表4中。若压力源输出压力不能完全稳定在期望设定值，可使它稳定在一个接近值，同时在表4中记录该实际压力值。实验过程中可以观察到流量计的浮子悬在中间位置，说明压力源供气正常。表4：压力(kpa)51015202530电压（mv） （二）采用特性软件SET2003操作：1、操作步骤同（一）中1至5步。2、通用放大器（）的输出用软件连至计算机通讯口的CH1或CH2，计算机通信线接到特性插口，打开计算机通讯口电源。3、启动计算机，在桌面上双击SET2003图标进入特性软件操作界面。进行实验设置（实验模式选择单向单步；每格数值选择5；被测量纲选择压力kpa）。其中对应信号接到计算机通迅口CH1或CH2，选择测量通道为A或B。4、调节压力源功率控制方式手动电位器，至压力表显示5kpa，按一次操作界面上的测量按钮，并且每次调节电位器至压力表显示增加5kpa就按一次测量按钮，在界面上曲线框中各个测量点被自动连成一条平滑的曲线，界面上同时显示当前的测量电压值。操作者可以把实际压力和界面上显示的电压值记录在表4中。六、习题：1作出压力传感器VP关系的特性曲线。2根据特性曲线计算压力传感器的灵敏度S和非线性误差。实验七 应变片电子秤实验一、实验目的：通过该实验熟悉应变片及测量电路的原理；学习用应变片及其测量电路来构成称重电子秤的设计方法；学习称重系统的定标方法及放大器的调零方法。二、实验原理：我们平时所见到的电子秤有托盘和重量显示装置及核心数据处理电路，在传感器工程实践台上为本实验提供的可用装置有托盘、四孔悬臂梁（带四片应变片）、测量电桥、通用放大器、电压表，因为应变片信号经电桥、放大器后仍为模拟量，所以可以考虑用电压表的示值代替重量示值显示。电阻应变式传感器原理：该传感器是由电阻应变片和测量电路两部分组成。电阻应变片将被测试件上的应变变化转换成电阻变化，测量电路则将该电阻的变化转换成电压的变化，再通过显示单元就可以显示被测力的大小了。电阻应变片测力的基本原理是依靠电阻应变效应，即当应变片在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化的效应。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值。应变片的测量电路为电桥电路，按照电桥四臂中应变片的接入数量多少又可分为全桥测量电路、半桥测量电路和单臂电桥测量电路。本实验所用的应变片为金属箔式应变片，它是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来把被测部位的受力大小转换成电阻值变化，通过电桥完成电阻到电压的比例变化。电桥输出信号进一步通过通用放大器放大为实验可用的信号。如果电桥的四臂均接入应变片所构成的就是全桥测量电路，在全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，实践台所提供的应变片初始阻值是R1=R2=R3=R4，当其变化值R1=R2=R3=R4时，全桥电路输出电压U01=KE（E为电桥供电电压）。如应变式传感器安装示意图所示，四片应变片分别安装在四孔悬臂梁的上下两侧，当托盘内加砝码后，上面的两片受拉，下面的两片受压，把这四片应变片按受力状态对应接入电桥电路中，电路的输出就可反映出应变片所受外力的大小（砝码的重量）。三、 实验说明：1本实验核心部分是如何用应变片和测量电路构成称重用电子秤的设计，根据上述的实验原理分析可以看到，应变片和电桥构成的测量系统输出电压可以反映应变片所受外力的大小，学生在实验过程中将电桥的输出放大并合理的调整，通过电压表显示的电压值应该可以反映托盘中砝码的质量（与应变式传感器所受外力的大小成正比）。图 应变式传感器安装示意图2在进行本实验的时候要对应变传感器的输出进行合理的定标。如：我们可以认为托盘不加砝码的时候（零负载）为电子秤的称重下限，当托盘中加十个砝码的时候为电子秤的称重上限，在这两点上电子秤的显示（电压表的示值）应分别为电子秤的上下限值。若此两点的值不正确，可通过调整电桥平衡、通用放大器的零点和增益来实现，具体可参考有关实验的通用放大器调整方法。3本实验所用的应变式传感器的线性特性在实践台内部已经调整好，学生在定标时只要使上下限和期望的输出值对应即可。4在本实验中电压表作为电子秤的显示表头，它的输出量单位可以看成质量单位克（g），实际是电压的单位伏（V）或毫伏（mV）。5电子秤最大量程500g，砝码在拿取时一定要轻拿轻放，以免过大外力的冲击损坏传感器。实验结束后，要把砝码从托盘中取下，以免长期的外力作用影响应变片的性能。6实验中所提供的每个砝码质量约为20克，学生在用十个砝码对电子秤定标的时候可以把上下限定标在0克和200克。7实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。四、设计任务和实验内容：1利用实践台的仪器设备（四孔悬臂梁、托盘、电桥、放大器、电压表）设计一台电子秤。电桥最好采用全桥接法。2利用十个砝码（每个约20克）定标电子秤，即使电子秤在零负载和加满十个砝码时秤的表头的显示为秤的实际称重值。3逐一往托盘上加砝码，记录秤表头的示值；当加满十个砝码后再逐一的减砝码，记录秤表头的示值。4将实验记录和理想值比较，评价电子秤的精度，分析误差来源。5把电桥分别接成单臂电桥和半桥，只调节电桥平衡电位器使电子秤零负载时秤表头示值为零，同第3步操作，逐一的向托盘上加砝码，再减砝码记录秤表头的示值，并把记录结果和全桥接法时的结果比较，分析原因。6完成实验报告。实验八 电涡流传感器位移特性实验一、实验目的：了解电涡流传感器输出电压和被测位移之间关系的特性与应用。二、基本原理：通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行导体与线圈间的位移测量。三、需用器件与单元：电涡流传感器、直线位移执行器、被测导体、测微头、电涡流传感器测量系统、数显电压表四、注意事项：1）涡流效应的强弱和被测导体的材料有很大关系，这里被测导体的材料是45号钢。探头安装的时候要对准并轻轻顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片（45号钢）。2）受被测导体材料的影响，每只电涡流传感器都有特定的位移特性，位移特性唯一。3) 电压表分辨率为1/1999，即0.5/1000，并存在“1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。4）实验过程中数显电压表需从20V档逐步减小。5) 实验之前应关闭所有未用单元的电源，避免干扰。6）测微头的读数和实际位移之间的关系为：实际位移=20mm-测微头读数，记录实验结果时填实际位移值。7）测微头要正确读数，避免机械间隙误差，测微头分辨力为0.01mm。8）插传感器接头和计算机通讯线时注意对正小方形口。9）记录实验数据时应反复测量几次取平均值作为结果，以得到更为准确的实验数据。10）实验之前应调整位移执行器的全量程输出在5V左右，电涡流传感器测量系统面板上的Rw1应调至尽量大。五、实验步骤：实验过程可参照霍尔传感器位移特性实验，可采用电压表读数或特性软件实验两种方法，实验步骤、实验表格自拟，位移每增加0.5mm记录一次实验数据，待数据基本不变时停止记录。六、习题：1根据实验记录作出V-X之间关系的特性曲线。2计算特性曲线的（1）线性起点X0；(2) 线性范围；(3)灵敏度S和非线性误差。 实验九 差动变压器传感器位移特性实验一、实验目的：了解差动变压器输出电压和被测位移之间关系的特性与应用。二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排