检测技术实验内容_2

实验一实验一 箔式应变片性能箔式应变片性能 应变电桥应变电桥 一 实验目的一 实验目的 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式 了解金属箔式应变片的平衡电桥直流电桥的工作原理和工作情况 了解金属箔式应变片的实际应用 测力 比较各桥路间的输出关系 二 实验原理二 实验原理 本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况 应变片是最常用的测力传感元件 当用应变片测试时 应变片要牢固粘贴 在测试体表面 当测件受力发生形变 应变片的敏感柵随同变形 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 则有 R 2 R R 当四个 应变片组成两个差动对工作 则有 R 4 R R 由此可知 单臂 半桥 全桥电路的灵敏度依次增大 三 实验所需部件三 实验所需部件 直流稳压电源 档 电桥 差动放大器 箔式应变片 双孔悬臂梁 称重砝码 电压表 4V 4V 15V 15V 4 V 6 7 2 3 8 1 51K 51K 51K 10K 2K 680K6 8K 51K WD R2R R3 R1 4V 4V 图 1 1 四 实验步骤四 实验步骤 1 调零 开启仪器电源 差动放大器增益置为 倍 差动调零旋钮顺 时针旋到底 差动放大器 输入端对地短路 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 然后拔掉试验线 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 1 将实验部件用实验线连接成测试桥路 桥路中 R1 R2 R3 和 WD 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器 R 为应变片 直流激励电源 为 装上传感器称重托盘 3 确认接线无误后开启仪器电源 并且预热几分钟 调整电桥 WD 电位 器 使测试系统输出为零 4 为保证实验中输出指示不溢出 可先将 10 只 20 克的砝码全部放到托盘 上 如果指示溢出 适当减小差动放大器增益直至不溢出 5 在传感器托盘上依次放上砝码 每放上一个砝码 记录一个差动放大器 输出电压值 并将数据记录到表 1 1 6 依次将图 1 中电桥固定电阻 R1 换成箔式应变片 接成半桥测试系 统 7 重复步骤 3 4 测出半桥电压并列表 计算灵敏度 S V 为 W V S 电压变化率 W 为相应的重量变化率 将数据记录到表 1 2 8 在同一坐标上描出 V X 曲线 比较两种桥路的灵敏度 并作出定性结 论 砝码 个 12345678910 电压 V 表 1 1 砝码 个 12345678910 电压 V 表 1 2 五 注意事项五 注意事项 1 实验前应检查实验接插线是否完好 连接电路时应尽量使用较短的接插 线 以免引入干扰 2 接插线插入插孔时轻轻地做一个小角度的转动 以保证接触良好 拔出 时也轻轻转动一下拔出 切忌用力拉扯接插线尾部 以免造成线内导线断裂 3 稳压电源不要对地短路 4 应变片介入电桥时注意其受力方向 一定要接成差动形式 5 直流激励电压不能过大 以免造成应变片自热损坏 实验二实验二 差动螺管式电感传感器位移 振幅测量差动螺管式电感传感器位移 振幅测量 一 实验原理一 实验原理 位移测量原理 利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成 衔铁和线圈 的相对位置变化引起线圈电感值的变化 次级两个线圈必须呈差动状态连接 当衔铁移动时将使一个线圈电感增加 而另一线圈的电感减小 通过振幅测量 实验说明利用差动螺管式电感传感器可以进行较大动态范围的测试 二 实验所需部件二 实验所需部件 差动变压器 音频振荡器 电桥 差动放大器 移相器 相敏检波器 低 通滤波器 电压表 示波器 测微仪 三 实验步骤三 实验步骤 1 差动变压器两个次级线圈组成差动状态 按图 3 1 接线 音频振荡 器 LV 端作为恒流源供电 差动放大器增益适中 差动变压器的两个线圈和电桥 上的两个固定电阻 R 组成电桥的四臂 电桥的作用是将电感变化转换成电桥电 压输出 旋动测微仪使衔铁在线圈中的位置居中 此时 系统输出为零 oo LL 2 当衔铁上 下移动时 电桥失衡就有输出 大小与衔铁位移 oo LL 量成比例 相位则与衔铁移动方向有关 衔铁向上移动和向下移动时输出波形 相位相差约 180 由于电桥输出是一个调幅波 因此必须经过相敏检波器后 才能判断电压极性 以衔铁位置居中为起点 分别向上 向下各移动 5mm 记 录 V X 值 做出 V X 曲线 求出灵敏度 3 移开测微仪 微调衔铁在支架上的位置 调节电桥电路 使系统输出为 零 4 将低频振荡器输出接到 激振 上 给振动台加一交变力 使振动台 能上下振动 用示波器观察系统输出波形是否对称 如不对称则需对电桥 移 相器作些调整 5 保持低频振荡器输出幅值不变 改变激振频率 f 便可得到它的动态测 试结果 f 曲线如图 3 2 pp V L LV V L L0 0 L L0 0 R R2 2 R R3 3 WWD DWWA A 图 3 1 F0 F Vp p 图 3 2 四 注意事项四 注意事项 振动台振动时的幅度尽可能大 但以与周围各部件不发生碰擦为宜 以免 产生非正弦振动 实验三实验三 热电式传感器热电式传感器 热电偶热电偶 一 实验目的一 实验目的 观察了解热电偶的结构 熟悉热电偶的工作特性 学会查阅热电偶分度表 二 实验原理二 实验原理 热电偶的基本工作原理是热电效应 当其热端和冷端的温度不同时 即产 生热电动势 通过测量此电动势即可知道两端温差 如固定某一端温度 一般 固定冷端为室温或 0 C 则另一端的温度就可知 从而实现温度的测量 本 仪器中热电偶为铜 康铜热电偶 三 实验所需部件三 实验所需部件 热电偶 加热器 差动放大器 电压表 温度计 四 实验步骤四 实验步骤 1 差动放大器双端输入接入热电偶 打开电源 差动放大器增益放 100 倍 调节调零电位器 使差放输出为零 2 打开加热器 差动放大器输出如有微小变化 马上调节调零电位器再度 调零 3 随加热器温度上升 观察差动放大器的输出电压的变化 待加热器温度 不再上升时 记录电压表读数 4 本仪器上热电偶是一直 K 分度热电偶 热电偶冷端温度为室温 放大器 的增益为 100 倍 计算热电动势时均应考虑进去 用温度计读出热电偶参考端 所处的室温 0 t 0110 E t tE t tE t t 其中为实际电动势 为测量所得电动势 为温度 0 E t t 1 E t t 10 E t t 10 E t t 修正电动势 E 为热电偶电动势 t 为热电偶热端温度 为热电偶参考端温度 0 t 为 0 C 为热电偶参考端所处的温度 查阅 K 分度表 求出加热端温度 t 1 t 五 注意事项五 注意事项 因为仪器中差动放大器放大倍数约等于 100 倍 所以用差动放大器放大后 的热电动势并非十分精确 因此查表所得到的热端温度也为近似值 实验四实验四 光纤传感器位移测量 转速测量光纤传感器位移测量 转速测量 一 实验原理一 实验原理 1 位移测量原理 反射式光纤位移传感器的工作原理如图 7 1 所示 光纤采用 Y 型结构 两束多模光纤一端合并组成光纤探头 另一端分为两束 分别作为接收光纤和 光源光纤 光纤只起传输信号的作用 当光发射器发生的红外光 经光源光纤 照射至反射体 被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换 为电信号 其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离 通过对光强的检测 而得到位移量 2 转速测量原理 当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性的变化 光电变换器输出电量 也发生相应变化 经 V F 电路变换 成方波频率信号输出 二 实验所需部件二 实验所需部件 光纤 光电转换器 光电变换器 低频振荡器 示波器 电压表 频率表 支架 反射片 测微仪 测速电机及转盘 X X X X 图 7 1 反射式光纤位移传感器原理图 图 7 2 反射式光纤位移传感器输出特性曲线 三 实验步骤三 实验步骤 1 观察光纤结构 本仪器中光纤探头为半圆形结构 由数百根光导纤维组 成 一半为光源光纤 一半为接收光纤 2 将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下 装上光纤探头 探头对准 镀铬反射片 即电涡流片 3 振动台上装上测微仪 开启电源 光电变换器端接电压表 旋动测微 0 V 仪 带动振动平台 使光纤探头端面紧贴反射镜面 此时输出为最小 然后 0 V 旋动测微仪 使反射镜面离开探头 每隔 0 25mm 取一电压值填入表 7 1 0 V 作出 V X 曲线 X 00 250 50 7511 251 51 7522 252 52 7533 253 53 754 V 表 7 1 4 得出输出电压特性曲线如图 7 2 所示 分前坡和后坡 通常测量是 采用线性较好的前坡 5 将光纤探头转一角度置于测速电机上方 并调整探头高度使其距转盘 1mm 左右 光纤探头以对准转盘边缘内 3mm 为宜 6 光电转换器的端 光纤与光电 接 转速 端 示波器接 0 V 0 V 0 V 端 开启电机开关 调节转盘转速 观察端波形并用频率表 2KHz 档 0 F 0 F 读出频率 电机转速 端放波数 2 0 F 四 注意事项四 注意事项 1 光电变换器工作时最大输出电压 2V 左右为好 可通过调节增益电位 0 V 器控制 2 实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度 3 工作时光纤端面不宜长时间直照强光以免内部电路受损 4 注意背景光对实验的影响 光纤勿成锐角曲折 并保护光纤端面不受损 伤 5 每台仪器的光电传感器都是与仪器单独调配 请勿互换使用 光电传感 器与仪器编号配对 以保证仪器正常使用 6 光纤探头在支架上固定时应保持与转盘平行 切不可相擦 以免使光纤 端面受损 7 电机开关平时应倒向左侧 以保证稳压电源正常工作 8 实验时应避免强光直接照射转盘盘面 以免造成测试误差 实验五实验五 电涡流式传感器的静态标定电涡流式传感器的静态标定 一 实验目的一 实验目的 了解电涡流传感器的结构 原理 工作特性 二 实验原理二 实验原理 电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成 当线圈中通以高频交变电 流后 与其平行的金属片上产生电涡流 电涡流的大小影响线圈的阻抗 Z 而 涡流的大小与金属涡流片的电阻率 导磁率 厚度 温度以及与线圈的距离 X 有关 当平面线圈 被测体 涡流片 激励源已确定 并保持环境温度不变 阻抗 Z 只与 X 距离相关 将阻抗变化经涡流变换器变换成电压 V 输出 则输出 电压是距离 X 的单值函数 三 实验所需部件三 实验所需部件 电涡流线圈 金属涡流片 电涡流变换器 测微仪 示波器 电压表 四 实验步骤四 实验步骤 1 安装好电涡流线圈和金属涡流片 注意两者必须保持平行 安装好测微 头 将电涡流线圈接入涡流变换器的输入端 涡流变换器输出端接电压表 20V 档 2 开启仪器电源 用测微仪将电涡流线圈与涡流片分开一定距离 此时输 出端有一电压值输出 用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频 波形 信号频率约为 1MHz 3 用测微仪带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片 此时涡流变换 器输出电压为零 涡流变换器中的振荡电路停振 4 旋动测微仪使平面线圈离开金属涡流片 从电压表开始有读数起每位移 0 25mm 记录一个读数 并用示波器观察变换器的高频振荡波形 将 V X 数据 填入下表 作出 V X 曲线 指出线性范围 求出灵敏度 注意事项注意事项 当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时 接入示波器会影响线圈的 阻抗 使变换器的输出电压减小 或是使传感器在初始状态有一死区 工作电 压范围变小 实验六实验六 电容式传感器的特性电容式传感器的特性 一 实验目的一 实验目的 掌握电容式传感器的工作原理和测量方法 二 实验原理二 实验原理 电容式传感器有多种型式 本仪器中是差动变面积式 传感器由两组定片 和一组动片组成 当安装于振动台上的动片上下改变位置 与两组静片之间的 重叠面积发生变化 极间电容也发生相应变化 成为差动电容 如将上层定片 与动片形成的电容定为 下层定片与动片形成的电容定为 当将和 1X C 2X C 1X C 接入电桥作为相邻两臂时 桥路的输出电压与电容量的变化有关 即与振 2X C 动台的位移有关 三 实验所需部件三 实验所需部件 电容传感器 电容变换器 差动放大器 低通滤波器 低频振荡器 测微 仪 图 11 1 四 实验步骤四 实验步骤 1 按图 11 1 接线 电容变换器和差动放大器的增益适中 2 装上测微仪 带动振动台位移 使电容动片位于两静片中间 此时差动 放大器的输出应为零 3 以此为起点 向上和向下移动静片 每次 0 5mm 直至动片与一组静片 全部重合为止 记录数据 并作出 V X 曲线 求得灵敏度 X mm 0 V v 4 低频振荡器输出接 激振 I 端 移开测微头 适当调节频率和振幅 使差动放大器输出波形较大但不失真 用示波器观察波形 五 注意事项五 注意事项 1 电容动片和两定片之间的距离必须相等 必要时可稍作调整 位移和振 动时均不可有擦片现象 否则会造成输出信号突变 2 如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波 请将电容变换器 增益进一步减小 3 由于悬臂梁弹性恢复滞后 虽然测微仪回到开始刻度 但差放输出电压 并不回零 此时可反方向旋动测微仪 使输出电压过零后再回到初始位置 反 复几次差放电压即回零 然后进行负方向测试 实验七实验七 热敏式温度传感器测温实验热敏式温度传感器测温实验 一 实验原理一 实验原理 应用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高 可以应用于各领域的优点 热电偶一般测高温线性较好 热敏电阻则用于 200 C 一下温度比较方便 本实 验中所用的热敏电阻为负温度系数热敏电阻 温度变化时热敏电阻阻值的变化 导致运放组成的变换电路的输出电压发生相应变化 二 实验所需部件二 实验所需部件 热敏电阻 温度变换器 电压表 温度计 可用仪器中的 P N 结温度传感 器或热电偶作参考 三 实验步骤 1 观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻 将热敏电阻接入温度变换器端 t R 口 调节 增益 旋钮 使加热前电压输出端电压值尽可能大但不饱和 用 0 V 温度计测出环境温度并记录 0 T 2 将半导体点温计探头放入两片应变梁之间的电加热器上 打开加热器 观察点温计的温升和温度变换器端的输出电压的变化情况 每升温 1 C 记录 0 V 一下电压值 待电压稳定后记下最终温度 T 填入表 6 1 0 T C V 0 V 表 6 1 3 根据表 6 1 中的数据作出 V T 曲线 求出灵敏度 S S V T 负温度系数的热敏电阻温度特性可表示为 0 11 0e n B TT tt RR 0 11 0 e n B TT tt RR 式中 分别为温度 T 时的阻值 为电阻常数 它与材料激活能 t R 0t R 0 T n B 有关 一般情况下 2000K 6000K 在高温使用时值将增大 n B n B 仪仪器器说说明明 仪仪器器使使用用前前请请详详阅阅本本章章 KY CSY 系列 CSY 型 CSY10 型 CSY10A 型 CSY10B 型 传感器系统实验仪是 用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器 其特点是集被测体 各种传感器 信号 激励源 处理电路和显示仪表于一体 可以组成一个完整的测试系统 通过本书所提供的 几十种实验举例 能完成包含光 磁 电 温度 位移 振动 转速等内容的测试实验 通过这些实验 实验者能够对各种不同的传感器及测量电路系统有直观的感性认识 并可 在本仪器上举一反三开发出新的实验内容 KY CSY 系列传感器系统实验仪主要由实验工作台 处理电路 信号源及仪表显示 数 据采集及实验软件四部分组成 一 一 实验工作台部分 实验工作台部分 位于仪器的顶部 左边是一副双平行悬臂梁 上面装有应变式 热敏式 P N 结温度 式 热电式和压电加速度五种传感器 右边是由装于机箱内的另一副平行悬臂梁带动的圆 盘式工作台 圆盘周围 逆时针方向 安装有 电感式 差动变压器 MPX 扩散硅压阻 式 电容式 磁电式 霍尔式 电涡流式六种传感器 CSY 型含 9 种传感器 序号为 1 9 CSY10 型含 11 种传感器 序号为 1 11 CSY10A 型含 15 种传感器 序号为 1 15 CSY10B 型含 18 种传感器 序号为 1 18 金属箔式应变传感器 贴于双平行悬臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片 4 片 受力工作片分别用符号 和 表示 横向所贴的两片为温度补偿片 用符号 和 表示 应变系数 2 06 精度 2 KY CSY10B 型为双孔悬臂梁结构的商用 称重传感器 半导体式应变传感器 贴于 双平行悬臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片 2 片 BY350 工作片 2 片 应变系数 120 电感式传感器 由初级线圈 Li 和两个次级线圈 L 绕制而成的空心线圈 圆柱形铁氧 体铁芯置于线圈中间 测量范围 10mm 霍尔式传感器 半导体霍尔片置于由两个半园形永久磁钢形成的梯度磁场中 线性范 围 3mm 磁电式传感器 由一组线圈和动铁 永久磁钢 组成 灵敏度 0 4V m s 压电加速度式传感器 位于悬臂梁自由端部 由 PZT 5 双压电晶片 铜质量块和压簧 组成 装在透明外壳中 电涡流式传感器 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器 线性范围 1mm 电容式传感器 由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的一组定片组成平行变面积式 差动电容 线性范围 3mm 热电式 热电偶 传感器 串接工作的两个铜一康铜热电偶 T 分度 分别装在上 下梁 表面 冷端温度为环境温度 分度表见本书附录 CSY10B 型为 K 分度标准热电偶 10 热敏式传感器 位于双平行悬臂梁上梁表面的黑色玻璃珠状的半导体热敏电阻 MF 51 负温度系数 25 时阻值为 8K 10K 11 光纤位移传感器 连接于仪器下方大面板的光纤变换器处 多模光强型 量程 2mm 在其线性范围内精度 5 12 光电耦合式传感器 位于旋转叶轮后 近红外发射 接收 量程 0 2400 转 分 13 P N 结温度式传感器 根据半导体 P N 结温度特性所制成的具有良好线性范围的集成 温度传感器 14 湿敏传感器 位于双平行悬臂梁前的白色塑料盒子上面 高分子材料 测量范围 0 99 RH 15 气敏传感器 位于双平行梁前的白色塑料盒子上面 MQ3 型 对酒精气敏感 测量范 围 10 2000PPm 灵敏度 RO R 5 16 光敏传感器 位于双平行梁前的白色塑料盒子上面 cds 材料制成 半导体光导管 光电阻与暗电阻从 nM 至 nK 17 热释电红外传感器 位于旋转页轮左边 光谱响应 7 15 m 光频响应 0 5 10Hz 18 扩散硅压力传感器 摩托罗拉 MPX 扩散硅压阻式压力传感器 差压式工作 测压范 围 0 50KP 精度 两副平行悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢 右边圆盘式工作台为 激振 I 左边平行悬臂梁为 激振 II CSY10B 型装有激振转换开关 为进行温度实验 左 边悬臂梁之间装有电加热器一组 加热电源取自 12V 直流电源 打开加热开关即能加热 工 作时能获得高于环境温度 30 左右的高温 实验工作台上还装有测速电机及控制 调速旋 钮 两支螺旋测微仪分别装在左 右两边的支架上 CSY10B 型只有右边一支 二 信号源及仪表显示部分信号源及仪表显示部分 低频振荡器 1 30Hz 输出连续可调 Vp p 值 20V 最大输出电流 1 5A Vi 端插口 可提供用作电流放大器输入端 音频振荡器 0 4KHz 10KHz 输出连续可调 Vp p 值 20V 180 为 0 和 Lv 的反 相输出 Lv 端最大电流输出 1 5A 直流稳压电源 12V 提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源 最大输出 1 5A 2V 10V 档距 2V 分五档输出 提供直流信号源 最大输出电流 1 5A 数字式电压 频率表 3 1 2 位显示 分 2V 20V 2KHz 20KHz 四档 灵敏度 50mV 频率显示 5Hz 20KHz 指针式直流毫伏表 测量范围 500Mv 50mV 5mV 三档 精度 2 5 CSY10A 型 数字式温度计 K 分度热电偶测温 精度 1 CSY10B 型 三 处理电路部分处理电路部分 电桥 用于组成应变电桥 面板上虚线所示电阻为虚设 仅为组桥提供插座 三个电 阻 R 为 350 标准电阻 WD 为直流调节电位器 WA 为交流调节电位器 差动放大器 增益可调直流放大器 可接成同相 反相 差动结构 增益 1 100 倍 光电变换器 提供光纤传感器红外发射 接收 稳幅 变换 输出模拟信号电压与频 率变换方波信号 四芯航空插座上装有光电转换装置和由两根多模光纤 一根接收 一根发射 组成的光强型光纤传感器 电容变换器 由高频振荡 放大和双 T 电桥组成 移相器 允许输入电压 20Vp p 移相范围 40 随频率不同有所变化 相敏检波器 集成运放极性反转电路构成 所需最小参考电压 0 5Vp p 允许最大输 入电压 20Vp p 电荷放大器 电容反馈式放大器 用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号 电压放大器 增益 5 倍的高阻放大器 仅 CSY 型有 涡流变换器 变频式调幅变换电路 传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件 10 温度变换器 信号变换器 根据输入端热敏电阻值 光敏电阻及 P N 结温度传感器 信 号变化而输出电压信号相应变化的变换电路 11 低通滤波器 由 50Hz 陷波器和 RC 滤波器组成 转折频率 35Hz 左右 四 各电路和传感器性能的检测方法各电路和传感器性能的检测方法 应变片 应变片是否正常可用万用表电阻档在其两端测量电阻值是否为 350 左右 半导体式应变片随温度变化阻值变化较大 接插线可多根迭插 并保证接触良好 热电偶 可用万用表电阻档测量其电阻值 一般为几欧姆大小 也可根据环境温度参 照 T 分度 K 分度热电偶分度表查阅相应热电动势 热敏式 环境温度时阻值为 8K 10K 左右 也可直接将传感器接入温度变换器输 入端 电热器加热升温 观察随温度升高 V0 端输出电压变化情况 注意热敏电阻 是负温度系数 P N 结温度式 室温时为几十 K 左右 上正下负 也可进行 P N 结集成温度传感 器测温实验 注意电压表 2V 档显示值为绝对温度 T K 氏温度 差动放大器 差动放大器可通过调零检测是否正常 移相器 进行 移相器实验特性实验 观察双踪示波器两通道波形 相敏检波器 进行 相敏检波器特性实验 相敏检波端口序数请参照图 11 其中 4 端为参考电压输入端 电容变换器 进行 电容式传感器特性实验 接线参照附图 25 当振动圆盘带动动 片上下移动时 电容变换器 V0 端电压应正负过零变化 光电变换器 进行 光纤位移传感器 位移测量 光纤探头可安装在原电涡流线 圈的横支架上固定 端面垂直于镀铬反射片 旋动螺旋测微仪带动反射片位置变化 从 V0 端读出电压变化值 光电变换器 F0 端输出频率变化方波信号 测频率 变化时可参照 光纤位移传感器 转速测量 步骤进行 10 光电式传感器 一般为 43K 左右 上正下负 也可进行 光电耦合式传感器 转速测量 实验 光电输出端输出的是频率信号 11 光敏电阻 光电阻与暗电阻从 nM 至 nK 也可进行光敏电阻特性实验 信号变换 器输出电压变化范围 1V 12 气敏传感器 进行气敏传感器特性演示实验 特别注意加热电压一定不能 2V 13 湿敏传感器 阻值在 100K 到 nM 之间 也可进行湿敏传感器特性演示实验 注意 控制激励信号的频率及幅值 14 扩散硅压力传感器 进行扩散硅压力传感器 压强测量实验 试验传感器差压信号 输出情况 15 低通滤波器 输入端接地 输出端接 2V 电压表 输出应为零 16 电感式传感器 阻值一般为 15 左右 也可进行差动变压器的性能实验 检查电感 式传感器性能 实验前要找出次级线圈同名端 次级所接示波器为悬浮工作状态 17 霍尔式传感器 阻值一般为 350 输出端 和 800 输入端 左右 也可进行 霍 尔式传感器的直流激励特性 实验 接线参照附图 20 直流激励信号绝对不能大于直流激励信号绝对不能大于 2 V 否则一定会造成霍尔元件烧坏 否则一定会造成霍尔元件烧坏 18 磁电式传感器 阻值一般为 40 左右 也可进行 磁电式传感器特性实验 磁电传 感器两端接差动放大器输入端 差动放大器增益适当控制 用示波器观察输出波形 19 压电加速度传感器 进行 压电加速度传感器特性实验 接线参见图 22 传感器引线 屏蔽层必须接地 此实验与上述第 12 项内容均无定量要求 20 电涡流传感器 阻值一般为 3 左右 也可进行 电涡流传感器的静态标定 实验 传感器接入涡流变换器输入端 其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方 即接电涡流线圈处 右上端端口为交流信号经整流后输出的直流信号电压 21 如果仪器是带微机接口和实验软件的 请参阅数据采集及处理说明 数据采集卡已装 入仪器中 其中 A D 转换是 12 位转换器 无漏码最大分辨率 1 2048 即 0 05 在 此范围内的电压值可视为容许误差 所以建议在做小信号实验 如应变电桥单臂实验 时选用合适的量程 如 200mv 以正确选取信号 减小误差 22 使用仪器时打开电源开关 检查交 直流信号源及显示仪表是否正常 仪器下部面板 左下角处的开关控制处理电路的工作电源 进行实验时请勿关掉 指针式毫伏表工作 前需输入端对地短路调零 取掉短路线后指针有所偏转是正常现象 不影响测试 五五 实实验验操操作作须须知知 使用本仪器前 请先熟悉仪器的基本状况 对各传感器激励信号的大小 信号源 显示仪表 位移及振动机构的工作范围做到心中有数 仪器面板上的纽子开关都应 选择好正确的倒向 了解测试系统的基本组成 合适的信号激励源 传感器 处理电路 传感器状态调 节机构 仪表显示 数据采集或图象显示 实验操作时 传感器接口与变换器电路输入端接口须一一对应相连接 在用实验连接 线接好各系统并确认无误后方可打开电源 各信号源之间严禁用连接线短路 如开 机后发现信号灯 数字表有异常状况 应立即关机 查清原因后再进行实验 实验指导中的 注意事项 不可忽略 传感器的激励信号不准随意加大 否则可能 会造成传感器永久性的损坏 本实验仪为教学实验用仪器 而非测量用仪器 各传感器在其工作范围内有一定的 线性和精度 但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化 限于实验条件 有 些实验只能做为定性演示 如湿敏 气敏传感器 能完成实验指导书中的实验内容 则整台仪器正常 CSY 型能够进行 35 个实验 序号为 1 35 CSY10 型能够进行 39 个实验 序号为 1 36 38 39 46 CSY10A 型能够进行 43 个实验 序号为 1 40 43 44 46 CSY10B 型能够进行 46 个实验 序号为 1 46 本仪器需防尘 以保证实验接触良好 仪器正常工作环境温度 附录附录 A A 热电偶分度表热电偶分度表 铜铜 康铜热电偶分度表 分度 自由端温度为 康铜热电偶分度表 分度 自由端温度为 热 电 动 势 mv 温度 0123456789 de dt vu 0 0 0000 0390 0780 1160 1550 1940 2340 2730 3120 352 38 6 10 0 3910 4310 4710 5100 5500 5900 6300 6710 7110 751 39 5 20 0 7920 8320 8730 9140 9540 9951 0361 0771 1181 159 40 4 30 1 2011 2421 2841 3251 3671 4081 4501 4921 5341 576 41 3 40 1 6181 6611 7031 7451 7881 8301 8731 9161 9582 001 42 4 50 2 0442 0872 1302 1742 2172 2602 3042 3472 3912 435 43 0 60 2 4782 5222 5662 6102 6542 6982 7432 7872 8312 876 43 8 70 2 9202 9653 0103 0543 0993 1443 1893 2343 2793 325 44 5 80 3 3703 4153 4913 5063 5523 5973 6433 6893 7353 781 45 3 90 3 8273 8733 9193 9654 0124 0584 1054 1514 1984 244 46 0 100 4 2914 3384 3854 4324 4794 5294 5734 6214 6684 715 46 8 镍铬镍铬 镍硅热电偶分度表 镍硅热电偶分度表 K K 分度 分度 热 电 动 势 mv 温度 0123456789 00 0000 0390 0790 1190 1580 1980 2380 2770 3170 357 100 3970 4370 4770 5170 5570 5970 6370 6770 7180 758 200 7980 8380 8790 9190 9601 0001 0411 0811 1221 162 301 2031 2441 2851 3251 3661 4071 4481 4891 5291 570 401 6111 6521 6931 7341 7761 8171 8581 8991 9401 981 502 0222 0642 1052 1462 1882 2292 2702 3122 3532 394 602 4362 4772 5192 5602 6012 6432 6842 7262 7672 809 702 8502 8922 9332 9753 0163 0583 1003 1413 1833 224 803 2663 3073 3493 3903 4323 4733 5153 5563 5983 639 903 6813 7223 7643 8053 8473 8883 9303 9714 0124 054 1004 0954 1374 1784 2194 2614 3024 3434 3844 4264 467 附录附录 B B 仪器工作台布局图仪器工作台布局图 附附录录 C C 实实验验电电路路原原理理图图 附录附录 D D 数据分析相关知识数据分析相关知识 根据传感器的输入信号 x t 是随时间变化 还是基本不随时间变化飞 传感器的基本特性 又分为静态特性和动态特性两大类 用来检测仪器仪表的基本性能指标 一 传感器静态特性的主要参数 传感器静态特性的主要参数 量程和量程宽度 量程是指传感器在规定的检测误差范围内 能够检测的被测量的量 值的范围 一般用传感器能够 容许 测量的被测量的量值范围的下限值和上限值来表示 量程宽度是指传感器全量程范围的上限值与下限值之差值 满量程值 当传感器量程的下限值为 时 传感器的满量程值即指传感 器量程范围的上限值 当传感器量程的下限值不是 值 传感器的满量程值即指传感器的 全量程宽度值 传感器的满量程值用 表示 满量程值包括 输入量的满量程值 xF S 对应的 输出量的满量程值 yF S 线性度 线性度是描述传感器的输出信号 与输入量 之间的变换关系曲线 的线性程度的参数 也可称为线性度误差或非线性误差 理想的线性特性其输出量 与输 入量 之间的关系为一次函数 即 y kx 线性良好的传感器 其输入量 x 与输出量 y 的关 系易于掌握 可以使数据处理变得简单 测量精度好 仪器表盘显示也可均匀刻度 易于 读取使用 实际上 许多传感器的输出量 y 与输入量 x 的特性曲线是非线性的 静态测量 情况下 输出量 y 是输入量 x 的函数 传感器的静态特性一般可表示为 a0 a1x a2x2 a3x3 anxn 式中 x 输入量 Y 输出量 a0 零信号输出系数 a2 a3 an 非线性系数 由传感器内部的结构和原理决定 a0 a1x 代表传感器线性特征的项 a2x2 a3x3 anxn 代表传感器非线性特性的项 实际使用带有非 线性的传感器时 如果非线性项次数不高 在输入量变化不太大的区间里 可以做这段曲 线的切线或割线 用此直线来近似地代替输出 输入特性曲线中的某一段 使传感器工作 区的静态特性接近于线性 这种方法称为传感器非线性特性的线性化 引入的切线或割线 称为拟合直线 实际的非线性特性曲线与拟合直线之间的偏差值 称为传感器的非线性误 差 L 取拟合直线与非线性曲线间的最大偏差值为 L max 则传感器的线性度 L L max yF S 100 式中 L 线性度 非线性误差 L max 最大非线性绝对误差值 yF S 传感器的输出满量程值 线性度 L是评价传感器非线性误差的重要指标 L也可直接称为传感器的非线 性误差 灵敏度 传感器的灵敏度是指传感器在静态下输出值增量与对应的输入值增量之比值 传感器的灵敏度可以用 S 来表示 输出量的变化量 输入量的变化量 对于线性良好的传感器 它的输入 输出特性是直线 灵敏度就是它的输入 输出特 性关系线的斜率 即 常数 对于有明显非线性特性的传感器 其灵敏 度是一个变量 一般用 表示其某一工作点或工作区的灵敏度 或选用一段较小 的工作区间 用拟合直线的方法 取拟合直线的斜率表示这个工作