创新平台传感器部分说明书 11-2-26 .doc

DICECX2型传感器部分实验指导书第二章 11种单元模块的结构与使用说明部分6一、1号金属箔式应变片实验模块61实验原理62实验内容62.1 (实验一)单臂电桥性能实验62.2 (实验二)半桥性能实验92.3 (实验三)全桥性能实验92.4 （实验四）金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较102.5 （实验五）直流全桥的应用电子秤实验11二、6号差动变压器实验模块121、外形见图122、实验内容122.1 （实验十五）差动变压器的位移特性实验122.2 （实验十六）激励频率对差动变压器特性的影响142.3 （实验十七）差动变压器的零点残余电压补偿实验162.4 （实验十七）7号电涡流式传感器实验模块181、实验原理182、实验内容182.1 （实验十八）电涡流传感器的位移特性实验182.2 （实验十九）被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验202.3 （实验二十）被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验202.4（实验二十一） 电涡流传感器的应用位移限位器21三、4号电容式传感器实验模块231、实验原理232、实验内容232.1（实验十一）电容式传感器的位移特性实验232.2 （实验十二）电容式传感器动态特性实验24四、15号压电传感器实验模块27五、5号霍尔式传感器实验模块（磁电式）281、实验原理282、实验内容282.1 （实验十三）直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验282.2 （实验十四）交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验29六、8号转速实验模块（光电式）321、实验原理322、实验内容322.1（实验二十二） 光电式传感器测速实验322.2 （实验二十三） 磁电式传感器测速实验342.3（实验二十四） 霍尔式传感器测速电路实验352.4（实验二十五） 光纤传感器测速电路实验362.5（实验二十六） 光纤传感器的位移特性实验38七、10号气敏式传感器实验模块（半导体式）409.1气敏式传感器实验401、实验原理402、实验内容402.1（实验三十二）气敏传感器特性实验409.2 11号湿度传感器实验模块421、实验原理422、实验内容422.1（实验三十三）湿度传感器特性实验42八、12号热释电红外传感器实验模块441、实验原理442、实验内容442.1（实验三十四）热释电红外传感器实验44九 9号温度传感器特性实验模块461、外形见图462、实验内容462.1（实验二十七）PN结温度传感器温度特性实验462.2（实验二十八） 负温热敏电阻温度特性实验472.3（实验二十九）集成温度传感器LM35温度特性实验492.4（实验三十）铂/铜电阻温度特性实验512.5(实验三十一) K/E型热电偶测温实验52十、13号移相、相敏、低通滤波实验模块541、实验内容541.1（实验三十五）移相实验541.2（实验三十六）相敏检波器实验551.3（实验三十七）相敏检波器检波实验561.4（实验三十八）低通滤波器实验57十一、16号噪声/可见光照度传感器实验模块59附：实验所需附件介绍60第二章 11种单元模块的结构与使用说明部分一、1号金属箔式应变片实验模块1实验原理金属箔式应变片传感器是利用金属丝在外力作用下产生应变效应的原理制成的一种传感器。我们知道电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值会发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R/R=K式中R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，（/）为电阻丝长度相对变化量，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受力状态的变化、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。2实验内容2.1 (实验一)单臂电桥性能实验2.1.1 实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。2.1.2 所需器件及模块1号模块（K1、K2、K3的状态分别为OFF、ON、ON）、14号模块、砝码200g（100g一只，50g两只）、15V电源、5V电源、0-2V数显表。2.1.3 实验步骤a、将实验台上固定电源部分5V接至1号模块的+4V、-4V孔。b、将14号模块接入15V电源（从实验台接入），检查无误后，合上实验台电源开关，实验模块15V指示灯亮.断开电源。c、1号模块的+VIN、-VIN分别和14模块的VIN+、VIN-相连，14号模块的 VO2、GND分别与实验台直流电压表部分的IN、COM相连。14号模块上W3和W4为增益调节旋钮，W5和W6为调零旋钮，调节电位器W5和W6，使数显表显示为零（若调不到零，请微量调节W3、W4），W3、W4、W5、W6的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止。具体连线见图2-1。d、在秤盘上放一只50g砝码，读取数显表数值，按表1-1依次增加砝码，读取相应的值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表2-1重量（g）50100150200电压（mv）e、根据表2-1计算系统灵敏度SU/W(U 输出电压变化量，W重量变化量)。 2.1.4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、负应变片均可以。636363图2-12.2 (实验二)半桥性能实验2.2.1 实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。2.2.2 所需器件及模块1号模块、14号模块、砝码200g、15V电源、5V电源、0-2V数显表。2.2.3 实验步骤a导线连接同单臂电桥实验（应变片为受力状态不同的两只，内部已连好），K1、K2、K3、的状态分别为ON、ON、OFF。具体接线见图2-1。B 将实验数据记入表2-2，计算灵敏度S2U/W。表2-2 重量（g）50100150200电压（mv）2.2.4思考题、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。、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。2.3 (实验三)全桥性能实验2.3.1 实验目的了解全桥测量电路的优点。2.3.2 实验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，不同的接入邻边当作应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压U03KE。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。2.3.3 所需器件及模块1号模块、14号模块、砝码200g、15V电源、5V电源、0-2V数显表。2.3.4实验步骤a.导线连接、操作步骤同单臂电桥实验，K1、K2、K3的状态分别为ON、OFF、OFF。具体接线见图2-1。将实验数据填入表2-3，最后进行灵敏度计算。表2-3重量（g）50100150200电压（mv）2.3.5 思考题、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以 （2）不可以。、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。应变片传感器受接时传感器圆周面展开图2.4 （实验四）金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较2.4.1 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。2.4.2 实验步骤根据实验一、二、三中所得的单臂、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、三中的放大增益必须相同）。 DICECX2型传感器部分实验指导书2.5 （实验五）直流全桥的应用电子秤实验2.5.1 实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。2.5.2 实验原理电子秤实验原理为实验三（全桥性能实验原理），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。2.5.3 所需器件及模块1号模板、14号模块、砝码200g，15V电源、5V电源、0-2V数显表。数显表0-2V2.5.4 实验步骤a、按实验三全桥性能实验的步骤， 14号模块调零（旋W5、W6，方法同单臂电桥实验）。具体接线见图2-1。b、将100g砝码置于1号模块的托盘上，调节电位器W3、W4使数显表显示为0.100V（2V档测量）或-0.100V。c、拿去托盘上的砝码，调节电位器W5、W6（零位调节）使数显表显示为0.000V。d、重复b、c步骤，一直到精确为止，这样就把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。e、把砝码依次放在托盘上，填入下表2-4。表2-4重量（g）50100150200电压（mv）f、根据上表，计算误差与非线性误差。注：实验精度可做到0.5%，如做到1%也算成功。二、6号差动变压器实验模块1、外形见图2、实验内容2.1 （实验十五）差动变压器的位移特性实验2.1.1 实验目的了解差动变压器位移的工作原理和特性。2.1.2 实验原理差动变压器由一只初级线圈和二只次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小，将两只次级反向串接（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。2.1.3 所需器件及模块测微头、支架、双线示波器、差动变压器、音频信号源。地地01KHz信号源2Vp-p示波器A通道图2-10 差动变压器的位移特性实验 2.1.4 实验步骤a、将差动变压器安装在支架上。b、将音频信号接到差动变压器的初级线圈，铁芯连到测微头上（测微头端部应有磁钢）并放入初、次级线圈之间，用示波器分别观察次级两线圈的波形（记下波形幅度），再观察次级的差动输出波形（两线圈的两端，即TP3与TP4的波形，幅度应为两线圈幅度的差值）。 c、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2-9中。X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（p-p）表2-9注：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。2.1.5 思考题、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如10KHz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？、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？2.2 （实验十六）激励频率对差动变压器特性的影响2.2.1 实验目的了解初线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。2.2.2 实验原理（M1M2）Ui差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式Rp2+Lp2U0= 表达式中Lp Rp为初级线圈的电感和损耗电阻，Ui、为激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数。由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若Rp22Lp2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2Lp2Rp2，时输出Uo与无关，当然过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。2.2.3 所需器件及模块6号模块、示波器。地接实验台音频信号示波器B通道A通道图2-11 激励频率对差动变压器特性的影响 2.2.4 实验步骤a. 将差动变压器安装在支架上。b. 调音频信号输出频率为1KHZ,Vp-p=2V（用实验台频率计显示频率）。用示波器观察L2、L3两端“0”输出，移动铁芯至输出信号最小时的位置，如图2-11。 c. 旋测微头，旋到离中心位置2.50mm处，有较大的输出。逐渐增大频率（幅度不变），观察次级输出波形幅度，将测试结果记入表2-10中。F（HZ）1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHzVo（Vp-p）表2-10 不同激励频率时输出电压的关系。2.2.5 思考题如何选择差动变压器最佳工作频率？2.3 （实验十七）差动变压器的零点残余电压补偿实验2.3.1 实验目的了解差动变压器零点残余电压补偿方法。2.3.2 实验原理由于差动变压器二只次级线圈L2、L3的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，次级的不均匀、不一致，铁芯B-H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。2.3.3 所需器件及模块音频信号、测微头、6号模块、支架、14号模块、示波器。2.3.4 实验步骤a、将差动变压器安装在支架上。b、14号模块接入15V电源，180插孔接入音频信号并接入交流电桥的A孔，B孔接地，C、D孔接L3、L2的两端，差动放大器的输入端接音频信号，如图2-12所示。W1、W2为电桥单元中调平衡网络。c、用示波器调整音频信号，使得输出为2Vp-p峰一峰值。把14号模块的交流电桥CD端接入仪器放大器Vin+、Vin-输入端，放大器的输出端接示波器。d、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。e、依次调整W1、W2，使输出电压隆至最小。f、将B通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。g、从示波器上观察差动变压器的零点残余电压值（峰一峰值）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压，实际零点残余电压=V零点p-p/K，K为放大倍数）。2.3.5 思考题、请分析经过补偿后的零点残余电压波形。接实验台地地图 2-12 差动变压器的零点残余电压补偿实验B通道A通道示波器地 DICECX2型传感器部分实验指导书2.4 （实验十七）7号电涡流式传感器实验模块1、实验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。2、实验内容2.1 （实验十八）电涡流传感器的位移特性实验2.1.1 实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2.1.2 所需器件及模块7号模块、测微头、测试架、电涡流传感器、铁圆片（或铝、不绣钢都可以）。2.1.3 实验步骤a、将电涡流传感器安装在测试架上,测微头也安装在测试架上（端部装上铁材料），作为传感源。b、将电涡流传感器输出线接入7号模块的IN输入接口，作为振荡器的一个元件。c、7号模块接上15电源，输出OUT 接数显表，如图2-13所示。d、铁材料与电涡流线圈端接触，开启实验台电源开关，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2-11中。X（mm）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V02（mV）表2-11 电涡流传感器位移X与输出电压数据e、根据表2-11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及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。2.1.4思考题、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？、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。 电涡流传感器地0-2V接实验台图2-132.2 （实验十九）被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验2.2.1 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。2.2.2 实验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。2.2.3 所需器件及模块7号模块、测微头、铁，铝，不绣钢圆片、测试架、电涡流传感器。2.2.4 实验步骤a、安装与操作步骤同实验十八。b、分别将铝、不绣钢材料装在测微头上，进行被测体为铝圆片和不绣钢圆片时的位移特性测试，将测得的结果分别记入表2-12和表2-13中。X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（mV）表2-12 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V02（mV）表2-13 被测体为不绣钢圆片时的位移与输出电压数据c、根据表2-12和表2-13分别计算量程为1mm和3mm时灵敏度和非线性误差（线性度）。d、分别比较实验十八和本实验所得结果，进行小结。2.2.5 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？2.3 （实验二十）被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验2.3.1 实验目的了解电涡流传感器在实际应用中被测体的形状和尺寸对其位移特性的影响。2.3.2 实验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。2.3.3 所需器件及模块测微头、支架、电涡流传感器、7号模块、不同尺寸铁片被测体各一个。2.3.4 实验步骤a、整个实验模块连接同实验十八。b、在测微头上分别装上两种不同面积的铁被测圆盘，分别进行电涡流传感器位移特性测定，记入下表。X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82被测体1V02（mV）被测体2V02（mV）根据表中数据计算目前范围内二种被测体1号、2号的灵敏度，并说明理由。2.3.5 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。2.4（实验二十一） 电涡流传感器的应用位移限位器2.4.1 实验目的了解电涡流传感器用于位移限位的原理与方法。2.4.2 实验原理利用电涡流传感器位移特性和振动台受载时的线性位移，可以组合成一个位移测量限位系统。2.4.3 所需器件及模块测微头、支架、电涡流传感器、7号模块、铁材料。2.4.4 实验步骤接实验台 a、传感器安装、接线与实验十八相同，实验时请将7号模块右上角的位移限位部分开关置ON。b、利用铁材料（铁测片）线性范围，调节传感器安装支架高度，使测微头面与探头之间距离为线性起点，将线性段距离最远的一点作为零点记下此时数显表读数。c、调节测微头每0.2mm记录直至报警器报警（LED灯亮，且蜂鸣器响），记下电涡流传感器与测微头距离，填入下表。距离（mm）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V（mV）三、4号电容式传感器实验模块1、实验原理利用平板电容CA/d和其它结构的关系式，通过相应的结构和测量电容可以选择、A、d中三个参数，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以测谷物干燥度（变）、测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。本实验装置中应用变极距d的方法测量位移。这种变极距型电容传感器为差动式结构。中间为一个动极板，上下极为定极板。如图示上定极板C1d1动极板C2d2下定极板变d型差动电容传感器结构示意图起始时C1C2 =C d1d2d A1A2A若动极板向上有一位移d，则C1C0 + C1dd0CC0C1C2C0C2C0 - C2CC0 运算后略去高次项 = 为近似线性参数2、实验内容2.1（实验十一）电容式传感器的位移特性实验2.1.1 实验目的了解电容式传感器结构及其特点。2.1.2 所需器件及模块4号模块、变距式电容传感器、测微头、支架、0-2V数显表、直流15V电源。2.1.3 实验步骤a、将变距式电容传感器用导线接入4号模块的电容接口。4号模块接入15V电源，输出OUT接数显表，如图2-6。b、将变距式电容传感器安装在支架上，并与测微头相连，旋转测微头使电容动片基本居中。接实验台2VV+V-接实验台图2-6 电容式传感器的位移特性实验 c、接通电源，调节W1使数显表显示为零。d、旋动测微头向上或向下改变电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表2-8中。X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（mv）表2-8 电容传感器位移与输出电压值2.1.4 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？2.2 （实验十二）电容式传感器动态特性实验2.2.1 实验目的了解电容式传感器的动态性能的测量原理与方法。2.2.2 实验原理利用电容传感器频率响应好的特点。进行动态位移测量。2.2.3 所需器件及模块4号模块、震动测量实验模块、变距式电容传感器、双踪示波器（自备）。接1-30Hz低频信号示波器A通道接实验台图2-7 电容式传感器的位移特性实验 2.2.4实验步骤a. 将电容传感器安装在振动测量实验模块上，调整一下位置，使电容上下活动灵活。b. 4号模块接上15V电源，输出端OUT接示波器A通道。震动测量实验模块接入低频信号，见图2-7。c. 低频信号振动频率选在612HZ之间（可通过频率显示表调节），幅度旋钮初始置0。d. 调节低频振荡器的幅度旋钮，使振动台振动幅度适中，观察示波器上显示的波形。e. 保持低频振荡器幅度不变，改变振动频率，从示波器测出不同频率时的传感器输出波形。2.2.5 思考题、为了进一步提高电容传感器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计。如何设计成所谓容栅传感器。、列举变d式电容传感器的应用。四、15号压电传感器实验模块1、实验原理音频信号接到扬声器中，音频震动会引起扬声器发出声音，此声音带动周围的空气震动，如果让此声音接近压电传感器，则压电式传感器将会感应出正弦波形。2、所需器件及模块 震动测量实验模块、15号压电式传感器实验模块、示波器（自备）3、实验步骤a、 15号模块如图2-31所示，把15号模块安装在音频震动测量实验模块上，然后将音频信号接入震动模块，示波器接到15号模块的TP1和TP2端。打开实验台电源开关，调节音频频率，观察示波器波形，选择输出波形幅度最大，失真最小的记录下来（参考值：在频率为500Hz附近时，输出波形幅度达到最大，为1-2V）。图2-31 压电式传感器实验模块b、五、5号霍尔式传感器实验模块（磁电式）1、实验原理根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，磁场强度的变化引起霍耳电势的变化，因此可以进行位移测量。2、实验内容2.1 （实验十三）直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验2.1.1 实验目的了解霍尔式传感器原理与应用2.1.2 所需器件及模块5号模块、支架、小支架、线性霍尔传感器、测微头。接数显表接实验台图2-82.1.3 实验步骤a、将霍尔传感器安装在位移测量实验模块上。b、5号模块接上15V电源，+A、-B孔分别接+5V和-5V。K1、K2选择在直流位置,如图2-8所示。c、开启电源，调节测微头使磁钢在离霍尔元件10mm处，再调节W3、W4使数显表显示为零。d、转动测微头靠近霍尔传感器，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表下表。X（mm）V01（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。2.1.4 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？2.2 （实验十四）交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验2.2.1 实验目的了解交流激励时霍尔式传感器的特性。2.2.2 实验原理交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。2.2.3 所需器件及模块5号模块、支架、小支架、线性霍尔传感器、测微头、13号模块、双线示波器（自备）。2.2.4 实验步骤a、将霍尔式传感器安装在位移测量实验模块上。b、5号模块接入15V电源，将0音频信号接入5号模块的+A端，-B端接地，调节音频信号频率和幅度旋钮，使输出频率为1KHz，电压峰一峰值为4Vp-p（用示波器观察），如图2-9。c、5号模块V01输出接13号模块相敏检波器的P3端，K1、K2选择开关在交流位置。d、移相器OUT1接相敏P1端，移相器输入接O相敏输出OUT2接低通滤波输入IN，低通输出OUT3接0-2V数显表。e、调节测微头（测微头前带有磁钢）使磁钢处于离霍尔元件10mm处，先用示波器观察，调节5号模块W1、W2使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器W3、W4使数显表为零。接实验台接实验台图2-9 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 0-2VV+V-地f、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，（注意移相单元电位器RP1和相敏检波电位器RP1均已调好（也能自己调节），使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。g、调节W3、W4使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入下表。X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82OUT3（mv）2.2.5 思考题利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？六、8号转速实验模块（光电式）1、实验原理本实验可通过四种测速传感器测量转速，分别是磁电式、光电式、霍尔式和光纤式传感器测速。磁电式传感器测量转速时，转盘旋转时带动磁钢旋转，磁钢不断的远离、靠近磁电式传感器，进而产生一系列脉冲且脉冲的频率随着转速变化而变化。其他几个测速传感器产生脉冲的原理与磁电式类似，只是传感源与传输方式不同。2、实验内容2.1（实验二十二） 光电式传感器测速实验2.1.1 实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。2.1.2 所需器件及模块8号模块、示波器。 接实验台 示波器图2-14 光电传感器测速电路实验 2.1.3 实验步骤a、将8号模块接入15V电源，电机接入230V电源（注：实验时，电机电源请勿超过16V，否则可能烧毁电机）。光电式传感器的输出端接示波器,如图2-14所示。b. 将230V调节电源的电位器调至最小，打开实验台电源开关，慢慢加大电机电压（不超过16V），观察示波器的波形（也可接频率计读出频率值），将读得的数据填入下表马达电压V246810121416频率计读数（Hz）2.2 （实验二十三） 磁电式传感器测速实验2.2.1 实验目的了解磁电式传感器测量转速的原理。dtd2.2.2 实验原理基于电磁感应原理，N匝线圈据磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：e=- N 发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁铁时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。2.2.3所需器件及模块8号模块、示波器。接实验台 示波器 图2-15 磁电式传感器测速电路实验 2.2.4 实验步骤a、将8号模块接入15V电源，电机接入230V电源（注：实验时，电机电源请勿超过16V，否则可能烧毁电机）。磁电式传感器的输出端接示波器,如图2-15所示。b、将230V调节电源的电位器调至最小，打开实验台电源开关，慢慢加大电机电压（不超过16V），观察示波器的波形（也可接频率计读出频率值），将读得的数据填入下表马达电压24681012141618频率计读数（Hz）2.2.5 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？2.3（实验二十四） 霍尔式传感器测速电路实验2.3.1 实验目的了解霍尔转速传感器的应用。2.3.2 实验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。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，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。2.3.3 所需器件及模块8号模块、示波器。2.3.4 实验步骤a、将8号模块接入15V电源，电机接入230V电源（注：实验时，电机电源请勿超过16V，否则可能烧毁电机）。霍尔式传感器的输出端接示波器,如图2-16所示。b、将230V调节电源的电位器调至最小，打开实验台电源开关，慢慢加大电机电压（不超过16V），观察示波器的波形（也可接频率计读出频率值），将读得的数据填入下表马达电压24681012141618频率计读数（Hz） B通道A通道图2-16 霍尔式传感器测速电路实验2.3.5 思考题、用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？、本实验装置上用了2只磁钢，能否用一只磁钢？2.4（实验二十五） 光纤传感器测速电路实验2.4.1 实验目的了解光纤位移传感器的测速运用。2.4.2 实验原理光纤传感器工作原理类同光电位移传感器。光源发出的光由发射光纤传输并投射到反射镜片的表面，然后反射，由接收光纤接收并传回光敏元件，当反射膜片随转动台旋转位置发生变化时，根据反射光的变化次数便可测量转动速度。2.4.3 所需器件及模块8号模块、示波器、光纤传感器。光纤传感器示波器 图2-172.4.4 实验步骤a、将光纤探头安装在电机转盘上的光纤插孔，调整好距离（约最大输出值处），另一头插在光纤座上，如图2-17所示。b、8号模块接入15V电源和调速电源，光纤式传感器输出端接示波器，如图2-17所示。c、将实验台上调速电源电位器旋至最小，打开实验台电源开关，逐渐增大调速电源电压（注：不要超过16V，否则可能烧毁电机），用示波器观察波形，或用频率计监测频率，将结果填入下表。马达电压24681012141618频率计读数（Hz）2.4.5 思考题、光纤测速优缺点？2.5（实验二十六） 光纤传感器的位移特性实验2.5.1 实验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能。2.5.2 实验原理本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相连发射光束，另一束端部与光电转换器相连接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电压大小与间距X有关，因此可用于测量位移。2.5.3 所需器件及模块8号模块、14号模块、数显单元、测微头、直流源、反射面。2.5.4 实验步骤a、根据图8-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的光纤位移实验部分的座孔上。b、将光纤传感器输出端TP5与14号放大模块的VIN+相连，GND与14号模块的VIN-相连，14号模块的VO2、GND分别接至实验台数显电压表的V+、V-。c、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。d、实验模板接入15V电源，合上实验台电源开关。e、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表下表。X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91V（mV）f、根据表中数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。2.5.5 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？测微头DT接至14号直流放大模块光纤传感器图2-18 光纤传感器的位移特性实验 地+15V-15V七、10号气敏式传感器实验模块（半导体式）9.1气敏式传感器实验1、实验原理气敏元件和气敏传感器种类很多，具体对象有氧、氢、氮、一氧化碳、二氧化碳、丁烷、甲烷、乙醇等，针对不同的测试对象有不同的原理和结构，本实验采用的是适用于测试酒精浓度的系列气敏元件，其基本结构和原理如图10-1所示。（图10-1为工作原理图）。气敏元件由微型AL2Q3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成，敏感元件固定在不锈铜网制成的腔体内。气敏元件有6个针状管脚、4个管脚、A.A.B.B并联成AB两端用于测试，另二个管脚r，r用于提供加热电流。工作时，酒精敏感层的等效电阻RS随着酒精浓度的增加而呈非线性减小。通过测量电路把此阻值的变化变成输出电压的变化。通过线性化，可使输出电压与气体浓度呈线性。本实验所用传感器可探测浓度范围为502000PPm。2、实验内容2.1（实验三十二）气敏传感器特性实验2.1.1实验目的了解气敏传感器的原理与应用。2.1.2所需器件及模块10号气敏式传感器实验模块、15V电源（自备：酒精、棉花球）2.1.3实验步骤a、将实验台15V电源分别接至10号模块15V处，10号模块的输出接数显表，具体接法见图2-24。b、打开实验台电源开关，预热5分钟。调节W2，使数显表的读数为0V。 c、将浸有酒精的棉花球放进气敏腔，此时数显表读数明显变化，在15伏之间。当电压到5V左右时，峰鸣器报警。接实验台V-V+020V地图2-24 气敏传感特性实验 9.2 11号湿度传感器实验模块1、实验原理湿敏元件主要有电容式和电阻式两种。电容式湿敏元件采用高分了薄膜作为感湿材料，用微电子技术制作，其电容值随湿度呈线性变化，当将湿敏元件接入测量电路时，输出电压值随湿度呈线性变化。电阻式湿敏元件其电阻值的对数与相对湿度值接近线性关系，同样可用于检测相对湿度RH。2、实验内容2.1（实验三十三）湿度传感器特性实验2.1.1实验目的了解湿度传感器工作原理及应用。2.1.2所需器件及模块11号湿敏传感器实验模块（内含测量电路）、直流源+15V、数显表、湿棉花球。2.1.3实验步骤a. 将11号模块接入+15V，输出接到实验台上的直流电压表，如图2-25所示。b、打开实验台电源开关，先预热3-5分钟时间，将开关置于校准位置使数显表为1.000V，再把开关置于测量位置，然后往有机玻璃湿敏腔中加湿棉花球，等到显示单元稳定后记下数值即为此时的相对湿度。图2-25 DICECX2型传感器部分实验指导书八、12号热释电红外传感器实验模块1、实验原理若使某些强介电质物质的表面温度发生变化，在这些物质表面上就会产生电荷的变化，这种现象称为热释电效应，本实验模块是一种检测人体红外线的传感器，其波长为910m（属远红外线）。通过热释电效应产生电量，经放大、逻辑电路判断后可触发发光二极管、蜂鸣器等器件动作。广泛应用自动门、自动照明、防盗报警或防止人误入危险区报警等地方。2、实验内容2.1（实验三十四）热释电红外传感器实验2.1.1实验目的了解热释电红外传感器结构、工作原理及应用。2.1.2 实验原理热释电红外传感器实验模块如图2-26 所示，R1为传感器负载电阻，传感器输出信号经过C2耦合到运算放大器IC1，其增益取决R2和R3的比值，这里约27倍。经IC1放大的信号经过电容C4耦合到放大器IC2，其增益为11010倍之间可变。IC3为电压比较器，平时输出低电平故D1灯不亮，FM1蜂鸣器不响，当有人走动时，红外传感器信号增大，比较器翻转输出为高电平D1灯亮，FM1蜂鸣器响起来。2.1.3所需单元及模块12号热释电红外传感器实验模块、15V电源。2.1.4实验步骤a. 将12号模块接入15V电源，如图2-26所示。b. 打开实验台电源，手逐渐靠近热释电红外传感器，D1灯会亮起来，同时蜂鸣器会响起来。调节W1可改变IC2放大器的倍数，W2可调整比较器动作的阀值电压，这样可改变热释电红外传感器的灵敏度，故改变了动作距离。2.1.5思考题如何在这个电路基础上制作一个防盗报警器。接实验台图2-26 热释电红外传感器实验 九 9号温度传感器特性实验模块1、外形见图2、实验内容2.1（实验二十七）PN结温度传感器温度特性实验2.1.1实验目的了解PN结温度传感器的特性及工作情况。2.1.2实验原理晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。如硅管的PN结的结电压在温度每升高1时，下降约2.2mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。它具有线性好、时间常数小（0.22秒）。灵敏度高等特点，测温范围为-50+150。2.1.3所需器件及模块+5V直流固定电源、0-2V数显电压表、9号温度传感器特性实验模块、PN结温度传感器。实验台温控部分（此部分在实验台上）0-2V+5VPN结温度传感器地图2-19 PN结温度传感器温度特性实验 2.1.4实验步骤a、9号模块接入15V、+5V电源（接到9号模块的+6V插孔），将PN结温度传感器接入对应接口。b. PN结传感器输出端接至数显表的输入端。打开实验台电源开关，打开加热源电源开关，将PN结传感器的探头放入热源箱内，加热过程中记录电压值，填入下表。温度40455055606570758085管压降（Mv）2.2（实验二十八） 负温热敏电阻温度特性实验2.2.1实验原理随着温度的升高阻值减小的电阻即为负温热敏电阻，简称NTC。一般NTC热敏电阻测量范围为：-50+300。热敏电阻体积小，重量轻，热惯性小，工作寿命长，价格便宜，且本身阻值大，无需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输。但它非线性大，稳定性差，有老化现象，一致性差。一般仅用于低精度测温。2.2.2实验目的了解NTC热敏电阻的测温原理。2.2.3所需单元模块9号温度传感器特