辅助参考资料 - 工程创新性实验

1、 DICECX2型传感器部分实验指导书实验一 环境温度测量实验二 环境湿度测量实验三 光照强度测量实验四 酒精气体探测实验五 环境噪声测量实验六 应变式压力传感器标定及称重实验七、 磁电式接近开关铁磁性物体检测实验八 光电转速传感器转速测量实验九 磁电转速传感器转速测量实验十 电涡流传感器轴的径向位移测量实验十一 红外反射式传感器物件计数实验十二 红外对射式传感器传输速度测量一、 环境温度测量1、实验目的 通过本实验了解和掌握温度传感器测量温度的基本原理和方法。2、实验原理温度概念的建立是以热平衡为基础的。如果两个冷热程度不同的物体相互接触必然会发生热交换现象，热量将由热程度高的物体

2、向热程度低的物体传递，直至达到两个物体的冷热程度一致，处于热平衡状态，即两个物体的温度相等。    直到目前，测量温度都采用间接测量的方法。它是利用一些材料或元件的性能随温度而变化的特性，通过测量该性能参数，而得到被测温度的大小。用以测量温 度特性的有：材料的热膨胀、电阻、热电动势、导磁率、介电系数、光学特性、弹性等等，其中前三者尤为成熟，获得广泛的应用。当镍铬镍硅（镍铝）两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差、会产生热电势，这就是热电效应，组成的温度传感器就是K型热电偶，温度高的接点就是工作端，也称为热端，将其置于被测温度场合配以相应的电路就可

3、以间接测量温度值。3、所需器件及模块9号温度传感器特性实验模块、K型热电偶。4、实验步骤a、将9号模块接入±15V电源，打开实验台电源开关，将A1和A2短接，调W2、W3使数显表的读书为零，关闭电源，拿掉短接线。b、将K型热电偶接入对应座的输入端（A1接红，A2接蓝），输出端（放大器的输出）接数显表，如图1所示，打开实验台电源开关，此时数显表的读书即为环境温度对应的电压值。0-2V K型热电偶传感器-15V地+15V图1 K型热电偶测温实验二、 环境湿度测量1、实验目的通过本实验了解和掌握湿度传感器测量湿度的基本原理和方法。2、实验原理湿度通常是指大气中所含的水蒸气量。湿度传感器是用

4、以感受大气湿度并变换成适当电信号输出的传感器。     湿度有两种常用的表示方法，即绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用kg/m3表示。绝对湿度也可称为水汽浓度或水汽密度。相对湿度为某一被测蒸气压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，常用"rh"表示。这是一个无量纲的值。绝对湿度给出了水分在空间的具体含量，相对湿度则给出大气的潮湿程度，故使用更加广泛。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

5、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。3、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。4、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，等到显示单元稳定后记下数值即为此时的相对湿度。图2三、光照强度测量1、实验目的 通过本实验了解和掌握光传感器测量照度的基本原理和方法。2、实验原理照度是表示受光面被照明程度的物理量。照度的单位采用专门名称勒克

6、斯。    照度传感器以光电效应为基础，将光信号转换成电信号的装置。    根据爱因斯坦的光子假说：光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一个光子具有一定的能量，其大小等于普朗克常数h乘以光的频率。所以不同频率的光子具有不同的能量。光的频率越高，其光子能量就越大。光线照射在某些物体上，使电子从这些物体表面逸出的现象称为外光电效应，也称光电发射。逸出来的电子称为光电子。光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏打效应三类，根据这些效应可制成不同的光电转换器件(并称光敏元件)。照度传感器是以光伏特效应来

7、工作的。3、实验步骤a. 将16号模块接入±15V，+5V电源，可见光照度模块的输出接直流电压表，如图3所示。b. 打开实验台电源开关，将K1拨至ON，调节光源电位器，使发光管的亮度发生变化，观察输出电压的变化。图3 光照强度测量实验模块四、酒精气体探测1、实验目的通过本实验熟悉酒精传感器的工作原理。2、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4所示（图4为工作原理图）。气敏元件由微型AL2Q3陶瓷管、SnO2敏感层、测

8、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。3、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）4、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

9、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4 气敏传感特性实验 五、环境噪声测量1、实验目的掌握噪声的测量方法2、所需器件及模块16号模块、固定电源±15V，+5V。3、 实验步骤a.将16号模块接入±15V，+5V电源，噪声模块的输出接示波器，如图5所示。打开实验台电源，对着话筒说话，观察示波器波形变化。图5 噪声传感器模块六、应变式压力传感器标定及称重1、实验目的通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。2、 实验原

10、理 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图6所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。                               

11、   图6 惠斯通电桥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。4、实验步骤4、实验步骤a. 将±15V固定电源接入14号模块，1号模块接入±5V电源，1号模块的输出接入14号模块放大器的输入端，14号模块放大器的输出端接数显表，K1、K2、K3的状态分别为ON、OFF、OFF。具体接线见图7。b. 打开实验台电源开关，调14号模块的W5、W6，使数显表的读数为零，依次将砝码放入托盘，把测得的实验数据填入下表。重量（g）50100150200电压（mv）图7 应变压力传感器实验七、

12、磁电式接近开关铁磁性物体检测1、 实验目的了解磁电式传感器测量转速的原理。dtd2、 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。3、所需器件及模块8号模块、示波器。接实验台 示波器 图8 磁电式传感器电路模块 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8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，

13、慢慢加大电机电压（不超过16V），观察示波器的波形。八、光电转速传感器转速测量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、所需器件及模块8号模块、示波器。 接实验台 示波器图9 光电传感器测速电路实验 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9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（H

14、z）九、磁电转速传感器转速测量1、 实验目的了解磁电式传感器测量转速的原理。dtd2、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。3、所需器件及模块8号模块、示波器。接实验台 示波器 图10 磁电式传感器测速电路实验 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10所示。b、将230V调节电源的电位器调至最小，打开实验台电

15、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）十、电涡流传感器轴的径向位移测量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、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）。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11所示。d、铁材料与电涡

16、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。将结果列入下表。X（mm）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V02（mV） 电涡流传感器地0-2V接实验台图11十一、红外反射式传感器物件计数1、 实验目的通过本实验，了解和掌握红外反射式传感器的工作原理。2、 实验原理 直接反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率较高时，直接反射式的光电开关是首选的检测模式。3、 M1

17、8漫反射型光电开关（NPN三极管驱动输出）介绍M18漫反射型光电开关外观如图12所示，其基本参数如下：检测距离：100毫米，被检测物最小直径：5毫米，指向角度：小于5度 ，工作电压：1036V直流，工作电流：小于10毫安，输出驱动电流：300毫安 ，温度范围：2570度 图12 M18漫反射型光电开关这是一种应用最为广泛的光电开关，它的直径为18毫米，长度约75毫米，背后有工作指示灯，当检测到物体时红色LED点亮，平时处于熄灭状态，非常直观，引线长度为100毫米。这种光电开关的输出采用NPN型三极管集电极开漏输出模式，也就是说模块的黑线就是三极管的集电极，如果模块检测到信号，三极管就会导通，将

18、黑线下拉到地电平，黑线和棕线之间就会出现电源电压，如果电源是12V的那么这个电压就是12V，如果电源是24V这个电压就是24V，一般三极管的驱动能力约100毫安左右，所以可以直接驱动继电器等小功率负载。如果客户希望得到的是一个电压信号，可以在黑线和棕线之间接一个1K的电阻，这时模块没有信号时，黑线就是电源电压，模块检测到信号时黑线跳变成电源地（实际是0.2V，三极管的导通压降）。十二、红外对射式传感器传输速度测量1、 实验目的通过本实验，掌握对射型光电开关的工作原理和方法。2、 实验原理对射式光电开关包含在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器。当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号。当检测物体是不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测模式。3、 M18对射型光电开关（NPN三极管驱动输出）产品介绍M18对射型光电开关外观如图13所示，其基本参数如下：检测距离：20米，被检测物最小直径：5毫米，指向角度：5度 ，发射端工作电压：1036V直流，接收端工作电压：636V直流 ，发射端工作电流：20毫安，接收端工作电流：20毫安，接收端