传感器与工程测试技术实验指导书

1、前言传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官”,它将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。在当今信息社会的时代,如果没有传感器,现代科学技术将无法发展。传感器在机电一体化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。为了适应这一时代发展的需要,全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感器教学纳入教学任务,作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的一门必修课。ZY13Sens12SB型传感器技术实验台是根据传感器的教学大纲,综合多所院校老师的教学意见开发的传感器系列实验系统。主要用于各大、中专院校及职业院校开设的传感器原理及技术、自动化检测技术、非电量电测技术、工业自动

2、化仪表及控制、机械量电测等课程的实验教学。ZY13Sens12SB型传感器技术实验台采用的大部分传感器虽然是教学传感器(透明结构便于教学,但其结构与线路是工业应用的基础,希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识及实验原理的理解,并在实验进行的过程中通过信号的拾取、转换、分析,掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。ZY13Sens12SB型传感器技术实验台内含18种传感器,基本涵盖了高校教学大纲中要求掌握的所有传感器。各单元部件及变换处理电路的多种组合可以进行几十种传感器的实验;在外配双线示波器的情况下可以进行多种动态演示实验。实验编排的层次从易到难、从静态到动态、从验证型到应用

3、型,力求做到通俗易懂,贴近人的认知过程。学生在实验之前应对相应实验内容进行预习,实验完成后根据原始记录进一步加深对实验原理的理解,力求完成实验后对所有的传感器能有全面的认识!由于编者水平的有限,本实验指导书难免存在错误和不足之处,热切希望广大师生多提宝贵意见!我们一定会再接再厉,尽我们所能的不断完善实验设备!希望能得到广大师生的支持与批评指正!目录前言 (1目录 (2第一章传感器实验台介绍 (3第二章传感器实验台实验指导 (5实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 (5实验二金属箔式应变片半桥性能实验 (8实验三金属箔式应变片全桥性能实验 (11实验四压阻式压力传感器的压力测量实验 (14实验五

4、差动变压器的性能实验 (17实验六电容式传感器的位移实验 (19实验七直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (21实验八交流激励时霍尔式传感器的位移实验 (23实验九霍尔测速实验 (25实验十电涡流传感器位移实验 (27实验十一被测体材质对电涡流传感器特性影响 (30实验十二光纤传感器的位移特性实验 (33实验十三光电转速传感器的转速测量实验 (35实验十四集成温度传感器的特性实验 (36第一章传感器实验台介绍ZY13Sens12SB传感器技术实验台由主控台、三源板(温度源、转动源、振动源、18个传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等六部分组成。一、实验台的组成1、主控台部分:提

5、供高稳定的±15V、+5V、±2V±4V±6V±8V±10V可调及+2V-+24V可调四种直流稳压电源;主控台面板上还装有测电压、气压、频率、转速的数显表及计时表。音频信号源(音频振荡器1kHz10kHz(可调;低频信号源(低频振荡器1Hz30Hz(可调;气压源0-20kpa可调;高精度温度转速两用仪表(控制精度±0.5,RS232计算机串行接口;流量计;漏电保护器。其中电源、音频、低频、均具有断电保护功能。±2V±4V±6V±8V±10V电源与其它电源、信号Fin、Vin

6、部分不共地。如果与其它电源同时使用时,应将其共地。因断路无输出重新开机即恢复正常。调节仪置内为温度调节、置外为转速调节。2、三源板:装有振动源1Hz-30Hz(可调;旋转源0-2400转/分(可调;加热源常温<150(可调。3、传感器:包括:电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、霍尔转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八种。4、实验模块部分:应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位

7、移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。5、数据采集卡及处理软件:数据采集卡采用12位A/D转换、采样速度1500点/秒,采样速度可以选择,既可单独采样亦能连续采样。标准RS232接口,与计算机串行工作。具有网络监控功能和用户认证功能;提供的处理软件有良好的计算机显示界面,可以进行实验项目选择与编辑,数据采集,特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。二、电路原理传感器模块电路原理图见模块正面三、使用方法1、开机前将转速调节旋钮调到中间位置,显示选择旋钮打到2V档,电压选择打到±2V档,其余旋钮均打到中间位置。2、将220V的电源线插头插入市电插座,接通开关,电源指示灯亮,计时器指示为

8、4个零,数字显示0.000或-0.000,电压指示灯亮,表示实验台电源工作正常。3、每个实验前应先阅读实验指导书,每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线(实验中用到直流电源时,应将该电源调到实验值时在接到实验线路中,检查无误后方可接通主电源。4、数据采集卡及处理软件的使用方法详见软件使用说明书。5、打开调节仪电源开关、调节仪表头PV显示测量值,SV显示设定值。6、打开气源开关,气源口有声响,说明气压泵工作正常。四、仪器维护及故障排除1、维护(1防止硬物撞击划伤实验台面及防止模块线路跌落。(2做完实验后要将模块、传感器、配件及连线全部整理好。(3搭接线路时应断开电源,以防误操作损坏器

9、件。(4避免在过潮或温度过高的环境中使用本仪器。2、故障排除(1开机无指示、无数显,应检查电源是否接通、保险丝是否烧断。(2转动源不转、应检查转速调节是否有输出,如有输出更换转动电机,如无输出更换电源板。(3振动源如无振动,先检查低频振荡器是否有输出,如无输出应更换低频振荡器信号板,如有输出更换振荡线圈。五、注意事项1在更换连接线时,应断开电源,只有在确保接线无误后方可接通电源。2严禁将电源、信号源输出插座和地短接,时间长易造成电路元件损坏。3严禁将主控台上±15V电源引入模块时接错。4严禁用酒精或其它具有腐蚀性物质擦洗面板,以防示意图擦掉。5本实验台的各个部分都是相配套使用的,请勿

10、调换。6实验完毕后,请将传感器以及电路模块放回原位。7如果本实验长期未通电使用,在使用前应先预热,建议做实验前按一次漏电保护按钮。8做实验前务必仔细阅读实验指导书,尤其仔细阅读每个实验指导中的实验注意事项。第二章 传感器实验台实验指导实验一 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,单臂电桥的工作原理和性能。二、实验内容了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作情况。三、实验仪器应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表(自备。四、实验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

11、阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:R Ku R =式中R R 为电阻丝电阻相对变化,K 为应变灵敏系数, l u l=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受力状态变化、电桥的作用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。对单臂电桥输出电压 14O EKu U =。五、实验注意事项1、差放调零完成后,应将差放的线拆掉,再按图1-2接线做实验。六、实验步骤1、了解所需单元、部件在模块所在的位置,观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。2、如图(1-1应变式传感器

12、已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上,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。3、接入模板电源±15V (从主控台引入,检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器RW3逆时针旋到底,预热五分钟,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,输出端与主控台面板上数显表输入端Vin相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档。关闭主控台电源。图1-1 应变式传感器安装示意图 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图4、拆掉

13、差放调零的连接线,即将差放正、负输入对地短接的线拆掉。5、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已接好,接好电桥调零电位器RW1,接上桥路电源±4V(从主控台引入如图1-2所示。检查接线无误后,合上主控台电源开关。调节RW1。(数显表的切换开关打到2V档6、在应变托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,逐个增加砝码个数,每增加一个砝码读取相应的数显表值,直到十个砝码全部加完。记下实验结果并填入下表, 量和非线性误差:f1=m/yF·S ×100%。式中m为输出值(多次测量时为平均

14、值与拟合直线的最大偏差。yF·S满量程输出平均值,此处为200g。七、实验报告在实验报告中填写实验报告一,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题1、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。2、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求?实验二 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的1、验证半桥的的特点和性能。2、比较单臂、半桥输出时灵敏度的关系并得出相应的结论。二、实验内容金属箔式应变片半桥的特点和性能。三、实验仪器应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、

15、±15V 电源、±4V 电源、万用表(自备。四、实验原理已知半桥的R 分别为RR,根据戴维南定理可以得出单臂电桥的输出电压近似等于14O EKu U =,于是对应半桥的电压灵敏度分别为2EKu。五、实验注意事项1、应变片R2应和R1受力状态相反,即一片受拉,一片受压。2、若实验时无数值显示说明R 2与R 1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。3、差放调零完成后,应将差放的线拆掉,再按图2-2接线做实验。六、实验步骤1、了解所需单元、部件在模块所在的位置,观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。2、如图(2-1应变式传感

16、器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上,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。3、接入模板电源±15V (从主控台引入,检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器RW3逆时针调到最大,预热五分钟,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,输出端与主控台面板上数显表输入端Vin 相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V 档。关闭主控台电源。4、拆掉差放调零的连接线,即将差放正、负输入对地短接的线拆掉。5、根据图2

17、-2接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片,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,调节电桥电位器R W1,使数显表显示为0.000。(数显表的切换开关打到2V档。 图2-1 应变式传感器安装示意图图2-2 应变式传感器半桥实验接线图6、在应变托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,逐个增加砝码个数,每增加一个砝码读取相应的数显表值,直到十个砝码全部加完。记下实验结果并填入下表, 变化量和非线性误差:f1=m/yF·S ×100%。式中m为输出值(多次测量时为平均值与拟合直线的最大偏

18、差。yF·S满量程输出平均值,此处为200g。七、实验报告在实验报告中填写实验报告二,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题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。实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的1、验证全桥的的特点和性能。2、比较单臂、半桥、全桥输出时灵敏度的关系并得出相应的结论。3、了解全桥测量电路的优点。二、实验内容金属箔式应变片全桥的特点和性能。三、实验仪器应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表(

19、自备。四、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。已知单全桥电路的R 分别为4R R。根据戴维南定理可以得出单臂电桥的输出电压近似等于14O EKuU =,于是对应全桥的电压灵敏度为EKu 。由此可知,当E 和电阻相对变化一定时,电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。由此可见,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。五、实验注意事项1、遵循将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,相反的接入邻边的原则。2、差放调零完成后,应将差放的线拆掉,再按图3-2接线做实验。六、实验步骤1、了解所需单元、部件在模块所在的位置,观察梁上的应变片,应

20、变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。2、如图(3-1应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上,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。3、接入模板电源±15V (从主控台引入,检查无误后,合上主控台电源开关,将实验模板调节增益电位器RW3逆时针调到最大,预热五分钟,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,输出端与主控台面板上数显表输入端Vin相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档

21、。关闭主控台电源。4、拆掉差放调零的连接线,即将差放正、负输入对地短接的线拆掉。 图3-1 应变式传感器安装示意图图3-2 全桥性能实验接线图5、根据图3-2接线。R1、R2、R3、R4为实验模板左上方的应变片,注意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。接入桥路电源±4V,调节电桥调零电位器R W1,使数显表显示为0.000。(数显表的切换开关打到2V档。6、在应变托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,逐个增加砝码个数,每增加一个砝码读取相应的数显表值,直到十个砝码全部加完。记下实验结果并填入下表, 7、根据上表计算系统灵敏度S3=U/W(U输出电压变化量,W重量变化量

22、和非线性误差:f1=m/yF·S ×100%。式中m为输出值(多次测量时为平均值与拟合直线的最大偏差。yF·S满量程输出平均值,此处为200g。七、实验报告在实验报告中填写实验报告三,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题如果不考虑应变片的受力方向,结果会怎样?实验四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、实验内容扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。三、实验仪器压力源(已在主控台、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管

23、、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。四、实验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,则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。五、实验注意事项1、气源平时应关闭,以免影响其它电路工作,胶管尽量避免油污,以免造成老化破损。2、注意压力传感器的接法:红色引线接Vs;黑色引线接地线;黄色引线接Vo +;蓝色引线接Vo-。六、实验步骤1、根据图4-2连接管路和电路,主控台内的气源部分,压缩泵、贮气箱、流量计在主控台内部已经接

24、好。实验时只需将白色气压软管一端插入主控台面板的隔板接头中,另一端插入压力传感器的气嘴中。本实验模板连接见图4-2,压力传感器有4端:红色引线接Vs;黑色引线接地线;黄色引线接Vo+;蓝色引线接Vo-。2、实验模板上RW2用于调节零位,RW1可调放大倍数,按图4-1接线,模板的放大器输出Vo2引到主控台数显表的Vin插座。将显示选择开关拨到2V档,反复调节RW2(RW1旋到满度的1/3使数显表显示为零。3、先松开流量计上端出气口调气阀的旋钮,开通流量计。4、合上主控台上的气源开关,启动压缩泵,此时可看到流量计中的滚珠浮子在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,

25、观察数显表显示电压的正、负,若为负值则对调传感器差放的正负输入接法互换。6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮,使压力显示在6-15KP之间每上升 图4-1 压阻式压力传感器测量系统 图4-2 压力传感器压力实验接线图七、实验报告在实验报告中填写实验报告四,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题如何将本实验装置作为一个压力计?实验五差动变压器的性能实验一、实验目的了解差动变压器原理及工作特性。二、实验内容验证变压器式电感传感器的原理和工作特性。三、实验仪器差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源(音频振荡器、直流电源

26、、万用表。四、实验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。五、实验注意事项注意传感器引线的接法:红线接1号端子;黑线接2号端子;蓝线接3号端子;绿线接4号端子;黄线接5、6号端子。六、实验步骤1、根据图5-1,将差动变压器装在差动变压器实验模板上。图5-1 差动变压器安装示意图2、将传感器引线插头插入

27、实验模板的插座中,在模块上按5-2接线,1、2接示波器第一通道,3、4接示波器第二通道。音频振荡器信号必须从主控台中Lv 端子输出,调节音频振荡器的频率,输出频率为45KHz (可用主控台的频率表Fin 来监测。调节输出幅度为峰-峰值Vp -p =4V (可用示波器监测。 图5-2 双线示波器与差动变压器连线示意图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,另一个方向位称为负,从Vp-p 最小开始旋动测微头,每隔0.5mm 从示波器上读出输出电压Vp-p 值,填入下表,再由Vp-p 最小处反向位移做实验,在实验过程中,注意左、

28、右位移时,初、次级波形的相位 小。根据表中数据画出Vop-p -X 曲线,作出量程为±1mm 、±3mm 灵敏度和非线性误差。七、实验报告在实验报告中填写实验报告五,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题试分析差动变压器与一般电源变压器的异同?14音频振荡器45KHZVP-P4V接示波器第一通道接示波器第二通道实验六电容式传感器的位移实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二、实验内容电容传感器用于位移测量。三、实验仪器电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。四、实验原理利用平板电容C=A

29、/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中,保持二个参数不变,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(变d和测量液位(变A等多种电容传感器。五、实验注意事项电容传感器两根黄色引线接电容模块插孔1、插孔2;黑色引线接插孔3。六、实验步骤1、按图6-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。图6-1 电容传感器安装示意图2、按图6-2将电容传感器引线插头插入实验模板的插座中(电容传感器两根黄色引线接电容模块插孔1、插孔2;黑色引线接插孔3。 图6-2 电容传感器实验接线图3、将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vin相接(插入主控台Vin孔

30、,RW调节到中间位置,显示选择置于“2V”档。4、电容模块接入±15V电源,旋动测微头推进电容传感器动极板至中间位置,使电压数显表显示为最小值。5、旋动测微头,每间隔0.5mm记下位移X与输出电压值,填入下表: 6、根据上表数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。七、实验报告在实验报告中填写实验报告六,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题本实验中的电容传感器是什么结构?该结构有什么特点?实验七直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性。二、实验内容利用霍尔式传感器的特性在直流激励下测量

31、静态位移。三、实验仪器霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元。四、实验原理根据霍尔效应,霍尔电势U H=K H IB,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。五、实验注意事项1、请务必断电连线,否则极易烧坏霍尔传感器。2、注意霍尔传感器引线的接法:红线插入插孔1;黑线插入插孔3;蓝线插入插孔2;黄线插入插孔4。六、实验步骤1、将霍尔传感器按图7-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图7-2进行。将模块右上角+15V、-15V、地和主控台上的+15V、-15V、地用导线相连。2、将主控台上的电压选择置于±4V档,并将±4V引入到模块中,连线图如

32、7 -2所示。将传感器的引线插入插孔中,红线插入插孔1;黑线插入插孔3;蓝线插入插孔2;黄线插入插孔4。3、开启电源,电压表选择置于2V档。调节RW1使数显表显示最小,进一步调节测微头使数显表显示为最小值。此值为最小不等位电势(约为几百个毫伏。 图7-1 霍尔传感器安装示意图 图7-2 霍尔传感器位移直流激励实验接线图4、旋转测微头,使其偏离最小不等位电势,直到电压表的值有明显变化开始计数。即旋转测微头,每转动0.2mm记下一个读数,直到读数近似不变,将读数填入下表: 5、根据上表作出V-X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。七、实验报告在实验报告中填写实验报告七,详细记录实验过程中

33、的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题霍尔传感器的特点?实验八交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、实验目的了解交流激励下霍尔片的特性。二、实验内容利用霍尔式传感器的特性在交流激励下测量静态位移。三、实验仪器霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、相敏/检波/滤波模块、双线示波器、直流源、测微头、数显单元。四、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。五、实验注意事项1、请务必断电连线,否则极易烧坏霍尔传感器。2、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。3、传感器引线接法:红线插入插孔1;黑线插入插孔3;蓝线插入插孔2;黄线

34、插入插孔4。六、实验步骤1、将霍尔传感器按图8-1安装。实验模板上连线见图8-2。 图8-1 霍尔传感器安装示意图 图8-2 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、将传感器引线插入对应的插孔中:红线插入插孔1;黑线插入插孔3;蓝线插入插孔2;黄线插入插孔4,注意插孔3还要接地。3、调节音频振动器频率和幅度旋钮,从Lv输出,用示波器测量使电压输出频率为1KHz(在1KHz左右即可,并不要求严格的1KHz,电压峰-峰为4V(注意电压过大会烧坏霍尔元件,将该音频信号引入电路中。4、利用示波器观察相敏检波器输出,旋转移相单元电位器RW和相敏检波电位器RW,使示波器显示全波整流波形,且数显表显示相对的电

35、压值;将RW2逆时针旋到底,来回调节测微头使电压表显示的值最小(该值即为霍尔传感器的最小不等位电势,约为几百个毫伏。5、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移,使其偏离最小不等位电势,然 七、实验报告在实验报告中填写实验报告八,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题1、从本实验中如何判断不等位电势?2、霍尔元件的测量误差的补偿方法有哪几种?实验九霍尔测速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二、实验内容用霍尔传感器测量电机转速。三、实验仪器霍尔转速传感器、直流源+5V、转动源2-24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。四、实验原

36、理利用霍尔效应表达式:U H=K H IB,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。五、实验注意事项1、一定要将霍尔传感器的探头对准磁钢反射面。2、由于转速表内部结构的问题,电机实际转速=转速表显示值/6。六、实验步骤1、根据图9-1,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁 钢。图9-1 霍尔转速传感器安装图2、将霍尔转速传感器的电源端(红色接线端接主控台的+5V电源。3、将霍尔转速传感器输出端(黄色接线端插入数显单元Fin端,蓝色接线端接地。4、将转速调节中的+2V

37、-24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。5、将数显单元上的开关拨到转速档。6、调节+2V-24V电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。7、由于转速表内部结构的问题,电机实际转速=转速表显示值/6。七、实验报告在实验报告中填写实验报告九,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题如果实验装置上用了12只磁钢,则电机的转速和频率之间有和关系?实验十电涡流传感器位移实验一、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、实验内容用铁圆片检测电涡流传感器的位移特性。三、实验仪器电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元

38、、测微头、铁圆片。四、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感应产生电涡流,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距离有关。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。 五、实验注意事项被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行,并将探头尽量对准被测体中间,以减少涡流损失。六、实验步骤1、根据图10-1安装电涡流传感器。2、观察传感器结构,这是一个平绕线圈。3、将涡流传感器输

39、出线接入实验模板上标有L的两端插孔中,作为振荡器的一个元件。 图10-1 电涡流传感器安装示意图 图10-2 电涡流传感器位移实验接线图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、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vin相接。数显表量程切换到选择电压20V档。6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有+15V的插孔中。7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控台电源开关,此时数显表读数为 8、根据上表数据画出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、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线。七

40、、实验报告在实验报告中填写实验报告十,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题如何提高电涡流传感器的线性范围?实验十一被测体材质对电涡流传感器特性影响一、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、实验内容用铝测体和铜测体验证不同电导率的被测材料对电涡流传感器的特性影响。三、实验仪器电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铝测片、铜测片。四、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。五、实验注意事项传感器在初始时可能会出现一段死区。六、实验步骤1、根据图11-

41、1安装电涡流传感器。2、观察传感器结构,这是一个平绕线圈。3、将涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中,作为振荡器的一个元件。 图11-1 电涡流传感器安装示意图 图11-2 电涡流传感器接线图4、在测微头端部装上铝质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。5、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vin相接。数显表量程切换到选择电压20V档。6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有+15V的插孔中。7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控台电源开关,此时数显表读数为最小,然后每隔0.1mm读一个数,直到输出几乎不变为止。将结果列入下表。 8、卸下铝质金属圆片,换上铜质金属

42、铝片,作为电涡流传感器的被测体。9、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控台电源开关,此时数显表读数为最小,然后每隔0.1mm读一个数,直到输出几乎不变为止。将结果列入下表。 10、根据表11-1和表11-2分别计算量程为1mm和2mm时的灵敏度和非线性误差(线性度。七、实验报告在实验报告中填写实验报告十一,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题分析铁测片、铝测片、铜测片哪一个的灵敏度高,为什么?实验十二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、实验内容用传光型光纤测位移。三、实验仪器光纤传感器、光纤传

43、感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面(用电涡流传感器的铁测片做反射面。四、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亦称探头,它与被测体相距X,由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来,另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量,而光电转换器转换的电量大小与间距X有关,因此可用于测量位移。五、实验注意事项1、实验时注意光纤探头与反射面保持平行,调整光纤探头使其位于反射面的圆心上。2、实验前应用纸巾擦拭反射面,以保证反射效果。六、实验步骤1、根

44、据图12-1安装光纤位移传感器,二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。 图12-1 光纤传感器安装示意图 图12-2光纤传感器位移实验接线图2、将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连,见图12-2。3、调节测微头,使探头与反射面圆平板接触。4、实验模板接入±15V电源,合上主控台电源开关,调RW使数显表显示值最小,然后微调测微头使数显表显示为0.000(电压选择置2V档。 6、根据上表数据,作光纤位移传感器的位移输出曲线图。计算在量程1mm 时灵敏度和非线性误差。七、实验报告在实验报告中填写实验报告十二,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形

45、等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题根据实验步骤(6中的光纤位移传感器的位移输出曲线图,分析其原理。实验十三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、实验内容用透射型光电转速传感器测电机转速。三、实验仪器光电转速传感器、直流电源+5V、转动源及2-24V直流源、数显单元。四、实验原理光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本实验装置是透射型的,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号,由于转盘上有相间的6个间隔,转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值。五、实验注意事项

46、由于转速表内部结构的问题,电机实际转速=转速表显示值/6。六、实验步骤1、光电转速传感器已安装在三源板上,把三源板上的+5V、接地、V0与主控台上的+5V、地、数显表的Fin相连。数显表转换开关打到转速档。2、将转速源2-24V输出旋到最小,接到转动源24V插孔上。3、合上主控台电源开关,使电机转动并从数显表上观察电机转速。4、由于转速表内部结构的问题,电机实际转速=转速表显示值/6。七、实验报告在实验报告中填写实验报告十三,详细记录实验过程中的原始记录(数据、图表、波形等并结合原始记录进一步理解实验原理。八、实验思考题分析光电转速传感器的构成。传感器与工程测试技术实验指导书 实验十 实验十四

47、 集成温度传感器的特性实验 一、实验目的 了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。 二、实验内容 AD590 集成温度传感器测量电压和温度的关系。 三、实验仪器 温度控制单元、温度源、集成温度传感器、温度传感器实验模板、数显单元、 万用表（自备） 。 四、实验原理 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

48、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（4V 30V） 。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 R2 见图 141）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。 五、实验注意事项 先按下述方法调节好仪表： 1、仪表面板说明： 仪表面板说明： PV测量值显示窗（红） SV给定值显示窗（绿） SET功能键 数据增加键 数据减少键 数据移位（兼手动/自动切换及程序设置进入） ALM1AL1 动作时点

49、亮对应的灯（红） ALM2AL2 动作时点亮对应的灯（红） AT自整定运作灯 - 36 - 传感器与工程测试技术实验指导书 OUT调节输出指示灯（绿） 仪表操作： 2、仪表操作： 将 Pt100 传感器接入主控台调节仪单元中的“Pt100 输入”端口（传感器两根 黄色引线接 入“Pt100 输入” 上方的两端口，传感器的另外一根黑色引线接入 “Pt100 输入” 下方的一个端口） 合上主控台的漏电保护开关为 ； “ON” 再合上调节仪单元中的 ， “温 度开关”为“开” ，合上“控制方式”开关为“内” 。 仪表参数设置： 3、仪表参数设置： 按住 SET 键并保持约 2 秒钟，进入参数设置状态，PV 窗显示菜单（功能） ，SV 显示相应 PV 菜单（功能）的参数值。再按一下 SET 键仪表依次显示菜单及各参 数值。此时，分别按、键可进行参数值数据修改；按键并保持不放，接 着按键可返回显示上一参数。 先按住键不放接着按 SET 键可退出设置参数状态。 如果没有按键操作，约 30 秒后仪表会自动退出设置参数状态。 参数设置表 （为出厂初始值，无需改动 如需