三压力测量天津广播电视大学Word文档格式.docx

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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．基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：

发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，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．光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，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，由于转盘上有黑白相间的12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。

三、实验所需部件：

霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源＋5V、转动源2－12V、数显单元、导线若干。

四、实验步骤：

1、根据图1－1，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1－1霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图

2、将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。

3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。

4、将转速源＋2V－12V输出旋至最小，接入三源板的转速电源孔中。

5、将数显单元上的开关拨到转速档，合上主控箱电源开关。

6、调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－1中。

7、关闭主控箱电源开关，取下霍尔转速传感器，进行光电转速测量，光电转速传感器已安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地、VO与主控箱上的+5V、地、数显表的Fin相连。

8、将转速源2－12V输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中。

9、合上主控箱电源开关，调节转速源2—12V，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－2中。

10、关闭主控箱电源开关，取下光电传感器的相关连线，进行磁电式转速测量。

11、磁电式转速传感器按图1-1安装传感器端面离转动盘面2mm左右，并且将磁电式转速传感器中心对准磁钢中心。

将磁电式转速传感器输出端插入数显单元Fin孔。

（磁电式转速传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）

12、将转速源2－12V输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中，合上主控箱电源开关，调节转速源2—12V，记录数显表转速显示为0时的电压最大值。

继续观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－3中。

表1－1电压与转速（霍尔转速传感器）

电压

转速

表1－2电压与转速（光电转速传感器）

表1－3电压与转速（磁电转速传感器）

五、思考题：

1、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？

2、本实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便?

3、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？

4、如何利用光电传感器和调节仪自动控制电机转速?

实验二电子秤实验

一、实验目的：

1．了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。

2．了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。

3．通过实验后能够设计信号放大电路。

二、基本原理：

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：

ΔR／R＝Kε

式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/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Uo1=EKε/4。

对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。

全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：

R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。

其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。

应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、±

15V电源、±

4V电源、万用表、导线若干。

1、根据图2－1可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。

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，可用万用表进行判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。

2、接入模板电源

15V（从主控台引入），检查无误后,合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，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,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连,调节实验模板上的调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的量程切换开关打到2V档）。

关闭主控箱电源。

图2－1应变式传感器安装示意图

3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7、模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±

4V,此时应将±

4V地与±

15V地短接（因为不共地）,如图2－2所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。

调节Rw1，在托盘上不加砝码时，使桥路输出为零。

4、为便于读取数据，将10只砝码全部置于传感器秤托盘上，调节电位器RW3使VO2输出为50的整数倍值。

在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到500g砝码加完。

记下实验结果填入表2－1。

计算系统灵敏度S，非线性误差δ。

5、将图2－2电桥中的R5改接成R2或R4，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进行半桥实验，见图2－3，接入桥路电源±

4V，进行桥路调零，重复步骤2、3、4，将实验数据记入表2－2，计算灵敏度S，非线性误差δ。

图2－2应变式传器实验模板电原理图

表2－1单臂电桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mv）

图2－3应变式传感器半桥实验接线图

表2－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值

重量

电压

6、将传感器四片应变片接成全桥电路，见图2－4。

重复步骤2、3、4，将实验结果填入表2－3；

进行灵敏度和非线性误差计算。

图2－4全桥性能实验接线图

表2－3全桥输出电压与加负载重量值

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、电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。

3、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。

4、电桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：

（1）可以

（2）不可以。

5、实验中的电子秤与超市的电子称有什么区别？

试画出超市的电子称实现的原理框图。

实验三压力测量实验

了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。

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。

三、实验所需部件：

压力源（已在主控箱）、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、数显单元、直流稳压源±

4V、±

15V。

四、实验步骤：

1、根据图3－1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。

将标准压力表放置传感器支架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压，则可轻松拉出）。

其余两根黑色导管分别与标准表和压力传感器接通。

这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。

当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。

本实验模板连接见图3－2，压力传感器有4端：

1端线接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源，4端为Uo－。

1、2、3、4端顺序排列见图3－2。

图3－1压阻式压力传感器测量系统

图3－2压力传感器压力实验接线图

2、实验模板上RW2用于调节零位，RW1可调放大倍数，按图3－2接线，模板的放大器输出Vo引到主控箱数显表的Vi插座。

将显示选择开关拨到2V档，反复调节RW2（RW1旋到满度的确1／3）使数显表显示为零。

3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。

4、合上主控箱上的气源开关K3，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，观察数显表显示电压的正、负，若为负值则对调传感器气咀接法。

6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使压力显示在4－14KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表（3－1）

表（3－1）压力传感器输出电压与输入压力值

P（KP）

Vo（p-p）

7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。

五、思考题：

如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，请问如何标定？

实验四温度测量实验

1．了解热电阻的特性与应用和K型热电偶测量温度的性能与应用范围

2．了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用

1．用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，而稳定，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。

常用铂电阻和铜电阻。

铂电阻在0－630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：

Rt=Ro（1+At+Bt2）

Ro是温度为0℃时的电阻。

本实验Ro＝100Ω。

A＝3.9684×

10－2／℃，B＝－5.847×

10－7／℃2，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。

2．当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。

温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。

3．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－50℃－＋150℃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4－2）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。

加热源、K型热电偶、集成温度传器（AD590）、Pt100热电阻（两个）、温度控制单元（调节仪）、温度传感器实验模板、数显单元、万用表、导线若干。

1、将两个Pt100传感器插入三源板的两个测试孔中，其中一个作为调节仪的标准输入传感器，将其三根线插入主控箱上标Pt100的插孔中。

2、将R5、R6短路接地，加±

15V运放电源，进行差动调零。

调RW3使VO2＝0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。

3、用万用表欧姆档测出另一个Pt100三根线中其中短接的二根线，（本实验室的即为颜色相同的两根）将一根接b端，另一根R5端。

将Pt100的第三根线接a端。

这样Rt与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。

Rw1中心活动点与R6相接，见图4－1。

Rw2左旋到底（增益最小）。

4、在端点a与地之间加直流源2V，调RW1使电桥平衡，即VO2＝0。

5、在常温基础上，将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的电源插座上，按Δt=5℃读取数显表值。

将结果填入下表4－1。

关闭主控箱电源开关。

6、将风扇电源24V（+、地）接入主控箱面板转速调节电源，并将转速调节电源旋钮顺时针旋到24V（可用数显表测量），直到数显表为零，将和温度传感器实验模板相连的Pt100铂电阻从测试孔中取出。

图4－1铂电阻、热电偶测温特性实验

7、待冷却到常温时将K型热电偶插入测试孔中用于温度测量。

8、将K型热电偶两根引线插入温度传感器实验模板标有热电偶符号的a、b孔上，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端。

9、将R5、R6短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节RW3使UO2为零（见图4－1），将UO2与数显表Vi相接。

调RW3使数显表显示零位，主控箱波段开关拨到2V档。

10、去掉R5、R6短路接线,将a、b端与放大器R5、R6相接，调RW2至最大。

11、按Δt＝10℃读出数显表头输出电势与温度值，并记入表4－2。

12、将AD590插入测试孔中进行一段时间加热以便用于降温测量。

13、将主控箱上显示选择切换开关打到2V,实验模板的输出V02端、┻端分别与主控箱电压表输入Vin端、┻端相连,再将实验模板-15V、┻、+15V端分别与主控箱稳压电源V0中的-15V、┻、+15V端相连。

将R5、R6短路接地，接入电源，打开主控箱电源开关，调节RW3使UO2为零。

14、关闭主控箱电源，将主控箱上显示选择切换开关打到4V。

去掉R5、R6短路接线,把AD590的引线接入模板a、b端,再将a、端、┻端分别连接到主控箱的±

2V∽±

10V稳压电源输出+VOUT和┻端,此时电压表的显示值为AD590在当前温度的输出值,见图4－2。

图4－2集成温度传感器实验原理图

15、加热器的220V电源插头从主控箱面板上的电源插座上拔出，按Δt=5℃读取数显表值并记入表4－3中。

表4－1铂电阻热电势与温度值

t（℃）

V（mv）

表4－2K型热电偶热电势与温度数据

表4－3AD590与温度数据

根据表4－14－24－3值计算其非线性误差。

1、Pt100三根线中有二根线短接，短接的作用是什么？

2、做AD590降温实验时，为什么要先加热一段时间后再进行降温实验？