传感技术实验指导书高联版.docx
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传感技术实验指导书高联版
CSY-3000系列传感器与检测技术实验台
说 明 书
一、实验台的组成
CSY-3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1、主机箱:
提供高稳定的±15V、±5V、+5V、±2V-±10V(步进可调)、+2V-+24V(连续可调)直流稳压电源;直流恒流源0.6mA-20mA可调;音频信号源(音频振荡器)1KHz~10KHz(连续可调);低频信号源(低频振荡器)1Hz~30Hz(连续可调);气压源0-20KPa(可调);温度(转速)智能调节仪(开关置内为温度调节、置外为转速调节);计算机通信口;主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表;漏电保护开关等。
其中,直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能,在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。
2、振动源:
振动台振动频率1Hz-30Hz可调(谐振频率9Hz左右)。
转动源:
手动控制0-2400转/分;自动控制300-2400转/分。
温度源:
常温-150℃。
3、传感器:
有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、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(光电断续器)、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、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个(其中二个光源)。
4、实验模板:
有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/低通滤波模板、光电器件
(一)、光开关共十二块模板。
二、使用方法
1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档;电流表显示选择旋钮打到200mA档;步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档;其余旋钮都打到中间位置。
2、将AC220V电源线插头插入市电插座中,合上电源开关,数显表显示0000,表示实验台已接通电源。
3、做每个实验前应先阅读实验指南,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(实验中用到可调直流电源时,应在该电源调到实验值后再接到实验线路中),检查无误后方可接通电源。
4、合上调节仪(温度开关)电源开关,调节仪的PV显示测量值;SV显示设定值。
5、合上气源开关,气泵有声响,说明气泵工作正常。
四、仪器维护及故障排除
1、维护
⑴ 防止硬物撞击、划伤实验台面;防止传感器及实验模板跌落地面。
⑵ 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。
2、故障排除
⑴ 开机后数显表都无显示,应查AC 220V电源有否接通;主机箱侧面AC 220V插座中的保险丝是否烧断。
如都正常,则更换主机箱中主机电源。
⑵ 转动源不工作,则手动输入+12V电压,如不工作,更换转动源;如工作正常,应查调节仪设置是否准确;控制输出Vo有无电压,如无电压,更换主机箱中的转速控制板。
⑶ 振动源不工作,检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出,如无输出,更换信号板;如有输出,更换振动源的振荡线圈。
⑷ 温度源不工作,检查温度源电源开关有否打开;温度源的保险丝是否烧断;调节仪设置是否准确。
如都正常,则更换温度源。
五、注意事项
1、在实验前务必详细阅读实验指南。
2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。
3、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地(⊥)短接,因短接时间长易造成电路故障。
4、请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。
5、在更换接线时,应断开电源,只有在确保接线无误后方可接通电源。
6、实验完毕后,请将传感器及实验模板放回原处。
7、如果实验台长期未通电使用,在实验前先通电十分钟预热,再检查按一次漏电保护按钮是否有效。
8、实验接线时,要握住手柄插拔实验线,不能拉扯实验线。
实验目录
实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验………………………………………………4
实验二压阻式压力传感器的压力测量实验………………………………………………………………8
实验三差动变压器的性能实验……………………………………………………………………………9
实验四电容式传感器的位移实验…………………………………………………………………………11
实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验…………………………………………………………13
实验六磁电式转速传感器测速实验………………………………………………………………………14
实验七压电式传感器测振动实验…………………………………………………………………………15
实验八K热电偶测温特性实验……………………………………………………………………………16
实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
一、实验目的:
了解金属箔式应变片的应变效应,单臂、半桥、全桥工作原理和性能比较。
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;对于全桥测量电路中,将受力方向相同的两应变片接入电桥对边,相反的应变片接入电桥邻边。
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,非线性误差和温度误差均得到改善。
三、需用器件与单元:
主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4
位数显万用表(自备)。
图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图
四、实验步骤:
单臂:
应变传感器实验模板说明:
实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片,没有文字标记的5个电阻符号下面是空的,其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设,图中的粗黑曲线表示连接线。
1、根据图1〔应变式传感器(电子秤传感器)已装于应变传感器模板上。
传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。
传感器左下角应变片为R1;右下角为R2;右上角为R3;左上角为R4。
当传感器托盘支点受压时,R1、R3阻值增加,R2、R4阻值减小,可用四位半数显万用进行测量判别。
常态时应变片阻值为350Ω,加热丝电阻值为50Ω左右。
〕安装接线。
2、放大器输出调零:
将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开,再用导线将两输入端短接(Vi=0);调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先顺时针旋到底,再逆时针旋转1圈);将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档,合上主机箱电源开关;调节实验模板放大器的调零电位器RW4,使电压表显示为零。
3、应变片单臂电桥实验:
拆去放大器输入端口的短接线,将暂时脱开的引线复原(见图1接线图)。
调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1,使主机箱电压表显示为零;在应变传感器的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200g砝码加完。
记下实验结果填入表1画出实验曲线。
表1
重量(g)
电压(mv)
4、根据表1计算系统灵敏度S=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化量,ΔW重量变化量)和非线性误差δ,
δ=Δm/yFS×100%式中Δm为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:
yFS满量程输出平均值,此处为200g。
实验完毕,关闭电源。
半桥:
根据图2接线。
注意R2应和R3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。
实验方法与单臂相同,记下实验数据填入表2画出实验曲线,计算灵敏度S2=U/W,非线性误差δ。
实验完毕,关闭电源。
表2
重量
电压
图2应变式传感器半桥接线图
全桥:
根据图3接线。
实验方法与单臂相同,将实验数据填入表3画出实验曲线;进行灵敏度和非线性误差计算。
实验完毕,关闭电源。
表3
重量
电压
图3全桥性能实验接线图
五、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、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。
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、测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值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。
6、根据试验所得的单臂、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:
单臂、半桥、全桥的放大器增益必须相同)。
实验二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、基本原理:
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。
三、需用器件与单元:
主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。
四、实验步骤:
1、将压力传感器安装在实验模板的支架上,根据图4连接管路和电路(主机箱内的气源部分,压缩泵、贮气箱、流量计已接好)。
引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中(注意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压,则可轻松拉出),另一端口与压力传感器相连。
压力传感器引线为4芯线:
1端接地线,2端为U0+,3端接+4V电源,4端为Uo-,接线见图4。
图4压阻式压力传感器测压实验安装、接线图
2、实验模板上RW2用于调节放大器零位,RW1调节放大器增益。
按图4将实验模板的放大器输出V02接到主机箱(电压表)的Vin插孔,将主机箱中的显示选择开关拨到2V档,合上主机箱电源开关,增益电位器RW1旋到满度的1/3位置(逆时针旋到底再顺时针旋3圈),仔细调节调零RW2使主机箱电压表显示为零。
3、合上主机箱上的气源开关,启动压缩泵,逆时针旋转转子流量计下端调压阀的旋钮,此时可看到流量计中的滚珠在向上浮起悬于玻璃管中,同时观察气压表和电压表的变化。
4、调节流量计旋钮,使气压表显示某一值,观察电压表显示的数值。
5、仔细地逐步调节流量计旋钮,使压力在2KPa-18KPa之间变化(气压表显示值),每上升1KPa气压分别读取电压表读数,将数值列于表4。
画出实验曲线计算本系
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