传感器技术实验指导书.docx

传感器技术实验指导书.docx

《传感器技术实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器技术实验指导书.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

传感器技术实验指导书

传感器技术实报告书

——传感器及测量电路综合实验

学生姓名：

涂晓清

学号：

5602111065

专业班级：

机制114

2013年月日

目录

实验一　箔式应变片性能――单臂电桥实验二差动变压器（互感式）的性能

实验三差动变压器（互感式）的标定

实验四磁电式传感器的性能

实验五热电偶原理及分度表的应用

实验六光电开关的转速测量实验

实验七　压电加速度式传感器

实验八光纤位移传感器的转速测量实验

实验一　箔式应变片性能――单臂电桥

一、实验目的：

（1）观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

（2）测试应变梁变形的应变输出。

（3）比较各桥路间的输出关系。

二、实验原理：

本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元件。

当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路　中的一种，当电路平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻

、

、

、

中，电阻的相对变化率分别为

、

、

、

，当使用一个应变片时，

；当二个应变片组成差动状态工作，则有

；用四个应变片组成二个差动工作，且

，

。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实验所需部件：

直流稳压电源（

档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表。

四、实验步骤：

（1）调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。

拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。

调零后关闭仪器电源。

（2）按图

（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。

桥路中

、

、

、和

为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，

为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为

。

测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态

。

（3）确认接线无误后开启仪器电源，井预热数分钟。

调整电桥

电位器，使测试系统输出为零。

（4）旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。

位移

mm

电压

V

位移

mm

电压

V

根据表中所测数据计算灵敏度

，

，并在坐标图上做出

关系曲线。

五、注意事项：

（1）实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。

（2）接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。

（3）稳压电源不要对地短路。

实验二差动变压器（互感式）的性能

一、实验目的：

了解差动变压器原理及工作情况

二、实验原理：

差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。

初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。

其原理及输出特性见图11A。

三、实验所需部件

音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平有关旋钮室始位置：

音频振荡器4KHz—8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div（根据需要可调整），触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。

四、实验步骤：

（1）根据图11B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。

开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。

（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。

（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。

（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。

每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。

S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。

读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。

X（mm）

5mm

4.8mm

4.6mm

…

0.2mm

0mm

-0.2mm

…

-4.8mm

-5mm

Vo（p-p）

五、思考：

（1）根据实验结果，指出线性范围。

（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？

（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么？

由于什么原因造成？

六、注意事项

示波器第二通道为悬浮工作状态。

实验三差动变压器（互感式）的标定

一、实验目的

了解差动变压器测量系统的组成和标定方法

二、实验所需部件

音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、F/V表、示波器、主、副电源。

有关旋钮初始位置：

音频振荡4KHz-8KHz，差动放大器的增益打到最大，F/V表置2V档，主、副电源关闭。

三、实验步骤：

（1）开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压幅峰峰值为2V。

然后，关闭主、副电源。

（2）按图13接好线路。

（3）装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。

（4）利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。

（5）给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指数为最大，同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形（全半波为正常）。

（6）F/V表调至20V档，旋转测微头，使电压表读数为零（此时铁芯又处于线圈中段位置）。

旋转测微头，每隔0.5mm读数记录实验数据，填入下表，作出V-X曲线，并求出灵敏度。

X（mm）

V（mV）

（7）测微头回零位，反方向旋转测微头，，每隔0.5mm读数记录实验数据，填入下表，作出V-X曲线，并求出灵敏度。

X（mm）

V（mV）

五、思考：

（1）根据实验结果，求出灵敏度，指出线性范围。

（2）分析造成非线性误差的原因是什么？

实验四磁电式传感器的性能

一、实验目的

了解磁电式传感器的原理及性能

二、实验原理

磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。

根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通ψ的变化率：

。

仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势,e与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。

三、实验所需部件

差动放大器、激振器、示波器、磁电式传感器、振动平台、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：

差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置2KHz档。

四、实验步骤：

（1）观察磁电式传感器的结构，根据图27的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表（F/V表置2K档）的输入端相连，开启主、副电源。

（2）调整好示波器，低频率振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：

五、思考：

（1）根据实验结果，求出灵敏度，指出线性范围

（2）试回答磁电式传感器的特点？

实验五热电偶原理及分度表的应用

一、实验目的

了解热电偶的原理及现象

二、实验原理

热电偶的基本工作原理是热电效应，二种不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。

通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教课书）。

即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。

如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或零摄氏度）。

则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。

本仪器中热电偶为铜—康铜热电偶。

同上

三、实验所需部件

-15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、水银温度计、主、副电源

有关旋钮初始位置：

F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。

四、实验步骤：

（1）了解热电偶原理。

（2）了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶，分度号为T。

它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里面（不可见）。

（3）按图4接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V表显示零，记录下自备温度计的室温。

（4）将-15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。

（5）用自备的温度计测出下梁表面加热器处的温度t并记录下来。

（注意：

温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）

（6）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：

Eab（t,to）=Eab（t,tn）+Eab（tn,to）

其中：

t………………热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。

tn………………热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

to………………0℃（tn=to）

1．热端温度为t，冷端温度为室温时热电势：

Eab（t,tn）=（f/v显示表E）/100，100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联）。

2．热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜-康铜的热电势：

Eab（tn,to）：

查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜-康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。

3．计算：

热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab（t,to），根据计算结果，查分度表得到温度t。

铜—康铜热电偶分度（自由端温度0℃）

分度号：

T

（7）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。

（注意：

本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只是了解热电势现象）。

（8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器-15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去-15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。

五、思考：

（1）为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？

（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会较很大误差，为什么？

实验六光电开关的转速测量实验

一、实验目的

了解光电式传感器（反射式）测量转速的原理与方法。

二、实验原理：

光电式传感器有反射型和直射型两种，本实验是装置反射型，传感器端部装有发光管和接收管，发光管发射的光在转盘上反射后被接收管接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的2个间隔（与实验三十六共用），转动时将获得与黑白间隔数有关的脉冲，将脉冲信号计数处理即可得到转速值。

三、实验所需部件

光电传感器、直流电源、测速小电机、电机控制、主、副电源、示波器。

四、实验步骤

（1）了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。

（2）光电开关探头装至电机上方对准电机的反光纸，调节高度，使传感器端面离反光纸表面2—3mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源，黑色为接地端，蓝色接入数显表置2K档。

（3）将直流稳压电源置10V档，在电机控制单元的V+处接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转。

（4）F/V表置2K档，用示波器观察fo输出端的转速脉冲信号。

（Vp-p=4V）.

（5）根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。

（6）实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。

五、注意事项

如示波上观察不到脉冲波形，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。

实验七　压电加速度式传感器

一、实验目的

了解压电加速度计的结构、原理和应用。

二、实验原理

压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。

压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。

三、实验所需部件

压电式传感器、电荷放大器（电压放大器）、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器。

四、实验步骤

（1）观察了解压电式加速度传感器的结构：

由双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中。

（2）按图（20）接线，低频振荡器输出接“激振II”端，开启电源，调节振动频率与振幅，用示波器观察低通滤波器输出波形。

（3）用示波器读出峰峰值填入下表。

（4）示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。

五、思考

（1）根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致多少？

（2）试回答压电式传感器的特点。

比较磁电式传感器输出波形的相位差大致为多少，为什么？

六、注定事项

做此实验时，悬臂梁振动频率不能过低，否则电荷放大器将无输出。

实验八光纤位移传感器的转速测量实验

一、实验目的：

了解光纤位移传感器的测速应用。

二、实验所需部件：

电机控制、差动放大器、小电机、F/V表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器。

三、实验步骤：

（1）了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。

（2）按图36接线，将差动放大器的增益置最大，F/V表的切换开关置2V，开启主、副电源。

（3）将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸，调节光纤传感器的高度，使F/V表显示最大。

再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。

调节差动放大器的调零，使F/V表显示接近零。

（4）将直流稳压电源置±10V档，在电机控制单元的V+处接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转。

（5）F/V表置2K档显示频率，用示波器观察F。

输出端的转速脉冲信号。

（6）根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。

（7）实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。

四、注意事项

如示波器上观察不到脉冲波形，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。