傳感器與檢測技術實驗報告

1、 西華大學實驗報告 西華大學實驗報告（理工類）開課學院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室 實驗時間 ： 年 月 日學 生 姓 名學 號成 績學生所在學院電氣信息學院年級/專業(yè)/班課 程 名 稱傳感器與檢測技術課 程 代 碼106088009實驗項目名稱實驗一：箔式應變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導體應變片性能比較實驗項 目 代 碼指 導 教 師林艷、陳高燕項 目 學 分一、實驗目的1觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式；2測試應變梁變形的應變輸出；3比較各橋路間的輸出關系；4比較金屬應變片與半導體應變片的各種的特點。二、實驗原理應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢

2、固地粘貼在測試體表面，當測件受力發(fā)生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。三、實驗設備、儀器及材料直流穩(wěn)壓電源（4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應變片、測微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。 四、實驗步驟（按照實際操作過程）1調零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后電位器位置不要變化，調零后關閉儀器電源。2按圖1.1將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固

3、定電阻和直流調平衡電位器，R為金屬箔式應變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為4V。4V RR24V R3 R1WDV圖1.1 單臂電橋測試原理圖3確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數(shù)分鐘。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調節(jié)使應變梁處于基本水平狀態(tài)。調整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。4旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零為起點，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并列表。5直流半橋：保持差動放大器增益不變，將R2換成與應變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應變片，（若R拉伸，換上去的應為壓

4、縮片）形成半橋。重復單臂電橋的步驟；6直流全橋：保持差動放大器增益不變，將R1換成與應變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應變片，（若R拉伸，換上去的應為壓縮片），將 R3換成與應變片R工作狀態(tài)相同的另一金屬箔式應變片，形成全橋。重復單臂電橋的步驟。五、實驗過程記錄(數(shù)據、圖表、計算等)六、實驗結果分析及問題討論 指導教師簽字： 西華大學實驗報告（理工類）開課學院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室 實驗時間 ： 年 月 日學 生 姓 名學 號成 績學生所在學院電氣信息學院年級/專業(yè)/班課 程 名 稱傳感器技與檢測技術課 程 代 碼106088009實驗項目名稱實驗二：熱電式傳感器熱電偶、熱敏電阻

5、測溫試驗項 目 代 碼指 導 教 師林艷、陳高燕項 目 學 分一、實驗目的1、觀察了解熱電偶的結構；2、熟悉熱電偶的工作特性；3、學會查閱熱電偶分度表；4、了解熱敏電阻的特性；5、比較熱電偶和熱敏電阻的特性。二、實驗原理1熱電偶測溫：熱電偶是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉化成電勢的變化，其工作原理是建立在熱電效應的基礎上的。即將兩種不同材料的導體組成一個閉合回路，如果兩個結點的溫度不同，回路中將產生一定的電流（電勢），其大小與材料的性質和結點的溫度有關。因此只要保持冷端溫度t0不變，當加熱結點時，熱電偶的輸出電勢E會隨溫度t變化，通過測量此電勢即可知道兩端溫差，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器

6、中熱電偶為銅康銅熱電偶（K型）。2熱敏電阻測溫：熱敏電阻是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉化為電阻變化以達到測量溫度的目的。熱敏電阻是利用半導體材料制成的熱敏元件，它具有靈敏度高，可以應用于各領域的優(yōu)點。熱電偶一般測高溫線性較好，熱敏電阻則用于200以下溫度較為方便。本實驗中所用熱敏電阻為負溫度系數(shù)。其定義為熱敏電阻在其自身溫度變化1時，電阻值的相對變化量，可用下式表示為：式中B為熱敏電阻常數(shù)。本實驗所用的熱敏電阻B=3200K。負溫度系數(shù)的熱敏電阻其特性可以表示為： 式中RT、RT0分別為溫度T和T0時的電阻值。因此當溫度變化時，熱敏電阻阻值的變化將導致由運放組成的壓/阻變換電路的輸出電

7、壓變化，其關系可表示為： 式中UT、U T0分別為溫度T和T0時的壓/阻變換電路的輸出電壓值。根據上面兩式：三、實驗設備、儀器及材料熱電偶、熱敏電阻RT、溫度變換器、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計（自備）。四、實驗步驟（按照實際操作過程）1熱電偶的測溫試驗步驟（1）調節(jié)差動放大器輸出為零。開啟儀器總電源并將儀器左下角的15V電源開關置于“開”的位置。差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底） “+、-”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后，差動放大器的兩個電位器的位置不要變化；（2）將熱電偶接入差動放大器的雙端輸入

8、，記錄數(shù)字表顯示的電壓值Ut；（3）打開加熱開關，觀察差動放大器輸出電壓的變化，每隔1-2分鐘記錄一次電壓值，待溫度不再上升時（達到相對的熱穩(wěn)定狀態(tài)），記錄電壓表讀數(shù)，并求出溫度值；（4）本儀器上熱電偶是由兩支銅康銅熱電偶串接而成，熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計算熱電勢時均應考慮進去。用溫度計讀出熱電偶參考端所處的室溫t1； E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 實際電動勢 測量所得電勢 溫度修止電動勢式中E為熱電偶的電動勢，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0，t1為熱電偶參考端所處的溫度。查閱銅康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t

9、；2.熱敏電阻的測溫試驗步驟（1）觀察裝于懸臂梁上封套內的熱敏電阻，將熱敏電阻接入溫度變換器RT端口，調節(jié)“增益”旋鈕，使加熱前電壓輸出U0端的輸出電壓值盡可能大但不超量程，記錄U RT0值；（2）用溫度計測出環(huán)境溫度，記錄T0值。（用國際溫標）；（3）打開加熱器，觀察溫度變換器輸出電壓的變化情況。每隔1分鐘，盡可能同時測出熱電偶、熱敏電阻傳感器的輸出電壓，記入數(shù)據表。直至電壓穩(wěn)定；（4）根據計算熱電偶的穩(wěn)定溫度值T, 計算第5點的溫度值T1。五、實驗過程記錄(數(shù)據、圖表、計算等)六、實驗結果分析及問題討論 指導教師簽字： 西華大學實驗報告（理工類）開課學院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室

10、 實驗時間 ： 年 月 日學 生 姓 名學 號成 績學生所在學院電氣信息學院年級/專業(yè)/班課 程 名 稱傳感器與檢測技術課 程 代 碼106088009實驗項目名稱實驗三：基于上位機檢測的光電測速、測頻率綜合實驗項 目 代 碼指 導 教 師林艷、陳高燕項 目 學 分一、實驗目的在工業(yè)生產和科學實驗中，轉速測量是一個很重要的問題。通過該試驗，達到以下綜合目的：1了解光電轉速傳感器的工作原理；2掌握光電測速的系統(tǒng)結構；3學會通過測量脈沖計算轉速；4了解計算機測速的基本環(huán)節(jié)；5了解光電轉速中環(huán)境光對測速的影響。二、實驗原理1. 采用光電轉速傳感器進行測速；2. 采用頻率計通過測量光電轉速傳感器的脈沖

11、計算轉速；3. 采用示波器通過測量光電轉速傳感器的脈沖計算轉速；4. 通過數(shù)據采集板，經過RS232與計算機通信進行速度的測量與顯示。5. 采用人為干擾的方法，觀察環(huán)境光對光電測速的影響。三、實驗設備、儀器及材料光電傳感器、光電變換器、測速電機及轉盤、電壓 / 頻率表2KHZ檔、示波器、數(shù)據采集卡、計算機。四、實驗步驟（按照實際操作過程）光電轉速傳感器是根據光敏二極管工作原理制造的一種感應接收光強度變化的電子器件，當它發(fā)出的光被目標反射或阻斷時，則接收器感應出相應的電信號。光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成，通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時，傳感器輸出信號。信號結構盤是反射

12、式結構，將信號盤與電機安裝在一起，使其隨電機轉動；傳感器固定在支架上，垂直于轉速盤，當轉速盤旋轉時，光電傳感器就輸出矩形脈沖信號，每6個脈沖對應電動機1轉。信號盤旋轉一周產生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。采用頻率計通過測量光電轉速傳感器的脈沖計算轉速；采用示波器測轉速。五、實驗過程記錄(數(shù)據、圖表、計算等)六、實驗結果分析及問題討論 指導教師簽字： 西華大學實驗報告（理工類）開課學院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室 實驗時間 ： 年 月 日學 生 姓 名學 號成 績學生所在學院電氣信息學院年級/專業(yè)/班課 程 名 稱傳感器與檢測技術課 程 代 碼106088009實驗項目名稱實驗四：基LABV

13、IEW的霍爾式傳感器的直流激勵特性綜合實驗項 目 代 碼指 導 教 師林艷、陳高燕項 目 學 分一、實驗目的1.了解霍爾式傳感器的工作原理；2.熟悉霍爾式傳感器的結構； 3.學會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試；4.了解基于LABVIEW的測試系統(tǒng)構成。二、實驗原理在一塊通電的半導體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側會出現(xiàn)一個電壓VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應，VH稱為霍爾電壓：VH KHIB霍爾元件一旦制成，KH為常數(shù)?；魻柶骷且环N磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用?；魻柶骷曰魻栃獮槠涔ぷ骰A?；魻杺鞲衅魇怯蓛蓚€環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁

14、場中的霍爾元件組成，當霍爾元件通以恒定的電流時，霍爾元件就有電勢輸出。如圖4.1 (a)所示的兩塊永久磁鐵相同極性相對放置，將霍爾元件置于中間，其磁感應強度為零，這個位置可以作為位移的零點。當霍爾器件在Z軸方向位移DZ時，霍爾器件有一電壓UH輸出，其輸出特性如圖9-20(b)所示。圖4.1 霍爾位移測量WDR2V差放 電壓表圖4.2 測量原理圖只要測出UH值，即可得到位移的數(shù)值。位移傳感器的靈敏度與兩塊磁鋼間距離有關，距離越小，靈敏度越高。一般要求其磁場梯度大于0.03Tmm，這種位移傳感器的分辨率優(yōu)于10-6m。如果浮力、壓力等參數(shù)的變化能轉化為位移的變化，便可測出液位、壓力等參數(shù)。本設計中

15、通過調節(jié)測微頭來調節(jié)霍爾器件在磁場中的位移。其測量推導如下：VH KHIBB = k B xVH KHI k B xK= KH I k BVH = K x三、實驗設備、儀器及材料直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表、測微頭。四、實驗步驟（按照實際操作過程）1.調零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入

16、端懸空時的正常情況。調零后關閉儀器電源；2.按圖4.2接線；裝上測微頭，調節(jié)振動圓盤上、下位置，使霍爾元件位于梯度磁場中間位置；3.將差動放大器增益放在適度的位置（認真理解“適度”的含義）；4.開啟電源，調節(jié)電橋WD，使差放輸出為零；5.上、下移動振動臺，使差放正負電壓輸出對稱；6.上、下移動測微頭各3.5mm，每變化0.5mm讀取相應的電壓值。7.如所測的數(shù)據不對稱，應重新調整零點再測；8.最后將測微頭的移動范圍超過3.5mm，觀察將出現(xiàn)什么現(xiàn)象；9.觀察老師做基于LABVIEW的測試的演示實驗：將CSY實驗儀器的通信電纜與PC機的COM口相連接，在PC機上打開LABVIEW的測試界面，調出

17、如圖4.4所示虛擬電壓表進行測試。五、實驗過程記錄(數(shù)據、圖表、計算等)六、實驗結果分析及問題討論 指導教師簽字： 西華大學實驗報告（理工類）開課學院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室 實驗時間 ： 年 月 日學 生 姓 名學 號成 績學生所在學院電氣信息學院年級/專業(yè)/班課 程 名 稱傳感器與檢測技術課 程 代 碼106088009實驗項目名稱實驗五：電子計數(shù)器測頻和測周實驗項 目 代 碼指 導 教 師林艷、陳高燕項 目 學 分一、實驗目的1. 了解頻率測量的基本原理。2. 了解電子計數(shù)器測頻/測周的基本功能。頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測量分辨率關系。周期測量，并了解測周方式下

18、：時標、周期倍增與測量分辨率關系。3. 熟悉電子計數(shù)器的使用方法。二、實驗原理1.測頻原理所謂“頻率”，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)器是嚴格按照fN/T的定義進行測頻，其對應的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖5-1 所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經過脈沖形成電路形成計數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產生計數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。若閘門開啟時間為T、待測信號頻率為fx，在閘門時間內計數(shù)器計數(shù)值為N，則待測頻率為 fx = N/T (5-1)若假設閘門時間為1s，計數(shù)器的值為1000，則待測信號頻率應為1000Hz或1.000kHz，此時，

19、測頻分辨力為1Hz。圖5-1 測頻原理框圖和時間波形2.測周原理由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的輸入通道就能完成周期的測量。其原理如圖5-2所示。 圖5-2 測周原理圖待測信號Tx通過脈沖形成電路取出一個周期方波信號加到門控電路，若時基信號(亦稱為時標信號)周期為To，電子計數(shù)器讀數(shù)為N，則待測信號周期的表達式為 （5-2）例如：fx = 50Hz，則主門打開1/50Hz（= 20ms）。若選擇時基頻率為fo = 10MHz，時基To0.1us，計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為 = 200000 個，如以ms為單位，則計數(shù)器可讀得20.0000(ms) ，此時，測周

20、分辨力為0.1us。三、實驗設備、儀器及材料1. 計算機 臺2. SJ-8002B電子測量實驗箱 臺3. Q9連接線 根四、實驗步驟（按照實際操作過程）1實驗準備（1）按照圖5-3所示的方法連線，S602接“no”端。 （2）先打開實驗箱電源，電源指示燈“亮”。然后在PC機上運行主界面程序，如圖58所示，再從主界面進入“電子測量實驗室”，其界面如圖54所示，最后選擇實驗二，軟件則自動打開了電子計數(shù)器測頻和測周的界面。圖53 實驗連接框圖圖54 主程序界面2. 按如圖5-6所示,連接實驗系統(tǒng)。圖5-6 實驗平臺及實驗器材連接圖說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖5-6所示的，由外接信號發(fā)生器

21、連接實驗箱測頻輸入fx的BNC插座；一種是如圖5-6所示的，由實驗箱上的信號源Aout1(或Aout2)連接實驗箱測頻輸入fx的BNC接頭，并用示波器監(jiān)測輸入信號的幅度和頻率大小。然后按照電子計數(shù)器測頻/測周實驗運行電子計數(shù)器程序進行測量。4.電子計數(shù)器的面板如圖5-7所示。圖5-7 虛擬電子計數(shù)器面板使用說明：（1）當選擇測頻/測周按鈕置“測頻”時，可選“閘門時間”分別為：1ms,10ms,100ms,1s,10s，時標選擇旋鈕不使能；（2） 當選擇測頻/測周按鈕置“測周”時，可選“周期倍乘”分別為：1，10，100，1000，10000。時標選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。（3）當選擇“自動”按鈕時，測頻/測周按鈕、時標選擇旋鈕和測頻/測周按鈕