CSY型傳感器系統(tǒng)儀指南

1、檢測與傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第一章 CSY 傳感器說明書 第二章實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)應(yīng)變式電阻傳感器：單臂、半橋、全橋比較差動(dòng)面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性；：；. 度傳感器茂計(jì)第三章附錄附錄一、電路原理圖附錄二、傳感器安裝示意圖及面板示意圖第一章CSY 傳感器說明書一、 CSY 傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡介實(shí)驗(yàn)儀主要由四部分組成：傳感器安裝臺(tái)、顯示與激勵(lì)源、傳感器符號(hào)及引線單元、處理電 路單元。傳感器安裝臺(tái)部分：裝有雙平行振動(dòng)梁（應(yīng)變片、熱電偶、 PN 結(jié)、熱敏電阻、加熱器、壓電傳感器、梁自由端的磁鋼） 、激振線圈、雙平行梁測微頭、光纖傳感器的光電變換座、光纖及探頭小機(jī)電、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線 3.

2、5 插孔、霍爾傳感器的二個(gè)半圓磁鋼、振動(dòng)平臺(tái)（圓盤）測微頭及支架、振動(dòng)圓盤（圓盤磁鋼、激振線圈、霍爾片、電渦流檢測片、差動(dòng) 變壓器的可動(dòng)芯子、電容傳感器的動(dòng)片組、磁電傳感器的可動(dòng)芯子） 、擴(kuò)散硅壓阻式傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒，具體安裝部位參看附錄三。備注： CSY 系列傳感器實(shí)驗(yàn)儀的傳感器具體配置根據(jù)需方的合同安裝。顯示及激勵(lì)源部分：電機(jī)控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源（土2V土 10V檔位調(diào)節(jié)）、F/ V數(shù)字顯示表（可作為電壓表和頻率表） 、動(dòng)圈毫伏表（ 5mV-500mV 及調(diào)零、音頻振蕩器、低頻振蕩器、土 15V 不可調(diào)穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)主面板上傳感器符號(hào)單元：所有傳感器（包括激振線

3、圈）的引線都從內(nèi)部引到這個(gè)單元 上的相應(yīng)符號(hào)中，實(shí)驗(yàn)時(shí)傳感器的輸出信號(hào)（包括激勵(lì)線圈引入低頻激振器信號(hào)）按符號(hào)從這個(gè)單元插孔引線。處理電路單元：電橋單元、差動(dòng)放大器、電容放大器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器、低通濾波器、渦流變換器等單元組成。CSY 實(shí)驗(yàn)儀配上一臺(tái)雙線（雙蹤）通用示波器可做幾十種實(shí)驗(yàn)。教師也可以利用傳感器及處理電路開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。:、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說明一 傳感器安裝臺(tái)部分：雙平行振動(dòng)梁的自由端及振動(dòng)圓盤下面各裝有磁鋼，通過各自測微頭或激振線圈接入低頻激振器VO 可做靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測量。應(yīng)變梁： 應(yīng)變梁采用不銹鋼片，雙梁結(jié)構(gòu)端部有較好的線性位移。傳感器：、 差動(dòng)變壓

4、器量程： 5mm直流電阻：5Q 10 Q由一個(gè)初級(jí)、二個(gè)次級(jí)線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體、 電渦流位移傳感黑量程： 1mm亡流吐H： 1 Q - 2 Q多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成。、 霍爾 式傳感器量程：土2mm 譏電廠：濁反泌踣II: 800 Q 1.5K Q輸出端口：300 Q 500 Q日本 JVC 公司生產(chǎn)的線性半導(dǎo)體霍爾片，它置于環(huán)形磁鋼構(gòu)成的梯度磁場中。、 ? 熱 電偈直流電阻：10Q左右 由兩個(gè)銅一康銅熱電偶串接而成，分度號(hào)為T冷端溫度為環(huán)境溫度。、 電 容式傳感器量程：土 2mm 由兩組定片和一組動(dòng)片組成的差動(dòng)變面積式電容。、 熱敏電陽由半導(dǎo)體熱敏

5、電阻NTC : 溫度系數(shù)為負(fù) ,25 C 時(shí)為 10KQ。、 光纖傳感器由多模光纖、發(fā)射、接收電路組成的導(dǎo)光型傳感器，線性范圍 2mm 。紅外線發(fā)射、接收、直流電阻： 500 Q 1.5k Q 2X 60 股丫形、半圓分布。、 壓阻 N 斥力傳感湍量程： 10Kpa （ 差壓 ） 供電： w 6V 直流電阻：Vs+-V s- : 350 Q 450 Q V o+-V o- : 3KQ 3.5K Q美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的 MPX 型壓阻式差壓傳感器，具有溫度自補(bǔ)償功能，先進(jìn)的 X 型工作片（帶溫補(bǔ)）。、 壓電加述度計(jì)PZT-5 雙壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。諧振頻率： 10KHZ ，電荷靈敏度：q

6、20pc/g、 應(yīng)變式傳感器箔式應(yīng)變片阻值：350 Q、應(yīng)變系數(shù)：2、 PN 結(jié)溫度傳感器:利用半導(dǎo)體P-N 結(jié)良好的線性溫度電壓特性制成的測溫傳感器，能直接顯示被測溫度。靈敏度: -2.1mV/ C12 、磁電式傳感器0 .21 X 1000 匚流 I陽：30 Q 40 Q13 、氣敏傳感器MQ3 酒精：測量范圍： 50 2000ppm 。由線圈和動(dòng)鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.5v/m/s響應(yīng)時(shí)間：吸濕、脫濕小他分子薄膜電阻型：Rh：幾兆Q幾KQ10 秒。濕度系數(shù)：0.5RH%/C 測量范圍： 10 %95 %工作溫度： 0 C50 C二、信號(hào)及變換:1 電橋：、差動(dòng)放大器用于組成應(yīng)變電橋

7、，提供組橋插座，標(biāo)準(zhǔn)電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。通頻帶 0? 10kHz 可接成同相、反相，差動(dòng)結(jié)構(gòu)，增益為1-100 倍的直流放3 、 電容變換器電壓放大器、?移和器、和敏檢波器14 、濕敏電阻、 電 荷放大器、9、渦流變換器由高頻 電橋組成的處理電路。增益約為振蕩， 5 倍 同相輸入通頻帶 010KHz允許最大輸入電壓10Vp-p 移刀I荒卜乜：士 20o （5kHz可檢波電壓頻率 0 10kHz 科赧.匕冷典電壓10Vp-p極性反轉(zhuǎn)整形電路與電子開關(guān)構(gòu)成的檢波電路電容反饋型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。由 50Hz 陷波器和 RC 濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率 35Hz 左右輸出電壓 |8

8、|V （ 探頭離開被測物變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件10 、光電變換座由紅外發(fā)射、接收組成。三、 二套顯示儀表1 、 數(shù)字式電壓/ 頻率表 ： 3 位半顯示，電壓范圍0 2V、 020V ，頻率范圍 3Hz 2KHz 、 10Hz 20KHz ，靈敏度 50mV 。2、指針式毫伏表： 85c1 表，分 500mV 、 50mV 、 5mV 三檔，精度2.5% 。四、 二種振蕩器、 音頻振蕩器： 0.4KHz 10KHz 輸出連續(xù)可調(diào)， V-p-p 值 20V ， 180 、0 反相輸出， Lv 端最 大功率輸出電流 0.5A 。、 低頻振蕩器：1 30Hz 輸出連續(xù)可調(diào)

9、， Vp-p 值 20V ，最大輸出電流0.5A ， Vi 端可提供用做電 流放大器。五、 二套懸臂梁、測微頭雙平行式懸臂梁二副 （其中一副為應(yīng)變梁， 另一副裝在內(nèi)部與振動(dòng)圓盤相連） ，梁端裝有永久磁鋼、 激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭，可進(jìn)行壓力位移與振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。六 電加熱器二組電熱絲組成，加熱時(shí)可獲得高于環(huán)境溫度30 C 左右的升溫。七測速電機(jī)一組由可調(diào)的低噪聲高速軸流風(fēng)扇組成，與光電、光纖、渦流傳感器配合進(jìn)行測速實(shí)驗(yàn)。八二 組穩(wěn)壓電穩(wěn)直流 15V ，主要提供溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱電源，最大激勵(lì)1.5A 。2V10V 分五檔輸出，最大輸出電流1.5A 。提供直流激勵(lì)源。九 計(jì)算機(jī)聯(lián)接與處理數(shù)據(jù)采集卡

10、： 十二位 A/D 轉(zhuǎn)換， 采樣頻率20 25000 次/秒，采樣速度可控制， 分單次采樣與連續(xù)采樣。 標(biāo)準(zhǔn) RS-232接口，與計(jì)算機(jī)串行工作。良好的計(jì)算機(jī)顯示界面與方便實(shí)用處理軟件，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖 形分析與比較、文件存取打印。實(shí)驗(yàn)第二章實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)1、單臂實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫遂度玀箔乂對(duì)變,且和單擠日勺一作甩土和 一FT%:所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁測微頭、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：口流痔.廠I源：閔二2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，曇丈虞丈州遼怙J實(shí)驗(yàn)步驟：（1）了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)

11、變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以軌下、呱后、匯、右逍（1）將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（+ ） 、負(fù)（一）、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表的輸入插口 Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使F/ V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。（2）根據(jù)圖1接線R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。R4為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置土4V檔，F(xiàn)/ V表置20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1,使F/ V表顯示為零，然后將

12、 F/ V表置2V檔，再調(diào)電橋 W1 （慢慢地調(diào)），使F/ V表顯示為零。（3）將測微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動(dòng)測微頭，使F/V表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時(shí)的測微頭刻.度為零位的相應(yīng)刻度匚VIV（4）往下或往上旋動(dòng)測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下F/V表顯示的值。建議每旋動(dòng)測微頭-4V 。o jo 開 0別電灌一周即 X= 0.5mm ii (!口、入，去:位移(mr) i電壓(mV(5)據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度S= A V/A X (式中 X為梁的自由端位移變化， V為相應(yīng)F/ V表顯示

13、的電壓相應(yīng)變化)。(6) 刁注意事項(xiàng)*(1)電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上弁不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。(3)為確保實(shí)驗(yàn)過程中輸出指示不溢出，如指示溢出，適當(dāng)減小差動(dòng)放大增益，此時(shí) 差動(dòng)曲人器不宓垃調(diào)零：(4)電位器 W1 W2E有的型號(hào)儀器中標(biāo)為RD RA問題：) 術(shù)鎖豁電冊(cè)心百流穩(wěn)舊 京和心破刖器川更求？(2)根據(jù)所給的差動(dòng)放大器電路原理圖，(見附錄圖一)，分析其工作原理，說明它既能作差動(dòng)放人?又町柞同和或反和放人器金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較實(shí)驗(yàn)?zāi)康模合矣喐刂?、?二疥的性能滋IL”二務(wù).所需單元和部件： 直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、F/ V表、測微頭、雙平行梁、

14、應(yīng)變片、主、副屯源。有關(guān)旋鈕的初始位置：首濟(jì)穩(wěn)卞卜好訂到i2V檔，F(xiàn)/ V表打到2V檔，差動(dòng)放大器增益打到最大。實(shí)驗(yàn)步驟：按鎖口令一力汰楙事龍般 扎雪訓(xùn)電F:關(guān)閉主、刑電源：按圖1接線，圖中R4為工作片，r及W1人巧平|爵網(wǎng)踣.(3)調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置(目測)，將直流穩(wěn)壓電源打到土 4V檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆嫒缓笳{(diào)整電橋平衡電位器W1使表頭顯示零(需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來)：(4)旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動(dòng)，每隔 0 .5mm讀一個(gè)數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源：位移(mr)i電壓(mV(5)保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與 R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片

15、受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置(目測)，調(diào)節(jié)電橋 W1使F/V表顯示表顯示為零重復(fù)(4)過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：位移(mr)i電壓(mV(6)保持差動(dòng)放大器增益不變，將R1, R2 兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片 (即R1 換成匚 , R2換成 川 ， )組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。 接成一個(gè)直流全橋， 調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置， 調(diào)節(jié)電橋 W1 同樣使 F/ V 表顯示零。重復(fù)(4過程將成川數(shù)丸惶入卜：(7)在同一坐標(biāo)紙上描出 X-V |1| 線? 口克法巫說乏注意事項(xiàng)：(1) 在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電

16、源竺 | o 在實(shí)臉過桃I:如h發(fā)現(xiàn)口缶發(fā)牛./E我？應(yīng)將.-L.H;，捍擴(kuò)人.(4)直流穩(wěn)壓電源 4V不鉉廠怡過人？以綸損川應(yīng)交片戈適成嚴(yán)屯門熱敖，；:(4)接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。(6)在同一坐標(biāo)紙上描出X-V川線？匚世二柯克疙；,辰說茂，注意事項(xiàng)：(1)忙更應(yīng)變,旺應(yīng)粽也原關(guān)用；1鎖曲令過利I如仃找規(guī)口樂丟龍4.|;:裁、應(yīng)疥-壓i禪擴(kuò)人在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否則系統(tǒng)不能正 常一牛：直流穩(wěn)壓電源 4V不笛廠怡過人？以綸損/!、； 變片工適成嚴(yán)屯門獸敖局實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)變面積式電容傳感的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性。所需單元及部件

17、：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、 F/V表、激振器、示波器有關(guān)旋鈕的初始位置 ：差動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，F(xiàn)/V表置于V表2V檔，實(shí)驗(yàn)步驟：電容交換器電容傳感黠按圖2 8接線。F/V表打到20V,調(diào)節(jié)測微頭，使輸出為零。轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭，每次0.1mm,記下此時(shí)測微頭的讀數(shù)及電壓表的讀數(shù),直至電容動(dòng)片與上(或下)靜片復(fù)蓋面積最大為止X(mm)V(mv)電壓敲大器彳氐通濾波器電壓:退回測微頭至初始位置。弁開始以相反方向旋動(dòng)。同上法，記下X(mm)及 V(mv)值。(4)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SoS=A V/ A X(式中 V為電壓變化, X為相應(yīng)的梁端位移變化)，弁作出V-X關(guān)系曲線。X(mm)V(m

18、v)卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形溫度傳感器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕肌-N結(jié)、熱敏電阻的工作特性，測溫原理及轉(zhuǎn)換電路。二、基本原理：1熱電偶測溫原理：兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合同路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì) 產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合 稱為熱電偶。2晶體二極管或三極管的PN結(jié)電壓是隨溫度變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1C時(shí)，下降約2.1mV,利用這種特性可作成各種各樣的PN結(jié)溫度傳感器。它具有線形好，時(shí)間常數(shù)?。?.22秒），靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是離散性大互換性較差。3熱

19、敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，因此分為兩類：PTC熱敏電阻（正溫度系數(shù)）與 NTC熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）。一般 NTC熱敏電阻測量范圍較寬，主要用于溫度測量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開關(guān)，也用于彩電中作自動(dòng)消磁元件。有些功率PTC也作設(shè)計(jì)舉例二、I為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補(bǔ)償或作溫度測量。溫度-頻率轉(zhuǎn)換電路溫度-頻率轉(zhuǎn)換器電路圖上圖是一個(gè)溫度-頻率轉(zhuǎn)換電路。該電路利用RC電路充放電過程的指數(shù)函數(shù)RC充放電電路、電壓比較A4和延時(shí)電路組成。該轉(zhuǎn)換器由溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路(A1 A2, A3)、和熱敏電阻的指數(shù)函數(shù)相比較的方法來改善熱敏電阻的非

20、線性。Ai? A3組成，產(chǎn)生一個(gè)與溫度相對(duì)應(yīng)的電壓溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路由熱敏電阻Rt和運(yùn)算放大器加到比較器 A4的正端。運(yùn)算放大器Ai為差動(dòng)放大器A2提供一個(gè)低電壓 UA1 E的輸入的信號(hào)100其目的是減小熱敏電阻自身發(fā)熱所引起的誤差OA2輸出再由反相放大器A 3提高信號(hào)幅值。該幅值為系。產(chǎn)生寬度為使 td2U +時(shí)，比較器的輸出電壓由正變負(fù)，此負(fù)跳變電壓觸發(fā)延時(shí)電路(Ti, T2),使延時(shí)電路輸出窄脈沖，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路 BG,為電容器C構(gòu)成放電通路；當(dāng) UcU +時(shí)，比較器 A4輸出由負(fù)變正，延時(shí)電 路輸出低電位,BG截止，電容器C開始一個(gè)新的充電周期。當(dāng)溫度恒定時(shí)，輸出一個(gè)將與該溫度相對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。當(dāng)溫度改變時(shí)，U+改變，使比較器輸出電壓極性的改變推遲或提前，于是輸出信號(hào)頻率將相應(yīng)地變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度到脈沖頻率的變換，達(dá)到測量溫度的目的。下面討論轉(zhuǎn)換器的輸出頻率與被測溫度的關(guān)延時(shí)電路Ti, T2由一塊LM556組成，它們 td1(td1=1.1RC)和 td2(td2 = 1.1R 2c2)的脈沖信號(hào),且 如 圖所示。U 0=+U 1 ;當(dāng)在t=0時(shí)，晶體管BG關(guān)斷，比較器 A4輸出t=t1 時(shí)，Uc上