傳感器原理與應(yīng)用

《傳感器原理與應(yīng)用》實驗指導(dǎo)書朱蘊璞王芳編寫孔德仁 審南京理工大學(xué)二〇〇九年九月“傳感器原理及應(yīng)用”實驗指導(dǎo)書“傳感器原理及應(yīng)用”實驗指導(dǎo)書PAGEPAGE20實驗須知指導(dǎo)書，尤其是每個實驗最后的實驗注意事項。實驗儀器電源的開關(guān)原則:連接測量線路,確認準(zhǔn)確無誤后，開啟儀器電源；實驗完畢，關(guān)閉儀器電源，拆除測量線路。穩(wěn)壓電源不可對地短路。實驗過程中，心要細、動作要輕，不可有強制性機械動作出現(xiàn)。實驗嚴(yán)格按操作規(guī)程進行，否則，出現(xiàn)損壞責(zé)任自負。實驗完畢，請一切恢復(fù)到實驗前的狀態(tài)，然后離開實驗室。目 錄實驗一傳感器靜態(tài)標(biāo)定實驗 3實驗二應(yīng)變式傳感器特性實驗 10實驗三

電感式、渦流式、電容式、霍爾式位移傳感器特性實驗 14重量測量實（選做25轉(zhuǎn)速測量實驗 29溫度實驗 34電源法碼萬用表電源法碼萬用表橋盒（電阻應(yīng)變儀）壓力表傳感器壓力泵手輪圖2 壓力傳感器標(biāo)定系統(tǒng)構(gòu)成（）壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定及特性指標(biāo)的求取1、實驗?zāi)康恼莆諌毫鞲衅黛o態(tài)標(biāo)定的基本方法以及壓力傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)的求取。2、實驗內(nèi)容組建壓力測試系統(tǒng)；學(xué)習(xí)壓力測試系統(tǒng)的標(biāo)定過程；計算壓力測試系統(tǒng)靜態(tài)特性指標(biāo)。3、實驗原理及方法活塞壓力計活塞壓力計被標(biāo)傳感器（電阻應(yīng)變儀）數(shù)字萬用表圖圖1 壓力傳感器標(biāo)定系統(tǒng)原理準(zhǔn)壓力值由壓力表指示。4、實驗儀器設(shè)備活塞壓力計一臺，數(shù)字萬用表一只，動態(tài)電阻應(yīng)變儀一臺，壓力表一只。5、實驗步驟反復(fù)排除活塞壓力計油腔內(nèi)的空氣，最后將壓力泵手輪搖出。把壓力傳感器裝在活塞壓力計的聯(lián)接螺帽上，關(guān)閉油杯。用萬用表測得時，可先將傳感器接入動態(tài)電阻應(yīng)變儀橋盒（注意電橋的連接，橋盒的另一端連線接應(yīng)變儀輸入（選擇一個通道；將應(yīng)變儀專用電源接好；電阻應(yīng)變儀電壓輸出接數(shù)（說明：后者標(biāo)定是整個系統(tǒng)標(biāo)定，所求得的指標(biāo)也為系統(tǒng)指標(biāo)）壓力表指示為零時，開啟儀器電源（狀態(tài)，將應(yīng)變儀靈敏度旋鈕放在適中位置，按照動態(tài)電阻應(yīng)變儀調(diào)零規(guī)則（從大到小，各檔分別調(diào)節(jié)電阻、電容平衡旋鈕將系統(tǒng)輸出調(diào)整為零，最后將應(yīng)變儀衰減檔放在適中位置上。動托盤。按所要求的壓力間隔，逐點增加砝碼重量，使壓力計產(chǎn)生所需要的壓力（等間隔個點至滿量程1（過程稱為升程）（等間隔6~8個點至零點1（此過程稱為回程）4、71。計算壓力傳感器的靈敏度、遲滯、非線性度及重復(fù)性。表1 數(shù)據(jù)記錄、計算平均值及子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差表壓力（壓力（MPa）0……(滿量程)升程1次回程輸出升程2次（mV）回程升程3次回程升程平均值（mV）回程升程子樣標(biāo)準(zhǔn)偏差回程表2 以端點連線為工作特性曲線時特性指標(biāo)的計算表平均值平均值端點連線壓力（mV）遲滯值理論值非線性（Mpa）（mV）（mV）（mV）升程回程升程回程0(滿量程)6、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄7、實驗注意事項在整個標(biāo)定過程中，系統(tǒng)只允許開始為零壓力時的1次調(diào)零。。光纖位移傳感器靜態(tài)標(biāo)定及特性指標(biāo)求取1、實驗?zāi)康恼莆展饫w位移傳感器靜態(tài)標(biāo)定的基本方法以及靜態(tài)特性指標(biāo)的求取方法。2、實驗內(nèi)容組建光纖位移傳感器測試系統(tǒng)；學(xué)習(xí)光纖位移傳感器測試系統(tǒng)的標(biāo)定過程；計算光纖位移傳感器測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)。3、實驗原理壓電出輸后波前波位移4輸出特性曲線接受光纖光源光纖x3反射式光纖位移傳感器原理圖反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖壓電出輸后波前波位移4輸出特性曲線接受光纖光源光纖x3反射式光纖位移傳感器原理圖4、實驗儀器設(shè)備CSY傳感器綜合實驗儀，光纖、光電變換器、支架、反射片、測微頭、電壓表5、實驗步驟光纖，一半為接受光纖。將原裝電渦流線圈上得電渦流線圈取下，裝上光纖探頭，探頭對準(zhǔn)度鉻反射片。OO振動臺上裝上測微頭，開啟電源，光電變換器V 端接電壓表。旋轉(zhuǎn)測微頭，帶動動平臺，使光纖探頭端面緊貼反射鏡面，此時V 輸出為最小。OOO旋動測微頭，使反射面離開探頭，每隔0.2mm取一V 電壓值填入下表3，至5mm束（此過程稱為升程）OO探頭返回，同樣每隔0.2mm取一V 電壓值填入下表（此過程稱為回程）O2、5。OV—x曲線，分析并找出傳感器前波段和后波段的線性段。O計算你所找出的前波段的線性段的靈敏度、非線性、重復(fù)性及遲滯。6、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄7、實驗注意事項光電變換器工作時VO2V左右為好，可通過調(diào)節(jié)增益電位器控制，調(diào)節(jié)好后，在整個標(biāo)定過程中，增益電位器不可再動。實驗時請保持反射鏡片的潔凈與光纖端面的垂直度。工作時光纖端面不宜長時間直照強光，以免內(nèi)部電路受損。注意背景光對實驗的影響。光纖勿成銳角曲折。位移(mm)00．位移(mm)00．2……4.85.0電壓(mV)升程1次回程升程2次回程升程3次回程實驗二應(yīng)變式傳感器特性實驗1、實驗?zāi)康牧私庹莆諔?yīng)變式傳感器及不同測量處理電橋的特性。2、實驗內(nèi)容觀察掌握箔式應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、工作原理、相關(guān)測量電路及粘貼方式。比較單臂橋、差動半橋及全橋間的輸出關(guān)系。比較箔式應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片的輸出。觀察掌握溫度對單臂橋、差動橋輸出的影響。觀察掌握溫度對箔式應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片的影響。3、實驗原理及方法量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。R1R2R3R4R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，當(dāng)電阻的相對變化絕對值大小相等時，若單臂橋的輸出為U單，則差動半橋的輸出為2U單，差動全橋的輸出為4U單。溫度變化引入了測量誤差，實用測試電路中必須進行溫度補償。在電橋中，R1、R2為1 相鄰臂工作片（或其中一片只起補償作用RR1 4、實驗儀器設(shè)備CSY傳感器實驗儀（直流穩(wěn)壓電源檔體應(yīng)變片、加熱器。+2VR2+2VR2R1差放W電壓表DR3R4-2V5+、”輸入端用實驗線對地短路，輸儀器電源，然后拔掉實驗線（調(diào)零后電位器不要變化）5將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R2R3R4WD為電橋中的固為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片為±2V。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋W 電位器，使測試系統(tǒng)輸D出為零。旋動測微頭（以水平狀態(tài)下輸出電壓為零0.5mm記1（5錄紙記錄；在4mm處測微頭向下移動8mm–4mm處，同樣每移動0.5mm記–4mm即測微頭至0mm處)。同0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值。1次。表5數(shù)據(jù)記錄表位移x(mm)-4-3.5…-0.5 0+0.5… +3.5 +4向上1…向下次……電壓 向上…(mV) 向上…2向下……次向上…閉“加熱”電源關(guān)閉儀器電源。將上面實驗中R換成箔式應(yīng)變片（注意RR構(gòu)成差動工作；調(diào)節(jié)4 1 4使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)；重復(fù)實驗4、5、6、7。關(guān)閉儀器電源。將上面實驗中RRRR換成箔式應(yīng)變片（RRRR1 2 3 4 1 2 3 4構(gòu)成差動工作；調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)；重復(fù)實驗、6。R、R、R為固定電阻；調(diào)節(jié)1 2 3 4使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)；重復(fù)實驗4、5、6、7。關(guān)閉儀器電源。箔式應(yīng)變片全橋、半導(dǎo)體應(yīng)變片單臂橋的輸出—輸入關(guān)系曲線，并計算靈敏度。根據(jù)實驗觀察，分析溫度對單臂橋、半橋的影響。根據(jù)實驗觀察，分析溫度對箔式單臂橋、半導(dǎo)體單臂橋的影響。6、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄7、實驗注意事項一下拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。穩(wěn)壓電源不要對地短路。負的最大值，再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種方法。致，否則無可比性。實驗五 轉(zhuǎn)速測量實驗光纖傳感器―轉(zhuǎn)速測量1、實驗?zāi)康募皟?nèi)容了解光纖傳感器的轉(zhuǎn)速測量運用。2、實驗原理當(dāng)光纖探頭與反射面的相對位置發(fā)生周期性變化化，經(jīng)V／F電路變換，成方波頻率信號輸出。3、實驗儀器設(shè)備光纖、光電變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓／頻率表、示波器。4、實驗步驟1mm3mm處為宜。光電變換器Fo2kHz檔和示波器DC節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，用示波器觀察輸出波形并讀出頻率（CSY10型）CSY10A經(jīng)整形電路輸出，在“轉(zhuǎn)速信號出”端口讀取頻率信號。電機轉(zhuǎn)速＝Fo端方波頻率除以2（每周兩個方波信號）5、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄6、注意事項光纖探頭在支架上固定時應(yīng)保持與轉(zhuǎn)盤面平行，切不可相擦，以免使光纖端面受損。電機開關(guān)平時應(yīng)置關(guān)閉狀態(tài)，以保證穩(wěn)壓電源正常工作。實驗時應(yīng)避免強光直接照射轉(zhuǎn)盤盤面，以免造成測試誤差。光電傳感器―轉(zhuǎn)速測量1、實驗?zāi)康募皟?nèi)容了解光電開關(guān)的原理和應(yīng)用。2、實驗原理光電開關(guān)由紅外發(fā)射、接收及整形電路組成，為遮斷式工作方式。2、實驗儀器設(shè)備光電傳感器、光電變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓／頻率表2KHZ檔、示波器。4、實驗步驟光電傳感“光電端接光電變換器 端端接示波器和電壓／頻率表2kHz。（CSY10A接法參照光纖傳感器接法）安裝好光電傳感器位置，勿與轉(zhuǎn)盤盤面相擦。開啟電源，打開電機開關(guān)，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。用示波器觀察光電轉(zhuǎn)換器VF端（速信號出端，并讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較。電機轉(zhuǎn)速＝。將一較強光源照射儀器轉(zhuǎn)盤上方，觀察測試方波是否正常。由此可以得出結(jié)論，光電開關(guān)受外界影響較小，工作可靠性較高。6、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄電渦流傳感器―轉(zhuǎn)速測量1、實驗?zāi)康募皟?nèi)容了解電渦流式傳感器的實際應(yīng)用。2、實驗原理當(dāng)平面線圈與金屬被測體的相對位置發(fā)生周期性變化時流變換器轉(zhuǎn)換為周期性的電壓信號變化。3、實驗儀器設(shè)備電渦流傳感器、電渦流變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓/頻率表、示波器。4、實驗步驟況下相距越近越好。速，調(diào)整平面線圈在轉(zhuǎn)盤上方的位置，用示波器觀察，使變換器輸出的脈動波較為對稱。/頻率表2kHz=。5、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄實驗六溫度實驗1、實驗?zāi)康募皟?nèi)容熟悉熱電偶的結(jié)構(gòu)，掌握熱電偶測溫原理，學(xué)會查閱熱電偶分度表。2、實驗原理通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或0℃，CSY10A型實驗儀中熱電偶為銅一康銅分度。3、實驗儀器設(shè)備熱電偶、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計（自備）4、實驗步驟打開電源，差動放大器增益放100倍，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使差放輸出為零。差動放大器雙端輸入接入熱電偶，打開加熱開關(guān)，迅速將差動放大器輸出調(diào)零。隨加熱器溫度上升，觀察差動放大器的輸出電壓的變化，待加熱溫度不再上升時（到相對的熱穩(wěn)定狀態(tài)，記錄電壓表讀數(shù)。器的增益為100倍，計算熱電勢時均應(yīng)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 溫度修正電動E0℃，t1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。5、實驗報告要求實驗報告含如下內(nèi)容：實驗?zāi)康膶嶒瀮?nèi)容實驗原理及方法（包括實驗系統(tǒng)框圖）實驗儀器設(shè)備與條件（包括儀器狀況、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度）實驗結(jié)果記錄6、注意事項:銅―康熱電偶分度 （自由端溫度0℃工作端溫度0123456700.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.273100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.671200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.077301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.492401.6181.6611.7031.7451.7