傳感器技術(shù)及應(yīng)用第十一章傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)課件

第11章傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)CSY-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)一金屬應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋功能比較實(shí)驗(yàn)二差動變壓器的特性及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)三差動螺線管電感式傳感器的特性實(shí)驗(yàn)四差動變面積式電容傳感器的特性實(shí)驗(yàn)五壓電加速度傳感器的特性及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)六磁電式傳感器的特性實(shí)驗(yàn)七霍爾式傳感器的特性實(shí)驗(yàn)八熱敏電阻的測溫特性實(shí)驗(yàn)九光纖位移傳感器的特性及應(yīng)用CSY-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀【實(shí)驗(yàn)儀簡介】CSY-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀是由浙江大學(xué)杭州高聯(lián)傳感技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的一種專門用于傳感器與自動檢測技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器，該實(shí)驗(yàn)儀如圖11-1所示。它主要由各類傳感器(包括應(yīng)變式、壓電式、磁電式、電容式、霍爾式、熱電偶、熱敏電阻、差動變壓器、渦流式、光纖傳感器等)、測量電路(包括電橋、差動放大器、電容放大器、電壓放大器、電荷放大器、渦流變換器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器等)及其接口插孔等組成。該系統(tǒng)還提供了直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器、F/V表、電機(jī)控制器等。下一頁返回CSY-998型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀【使用注意事項(xiàng)】1.應(yīng)在確保接線無誤后才能開啟電源。2.迭插式插頭應(yīng)避免拉扯，以防插頭折斷。3.對從電源、振蕩器引出的線要特別注意，不要接觸機(jī)殼造成短路，也不能將這些引線到處亂插，否則，很可能引起儀器損壞。4.用激振器時不要將低頻振蕩器的激勵信號開得太大，以免梁的振幅過大而損壞。5.音頻振蕩器接低阻負(fù)載(小于100)時，應(yīng)從LV口輸出，不能從另兩個電壓輸出插口輸出。上一頁返回實(shí)驗(yàn)一金屬應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋功能比較使用應(yīng)變片時，將其貼于測試件表面上。當(dāng)測試件受力變形時，應(yīng)變片也隨之產(chǎn)生形變，相應(yīng)的電阻值將發(fā)生變化，通過測量電路最終將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化，測出應(yīng)變片的靈敏度。電橋是將被測非電量轉(zhuǎn)換成電壓或電流的一種常用的方法?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1.設(shè)定旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V擋，電壓表打到2V擋，差動放大器增益打到最大。2.將差動放大器調(diào)零。方法：用實(shí)驗(yàn)線將差放的正負(fù)輸入端與地端連接在一起，增益設(shè)置在最大位置，然后將輸出端接到電壓表的輸入插口，打開主、副電源，調(diào)整差放的調(diào)零旋鈕使表頭指示為0。3.根據(jù)圖11-2的電路結(jié)構(gòu)，利用電橋單元上的接線插孔和調(diào)零網(wǎng)絡(luò)連接好測量線路(差動放大器接成同相或反相均可)。圖中R4為工作應(yīng)變片，R1、R2和R3為普通電阻，W1為可調(diào)電位器，r為調(diào)平衡電阻。電源由直流穩(wěn)壓電源提供。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)一金屬應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋功能比較4.將直流穩(wěn)壓電源打到±4V擋。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)整電橋平衡電位器，使表頭指零需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來。5.加上砝碼，每加一個讀數(shù)，將測得數(shù)值填入表11-1。6.保持放大器增益不變，將R3換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)整電橋平衡電位器，使表頭指零。然后依次加上砝碼，同樣測出讀數(shù)，填入表11-2。7.保持差動放大器增益不變，將R1、R2兩個電阻換成另兩片工作片，接成一個直流全橋，通過電橋平衡電位器調(diào)好零點(diǎn)。依次加上砝碼，將讀出數(shù)據(jù)填入表11-3。8.在同一坐標(biāo)紙上描出W-V曲線，比較三種接法的靈敏度S。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)一金屬應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋功能比較【問題】1.根據(jù)實(shí)際測試的數(shù)據(jù)與理論上推導(dǎo)的公式相比較，結(jié)論如何？2.對橋路測量線路有何特別的要求？為什么？【注意事項(xiàng)】1.在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉，以免損壞應(yīng)變片。2.在實(shí)驗(yàn)過程中如果發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將量程擴(kuò)大或?qū)⒉罘旁鲆鏈p小。3.直流穩(wěn)壓電源不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自燃效應(yīng)。4.接全橋時請注意區(qū)別各應(yīng)變片的工作狀態(tài)方向，保證R1與R3工作狀態(tài)相同，R2與R4工作狀態(tài)相同。5.在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。上一頁返回實(shí)驗(yàn)二差動變壓器的特性及應(yīng)用2.按圖11-3接線，音頻振蕩器必須從LV接出。3.調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，使音頻LV信號輸入到初級線圈的電壓為2Vp-p。4.旋動測微頭，從示波器上讀出次級輸出電壓Vp-p值填入表11-4。讀出過程中應(yīng)注意初、次級波形的相位關(guān)系：當(dāng)鐵芯從上至下時，相位由________相變?yōu)開_______相。5.仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭使次級的差動輸出電壓為最小，必要時應(yīng)將通道二的靈敏度打到較高擋，如0.2V/cm，這個最小電壓叫做

，可以看出它與輸入電壓的相位差約為__________，因此是__________正交分量。6.根據(jù)所得結(jié)果，畫出(Vp-p-X)曲線，指出線性工作范圍，求出靈敏度【注意事項(xiàng)】(1)差動變壓器的激勵源必須從音頻振蕩器的電流輸出口(LV插口)輸出。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)二差動變壓器的特性及應(yīng)用(2)差動變壓器的兩個次級線圈必須接成差動形式，即同名端相連，這可通過信號相位有否變化判別之。(3)差動變壓器與示波器的連線應(yīng)盡量短一些，以免引入干擾。(二)差動變壓器零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償1.設(shè)定有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz，雙線示波器第一通道靈敏度500mV/cm，第二通道靈敏度1V/cm，觸發(fā)選擇打到第一通道，差動放大器的增益旋到最大。2.觀察差動變壓器的結(jié)構(gòu)。按圖11-4接線，音頻振蕩必須從LV插口輸出，W1、W2、r、c為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。3.利用示波器，觀察示波器第一通道的讀數(shù)，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，使其輸出為2Xp-p值。4.調(diào)整測微頭，觀察示波器第二通道的讀數(shù)，使差動放大器輸出電壓最小。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)二差動變壓器的特性及應(yīng)用5.依次調(diào)整W1和W2，使輸出電壓進(jìn)一步減小，必要時重新調(diào)節(jié)測微頭。6.將第二通道的靈敏度提高，觀察零點(diǎn)殘余電壓的波形，注意與激勵電壓波形相比較。經(jīng)過補(bǔ)償后的殘余電壓波形為________波形，這說明波形中有_________分量?！咀⒁馐马?xiàng)】1.由于該補(bǔ)償線路要求差動變壓器的輸出必須懸浮。因此,次級輸出波形難以用一般示波器來看，要用差動放大器使雙端轉(zhuǎn)換為單端輸出。2.音頻信號必須從LV插口引出。3.本實(shí)驗(yàn)也可用圖11-5所示線路，試解釋原因。(三)差動變壓器在振動測量中的應(yīng)用1.設(shè)定有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz，差動放大器增益適中。2.按圖11-6接線，并調(diào)整好有關(guān)部分。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)三差動螺線管電感式傳感器的特性

【實(shí)驗(yàn)性質(zhì)】設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹客ㄟ^該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握差動式測量電路的使用方法和螺線管電感式傳感器的特性?！緦?shí)驗(yàn)要求】1.參考差動變壓器的實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)一個差動螺線管電感式傳感器的測量線路，并進(jìn)行位移測量。2.寫出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行列表、分析、計(jì)算，畫出其V-X曲線。3.從理論和實(shí)際測試系統(tǒng)兩個方面找出產(chǎn)生誤差的原因。4.在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作前先擬定實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師審核通過后方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低頻濾波器、電壓表、測微頭、示波器。返回實(shí)驗(yàn)四差動變面積式電容傳感器的特性【實(shí)驗(yàn)性質(zhì)】驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私獠顒幼兠娣e式電容傳感器的原理及特性?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】電容傳感器、差動放大器、低通濾波器、V/F表、激振器、示波器。【實(shí)驗(yàn)步驟】1.差動放大器調(diào)零，按圖11-7接線。2.差動放大器增益旋鈕置中間，V/F表打到2V擋，調(diào)節(jié)測微頭，使輸出為零。下一頁返回實(shí)驗(yàn)四差動變面積式電容傳感器的特性3.旋動測微頭，每次0.5mm，記下此時測微頭的讀數(shù)及電壓表的讀數(shù)，直至電容動片與上或下靜片覆蓋面積最大為止，見表11-6。退回測微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動。同上法，記下X(mm)及V(mV)值，見表11-7。4.計(jì)算系統(tǒng)靈敏度并作出V-X曲線。5.移開測微頭，斷開電壓表，接通激振器，使振動臺振動用示波器觀察輸出波形。上一頁返回實(shí)驗(yàn)五壓電加速度傳感器的特性及應(yīng)用3.接通激振器。4.開啟電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度，不宜過大。5.用示波器的兩個通道同時觀察電壓放大器與低通濾波器的輸出波形。6.改變頻率，觀察輸出波形的變化。7.用手輕擊實(shí)驗(yàn)臺，觀察輸出波形的變化。可見敲擊時輸出波形會產(chǎn)生“毛刺”，試解釋原因。8.關(guān)閉電源，按圖11-8安裝好電渦流傳感器，將原接于電壓放大器輸出端的示波器通道接到渦流變換器的輸出端。將低頻振蕩器的頻率打到5-20Hz范圍內(nèi)。9.開啟電源，同時觀察壓電加速度計(jì)的輸出和渦流傳感器的輸出，注意他們的相位關(guān)系?？梢妰烧呦辔徊罴s為

，為什么？上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)五壓電加速度傳感器的特性及應(yīng)用【注意事項(xiàng)】1.雙平行梁振動時應(yīng)無碰撞現(xiàn)象，否則將嚴(yán)重影響輸出波形。必要時可松開梁的固定端，小心調(diào)整一個位置。2.低頻振蕩器的幅度應(yīng)適當(dāng)，避免失真。3.屏蔽線的屏蔽層應(yīng)接地。4.由于壓電式傳感器制作困難，動態(tài)范圍可能與電渦流式傳感器不統(tǒng)一，可由其它傳感器如電容式傳感器來觀察相位差。電容式傳感器的輸出波形不經(jīng)過低通雖然不太光滑，但不影響觀察效果。【問題】為什么電壓放大器與壓電加速度計(jì)的接線必須用屏蔽線？否則會產(chǎn)生什么問題？上一頁返回實(shí)驗(yàn)六磁電式傳感器的特性【實(shí)驗(yàn)性質(zhì)】驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私獯烹娛絺鞲衅鞯脑砑靶阅??！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】磁電式傳感器、電渦流傳感器差動放大器、渦流變換器、激振器、示波器?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1.觀察磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)。2.將磁電式傳感器的輸出端接到差動放大器的兩輸入端，適當(dāng)旋轉(zhuǎn)增益旋鈕。接通激振器，觀察差動放大器的輸出波形。下一頁返回實(shí)驗(yàn)七霍爾式傳感器的特性

【實(shí)驗(yàn)性質(zhì)】驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私饣魻柺絺鞲衅鞯脑砑疤匦??！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】直流穩(wěn)壓電源霍爾傳感器、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、電壓表、直流穩(wěn)壓表、測微頭?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1.設(shè)定旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置2V擋，直流穩(wěn)壓電源置2V擋(注意：激勵電壓必須≤±2V，否則霍爾片易損壞！)。2.開啟電源，按實(shí)驗(yàn)一的方法對差動放大器調(diào)零。3.W1、r為直流平衡網(wǎng)絡(luò)中的電橋單元，如圖11-9所示。接好線路，差動增益適中。下一頁返回實(shí)驗(yàn)七霍爾式傳感器的特性4.裝好測微頭。即將測微頭與振動臺面連在一起。5.調(diào)整W1使電壓表指示為零。6.上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.2mm讀一個數(shù)，從15.00mm到5.00mm左右為止。將讀數(shù)填入表11-8.7.作出V-X曲線指出線性范圍，求出靈敏度?？梢?，本實(shí)驗(yàn)測出的實(shí)際上是磁場的分布情況，它的線性越好，位移測量的線性度也越好，它們的變化越快，位移測量的靈敏度也就越大。【注意事項(xiàng)】1.由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。2.一旦調(diào)整好后，測量過程中不能移動磁路系統(tǒng)。3.激勵電壓不能增大，以免損壞霍爾片。上一頁返回實(shí)驗(yàn)八熱敏電阻的測溫特性【實(shí)驗(yàn)性質(zhì)】設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釴TC熱敏電阻的溫度效應(yīng)。【實(shí)驗(yàn)要求】1.根據(jù)理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，了解NTC熱敏電阻的測溫原理，設(shè)計(jì)一個測量NTC型熱敏電阻溫度特性的實(shí)驗(yàn)方案。2.寫出實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟，畫出實(shí)驗(yàn)電路圖。3.對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行列表統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，畫出其溫度-電壓曲線。4.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推出NTC型熱敏電阻的溫度特性結(jié)論。5.在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作前先擬定實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師審核通過后方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)備】加熱器、熱敏電阻、直流穩(wěn)壓電源、電壓表等。

返回實(shí)驗(yàn)九光纖位移傳感器的特性及應(yīng)用3.按圖11-10所示接線。光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已接好，可將輸出電信號直接經(jīng)差動放大器放大。4.調(diào)節(jié)測微頭千分卡，使光纖探頭與振動臺面接觸，將差動放大器增益置中，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕使電壓表指示為零。5.調(diào)節(jié)測微頭千分卡，或用手輕壓振動臺使臺面脫離開探頭，觀察電壓讀數(shù)小-大-小的變化。將調(diào)節(jié)測微頭到電壓輸出最大的位置，調(diào)節(jié)差動放大器增益將最大值控制在1V左右，必要時反復(fù)調(diào)整零位。6.調(diào)節(jié)測微頭，每隔0.1mm讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入表11-9。7.作出V-X曲線，計(jì)算靈敏度及線性范圍。上一頁下一頁返回實(shí)驗(yàn)九光纖位移傳感器的特性及應(yīng)用(二)光纖位移傳感器測速應(yīng)用1.將光纖探頭移至電機(jī)(風(fēng)扇)上方并對準(zhǔn)電機(jī)(風(fēng)扇)上的反光片，調(diào)整好光纖探頭與反光片間的距離(電壓表最大輸出值處)。2.按圖11-11接線，打開電源。3.將直流穩(wěn)壓電源置±10V擋，在電機(jī)控制單元接入+10V電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)轉(zhuǎn)動。4.將F/V表置2k擋，用示波器觀察F/V表。輸出端的轉(zhuǎn)速脈沖信號(Vp-p約為5V)。5.根據(jù)脈沖信號的頻率及電機(jī)上