传感器技术实验指导书

1、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

2、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

3、，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图(1)。(3)确认接线无误后开

4、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

5、）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4KHz8KHz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11

6、B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

7、过程中应注意初、次级波形的相应关系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(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

8、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

9、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？15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，匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈

10、的磁通的变化率：。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

11、、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

12、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

13、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。 to0(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

14、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

15、、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

16、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23mm，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

17、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

18、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