长春理工大学电信学院2023年传感器实验指导书

可编辑可修改可编辑可修改精选模板精选模板传感器试验指导书长春理工大学电信学院2023.3.25目录试验一金属箔式、半导体应变片性能—单臂电桥、半桥、全桥交直流试验试验三试验四

差动变压器的性能试验热电偶原理及分度表的应用气敏传感器试验一、概 述传感器试验是针对《传感器原理与设计》课程开设的一门实践性环节，诣在检验学数据采集处理技术与传感器技术融合在一起，拓宽传感技术的应用领域，逐步建立工程,增加学生对各种不同的传感器及测量原理如何组成测量系统有直观而具体的感性生疏；培育学生对材料力学、电工学、物理学、掌握技术、计算技术等学问的综合运用力量；同时在试验的进展过程中通过信号的拾取、转换、分析，把握作为一个科技工作者应具有的根本的操作技能与动手力量。动气压源、数据采集处理和通信系统〔RS232接口〕、试验软件等组成；全套12个试验要求敏捷组合。一、传感器2.06，2%〕〔0～500g2%〕集中硅压阻式压力传感器〔0～50KP3%〕〔BY3502120〕分度热电偶，〔0～8003%〕E分度热电偶，〔0～8003%〕Pt100铂热电阻〔0～8005%〕〔5%〕〔2%〕5%)磁电式传感器〔动铁与线圈〕〔5～95%RH〕MQ3气敏传感器〔酒精气敏感，试验演示用〕电感式传感器〔差动变压器，量程±5mm,5%〕〔1mm,3%〕力平衡传感器〔综合传感器系统〕二、主机配置〔一〕电源、信号源局部〔传感器工作直流鼓励源与试验模块工作电源〕～+10V1.5A；1.5A；激光器电源。〔传感器工作沟通鼓励源〕～10KHzVp-p20V；00、1800端口反相输出；00、LV1.5A；1800300mw。〔供主机位移平台与双平行悬臂梁振动鼓励，实现传感器动态测试〕1Hz～30Hz输出，连续可调，最大输出电流1.5A，最大Vp-p20VI〔双II〔圆形位移平台〕的振动源。〔请特别留意〕0侧时，低频信号源正常使用，0V0端无低频信号输出，停顿激振Ⅰ、Ⅱ的鼓励。ViV0端。激振不工作时激振选择开关应位于置中位置。〔温度传感器加热源〕400℃，试验控温≤200℃。220V插口供给电炉加热电源，作为温度传感器热源、及热电偶测温、标定和传感器温度效应的温度源等。〔光电、电涡流传感器测转速之用〕0～2400转/分，连续可调。〔供给压力传感器气压源〕电动气泵：气压输出≤20KP，连续可调；手动加压气囊：可加压至满量程40KP，通过减压阀调整气压值。〔二〕仪表显示局部电压/频率表：0～2V、0～20V两档；频率显示分0～2KHz、0～20KHz两档，灵敏度≤50mv。〔E分度〕0-800℃〔用其他热电偶测温时应查对相应的热电偶分度表。气压表：显示。〔三〕计算机通信与数据采集通信接口：标准RS232口，供给试验台与计算机通信接口。数据采集卡：12A/D转换，采集卡信号输入端为电压/频率表的“IN”端，采集卡频率输入端为“转速信号入”口。三、试验模块包含荷放大器、移项器、相敏检波器等公用电路。应变式传感器试验模块〔包含电阻应变及压力传感器〕：金属箔式标准商用称重集中硅压阻式传感器、放大电路。电感式传感器试验模块：差动变压器、螺管式传感器、放大电路。T电桥检测电路，周密位移导轨。霍尔传感器试验模块：霍尔传感器、梯度磁场、变换电路及日本进口高精度位移温度传感器试验模块：供给7种温度传感器及变换电路，可控电加热炉。电涡流传感器试验模块：电涡流探头、变换电路及日本进口周密位移导轨。气敏传感器试验模块：MQ3气敏传感器及变换电路。四、主机工作台上装置的传感器磁电式、压电加速度、半导体应变〔2片、金属箔式应变〔工作片4片，温度补偿2片。双平行悬臂梁旁的支柱安装有螺旋测微仪，可带动悬臂梁上下位移。圆形位〕平台旁的支架可安装电感、电容、霍尔、光纤、电涡流等传感器探头，在平台振动时进展动态试验。Csy-910型主机与试验模块的连接线承受了高牢靠性的防脱落插座及插头。五、试验操作须知：1在试验前务必具体阅读《CSY-910型传感器系统综合试验台》试验指导与使用说明、本试验指导书。2、使用本仪器前，请先生疏仪器的根本状况，对各传感器鼓励信号的大小、信号开关都应选择好正确的倒向。3、了解测试系统的根本组成：适宜的信号鼓励源→传感器→处理电路〔传感器状态调整机构〕→仪表显示〔数据采集或图象显示〕4、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误前方可接通电源。5、试验操作时，在用试验连接线接好各系统并确认无误前方可翻开电源，各信号马上关机，查清缘由后再进展试验。6、试验连接线插头为灯笼状簧片构造，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，使用时应避开摇摆。为延长使用寿命，操作时请捏住插头连接叠插。7、试验指导书中的“留意事项”不行无视。传感器的鼓励信号不准随便加大，否则会造成传感器永久性的损坏。试验一金属箔式电阻应变片式性能试验一、试验目的：1、观看了解箔式应变片的构造及粘贴方式；2、生疏箔式应变片和半导体应变片的性能，充分了解两种应变电路的特性；3、把握应变片单臂、半桥、全桥的工作原理和工作状况；二、试验类型：验证型三、试验原理：应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要结实地粘贴在测试化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。4R1、R2、R3、R中，电阻的相对变化率分别为△41 2 2 3 3 4 1R/R、△R/R、△R/R、△R/R，桥路的输出与 1 2 2 3 3 4 1R

RR1 R R1 2

RR成正34R R343 4 R RR比。当使用一个应变片时，R

R；当使用二个应变片时，

1RRR1

R2；假设二个2应变片组成差动状态工作，则有R

2R；用四个应变片组成二个差动对工作，且R=R 1R=R=R2 3

R

4R。R14依据戴维南定理可以得出电桥的输出电压近似等于 E4R

，电桥的电压灵敏度1 1Ku=V/△R/R4E2EE。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大；当E和电阻相对变化肯定时，电桥的输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。四、试验所需部件：+4V、应变式传感器试验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、半导体应变计、螺旋测微仪、数字电压表、应变加热器。五、试验步骤1、差动放大器调零。连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置〔顺时针方向旋到底，差动放大器“”输入端对地用试验线短路。输出端接电压表2V档。开启主机电源，用调零”电位器旋钮均不应再变动。1-1单臂电桥试验电路21-1将所需试验部件连接R1、R2、R3分别为模块上的固定标准电阻，R为应变计〔可任选上梁或下梁中的一个工作片，留意连接方式，勿使直流鼓励电源短路。平位置。3、确认接线无误后开启主机，使电路工作趋于稳定。调整模块上的W1电位器，使桥路输出为零。4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入表一表一mm电压V54321012345表二mm电压V543210123451-2半桥试验电路mm5432mm54321012345电压V0、R3，分别换接电阻应变片组成双桥和全1-21-33所示6、重复单臂电桥试验步骤，完成双桥和全桥试验723。8、依据表中所测数据在同一坐标上描出V-X曲线，计算灵敏度S：S=V/X，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。六、留意事项：1、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进展反向采集试验。2、试验中试验者用螺旋测微仪进展位移后应将手离开仪器前方能读取测试系统输差。3、应变片接入桥路时，要留意应变片的受力方向，肯定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向一样，如接反则电路无输出或输出很小。4、更换应变片时应将电源关闭。七、思考题1、本试验对直流稳压电源和差动放大器有何要求？2、应变片桥路〔差动电桥〕连接应留意哪些问题？3、桥路〔差动电桥〕测量时存在非线性误差的主要缘由是什么？4、箔式应变片和半导体应变片在工作原理和性能上有什么区分？5、用沟通和直流作为鼓励电源时，传感器的性能有何变化？一、试验目的：1、了解差动变压器的根本构造及原理，验证差动变压器的根本特性；2、了解差动变压器零点剩余电压产生的缘由及补偿方法；二、试验类型：验证型三、试验原理：2-1。差动变压器构造原理图 差动变压器位移—输出特性2-1使之减小。零点剩余电压中主要包含两种波形成份：a、基波重量：这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路都使得鼓励电流与所产生的磁通不同相。b、高次谐波：主要是由导磁材料磁化曲线的非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱〔主要是三次谐波〕磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。削减零点剩余电压的方法是〔1从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。〔3〕选用补偿电路。四、试验所需部件：试验模块、电压/频率表。五、试验步骤：12-2接线，差动变压器初级线圈必需从音频信号源LV功率输出端接入，二个次级线圈串接。用双线示波器测量初级、次级线圈波形，并记录绘制。2-22Vp-p2V，以示波器其次通道观看到的波形不失真为好。3、前后移动转变变压器磁芯在线圈中位置，观看示波器其次通道所示波形能否过零翻转〔即波形相位变化，否则转变接次级二个线圈的串接端序。4Vp-p值，同时留意初次级线圈波形相位。电压Vp-pV-X曲线，指出线性工作范围。〔依据波形大小适当调整示波器。差动放大器增益置最大。2-36、翻开主机电源，调整音频输出频率，以其次通道波形不失真为好，调整音频信号频率，音频幅值必需为峰-Vp-p=2V。W1、W2电位器，使输出更趋减小。图2-472-4接线并调整移相璇钮输出电压为零。X〔mm〕5V〔mmX〔mm〕5V〔mm〕4221012345X-V曲线，指出工作范围。六、留意事项：1、示波器其次通道为悬浮工作状态〔即示波器探头二根线都不接地。2、音频信号频率肯定要调整到次级线圈输出波形根本无失真，否则由于失真波形中有谐波成分，补偿效果将不明显。3、此电路中差动放大器的作用是将次级线圈的二端输出改为单端输出。4、电感线圈的位置可依据试验需要调整螺杆稍上下位置，以静止时铁心置于线圈中间位置为好。七、思考题？2、差动变压器零点剩余电压产生是如何产生的？如何消退零点剩余电压？一.试验目的了解热电偶的工作原理及热电偶回路热电势组成；二.试验原理了解热电偶的工作原理及热电偶回路热电势组成；二.试验原理回路，如图3-1所示。当工作端温度TT0时，回路产生电动势，从而形成热电流。这种现象称为热电效应。产生热电流的电动势称为热电势。热电势由两局部组成，一局部为温差电势，另一局部为结点电势，即回路中引入第三种导体。总的热电势( E T( AB

E))

(T)E

(T)0

TA(A

)dTABBT0ABBT≠T0T>T0时，依据热电偶工作定律，在冷端接入测量仪表，假设使T0端工作温度为室温或者为零摄氏度，而工作端的温度通过测量回路，热电势即可得知。AT T0B3-1三.所需单元及附件直流电压源，加热器，热电偶，温度计，电源四.试验步骤F/V2V档，差动放大器增益调至最大。了解热电偶在试验台上的位置和构造及所用导体材料。本试验使用由铜—康铜组成的其热电势为两个热电偶的总和。3-2接线，翻开主副电源，调整差动放大器调零旋扭，使输出为零〔电压表显示为零，用温度计登记此时的室温。3-2接线电路将-15V直流电源接入加热器，目的是为热电偶工作端供给温度，同时，观看F/V表显示值的变化；F/V表输出电压是随着温度的增加而增加的。等待片刻后，F/V表显示电压值根本稳定后，登记此时F/V表上的热电势值。T，并且记录下来。依据热电偶的根本定律的中间温度定律以及热电势和温度的关系式：E (T,TAB

E))

(T,T

E

T,T(n (

) 〔3-1〕n进展温度订正。式中，—热电偶工作端温度；n—热电偶冷端的温度〔即室温；nT0—参考温度，即0C。求得参考温度不等于零时的热电势—温度关系。〔3-1〕可以求得n( E Tn( AB

E))

(T,T0

E

T,T(n (

) 〔3-2〕具体做法如下：首先求得热端温度为T，而冷端为室温时的热电势。1〕本试验为两个铜—康铜热电偶串联，热电偶工作端温度为T，冷端温度为室温时热(, 电势为E TT 等于F/V表的指示值除以差动放大器放大倍数K乘以热电偶的个数(, AB n即E (T,T

E)

E(mv)AB n

2K 21000CEAB(Tn,T0，通过0C所对应的电势值。两者差值就是我们要求的热电势。0C的热电势，再依据所计算的热电势值，查分度T关掉主副电源，将加热器从-10V电源拆下来，其它旋扭恢复到原位置。将热电偶所测得的温度值和自备温度计测得温度值进展比较，分析产生误差的缘由。五.试验报告计算热电偶所测温度，分析误差产生的缘由。当热电偶接入差动放大器后还需要再调零吗？大的误差，为什么？热电偶分度表

试验四气敏传感