1、傳感器檢測技術實訓指導前 言傳感器原理檢測技術課程，在高等理工科院校電氣與自動化專業、電子信息工程和測控技術與儀器類各專業的教學計劃中，是一門重要的專業基礎課。實驗是教學的重要環節之一，通過實驗鞏固和消化課堂所講授理論內容，掌握常用傳感器的工作原理和使用方法，提高學生的動手能力和學習興趣。本實驗指導書提供了多個實驗，可根據各學院相關專業教學實際，進行選做。該指導書在以往使用的檢測技術實驗指導書基礎上，由電氣學院趙蘭老師、姚志樹老師進行了一定的修改和補充。 - 12 -目 錄實驗一 箔式應變片橋路性能比較- 2 -實驗二 電容式傳感器的特性- 4 -實驗三 電渦流式傳感器的靜態標定- 6 -實驗

2、四 電渦流傳感器電機轉速測量實驗- 8 -實驗五 霍爾式傳感器特性實驗- 9 -實驗六 霍耳傳感器的應用電子秤- 10 -實驗一 箔式應變片橋路性能比較一 、實驗目的：1觀察了解箔式應變片結構及粘貼方式。2測試應變梁變形的應變輸出。3比較各橋路間的輸出關系。二、實驗原理：應變片是最常用的測力傳感元件。用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面。當測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。實際使用的應變電橋的性能和原理如下：已知單臂、半橋和全橋電路

3、的R分別為、。電橋靈敏度SV / X，于是對應于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。三、實驗所需部件：CSY10 型傳感器系統實驗儀：直流穩壓電源、差動放大器、電橋、毫伏表、測微頭。直流穩壓電源打到0V檔，毫伏表打到±50mv檔，差動放大器增益旋鈕打到最右邊。四、實驗步驟：1調零。差動放大器增益旋鈕置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路，輸出端接數字電壓表。開啟儀器電源，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后在整個測試過程中，調零電位器位置不變。2按圖1-1將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3

4、和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R為應變片（可任選上、下梁中的一片作為工作片）。直流激勵電源為±4V。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調節使應變梁處于基本水平狀態。圖1-1單臂橋路圖1-2全橋橋路 3確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘。調整電橋WD電位器，使測試系統輸出為零。4旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以懸臂梁水平狀態下輸出電壓為零，開始向上或向下移動做正、反行程測試。測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，直至進入非線性區，做相反行程測試，測試數據列表。單臂電橋正行程（反行程數據列表類似）位移mm電壓V根據表中所測數據計算靈敏度

5、S，SV / X 單位：v/mm。5在完成上面測試的基礎上，不變動差動放大器增益和調零電位器，圖2-1中電橋固定電阻R1、R2、R3分別換成箔式應變片，按圖1-2全橋橋路接成全橋測試系統。 6重復上面的34步驟，測出單臂和全橋輸出電壓并列表，計算靈敏度。SV / X 單位：v/mm。全橋正行程（反行程數據列表類似）位移mm電壓V7在同一坐標上做出VX關系曲線，比較橋路的靈敏度，并做出定性的結論。實驗二 電容式傳感器的特性一 、實驗目的：了解電容式傳感器的結構和工作原理。掌握電容式傳感器的測量方法。二、實驗原理：電容式傳感器有多種型式，本儀器中是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安

6、裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化，極間電容也發生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為Cx1，下層定片與動片形成的電容定為Cx2，當將Cx1和Cx2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。三、實驗所需部件：CSY10 型傳感器系統實驗儀：電容傳感器、電容變化器、差動放大器、低通濾波器、低頻濾波器、測微頭。四、實驗步驟：（1）按圖2-1接線，電容變換器和差動放大器的增益適中。圖2-1 電容傳感器測試接線圖（2）裝上測微頭，帶動振動臺位移，使電容動片位于兩靜片中，此時差動放大器輸出應為零。（3）以此為起點，

7、向上或向下旋動測微頭開始正反行程測試，測微頭每移動0.5mm記錄一個輸出電壓值，直至動片與一組靜片全部重合為止。將讀數記錄入下表：并作出VX曲線，計算靈敏度，SV / X 單位：v/mm。X（mm）VP-P（v）（4）低頻振蕩器輸出接“激振”端，移開測微頭，適當調節頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀察波形。五、注意事項：（1）電容動片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時可稍微做調整。位移和振動時均不可有擦片現象，否則會造成輸出信號突變。（2）如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進一步減小。實驗三 電渦流式傳感器的靜態標定一 、實驗目的：了解電渦流傳

8、感器的結構、原理、工作特性。 掌握電渦流傳感器的靜態標定方法。二、實驗原理：電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成如圖5-1所示，當線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關。當平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關。將阻抗變化經渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數。圖3-1 渦流式位移傳感器的基本結構及工作原理三、實驗所需部件：CSY10 型傳感器系統實驗儀：電渦流線圈、金屬渦流片、電渦流變換器、測微頭、示波器

9、、電壓表。四、實驗步驟：1安裝好電渦流線圈和金屬渦流片，注意兩者必須保持平行。安裝好測微頭，將電渦流線圈接入渦流變換器輸入端。渦流變換器輸出端接電壓表20V檔。見下圖3-2。2開啟儀器電源，用測微頭將電渦流線圈與渦流片分開一定距離，此時輸出端電壓值輸出。用示波器接渦流變換器輸入端觀察電渦流傳感器的高頻波形，信號頻率約為1MHz。3用測微頭帶動振動平臺使平面線圈完全貼緊金屬渦流片，此時渦流變換器輸出電壓為零。渦流變換器中的振蕩電路停振。圖3-2 渦流式位移傳感器測試接線圖4旋動測微頭使平面線圈離開金屬渦流片，測微頭每移動0.25mm記錄一個輸出電壓值，將讀數記錄入下表：并作出VX曲線，計算靈敏度

10、，SV / X 單位：v/mm。并用示波器觀察變換器的高頻振蕩器波形。5換用不同材質的金屬渦流片，重復實驗步驟1- 4。五、實驗報告：作出不同材質的VX曲線，鋁片，銅片，鐵片，求出靈敏度，并進行比較。X（mm）VP-P（v）X（mm）VP-P（v）X（mm）VP-P（v）六、注意事項：當渦流變換器接入電渦流線圈處于工作狀態時，接入示波器會影響線圈的阻抗，使變換器的輸出電壓減小。或是使傳感器在初始狀態有一死區。實驗四 電渦流傳感器電機轉速測量實驗一、實驗目的：掌握電渦流式傳感器的實際應用。二、實驗儀器及設備：CSY10 型傳感器系統實驗儀：（1）電渦流線圈（2）電渦流變換器（3）測速電機及轉盤（

11、4）電壓/頻率表示波器三、實驗原理：當平面線圈與金屬被測體的相對位置發生周期性變化時，渦流量及線圈的阻抗的變化經渦流變換器轉換為周期性的電壓信號變化。應用在本實驗中表現為：電機每轉一圈，轉盤上的金屬片在平面線圈正下方出現兩次，即：電機轉速為周期性的電壓信號頻率的一半 。四、實驗內容：1.將電渦流線圈安裝在電機轉盤上方，線圈與轉盤平面平行，在不碰檫的情況下相距越近越好。圖4-1電渦流式傳感器測試接線圖2.按圖4-1接線，先打開實驗系統和示波器電源，然后打開電機開關，調節電機轉速和平面線圈的水平位置，用示波器觀察，使變換器輸出的波形較為對稱。3.仔細觀察示波器中兩相鄰波形的峰值是否一樣，如有差異，

12、則說明線圈與轉盤面不平行或是電機有振動現象。利用實驗六中鐵渦流片的特性曲線判斷轉盤面與線圈的不平行度。4.將電壓/頻率表2kHz檔接入渦流變換器輸出端，讀取脈動波形頻率值，并與示波器讀取的頻率做比較。共取五組不同轉速數據，分別求取電機轉速值：n = f/2 。五、實驗報告要求：1. 根據電壓/頻率表和示波器的讀數求取 5 組電機轉速。F（Hz）示波器F（Hz）電壓表n（r/s）電機轉速2.畫出從示波器上觀察到的一組信號波形（標出信號周期），求取信號頻率，計算電機轉速。3.比較以上兩種方法求取的電機轉速，分析差別原因。實驗五 霍爾式傳感器特性實驗一、實驗目的：1. 了解霍爾式傳感器的工作原理。2

13、. 掌握用綜合傳感器實驗儀進行霍爾式傳感器特性實驗的方法。二、實驗儀器及設備：CSY10 型傳感器系統實驗儀：霍爾片 磁路系統 電橋 差動放大器V/F 表 直流穩壓電源 測微頭 低頻振蕩器 示波器一臺三、實驗原理：霍爾傳感器是由兩個環形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出。霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢 V 取決于其在磁場中的位移量 X，因此，測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜態位移量 X。四、實驗步驟：1.按圖7-1接線：w1，r1為電橋單元中的直流平衡網絡。圖5-1 霍爾傳感器測試接線圖2.裝好測微頭；3.開啟

14、電源，差動放大器調零，然后重新接好線路。4.調整w1使電壓表指示為零；5.向上或向下旋動測微頭開始行程測試，測微頭每移動0.5mm記錄一個輸出電壓值，將讀數記錄入下表：并作出VX曲線，計算靈敏度，SV / X 單位：v/mm。6.按下激振器按鈕，適當打大振幅，用示波器觀察差動放大器的輸出波形。分析并解釋振幅較大時示波器上的波形？次傳感器能適用的最大位移是多少？五、實驗報告要求：1. 數據處理，作出VX曲線，求取靈敏度系數S。SV / X 單位：v/mm。位移mm電壓V2.作出振幅取較大值時，示波器上的波形，求取此傳感器能適用的最大位移？實驗六 霍耳傳感器的應用電子秤一、實驗目的：掌握霍耳傳感器

15、的實際應用。二、實驗儀器及設備：CSY10 型傳感器系統實驗儀：（1）霍耳式傳感器（2）直流穩壓電源（3）差動放大器（4）震動圓盤（5）環形砝碼（6）電橋（7）電壓表一套三、實驗原理：稱重平臺位于傳感器實驗臺內部的懸臂梁頂端的磁鋼上。當稱重平臺上有被稱重物時，由于重力作用，懸臂梁發生彈性形變。同時，位于稱重平臺下部的霍耳傳感器被帶動而向下移動。由于懸臂梁形變產生的位移大小與重力成正比，因此可以通過測量稱重平臺的位移變化量 X 來間接測量被測物的重量，從而實現電子測量物體重量的目的。圖6-1 霍耳傳感器測試接線圖四、實驗內容：1.移開測微頭，加上震動圓盤。按圖6-1連接好系統。2.差動放大器增益旋扭調至最大，對差動放大器調零。3.調節電橋WD使輸出為零。4.以振動平臺為稱重平臺，逐步放上砝碼，依次記下電壓表讀數，填入表1。5.移走稱重砝碼，在稱重平臺上分別放置三個不同重量的物品W1、W2、W3（重量未知），分別讀出對應的電壓表讀數，將讀數填入表2。6.從三個物品中取出以下組合：W1+W2，W1+W3，W2+W3，W1+W2+W3。分別放在稱重平臺上進行稱量并記錄電壓表讀數，將讀數填如表2五