1、前言傳感器是機電一體化中各種設備和裝置的“感覺器官”,它將各種各樣形態各異的信息量轉換成能夠被直接檢測的信號。在當今信息社會的時代,如果沒有傳感器,現代科學技術將無法發展。傳感器在機電一體化系統乃至整個現代科學技術領域占有極其重要的地位。為了適應這一時代發展的需要,全國各大中專院校及各類職業技術學校都相繼將傳感器教學納入教學任務,作為電子、電器、測控以及工業自動化類專業的一門必修課。ZY13Sens12SB型傳感器技術實驗臺是根據傳感器的教學大綱,綜合多所院校老師的教學意見開發的傳感器系列實驗系統。主要用于各大、中專院校及職業院校開設的傳感器原理及技術、自動化檢測技術、非電量電測技術、工業自動

2、化儀表及控制、機械量電測等課程的實驗教學。ZY13Sens12SB型傳感器技術實驗臺采用的大部分傳感器雖然是教學傳感器(透明結構便于教學,但其結構與線路是工業應用的基礎,希望通過實驗幫助廣大學生加強對書本知識及實驗原理的理解,并在實驗進行的過程中通過信號的拾取、轉換、分析,掌握作為一個科技工作者應具備的基本的操作技能與動手能力。ZY13Sens12SB型傳感器技術實驗臺內含18種傳感器,基本涵蓋了高校教學大綱中要求掌握的所有傳感器。各單元部件及變換處理電路的多種組合可以進行幾十種傳感器的實驗;在外配雙線示波器的情況下可以進行多種動態演示實驗。實驗編排的層次從易到難、從靜態到動態、從驗證型到應用

3、型,力求做到通俗易懂,貼近人的認知過程。學生在實驗之前應對相應實驗內容進行預習,實驗完成后根據原始記錄進一步加深對實驗原理的理解,力求完成實驗后對所有的傳感器能有全面的認識!由于編者水平的有限,本實驗指導書難免存在錯誤和不足之處,熱切希望廣大師生多提寶貴意見!我們一定會再接再厲,盡我們所能的不斷完善實驗設備!希望能得到廣大師生的支持與批評指正!目錄前言 (1目錄 (2第一章傳感器實驗臺介紹 (3第二章傳感器實驗臺實驗指導 (5實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗 (5實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗 (8實驗三金屬箔式應變片全橋性能實驗 (11實驗四壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗 (14實驗五

4、差動變壓器的性能實驗 (17實驗六電容式傳感器的位移實驗 (19實驗七直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗 (21實驗八交流激勵時霍爾式傳感器的位移實驗 (23實驗九霍爾測速實驗 (25實驗十電渦流傳感器位移實驗 (27實驗十一被測體材質對電渦流傳感器特性影響 (30實驗十二光纖傳感器的位移特性實驗 (33實驗十三光電轉速傳感器的轉速測量實驗 (35實驗十四集成溫度傳感器的特性實驗 (36第一章傳感器實驗臺介紹ZY13Sens12SB傳感器技術實驗臺由主控臺、三源板(溫度源、轉動源、振動源、18個傳感器、相應的實驗模板、數據采集卡及處理軟件、實驗桌等六部分組成。一、實驗臺的組成1、主控臺部分:提

5、供高穩定的±15V、+5V、±2V±4V±6V±8V±10V可調及+2V-+24V可調四種直流穩壓電源;主控臺面板上還裝有測電壓、氣壓、頻率、轉速的數顯表及計時表。音頻信號源(音頻振蕩器1kHz10kHz(可調;低頻信號源(低頻振蕩器1Hz30Hz(可調;氣壓源0-20kpa可調;高精度溫度轉速兩用儀表(控制精度±0.5,RS232計算機串行接口;流量計;漏電保護器。其中電源、音頻、低頻、均具有斷電保護功能。±2V±4V±6V±8V±10V電源與其它電源、信號Fin、Vin

6、部分不共地。如果與其它電源同時使用時,應將其共地。因斷路無輸出重新開機即恢復正常。調節儀置內為溫度調節、置外為轉速調節。2、三源板:裝有振動源1Hz-30Hz(可調;旋轉源0-2400轉/分(可調;加熱源常溫<150(可調。3、傳感器:包括:電阻應變式傳感器、擴散硅壓力傳感器、差動變壓器、電容式傳感器、霍爾式傳感器、霍爾轉速傳感器、磁電轉速傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉速傳感器、集成溫度傳感器、K型熱電偶、E型熱電偶、Pt100鉑電阻、Cu50銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共十八種。4、實驗模塊部分:應變式、壓力、差動變壓器、電容式、霍爾式、壓電式、電渦流、光纖位

7、移、溫度、移相/相敏檢波/濾波十個模塊。5、數據采集卡及處理軟件:數據采集卡采用12位A/D轉換、采樣速度1500點/秒,采樣速度可以選擇,既可單獨采樣亦能連續采樣。標準RS232接口,與計算機串行工作。具有網絡監控功能和用戶認證功能;提供的處理軟件有良好的計算機顯示界面,可以進行實驗項目選擇與編輯,數據采集,特性曲線的分析、比較、文件存取、打印等。二、電路原理傳感器模塊電路原理圖見模塊正面三、使用方法1、開機前將轉速調節旋鈕調到中間位置,顯示選擇旋鈕打到2V檔,電壓選擇打到±2V檔,其余旋鈕均打到中間位置。2、將220V的電源線插頭插入市電插座,接通開關,電源指示燈亮,計時器指示為

8、4個零,數字顯示0.000或-0.000,電壓指示燈亮,表示實驗臺電源工作正常。3、每個實驗前應先閱讀實驗指導書,每個實驗均應在斷開電源的狀態下按實驗線路接好連接線(實驗中用到直流電源時,應將該電源調到實驗值時在接到實驗線路中,檢查無誤后方可接通主電源。4、數據采集卡及處理軟件的使用方法詳見軟件使用說明書。5、打開調節儀電源開關、調節儀表頭PV顯示測量值,SV顯示設定值。6、打開氣源開關,氣源口有聲響,說明氣壓泵工作正常。四、儀器維護及故障排除1、維護(1防止硬物撞擊劃傷實驗臺面及防止模塊線路跌落。(2做完實驗后要將模塊、傳感器、配件及連線全部整理好。(3搭接線路時應斷開電源,以防誤操作損壞器

9、件。(4避免在過潮或溫度過高的環境中使用本儀器。2、故障排除(1開機無指示、無數顯,應檢查電源是否接通、保險絲是否燒斷。(2轉動源不轉、應檢查轉速調節是否有輸出,如有輸出更換轉動電機,如無輸出更換電源板。(3振動源如無振動,先檢查低頻振蕩器是否有輸出,如無輸出應更換低頻振蕩器信號板,如有輸出更換振蕩線圈。五、注意事項1在更換連接線時,應斷開電源,只有在確保接線無誤后方可接通電源。2嚴禁將電源、信號源輸出插座和地短接,時間長易造成電路元件損壞。3嚴禁將主控臺上±15V電源引入模塊時接錯。4嚴禁用酒精或其它具有腐蝕性物質擦洗面板,以防示意圖擦掉。5本實驗臺的各個部分都是相配套使用的,請勿

10、調換。6實驗完畢后,請將傳感器以及電路模塊放回原位。7如果本實驗長期未通電使用,在使用前應先預熱,建議做實驗前按一次漏電保護按鈕。8做實驗前務必仔細閱讀實驗指導書,尤其仔細閱讀每個實驗指導中的實驗注意事項。第二章 傳感器實驗臺實驗指導實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的 了解金屬箔式應變片的應變效應,單臂電橋的工作原理和性能。二、實驗內容了解金屬箔式應變片單臂電橋的工作原理和工作情況。三、實驗儀器應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼、數顯表、±15V 電源、±4V 電源、萬用表(自備。四、實驗原理電阻絲在外力作用下發生機械變形時,其電阻值發生變化,這就是電

11、阻應變效應,描述電阻應變效應的關系式為:R Ku R =式中R R 為電阻絲電阻相對變化,K 為應變靈敏系數, l u l=為電阻絲長度相對變化,金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件,通過它轉換被測部位受力狀態變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化,電橋的輸出電壓反映了相應的受力狀態。對單臂電橋輸出電壓 14O EKu U =。五、實驗注意事項1、差放調零完成后,應將差放的線拆掉,再按圖1-2接線做實驗。六、實驗步驟1、了解所需單元、部件在模塊所在的位置,觀察梁上的應變片,應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片。2、如圖(1-1應變式傳感器

12、已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上,可用萬用表進行測量判別,R1=R2=R3=R4=350,加熱絲阻值為50左右。3、接入模板電源±15V (從主控臺引入,檢查無誤后,合上主控臺電源開關,將實驗模板調節增益電位器RW3逆時針旋到底,預熱五分鐘,再進行差動放大器調零,方法為將差放的正、負輸入端與地短接,輸出端與主控臺面板上數顯表輸入端Vin相連,調節實驗模板上調零電位器RW4,使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔。關閉主控臺電源。圖1-1 應變式傳感器安裝示意圖 圖1-2 應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖4、拆掉

13、差放調零的連接線,即將差放正、負輸入對地短接的線拆掉。5、將應變式傳感器的其中一個應變片R1(即模板左上方的R1接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7模塊內已接好,接好電橋調零電位器RW1,接上橋路電源±4V(從主控臺引入如圖1-2所示。檢查接線無誤后,合上主控臺電源開關。調節RW1。(數顯表的切換開關打到2V檔6、在應變托盤上放置一只砝碼,讀取數顯表數值,逐個增加砝碼個數,每增加一個砝碼讀取相應的數顯表值,直到十個砝碼全部加完。記下實驗結果并填入下表, 量和非線性誤差:f1=m/yF·S ×100%。式中m為輸出值(多次測量時為平均

14、值與擬合直線的最大偏差。yF·S滿量程輸出平均值,此處為200g。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告一,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題1、單臂電橋時,作為橋臂電阻應變片應選用:(1正(受拉應變片;(2負(受壓應變片;(3正、負應變片均可以。2、本實驗電路對直流穩壓電源和對放大器有何要求?實驗二 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的1、驗證半橋的的特點和性能。2、比較單臂、半橋輸出時靈敏度的關系并得出相應的結論。二、實驗內容金屬箔式應變片半橋的特點和性能。三、實驗儀器應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼、數顯表、

15、±15V 電源、±4V 電源、萬用表(自備。四、實驗原理已知半橋的R 分別為RR,根據戴維南定理可以得出單臂電橋的輸出電壓近似等于14O EKu U =,于是對應半橋的電壓靈敏度分別為2EKu。五、實驗注意事項1、應變片R2應和R1受力狀態相反,即一片受拉,一片受壓。2、若實驗時無數值顯示說明R 2與R 1為相同受力狀態應變片,應更換另一個應變片。3、差放調零完成后,應將差放的線拆掉,再按圖2-2接線做實驗。六、實驗步驟1、了解所需單元、部件在模塊所在的位置,觀察梁上的應變片,應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片。2、如圖(2-1應變式傳感

16、器已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上,可用萬用表進行測量判別,R1=R2=R3=R4=350,加熱絲阻值為50左右。3、接入模板電源±15V (從主控臺引入,檢查無誤后,合上主控臺電源開關,將實驗模板調節增益電位器RW3逆時針調到最大,預熱五分鐘,再進行差動放大器調零,方法為將差放的正、負輸入端與地短接,輸出端與主控臺面板上數顯表輸入端Vin 相連,調節實驗模板上調零電位器RW4,使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V 檔。關閉主控臺電源。4、拆掉差放調零的連接線,即將差放正、負輸入對地短接的線拆掉。5、根據圖2

17、-2接線。R1、R2為實驗模板左上方的應變片,注意R2應和R1受力狀態相反,即將傳感器中兩片受力相反(一片受拉、一片受壓的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4V,調節電橋電位器R W1,使數顯表顯示為0.000。(數顯表的切換開關打到2V檔。 圖2-1 應變式傳感器安裝示意圖圖2-2 應變式傳感器半橋實驗接線圖6、在應變托盤上放置一只砝碼,讀取數顯表數值,逐個增加砝碼個數,每增加一個砝碼讀取相應的數顯表值,直到十個砝碼全部加完。記下實驗結果并填入下表, 變化量和非線性誤差:f1=m/yF·S ×100%。式中m為輸出值(多次測量時為平均值與擬合直線的最大偏

18、差。yF·S滿量程輸出平均值,此處為200g。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告二,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題1、半橋測量時兩片不同受力狀態的電阻應變片接入電橋時,應放在:(1對邊;(2鄰邊。實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的1、驗證全橋的的特點和性能。2、比較單臂、半橋、全橋輸出時靈敏度的關系并得出相應的結論。3、了解全橋測量電路的優點。二、實驗內容金屬箔式應變片全橋的特點和性能。三、實驗儀器應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼、數顯表、±15V 電源、±4V 電源、萬用表(

19、自備。四、實驗原理全橋測量電路中,將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊,不同的接入鄰邊。已知單全橋電路的R 分別為4R R。根據戴維南定理可以得出單臂電橋的輸出電壓近似等于14O EKuU =,于是對應全橋的電壓靈敏度為EKu 。由此可知,當E 和電阻相對變化一定時,電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。由此可見,其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍,非線性誤差和溫度誤差均得到改善。五、實驗注意事項1、遵循將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊,相反的接入鄰邊的原則。2、差放調零完成后,應將差放的線拆掉,再按圖3-2接線做實驗。六、實驗步驟1、了解所需單元、部件在模塊所在的位置,觀察梁上的應變片,應

20、變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片。2、如圖(3-1應變式傳感器已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上,可用萬用表進行測量判別,R1=R2=R3=R4=350,加熱絲阻值為50左右。3、接入模板電源±15V (從主控臺引入,檢查無誤后,合上主控臺電源開關,將實驗模板調節增益電位器RW3逆時針調到最大,預熱五分鐘,再進行差動放大器調零,方法為將差放的正、負輸入端與地短接,輸出端與主控臺面板上數顯表輸入端Vin相連,調節實驗模板上調零電位器RW4,使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔

21、。關閉主控臺電源。4、拆掉差放調零的連接線,即將差放正、負輸入對地短接的線拆掉。 圖3-1 應變式傳感器安裝示意圖圖3-2 全橋性能實驗接線圖5、根據圖3-2接線。R1、R2、R3、R4為實驗模板左上方的應變片,注意將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊,不同的接入鄰邊。接入橋路電源±4V,調節電橋調零電位器R W1,使數顯表顯示為0.000。(數顯表的切換開關打到2V檔。6、在應變托盤上放置一只砝碼,讀取數顯表數值,逐個增加砝碼個數,每增加一個砝碼讀取相應的數顯表值,直到十個砝碼全部加完。記下實驗結果并填入下表, 7、根據上表計算系統靈敏度S3=U/W(U輸出電壓變化量,W重量變化量

22、和非線性誤差:f1=m/yF·S ×100%。式中m為輸出值(多次測量時為平均值與擬合直線的最大偏差。yF·S滿量程輸出平均值,此處為200g。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告三,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題如果不考慮應變片的受力方向,結果會怎樣?實驗四壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗一、實驗目的了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。二、實驗內容擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。三、實驗儀器壓力源(已在主控臺、壓力表、壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實驗模板、流量計、三通連接導管

23、、數顯單元、直流穩壓源±4V、±15V。四、實驗原理擴散硅壓阻式壓力傳感器在單晶硅的基片上擴散出P型或N型電阻條,接成電橋。在壓力作用下根據半導體的壓阻效應,基片產生應力,電阻條的電阻率產生很大變化,引起電阻的變化,我們把這一變化引入測量電路,則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。五、實驗注意事項1、氣源平時應關閉,以免影響其它電路工作,膠管盡量避免油污,以免造成老化破損。2、注意壓力傳感器的接法:紅色引線接Vs;黑色引線接地線;黃色引線接Vo +;藍色引線接Vo-。六、實驗步驟1、根據圖4-2連接管路和電路,主控臺內的氣源部分,壓縮泵、貯氣箱、流量計在主控臺內部已經接

24、好。實驗時只需將白色氣壓軟管一端插入主控臺面板的隔板接頭中,另一端插入壓力傳感器的氣嘴中。本實驗模板連接見圖4-2,壓力傳感器有4端:紅色引線接Vs;黑色引線接地線;黃色引線接Vo+;藍色引線接Vo-。2、實驗模板上RW2用于調節零位,RW1可調放大倍數,按圖4-1接線,模板的放大器輸出Vo2引到主控臺數顯表的Vin插座。將顯示選擇開關撥到2V檔,反復調節RW2(RW1旋到滿度的1/3使數顯表顯示為零。3、先松開流量計上端出氣口調氣閥的旋鈕,開通流量計。4、合上主控臺上的氣源開關,啟動壓縮泵,此時可看到流量計中的滾珠浮子在向上浮起懸于玻璃管中。5、逐步關小流量計旋鈕,使標準壓力表指示某一刻度,

25、觀察數顯表顯示電壓的正、負,若為負值則對調傳感器差放的正負輸入接法互換。6、仔細地逐步由小到大調節流量計旋鈕,使壓力顯示在6-15KP之間每上升 圖4-1 壓阻式壓力傳感器測量系統 圖4-2 壓力傳感器壓力實驗接線圖七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告四,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題如何將本實驗裝置作為一個壓力計?實驗五差動變壓器的性能實驗一、實驗目的了解差動變壓器原理及工作特性。二、實驗內容驗證變壓器式電感傳感器的原理和工作特性。三、實驗儀器差動變壓器實驗模板、測微頭、雙線示波器、差動變壓器、音頻信號源(音頻振蕩器、直流電源

26、、萬用表。四、實驗原理差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成,根據內外層排列不同,有二段式和三段式,本實驗采用三段式結構。當傳感器隨著被測體移動時,由于初級線圈和次級線圈之間的互感發生變化促使次級線圈感應電勢產生變化,一只次級感應電勢增加,另一只感應電勢則減少,將兩只次級反向串接(同名端連接,就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。五、實驗注意事項注意傳感器引線的接法:紅線接1號端子;黑線接2號端子;藍線接3號端子;綠線接4號端子;黃線接5、6號端子。六、實驗步驟1、根據圖5-1,將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。圖5-1 差動變壓器安裝示意圖2、將傳感器引線插頭插入

27、實驗模板的插座中,在模塊上按5-2接線,1、2接示波器第一通道,3、4接示波器第二通道。音頻振蕩器信號必須從主控臺中Lv 端子輸出,調節音頻振蕩器的頻率,輸出頻率為45KHz (可用主控臺的頻率表Fin 來監測。調節輸出幅度為峰-峰值Vp -p =4V (可用示波器監測。 圖5-2 雙線示波器與差動變壓器連線示意圖3、旋動測微頭,使示波器第二通道顯示的波形峰-峰值Vp-p 為最小,這時可以左右位移,假設其中一個方向為正位移,另一個方向位稱為負,從Vp-p 最小開始旋動測微頭,每隔0.5mm 從示波器上讀出輸出電壓Vp-p 值,填入下表,再由Vp-p 最小處反向位移做實驗,在實驗過程中,注意左、

28、右位移時,初、次級波形的相位 小。根據表中數據畫出Vop-p -X 曲線,作出量程為±1mm 、±3mm 靈敏度和非線性誤差。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告五,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同?14音頻振蕩器45KHZVP-P4V接示波器第一通道接示波器第二通道實驗六電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的了解電容式傳感器結構及其特點。二、實驗內容電容傳感器用于位移測量。三、實驗儀器電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、數顯單元、直流穩壓源。四、實驗原理利用平板電容C=A

29、/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、A、d中三個參數中,保持二個參數不變,而只改變其中一個參數,則可以有測谷物干燥度(變測微小位移(變d和測量液位(變A等多種電容傳感器。五、實驗注意事項電容傳感器兩根黃色引線接電容模塊插孔1、插孔2;黑色引線接插孔3。六、實驗步驟1、按圖6-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上。圖6-1 電容傳感器安裝示意圖2、按圖6-2將電容傳感器引線插頭插入實驗模板的插座中(電容傳感器兩根黃色引線接電容模塊插孔1、插孔2;黑色引線接插孔3。 圖6-2 電容傳感器實驗接線圖3、將電容傳感器實驗模板的輸出端Vo1與數顯表單元Vin相接(插入主控臺Vin孔

30、,RW調節到中間位置,顯示選擇置于“2V”檔。4、電容模塊接入±15V電源,旋動測微頭推進電容傳感器動極板至中間位置,使電壓數顯表顯示為最小值。5、旋動測微頭,每間隔0.5mm記下位移X與輸出電壓值,填入下表: 6、根據上表數據計算電容傳感器的系統靈敏度S和非線性誤差f。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告六,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題本實驗中的電容傳感器是什么結構?該結構有什么特點?實驗七直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗一、實驗目的了解霍爾式傳感器的原理與特性。二、實驗內容利用霍爾式傳感器的特性在直流激勵下測量

31、靜態位移。三、實驗儀器霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、直流源、測微頭、數顯單元。四、實驗原理根據霍爾效應,霍爾電勢U H=K H IB,當霍爾元件處在梯度磁場中運動時,它就可以進行位移測量。五、實驗注意事項1、請務必斷電連線,否則極易燒壞霍爾傳感器。2、注意霍爾傳感器引線的接法:紅線插入插孔1;黑線插入插孔3;藍線插入插孔2;黃線插入插孔4。六、實驗步驟1、將霍爾傳感器按圖7-1安裝。霍爾傳感器與實驗模板的連接按圖7-2進行。將模塊右上角+15V、-15V、地和主控臺上的+15V、-15V、地用導線相連。2、將主控臺上的電壓選擇置于±4V檔,并將±4V引入到模塊中,連線圖如

32、7 -2所示。將傳感器的引線插入插孔中,紅線插入插孔1;黑線插入插孔3;藍線插入插孔2;黃線插入插孔4。3、開啟電源,電壓表選擇置于2V檔。調節RW1使數顯表顯示最小,進一步調節測微頭使數顯表顯示為最小值。此值為最小不等位電勢(約為幾百個毫伏。 圖7-1 霍爾傳感器安裝示意圖 圖7-2 霍爾傳感器位移直流激勵實驗接線圖4、旋轉測微頭,使其偏離最小不等位電勢,直到電壓表的值有明顯變化開始計數。即旋轉測微頭,每轉動0.2mm記下一個讀數,直到讀數近似不變,將讀數填入下表: 5、根據上表作出V-X曲線,計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告七,詳細記錄實驗過程中

33、的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題霍爾傳感器的特點?實驗八交流激勵時霍爾式傳感器的位移實驗一、實驗目的了解交流激勵下霍爾片的特性。二、實驗內容利用霍爾式傳感器的特性在交流激勵下測量靜態位移。三、實驗儀器霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、相敏/檢波/濾波模塊、雙線示波器、直流源、測微頭、數顯單元。四、實驗原理交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣,基本工作原理相同,不同之處是測量電路。五、實驗注意事項1、請務必斷電連線,否則極易燒壞霍爾傳感器。2、音頻振蕩器的信號必須從LV輸出端輸出。3、傳感器引線接法:紅線插入插孔1;黑線插入插孔3;藍線插入插孔2;黃線

34、插入插孔4。六、實驗步驟1、將霍爾傳感器按圖8-1安裝。實驗模板上連線見圖8-2。 圖8-1 霍爾傳感器安裝示意圖 圖8-2 交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖2、將傳感器引線插入對應的插孔中:紅線插入插孔1;黑線插入插孔3;藍線插入插孔2;黃線插入插孔4,注意插孔3還要接地。3、調節音頻振動器頻率和幅度旋鈕,從Lv輸出,用示波器測量使電壓輸出頻率為1KHz(在1KHz左右即可,并不要求嚴格的1KHz,電壓峰-峰為4V(注意電壓過大會燒壞霍爾元件,將該音頻信號引入電路中。4、利用示波器觀察相敏檢波器輸出,旋轉移相單元電位器RW和相敏檢波電位器RW,使示波器顯示全波整流波形,且數顯表顯示相對的電

35、壓值;將RW2逆時針旋到底,來回調節測微頭使電壓表顯示的值最小(該值即為霍爾傳感器的最小不等位電勢,約為幾百個毫伏。5、調節測微頭使霍爾傳感器產生一個較大位移,使其偏離最小不等位電勢,然 七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告八,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題1、從本實驗中如何判斷不等位電勢?2、霍爾元件的測量誤差的補償方法有哪幾種?實驗九霍爾測速實驗一、實驗目的了解霍爾轉速傳感器的應用。二、實驗內容用霍爾傳感器測量電機轉速。三、實驗儀器霍爾轉速傳感器、直流源+5V、轉動源2-24V、轉動源單元、數顯單元的轉速顯示部分。四、實驗原

36、理利用霍爾效應表達式:U H=K H IB,當被測圓盤上裝上N只磁性體時,圓盤每轉一周磁場就變化N次。每轉一周霍爾電勢就同頻率相應變化,輸出電勢通過放大、整形和計數電路就可以測量被測旋轉物的轉速。五、實驗注意事項1、一定要將霍爾傳感器的探頭對準磁鋼反射面。2、由于轉速表內部結構的問題,電機實際轉速=轉速表顯示值/6。六、實驗步驟1、根據圖9-1,將霍爾轉速傳感器裝于傳感器支架上,探頭對準反射面內的磁 鋼。圖9-1 霍爾轉速傳感器安裝圖2、將霍爾轉速傳感器的電源端(紅色接線端接主控臺的+5V電源。3、將霍爾轉速傳感器輸出端(黃色接線端插入數顯單元Fin端,藍色接線端接地。4、將轉速調節中的+2V

37、-24V轉速電源接入三源板的轉動電源插孔中。5、將數顯單元上的開關撥到轉速檔。6、調節+2V-24V電壓使轉動速度變化。觀察數顯表轉速顯示的變化。7、由于轉速表內部結構的問題,電機實際轉速=轉速表顯示值/6。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告九,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題如果實驗裝置上用了12只磁鋼,則電機的轉速和頻率之間有和關系?實驗十電渦流傳感器位移實驗一、實驗目的了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、實驗內容用鐵圓片檢測電渦流傳感器的位移特性。三、實驗儀器電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、直流電源、數顯單元

38、、測微頭、鐵圓片。四、實驗原理電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成,當線圈中通以高頻交變電流后,與其平行的金屬片上感應產生電渦流,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。 五、實驗注意事項被測體與渦流傳感器測試探頭平面盡量平行,并將探頭盡量對準被測體中間,以減少渦流損失。六、實驗步驟1、根據圖10-1安裝電渦流傳感器。2、觀察傳感器結構,這是一個平繞線圈。3、將渦流傳感器輸

39、出線接入實驗模板上標有L的兩端插孔中,作為振蕩器的一個元件。 圖10-1 電渦流傳感器安裝示意圖 圖10-2 電渦流傳感器位移實驗接線圖4、在測微頭端部裝上鐵質金屬圓片,作為電渦流傳感器的被測體。5、將實驗模板輸出端Vo與數顯單元輸入端Vin相接。數顯表量程切換到選擇電壓20V檔。6、用連結導線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標有+15V的插孔中。7、使測微頭與傳感器線圈端部接觸,開啟主控臺電源開關,此時數顯表讀數為 8、根據上表數據畫出V-X曲線,根據曲線找出線性區域及進行正、負位移測量時的最佳工作點,試計算量程為1mm、3 mm及5mm時的靈敏度和線性度(可以用端基法或其它擬合直線。七

40、、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告十,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題如何提高電渦流傳感器的線性范圍?實驗十一被測體材質對電渦流傳感器特性影響一、實驗目的了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。二、實驗內容用鋁測體和銅測體驗證不同電導率的被測材料對電渦流傳感器的特性影響。三、實驗儀器電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、直流電源、數顯單元、測微頭、鋁測片、銅測片。四、實驗原理渦流效應與金屬導體本身的電阻率和磁導率有關,因此不同的材料就會有不同的性能。五、實驗注意事項傳感器在初始時可能會出現一段死區。六、實驗步驟1、根據圖11-

41、1安裝電渦流傳感器。2、觀察傳感器結構,這是一個平繞線圈。3、將渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有L的兩端插孔中,作為振蕩器的一個元件。 圖11-1 電渦流傳感器安裝示意圖 圖11-2 電渦流傳感器接線圖4、在測微頭端部裝上鋁質金屬圓片,作為電渦流傳感器的被測體。5、將實驗模板輸出端Vo與數顯單元輸入端Vin相接。數顯表量程切換到選擇電壓20V檔。6、用連結導線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標有+15V的插孔中。7、使測微頭與傳感器線圈端部接觸,開啟主控臺電源開關,此時數顯表讀數為最小,然后每隔0.1mm讀一個數,直到輸出幾乎不變為止。將結果列入下表。 8、卸下鋁質金屬圓片,換上銅質金屬

42、鋁片,作為電渦流傳感器的被測體。9、使測微頭與傳感器線圈端部接觸,開啟主控臺電源開關,此時數顯表讀數為最小,然后每隔0.1mm讀一個數,直到輸出幾乎不變為止。將結果列入下表。 10、根據表11-1和表11-2分別計算量程為1mm和2mm時的靈敏度和非線性誤差(線性度。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告十一,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題分析鐵測片、鋁測片、銅測片哪一個的靈敏度高,為什么?實驗十二光纖傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。二、實驗內容用傳光型光纖測位移。三、實驗儀器光纖傳感器、光纖傳

43、感器實驗模板、數顯單元、測微頭、直流源、反射面(用電渦流傳感器的鐵測片做反射面。四、實驗原理本實驗采用的是傳光型光纖,它由兩束光纖混合后,組成Y型光纖,半園分布即雙D型一束光纖端部與光源相接發射光束,另一束端部與光電轉換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭,它與被測體相距X,由光源發出的光纖傳到端部出射后再經被測體反射回來,另一束光纖接收光信號由光電轉換器轉換成電量,而光電轉換器轉換的電量大小與間距X有關,因此可用于測量位移。五、實驗注意事項1、實驗時注意光纖探頭與反射面保持平行,調整光纖探頭使其位于反射面的圓心上。2、實驗前應用紙巾擦拭反射面,以保證反射效果。六、實驗步驟1、根

44、據圖12-1安裝光纖位移傳感器,二束光纖插入實驗板上的座孔上。其內部已和發光管D及光電轉換管T 相接。 圖12-1 光纖傳感器安裝示意圖 圖12-2光纖傳感器位移實驗接線圖2、將光纖實驗模板輸出端VO1與數顯單元相連,見圖12-2。3、調節測微頭,使探頭與反射面圓平板接觸。4、實驗模板接入±15V電源,合上主控臺電源開關,調RW使數顯表顯示值最小,然后微調測微頭使數顯表顯示為0.000(電壓選擇置2V檔。 6、根據上表數據,作光纖位移傳感器的位移輸出曲線圖。計算在量程1mm 時靈敏度和非線性誤差。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告十二,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形

45、等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題根據實驗步驟(6中的光纖位移傳感器的位移輸出曲線圖,分析其原理。實驗十三光電轉速傳感器的轉速測量實驗一、實驗目的了解光電轉速傳感器測量轉速的原理及方法。二、實驗內容用透射型光電轉速傳感器測電機轉速。三、實驗儀器光電轉速傳感器、直流電源+5V、轉動源及2-24V直流源、數顯單元。四、實驗原理光電式轉速傳感器有反射型和透射型二種,本實驗裝置是透射型的,傳感器端部有發光管和光電池,發光管發出的光源在轉盤上反射后由光電池接受轉換成電信號,由于轉盤上有相間的6個間隔,轉動時將獲得與轉速及黑白間隔數有關的脈沖,將電脈計數處理即可得到轉速值。五、實驗注意事項

46、由于轉速表內部結構的問題,電機實際轉速=轉速表顯示值/6。六、實驗步驟1、光電轉速傳感器已安裝在三源板上,把三源板上的+5V、接地、V0與主控臺上的+5V、地、數顯表的Fin相連。數顯表轉換開關打到轉速檔。2、將轉速源2-24V輸出旋到最小,接到轉動源24V插孔上。3、合上主控臺電源開關,使電機轉動并從數顯表上觀察電機轉速。4、由于轉速表內部結構的問題,電機實際轉速=轉速表顯示值/6。七、實驗報告在實驗報告中填寫實驗報告十三,詳細記錄實驗過程中的原始記錄(數據、圖表、波形等并結合原始記錄進一步理解實驗原理。八、實驗思考題分析光電轉速傳感器的構成。傳感器與工程測試技術實驗指導書 實驗十 實驗十四

47、 集成溫度傳感器的特性實驗 一、實驗目的 了解常用的集成溫度傳感器基本原理、性能與應用。 二、實驗內容 AD590 集成溫度傳感器測量電壓和溫度的關系。 三、實驗儀器 溫度控制單元、溫度源、集成溫度傳感器、溫度傳感器實驗模板、數顯單元、 萬用表（自備） 。 四、實驗原理 集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給 出正比于絕對溫度的理想線性輸出，一般用于50150之間溫度測量，溫敏 晶體管是利用管子的集電極電流恒定時，晶體管的基極發射極電壓與溫度成線 性關系。為克服溫敏晶體管 Ub 電壓生產時的離散性、均采用了特殊的差分電路。集 成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流

48、輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度下， 它相當于一個恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。 具有很好的線性特性。本實驗采用的是國產的 AD590。它只需要一種電源（4V 30V） 。即可實現溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗 中為 R2 見圖 141）即可實現電流到電壓的轉換。它使用方便且電流型比電壓型的 測量精度更高。 五、實驗注意事項 先按下述方法調節好儀表： 1、儀表面板說明： 儀表面板說明： PV測量值顯示窗（紅） SV給定值顯示窗（綠） SET功能鍵 數據增加鍵 數據減少鍵 數據移位（兼手動/自動切換及程序設置進入） ALM1AL1 動作時點

49、亮對應的燈（紅） ALM2AL2 動作時點亮對應的燈（紅） AT自整定運作燈 - 36 - 傳感器與工程測試技術實驗指導書 OUT調節輸出指示燈（綠） 儀表操作： 2、儀表操作： 將 Pt100 傳感器接入主控臺調節儀單元中的“Pt100 輸入”端口（傳感器兩根 黃色引線接 入“Pt100 輸入” 上方的兩端口，傳感器的另外一根黑色引線接入 “Pt100 輸入” 下方的一個端口） 合上主控臺的漏電保護開關為 ； “ON” 再合上調節儀單元中的 ， “溫 度開關”為“開” ，合上“控制方式”開關為“內” 。 儀表參數設置： 3、儀表參數設置： 按住 SET 鍵并保持約 2 秒鐘，進入參數設置狀態，PV 窗顯示菜單（功能） ，SV 顯示相應 PV 菜單（功能）的參數值。再按一下 SET 鍵儀表依次顯示菜單及各參 數值。此時，分別按、鍵可進行參數值數據修改；按鍵并保持不放，接 著按鍵可返回顯示上一參數。 先按住鍵不放接著按 SET 鍵可退出設置參數狀態。 如果沒有按鍵操作，約 30 秒后儀表會自動退出設置參數狀態。 參數設置表 （為出廠初始值，無需改動 如需