1、傳感器技術實驗指導書淮陰師范學院物理與電子電氣工程學院2012.9.10THSRZ-1型傳感器系統綜合實驗裝置 簡介實驗臺主要由試驗臺部分、三源板部分、處理（模塊）電路部分和數據采集通訊部分組成。1. 實驗臺部分這部分設有1k10kHz音頻信號發生器、130Hz低頻信號發生器、直流穩壓電源15V、+5V、2-10V、2-24V可調四種、數字式電壓表、頻率/轉速表、定時器以及高精度溫度調節儀組成。2. 三源板部分 熱源：0220V交流電源加熱，溫度可控制在室溫120 oC 轉動源：224V直流電源驅動，轉速可調在04500 RPM(轉/分) 振動源：裝有振動臺1Hz30Hz（可調）3. 處理（模

2、塊）電路部分 包括電橋、電壓放大器、差動放大器、電荷放大器、電容放大器、低通濾波器、渦流變換器、相敏檢波器、移相器、溫度檢測與調理、壓力檢測與調理等共十個模塊。4. 數據采集、分析部分 為了加深對自動檢測系統的認識，本實驗臺增設了USB數據采集卡及微處理機組成的微機數據采集系統（含微機數據采集系統軟件）。14位A/D轉換、采樣速度達300kHz，利用該系統軟件，可對學生實驗現場采集數據，對數據進行動態或靜態處理和分析，并在屏幕上生成十字坐標曲線和表格數據，對數據進行求平均值、列表、作曲線圖等處理，能對數據進行分析、存盤、打印等處理，實現軟件為硬件服務。 二、實驗內容結合本裝置的數據采集系統，不

3、用外配示波器，可以完成大部分常用傳感器的實驗及應用。實驗一、 金屬箔應變片的性能研究實驗1 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，單臂電橋工作原理和性能。二、實驗儀器：應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、數顯電壓表、15V、4V電源、萬用表（自備）。三、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，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為：R/R=K，式中R/R為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數，=l/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組件，如圖1-1所示，四個金屬箔應變片分別貼在彈性體的上下兩

4、側，彈性體受到壓力發生形變，應變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1-1圖1-2通過這些應變片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，如圖1-2所示R5、R6、R7為固定電阻，與應變片一起構成一個單臂電橋，其輸出電壓Uo= （1-1）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L=。四、實驗內容與步驟1圖1-1應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。2從主控臺接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui短接，輸出端U

5、o2接數顯電壓表（選擇2V檔），調節電位器Rw4，使電壓表顯示為0V。Rw4的位置確定后不能改動。關閉主控臺電源。3將應變式傳感器的其中一個應變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構成一個單臂直流電橋，見圖1-2，接好電橋調零電位器Rw1，直流電源4V（從主控臺接入），電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，調節Rw1,使電壓表顯示為零。4在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，調節Rw3，改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示2mV，讀取數顯表數值，保持Rw3不變，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，計下實驗結果，填入下表1-1，關閉電源。重量

6、(g)電壓(mV) 表11五、實驗報告根據表11計算系統靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）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差；yFS為滿量程（200g）輸出平均值。六、注意事項加在應變傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的損壞！實驗2 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、實驗儀器：同實驗一 圖2-1實驗3 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的：了解全橋測量電路的優點。二、實驗儀器：同實驗一。三、實驗原理：全橋測量電路中，將受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，

7、不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出：Uo=KE （3-1） E為電橋電源電壓，式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。四、實驗內容與步驟1應變傳感器已安裝在應變傳感器實驗模塊上，可參考圖1-1。2放大器調零，參考實驗一步驟2。3按圖3-1接線，將受力相反(一片受拉，一片受壓)的兩只應變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調零電位器Rw1，直流電源4V(從主控臺接入)，電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，調節Rw1，使電壓表顯示為零。 圖3-14在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，調節Rw3，改變差動

8、放大器的增益，使數顯電壓表顯示0.020V左右，讀取數顯表數值，保持Rw3不變，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，計下實驗結果，填入下表3-1，關閉電源。表3-1重量(g)電壓(mV)五、實驗報告根據記錄表3-1的實驗資料，計算靈敏度L=U/W，非線性誤差f3六、思考題比較單臂、半橋、全橋測量電路的靈敏度和非線性度，得出相應的結論。 實驗4 直流全橋的應用電子稱實驗一、實驗目的：了解直流全橋的應用及電路的定標二、實驗儀器：同實驗一三、實驗原理：電子稱實驗原理同實驗三的全橋測量原理，通過調節放大電路對電橋輸出的放大倍數使電路輸出電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量

9、綱（g）即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內容與步驟1按實驗三的步驟1、2、3接好線并將電路調零2將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節電位器Rw3（滿量程時的增益），使數顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測量）。3拿去托盤上所有砝碼，觀察數顯電壓表是否顯示為0.00V，若不為0.00V，再次調節Rw4調零。4重復2、3步驟的定標過程，直到精確為止，把電壓量綱改為重量量綱即可以稱重。5將砝碼依次放到托盤上并讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，計下實驗結果，填入下表，關閉電源。表4-1重量(g)電壓(mV)五、實驗報告根據計入表4-1的實驗資料，計算靈敏度L=U/W，非線性誤差f4作出輸

10、出電壓-重量曲線。實驗二、霍爾及光電傳感器測轉速實驗實驗1 霍爾轉速傳感器測速實驗一、實驗目的：了解霍爾組件的應用測量轉速。二、實驗儀器：霍爾傳感器、+5V、2-24V直流電源、轉動源、頻率/轉速表。三、實驗原理；利用霍爾效應表達式：UH=KHIB，當被測圓盤上裝有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。 本實驗采用3144E開關型霍爾傳感器，當轉盤上的磁鋼轉到傳感器正下方時，傳感器輸出低電平，反之輸出高電平。四、實驗內容與步驟1霍爾轉速傳感器及轉動源已經安裝于傳感器實驗箱（二）上，其中霍爾轉速傳感

11、器位于轉動源的右邊。安裝根據圖15-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對著轉盤上的磁鋼。圖15-12將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端。3. “霍爾”輸出接到頻率/轉速表（切換到測轉速位置）。“2-24V”直流穩壓電源接到“轉動源”的“轉動電源”輸入端。3合上主控臺電源，調節2-24V輸出，觀察轉動源轉速與電源的關系，并通過通信接口的第一通道CH1，用上位機軟件觀測霍爾組件輸出的脈沖波形。電壓(V)轉速計算值五、實驗報告1分析霍爾組件產生脈沖的原理。2. 觀察并記錄霍爾組件輸出的脈沖波形3. 作出轉速-電壓曲線。六、注意事項1轉動源的正負輸入端不能接反，否則可能擊穿電機

12、里面的晶體管。2轉動源的輸入電壓不可超過24V，否則容易燒毀電機。3轉動源的輸入電壓不可低于2V，否則由于電機轉矩不夠大，不能帶動轉盤，長時間也可能燒壞電機。七、思考題1、根據上面實驗觀察到的波形，分析為什么方波的高電平比低電平要寬。2、測量轉速還可以用什么傳感器？實驗2 光電轉速傳感器測速實驗實驗目的：1.了解光電傳感器測轉速的原理及運用；2.了解光電池的光照特性，熟悉其應用。3. 了解光敏電阻的光照特性和伏安特性。 基本原理：1.光電傳感器由紅外發射二極管、紅外接收管、達林頓輸出管及波形整形組成。發射管發射紅外光經電機反射面反射，接收管接收到反射信號，經放大，波形整形輸出方波，再經F/V轉

13、換測出頻率。2. 在光照作用下，由于元件內部產生的勢壘作用，在結合部使光激發的電子空穴分離，電子與空穴分別向相反方向移動而產生電勢的現象稱為光伏效應。硅光電池就是利用這一效應制成的光電探測器件。3. 在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態過渡到自由狀態，引起電導率的變化，這種現象稱為光電導效應。光電導效應是半導體材料的一種體效應。光照愈強，器件自身的電阻愈小。基于這種效應的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強、波長和外加電壓有關。電機。 。直流穩壓電源黑F/V4v藍紅所需單元及部件：電機控制單元、小電機、F/V表、光電傳感器、5V電源、可調2V10V直流穩壓電源、主

14、副電源、示波器；硅光電池、直流穩壓電源、數字電壓表；光敏電阻、直流穩壓電源、電橋平衡網絡中W1電位器、F/V表。實驗步驟（一）：光電傳感器測轉速實驗 圖1 測速電路圖1.在傳感器的安裝頂板上，擰松小電機前面的軸套的調節螺釘，連軸拆去電渦流傳感器，換上光電傳感器。將光電傳感器控頭對準小電機上小的白圓圈（反射面），調節傳感器高度，離反射面2mm3mm為宜。2.傳感器的三根引線分別接入傳感器安裝頂板上的三個插孔中（紅色接2V，黑色接地，蘭色接Vo）。再把Vo和地接入數顯表（F/V表）的Vi和地口。3.合上主、副電源，將可調整2V10V的直流穩壓電源的切換開關切換到4V，在電機控制單元的V處接入4V電

15、壓，調節轉速旋鈕使電機轉動。4.將F/V表的切換開關切換到2K檔測頻率，F/V表顯示頻率值。可用示波器觀察F。輸出口的轉速脈沖信號（Vp-p2V）。5.根據測到的頻率及電機上反射面的數目算出此時的電機轉速。即：NF/V表顯示值260（n/min）6.實驗完畢，關閉主、副電源。實驗步驟（二）：硅光電池特性實驗1光電池在不同的照度下，產生不同的光電流和光生電動勢。它們之間的關系就是光照特性。按圖2安裝接線（注意接線孔的顏色相對應）。硅光電池F/V圖2 硅光電池光照特性實驗接線圖2.電壓表置2V檔，直流穩壓電源4V檔。3.將4V接入儀器頂部光敏類類傳感器盒4V端口。4.將光強調節旋鈕關至最小（逆時針

16、旋轉）。記錄此時電壓表讀數，這是外界自然光對硅電池的影響。5.慢慢調節光強旋鈕，發光二極管亮度增加，每旋轉200，記錄一個數據。光強12345678910輸出 根據數據表格，作出實驗曲線。實驗步驟（三）：光敏電阻特性實驗F/V+4vrW1光敏電阻1. 按圖示接線 圖3 光敏電阻特性實驗2.將直流穩壓電源4V接入儀器頂部光敏類傳感器盒4V端口。3.將光強調節旋鈕關至最小（逆時針旋轉），F/V置2V檔，調節W1電位使F/V示值最小。4. .慢慢調節光強旋鈕，發光二極管亮度增加，每旋轉200，記錄一個數據。光強12345678910輸出根據數據表格，作出實驗曲線。思考問題：反射型光電傳感器測轉速產生

17、誤差大、穩定性差的原因是什么？實驗三、壓電式傳感器振動實驗一、實驗目的：了解壓電式傳感器的原理；掌握壓電式傳感器測量振動的原理和方法。二、實驗儀器：振動源、低頻振蕩器、直流穩壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊三、實驗原理：壓電式傳感器由慣性質量塊和壓電陶瓷片等組成（觀察實驗用壓電式加速度計結構）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應，壓電陶瓷產生正比于運動加速度的表面電荷。四、實驗內容與步驟1觀察壓電式傳感器的結構，根據圖19-1的電路結構，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。并將低頻

18、振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。壓電傳感器已安裝在振動梁的圓盤上。2將振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”，并按下圖19-1接線，合上主控臺電源開關，調節低頻幅度到最大、低頻頻率調到適當位置，使振動梁的振幅最大（達到共振）。3將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端Ui1，用上位機觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。圖19-1五、實驗報告1觀察并記錄壓電傳感器在諧振時的輸出波形Uo2. 調整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至適中，測微頭移開平行梁，低頻振蕩信號接入激振線圈，調節頻率，調節時用頻率表監測頻率，改變低頻輸出信號的頻率，記錄振動源不同振幅下壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值

19、，用示波器讀出峰峰值填入下表，作出幅度-頻率曲線，找出系統的共振頻率。頻率(Hz)幅值(mV)六、思考：1.根據實驗結果，可以知道振動臺的自振頻率大致多少？2.試回答壓電式傳感器的特點。3.相敏檢波器輸入含有一些直流成份與不含直流成份對電壓表讀數是否有影響，為什么？4.根據實驗數據，計算靈敏度的相對變化值，比較電壓放大器和電荷放大器受引線電容的影響程度，并解釋原因？5.如何用壓電傳感器進行頻率測量？實驗四、熱敏電阻的特性研究實驗1 PT100溫度控制實驗一、實驗目的：了解PID智能模糊+位式調節溫度控制原理。二、實驗儀器：智能調節儀、PT100、溫度源。三、實驗原理：位式調節位式調節（ON/O

20、FF）是一種簡單的調節方式，常用于一些對控制精度不高的場合作溫度控制，或用于報警。位式調節儀表用于溫度控制時，通常利用儀表內部的繼電器控制外部的中間繼電器再控制一個交流接觸器來控制電熱絲的通斷達到控制溫度的目的。PID智能模糊調節PID智能溫度調節器采用人工智能調節方式，是采用模糊規則進行PID調節的一種先進的新型人工智能算法，能實現高精度控制，先進的自整定（AT）功能使得無需設置控制參數。在誤差大時，運用模糊算法進行調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化，具有無超調、高精度、參數確定簡單等特點。溫度控制

21、基本原理由于溫度具有滯后性，加熱源為一滯后時間較長的系統。本實驗儀采用PID智能模糊+位式雙重調節控制溫度。用報警方式控制風扇開啟與關閉，使加熱源在盡可能短的時間內控制在某一溫度值上，并能在實驗結束后通過參數設置將加熱源溫度快速冷卻下來，可以節約實驗時間。當溫度源的溫度發生變化時，溫度源中的熱電阻Pt100的阻值發生變化，將電阻變化量作為溫度的反饋信號輸給PID智能溫度調節器，經調節器的電阻-電壓轉換后與溫度設定值比較再進行數字PID運算輸出可控硅觸發信號（加熱）和繼電器觸發信號（冷卻），使溫度源的溫度趨近溫度設定值。PID智能溫度控制原理框圖如圖27-1所示。圖27-1 PID智能溫度控制原

22、理框圖三、 實驗內容與步驟1在控制臺上的“智能調節儀”單元中“控制對象”選擇“溫度”，并按圖27-2接線。 2將2-24V輸出調節調到最大位置，打開調節儀電源。3按住3秒，PV 窗口顯示“”進入智能調節儀參數設定，繼續按鍵直到PV窗口顯示“”，按、使SV窗口顯示21，按“”可改變小數點位置。4繼續按鍵使PV窗口顯示“”，按、使SV窗口顯示1。按住“”鍵同時按住3秒可回到初始狀態，跳出參數設置。5按住3秒，PV 窗口顯示“”進入智能調節儀參數設定，按、使SV窗口顯示50（上限報警值），按“”可改變小數點位置。6繼續按鍵直到PV窗口顯示“”，按、使SV窗口顯示0（下限報警值），按“”可改變小數點位

23、置。繼續按鍵并設置參數，見下表。 7設定好參數值，回到初始測量狀態，按或鍵可修改SV窗口的給定值，按“”鍵可改變小數點位置。這里先設置為50.0。8回到初始測量狀態按“”鍵3秒不放，可進入自整定狀態，此時SV窗口交替顯示“”字樣和給定值。經過一段時間就可以將溫度源的溫度控制在500C左右。9重復第5步和第7步，將給定值和上限報警值改為55，經過幾個周期的振蕩，可將溫度源的溫度穩定在新的給定值550C。表27-1參數參數含義說 明設置范圍實設定值ALM1上限報警測量值大于ALM1+Hy值時將產生上限報警。測量值小于ALM1-Hy時儀表解除上限報警，設置ALM1到其最大值（9999）可避免產生報警

24、作用。-1999-+9999或1定義單位給定值ALM2下限報警測量值小于ALM2-Hy值時將產生下限報警。測量值大于ALM2+Hy時儀表解除下限報警，設置ALM1到其最大值（9999）可避免產生報警作用。同上9999Hy-1正偏差報 警采用人工智能調節時，當偏差（測量值PV減給定值SV）大于Hy-1+Hy時產生正偏差報警。當偏差小于Hy-1-Hy時正偏差報警解除。設置Hy-1=9999，正偏差報警功能被取消。0-99990C或1定義單位9999Hy-2負偏差報 警采用人工智能調節時，當偏差（測量值PV減給定值SV）大于Hy-2+Hy時產生負偏差報警。當偏差小于Hy-2-Hy時負偏差報警解除。設

25、置Hy-2=9999，負偏差報警功能被取消。同上9999Hy回差（死區、滯環）回差用于避免因測量輸入值波動而導致位式調節頻繁通斷或報警頻繁/解除。0-20000C或1定義單位0At控制方式At=0 采用位時控制（ON-OFF），只適合要求不高的場合進行控制時采用。At=1 采用人工智能/PID調節，該設置下，允許從面板啟動執行自整定功能。At=2 啟動自整定參數功能，自整定結束后自動設置為3At=3 采用人工智能調節時，自整定結束后儀表自動進入該設置，該設置下不允許從面板啟動自整定功能，以防止誤操作重復啟動自整定。0-31I保持參數I、P、d、t等參數為人工智能調節算法的控制參數I參數值主要決

26、定調節算法中積分的作用，和PID調節的積分時間類同。0-9999或1定義單位自動設置P速率參數P值類似PID調節器的比例帶，但變化相反，P值越大，比例、微分作用成正比例增強，而P值越小，比例、微分作用相應減弱。1-9999自動設置d滯后時間滯后時間參數d是人工智能算法相對標準PID算法而引進的新的重要參數，本表根據d參數來進行一些模糊規則運算，以便能較完善地解決超調現象及振蕩現象，同時使控制響應速度最佳。0-2000秒自動設置t輸出周期反映儀表運算調節的快慢，t值越大，比例作用增強，微分減弱，t值越小，則比例作用減弱，微分作用增強。t值大于或等于5秒時，則微分作用被完全取消，系統成為比例或比例

27、積分調節。0-125秒自動設置Sn輸入規格Sn用于選擇輸入規格 21對應PT100；34對應0-5V電壓輸入0-3721dP小數點位置dP=0 顯示格式為0000，不顯示小數點dP=1 顯示格式為000.0，小數點在十位dP=2 顯示格式為00.00，小數點在百位dP=3 顯示格式為0.000，小數點在千位0-31P-SL輸入下限顯示值用于定義輸入信號下限刻度值-1999+9999oC或1定義單位0P-SH輸入上限顯示值用于定義輸入信號上限刻度值，配合P-SL使用同上200Pb主輸入平移修正用于對輸入進行平移修正，以補償傳感器本身的誤差0.1oC或1定義單位0oP-A輸出方式oP-A表示主輸出

28、方式，應和主輸出上安裝的模塊類型一致0-21outL輸出下限通常作為限制調節輸出最小值0-2200outH輸出上限限制調節輸出最大值0-220220AL-P報警輸出定義AL-P參數用于定義ALM1、ALM2、Hy-1、Hy-2報警功能的輸出位置，由以下公式定義其功能：AL-P=A1+B2+C4+D8+E16A=0時上限報警由繼電器1輸出，A=1時上限報警由繼電器2輸出B=0時下限報警由繼電器1輸出，B=1時下限報警由繼電器2輸出C=0時正偏差報警由繼電器1輸出，C=1時正偏差報警由繼電器2輸出D=0時負偏差報警由繼電器1輸出，D=1時負偏差報警由繼電器2輸出E=0報警時在下顯示器交替顯示報警符

29、號，如ALM1、ALM2等0-3117CooL系統功能選擇CooL參數用于選擇部分系統功能0為反作用調節，輸入增大時，輸出趨向減小1為正作用調節，輸入增大時，輸出趨向增大0-10Addr通訊地址儀表安裝RS485通訊接口后用于定義儀表通訊地址0-100不設bAud波特率儀表有通訊接口時定義通訊波特率不設FILt輸入數字濾波當因輸入干擾而導致數字跳動時可采用數字濾波將其平滑，0表示沒有任何濾波，FILt值越大，測量值越穩定，但響應越慢。0-200A-M運行狀態A-M用于定義自動/手動工作狀態A-M=0 手動調節狀態A-M=1 自動調節狀態A-M=2 自動調節狀態，并禁止手動操作。不需要手動功能時

30、，該功能可防止因誤操作而進入手動狀態。0-22Lock參數修改級別Lock=0允許修改現場參數、給定值。Lock=1可以查看現場參數，不允許修改，但允許設定給定值。Lock=2可以查看現場參數，不允許修改，也不允許設定給定值Lock=808 可設置全部參數和給定值0-99990EP1-EP8現場參數定義定義現場參數，沒用到用nonE表示不設圖27-2實驗2 鉑電阻溫度特性實驗一、 實驗目的：了解鉑熱電阻的特性與應用二、 實驗儀器：智能調節儀、PT100（2只）、溫度源、溫度傳感器實驗模塊三、 實驗原理：利用導體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測量時，要求其材料電阻溫度系數大，穩定性好，電阻率高

31、，電阻與溫度之間最好有線性關系。當溫度變化時，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，這樣就可將變化的電阻值通過測量電路轉換電信號，即可得到被測溫度。四、 實驗內容與步驟1重復實驗1，將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入另一只鉑熱電阻溫度傳感器PT100。2將15V直流穩壓電源接至溫度傳感器實驗模塊。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調節電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4按圖29-1接線， 并將PT100的3根引線 圖29-1插入溫度傳感器實驗模塊中Rt兩端（其中顏色相同的兩個接線端是短路的）。5拿掉短路線，將R6兩端接到差

32、動放大器的輸入Ui，記下模塊輸出Uo2的電壓值。6改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實驗結果填入下表。T（）Uo2（V） 表29-1四、 實驗報告1根據表29-1的實驗數據，作出UO2-T曲線，分析PT100的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。實驗五 差動變壓器的應用振動測量實驗一、 實驗目的：了解差動變壓器測量振動的方法。二、 實驗儀器：振蕩器、差動變壓器模塊、相敏檢波模塊、頻率/轉速表、振動源、直流穩壓電源。通信接口（含上位機軟件）。三、 實驗原理：利用差動差動變壓器測量動態參數與測量位移的原理相同，不同的是輸出為調制信號，要經過檢波才能觀測到所測量動

33、態參數。四、 實驗內容與步驟1、將差動變壓器安裝圖3-1安裝在三源板的振動源單元上。 圖3-12、將差動變壓器的輸入輸出線連接到差動變壓器模塊上，并按圖3-2接線。3、檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，用上位機觀察音頻振蕩器“00”輸出端信號峰峰值，調整音頻振蕩器幅度旋鈕使Vop-p=2V。4、用上位機觀察相敏檢波器輸出，調整傳感器連接支架高度，使上位機顯示的波形幅值為最小。5、仔細調節RW1和RW2使示波器（相敏檢波器）顯示的波形幅值更小，基本為零點。用手按住振動平臺（讓傳感器產生一個大位移）仔細調節移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為一個接近全波整流波形。松手，整流波形消失變為

34、一條接近零點線。（否則再調節RW1和RW2）6、振動源“低頻輸入”接振蕩器“低頻輸出”，調節低頻輸出幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。用示波器觀察放大器Vo1、相敏檢波器的Vo2及低通濾波器的Vo3的波形。 圖3-27、保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率（頻率與輸出電壓Vp-p的監測方法與實驗十相同）用上位機觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實驗數據，填入下表31表31f(Hz) Vp-p（V）一、 實驗報告1、根據實驗結果作出梁的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與用應變片測出的結果相比較。2、保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗可得到振幅與電壓峰峰值

35、Vp-p曲線（定性）。二、 注意事項1、低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。實驗六 熱電偶測溫及溫度補償研究內容一：K型熱電偶測溫實驗一、實驗目的：了解K型熱電偶的特性與應用二、實驗儀器：智能調節儀、PT100、K型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗模塊。三、實驗原理：熱電偶傳感器的工作原理熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821年發現的塞貝克效應，即兩種不同的導體或半導體A或B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節點處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產生，見圖30-1（a），即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。 圖30-1（a

36、） 圖30-1（b） 兩種不同導體或半導體的組合被稱為熱電偶。當回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢ET，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖30-1（b），并規定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當ET較小室，熱電勢ET與溫度差（T-T0）成正比，即 ET=SAB（T-T0） （1）SAB為塞貝克系數，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于熱電極材料的相對特性。熱電偶的基本定律：（1）均質導體定律 由一種均質導體組成的閉合回路，不論導體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產生熱電勢。（2）中間導體定律 用兩種金屬導體A

37、，B組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導線接入儀表測量溫差電勢EAB（T，T0），而這些導體材料和熱電偶導體A，B的材料往往并不相同。在這種引入了中間導體的情況下，回路中的溫差電勢是否發生變化呢？熱電偶中間導體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導體C兩端溫度相同，那么接入中間導體C對熱電偶回路總熱電勢EAB（T，T0）沒有影響。（3）中間溫度定律 如圖30-2所示，熱電偶的兩個結點溫度為T1，T2時，熱電勢為EAB（T1，T2）；兩結點溫度為T2，T3時，熱電勢為EAB（T2，T3），那么當兩結點溫度為T1，T3時的熱電勢則為EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，

38、T3） （2）式（2）就是中間溫度定律的表達式。譬如：T1=100，T2=40，T3=0，則EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （3）圖30-2熱電偶的分度號熱電偶的分度號是其分度表的代號（一般用大寫字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在熱電偶的參考端為0的條件下，以列表的形式表示熱電勢與測量端溫度的關系。四、實驗內容與步驟 1重復實驗二十七，將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入K型熱電偶溫度傳感器。2將15V直流穩壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短

39、接，調節Rw3到最大位置，再調節電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4拿掉短路線，按圖30-3接線，并將K型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b；記下模塊輸出Uo2的電壓值。 圖30-35改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實驗結果填入下表T（）Uo2（V） 表30-1五、實驗報告 1根據表30-1的實驗數據，作出UO2-T曲線，分析K型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。 2根據中間溫度定律和E型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數A。內容二：溫度補償一、實驗目的：了解熱電偶冷端溫度補償的原理和方法二、實驗儀器：智能調節儀、

40、PT100、K型熱電偶、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗模塊三、實驗原理：熱電偶冷端溫度補償的方法有：冰水法、恒溫槽法和電橋自動補償法（圖321），電橋自動補償法常用，它是在熱電偶和測溫儀表之間接入一個直流電橋，稱冷端溫度補償器，補償器電橋在0時達到平衡（亦有20平衡）。當熱電偶自由端溫度升高時(0)熱電偶回路電勢Uab下降，由于補償器中，PN呈負溫度系數，其正向壓降隨溫度升高而下降，促使Uab上升，其值正好補償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢，達到補償目的。 圖32-1 四、實驗內容與步驟 1選擇智能調節儀的控制對象為溫度，將溫度傳感器PT100接入“PT100輸入”（同色的兩根接線端接

41、蘭色，另一根接黑色插座），打開實驗臺總電源。并記下此時的實驗室溫度T2。2重復實驗二十七，將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入K型熱電偶溫度傳感器。3將15V直流穩壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。4將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調節Rw3到最大位置，再調節電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。5拿掉短路導線，按圖32-2接線，并將K型熱電偶的兩個引線分別接入模塊兩端（紅接a，藍接b）；調節Rw1使溫度傳感器輸出UO2電壓值為AE2。（A為差動放大器的放大倍數、E2為K型熱電偶500C時對應輸出電勢）6變溫度源的溫度每隔

42、50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實驗結果填入下表T（）Uo2（V） 表32-1五、實驗報告1根據表32-1的實驗數據，作出（UO2/A）-T曲線。并與分度表進行比較，分析電橋自動補償法的補償效果。2換另一只熱電偶E型熱電偶做冷端補償實驗。分度表見31-2。附錄：THSRZ-1型傳感器系統綜合實驗裝置簡介一、概述THSRZ-1型傳感器系統綜合實驗裝置適應不同類別、不同層次專業教學實驗、培訓、考核的需求，是一套多功能、全方位、綜合性、動手型的實驗裝置，可以與普教中的“物理”，職教、高教中的“傳感器技術”、“工業自動化控制”、“非電測量技術與應用”、“工程檢測技術與應用”等課程

43、的教學實驗配套。二、設備構成實驗臺主要由試驗臺部分、三源板部分、處理（模塊）電路部分和數據采集通訊部分組成。1. 實驗臺部分這部分設有1k10kHz音頻信號發生器、130Hz低頻信號發生器、四組直流穩壓電源：15V、+5V、210V、224V可調、數字式電壓表、頻率/轉速表、定時器以及高精度溫度調節儀組成。2. 三源板部分 熱源：0220V交流電源加熱，溫度可控制在室溫120 oC，控制精度1 oC。 轉動源：224V直流電源驅動，轉速可調在04500 rpm。 振動源：振動頻率1Hz30Hz（可調）。3. 處理（模塊）電路部分 包括電橋、電壓放大器、差動放大器、電荷放大器、電容放大器、低通濾

44、波器、渦流變換器、相敏檢波器、移相器、溫度檢測與調理、壓力檢測與調理等共十個模塊。4. 數據采集、分析部分 為了加深對自動檢測系統的認識，本實驗臺增設了USB數據采集卡及微處理機組成的微機數據采集系統（含微機數據采集系統軟件）。14位A/D轉換、采樣速度達300kHz，利用該系統軟件，可對學生實驗現場采集數據，對數據進行動態或靜態處理和分析，并在屏幕上生成十字坐標曲線和表格數據，對數據進行求平均值、列表、作曲線圖以及對數據進行分析、存盤、打印等處理，實現軟件為硬件服務、軟件與硬件互動、軟件與硬件組成系統的功能。更注重考慮根據不同數據設定采集的速率、單步采樣的時間間隔。 本實驗臺，作為教學實驗儀

45、器，大多傳感器基本上都做成透明，以便學生有直觀的認識，測量連接線用定制的接觸電阻極小的迭插式聯機插頭連接。三、實驗內容 結合本裝置的數據采集系統，不用外配示波器，可以完成大部分常用傳感器的實驗及應用，包括金屬箔應變傳感器、差動變壓器、差動電容、霍耳位移、霍耳轉速、磁電轉速、擴散硅壓力傳感器、壓電傳感器、電渦流傳感器、光纖位移傳感器、光電轉速傳感器、集成溫度傳感器（AD590）、K型、E型熱電偶、PT100鉑電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共17種，三十多個實驗。THSRZ上位機軟件使用說明THSRZ傳感器實驗系統使用說明 THSRZ傳感器實驗系統軟件是為了配合浙江天煌科技實業有限公司生產的THSR

46、Z傳感器實驗裝置而開發的上位機軟件。本軟件通過一塊USB數據采集卡將傳感器實驗臺上的模擬信號采集到上位機進行顯示分析。上位機實現了部分數字示波器的功能，對采集的信號進行顯示，測量，放大，縮小，波形保存，數據分析等. 程序的主要界面圖如下所示： 工作區域 工作區域包括以下組件： 菜單欄 菜單欄包含執行任務的菜單。這些菜單是按主題進行組織的。例如，“采集”菜單中包含“開始采集”和“停止采集”，波形顯示包括“波形放大”“波形縮小”“波形還原”，等。工具欄工具欄提供了本系統的所有功能：開始采集、停止采集、采樣條件設置、波形放大、波形縮小、波形還原、游標選擇、實驗數據分析、計算器、系統退出。 工具欄的操

47、作：采樣條件設置：點選工具欄的選項，將彈出如圖所示對話框，通過這個對話框，來選擇采樣的方式，和采集卡的增益放大倍數。波形的采集：在設置好采樣條件后點擊按鈕采集波形，點擊 按鈕將停止采集，這時主窗體的右邊區域將顯示采集到的波形。波形的測量：分別點擊、按鈕，然后到右邊的波形區進行定位，這時游標所在的位置及波形的幅值將在左邊的區域對應顯示測量電壓的電壓值及兩游標之間的間隔和頻率。 波形的縮放：、這三個按鈕分別對應對波形的放大、縮小、還原操作。操作方法：點擊一個按鈕后把鼠標移動到右邊波形顯示區域，左鍵單擊執行相應的操作，注意:在對波形放大的過程中不能過度放大。實驗數據分析：點擊將彈出如下所示的對話框：

48、在圖上添加要分析的一組數據，然后點確定將彈出如下界面，對數據進行曲線擬合或線性回歸分析。實驗五 差動變壓器的應用振動測量實驗一、實驗目的：了解差動變壓器測量振動的方法。二、實驗儀器：振蕩器、差動變壓器模塊、相敏檢波模塊、頻率/轉速表、振動源、直流穩壓電源。通信接口（含上位機軟件）。三、實驗原理：利用差動變壓器測量動態參數與測量位移的原理相同，不同的是輸出為調制信號要經過檢波才能觀測到所測動態參數。四、實驗內容與步驟1將差動變壓器按圖10-1安裝在三源板的振動源單元上。 圖10-12將差動變壓器的輸入輸出線連接到差動變壓器模塊上，并按圖10-2接線。圖10-23檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關

49、，用上位機觀察音頻振蕩器“00”輸出端信號峰峰值，調整音頻振蕩器幅度旋鈕使Vp-p=2V。4用上位機觀察相敏檢波器輸出，調整傳感器連接支架高度，使上位機顯示的波形幅值為最小。用“緊定旋鈕”固定。5仔細調節RW1和RW2使相敏檢波器輸出波形幅值更小，基本為零點。用手按住振動平臺（讓傳感器產生一個大位移）仔細調節移相器和相敏檢波器的旋鈕，使上位機顯示的波形為一個接近全波整流波形。松手，整流波形消失變為一條接近零點線。（否則再調節RW1和RW2）6振動源“低頻輸入”接振蕩器“低頻輸出”，調節低頻輸出幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。分別用上位機軟件觀察放大器Uo1、相敏檢波器的Uo2及低通濾波器的Uo3的波形。 7保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率（頻率與輸出電壓Vp-p的監測方法與實驗八相同）用上位機軟件觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實驗數據，填入下表101表101f(Hz)Vp-p(V)五、實驗報告1根據實驗結果作出梁的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與用應變片測出的結果相比較。2保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗可得到振幅與電壓峰峰值Up-p曲線（定性）。六、注意事項1低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在共振頻率附近振幅過大。實驗六 熱電偶測溫及溫度