1、PAGE PAGE 21傳感器技術(jsh)實報告書 傳感器及測量電路(dinl)綜合實驗學生(xu sheng)姓名： 涂曉清 學 號： 5602111065 專業班級： 機制114 2013年 月 日目 錄實驗(shyn)一 箔式應變(yngbin)片性能單臂電橋(din qio) 實驗二 差動變壓器(互感式）的性能實驗三 差動變壓器（互感式）的標定實驗四 磁電式傳感器的性能實驗五 熱電偶原理及分度表的應用實驗六 光電開關的轉速測量實驗實驗七 壓電加速度式傳感器實驗八 光纖位移傳感器的轉速測量實驗 實驗(shyn)一箔式應變片性能單臂電橋(din qio)一、實驗(shyn)目的：(1)觀

2、察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。(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：本實驗說明箔式應變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，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，當電路平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻、中，電阻的相對變化率分別為、，當使用一個應變片時，；當二個應變片組成差動狀態工作，則有；用四個應變片組成二個差動工作，且，。由此可知，單臂，

3、半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗所需部件：直流穩壓電源(檔)、電橋、差動放大器、箔式應變片、測微頭、電壓表。四、實驗步驟：(1)調零。開啟儀器電源，差動放大器增益置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，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。調零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調零后關閉儀器電源。(2)按圖(1)將實驗(shyn)部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中、和為電橋中的固定電阻(din

4、z)和直流調平衡電位器，為應變片(可任選上、下梁中的一片(y pin)工作片)。直流激勵電源為。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)。(3)確認接線無誤后開啟儀器電源，井預熱數分鐘。 調整電橋電位器，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，以水平狀態下輸出電壓為零，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并列表。位移mm電壓V位移mm電壓V根據(gnj)表中所測數據計算靈敏度，并在坐標(zubio)圖上做出關系(gun x)曲線。五、注意事項：(1)實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時

5、應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。(2)接插線插入插孔時輕輕地做一小角度的轉動，以保證接觸良好，拔出時也輕輕地轉動一下拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。(3)穩壓電源不要對地短路。實驗二 差動變壓器(互感式）的性能一、實驗(shyn)目的：了解(lioji)差動變壓器原理及工作情況二、實驗(shyn)原理：差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的。其原理及輸出特性見圖11A。三、實驗所需部件音

6、頻振蕩器、測微頭、示波器、主、副電源、差動變壓器、振動平有關旋鈕室始位置：音頻振蕩器4KHz8KHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度10mv/div（根據需要可調整），觸發選擇打到第一通道，主、副電源關閉。四、實驗步驟：（1）根據圖11B接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙蹤示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入和輸出端，調節差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。（2）用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。（3）轉動測微頭使測微頭與振動

7、平臺吸合，再向上轉動測微頭5mm，使振動平臺往上位移。（4）向下旋鈕測微頭，使振動平臺產生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據所得數據計算靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應振動平臺的位移變化），作出V-X關系曲線。讀數過程中應注意初、次級波形的相應關系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p) 五、思考(sko)：（1）根據實驗(shyn)結果，指出線性范圍。（2）當差動變壓器中磁棒的位置(wi zhi)由上到下變化時，雙線示波器觀察到的波形相位會發生怎樣的變化？（3）用測微頭調節振動平

8、臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出阻抗端信號為最小，這個最小電壓是什么？由于什么原因造成？六、注意事項示波器第二通道為懸浮工作狀態。 實驗三 差動變壓器（互感式）的標定實驗目的了解差動變壓器測量系統的組成和標定方法實驗所需部件音頻振蕩器、差動放大器、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測微頭、電橋、F/V表、示波器、主、副電源。 有關旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz-8KHz，差動放大器的增益打到最大，F/V表置2V檔，主、副電源關閉。三、實驗步驟：（1）開啟主、副電源，利用示波器，調整音頻振蕩器幅度旋鈕，使激勵電壓幅峰峰值為2V。然后，關閉主、副電源。（2）按圖13接好線路。（

9、3）裝上測微頭，上下調整使差動變壓器鐵芯處于線圈(xinqun)中段位置。 （4）利用示波器和電壓表，調整(tiozhng)各調零及平衡電位器，使電壓表指示為零。 （5）給梁一個較大的位移，調整移相器，使電壓表指數為最大，同時可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形(b xn)（全半波為正常）。 （6）F/V表調至20V檔，旋轉測微頭，使電壓表讀數為零（此時鐵芯又處于線圈中段位置）。旋轉測微頭，每隔0.5mm讀數記錄實驗數據，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。X(mm)V(mV) （7）測微頭回零位，反方向旋轉測微頭，每隔0.5mm讀數記錄實驗數據，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。X(

10、mm)V(mV)五、思考：（1）根據實驗結果，求出靈敏度，指出線性范圍。 （2）分析造成非線性誤差的原因是什么？實驗(shyn)四 磁電式傳感器的性能實驗(shyn)目的了解磁電式傳感器的原理(yunl)及性能二、實驗原理磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉為感應電動勢的傳感器，所以也稱為感應式傳感器。根據電磁感應定 律，匝線圈中的感應電動勢e的大小決定于穿過線圈的磁通的變化率：。儀器中的磁電式傳感器由動鐵與感應線圈組成，永久磁鋼做成的動鐵產生恒定 的直流磁場，當動鐵與線圈有相對運動時，線圈與磁場中的磁通交鏈產生感應電勢,e與磁通變化率成正比，是一種動態傳感器。三、實驗所需部件 差動放大器、激

11、振器、示波器、磁電式傳感器、振動平臺、主、副電源。有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益旋鈕置于中間，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F/V表置2KHz檔。四、實驗步驟： （1）觀察磁電式傳感器的結構，根據圖27的電路結構，將磁電式傳感器，差動放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表（F/V表置2K檔）的輸入端相連，開啟主、副電源。 （2）調整好示波器，低頻率振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調節頻率，調節時用頻率表監測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：五、思考(sko)：（1）根據(gnj)實驗結果，求出靈敏度，指出線性范圍 試回答(hud)磁電式傳感

12、器的特點？ 實驗五 熱電偶原理及分度表的應用一、實驗目的了解熱電偶的原理及現象實驗原理熱電偶的基本工作原理是熱電效應，二種不同的導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產生電流，這一現象稱為熱電效應，產生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實現溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶。同上三、實驗所需部件-15V不可調直流穩壓電源、差動放大器、F/V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計、主、副電

13、源有關旋鈕初始位置：F/V表切換開關置2V檔，差動放大器增益最大。四、實驗步驟：（1）了解熱電偶原理。（2）了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。它封裝在雙孔懸臂梁的下片梁的加熱器里面（不可見）。（3）按圖4接線、開啟主、副電源，調節差動放大器調零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。（4）將-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示(xinsh)值的變化，待顯示值穩定不變時記錄下F/V表顯示的讀數E。（5）用自備的溫度計測出下梁表面加熱器處的溫度t并記錄下來。（注意(zh y)：溫度計的測溫探頭不要觸

14、到應變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）（6）根據熱電偶的熱電勢(dinsh)與溫度之間的關系式：Eab(t,to) = Eab(t,tn) + Eab(tn,to) 其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。 to0(tn=to)1熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時熱電勢：Eab(t,tn) = (f/v顯示表E)/100，100為差動放大器的放大倍數，2為二個熱電偶串聯）。2熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅-康銅的熱電勢：Eab(tn,to)：查以下所附的熱電偶自由端為0時的熱電勢和溫度的關系即銅-康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度

15、計測得）時熱電勢。3計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時的熱電勢，Eab(t,to)，根據計算結果，查分度表得到溫度t。銅康銅熱電偶分度（自由端溫度0）分度號：T（7）熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只是(zhsh)了解熱電勢現象）。 （8）實驗完畢關閉主、副電源(dinyun)，尤其是加熱器-15V電源（自備溫度計測出溫度后馬上拆去-15V電源連接線），其它旋鈕置原始位置。五、思考(sko)：（1）為什么差動放大器接入熱電偶后需再調差放零點？（2）即使采用標準熱電偶按本實驗方法測量溫度也會較很大誤差，為什么？實驗六 光電開

16、關的轉速測量實驗實驗目的了解光電式傳感器（反射式）測量轉速的原理與方法。二、實驗原理：光電式傳感器有反射型和直射型兩種，本實驗是裝置反射型，傳感器端部裝有發光管和接收管，發光管發射的光在轉盤上反射后被接收管接受轉換成電信號，由于轉盤上有黑白相間的2個間隔（與實驗三十六共用），轉動時將獲得與黑白間隔數有關的脈沖，將脈沖信號計數處理即可得到轉速值。實驗所需部件光電傳感器、直流電源、測速小電機、電機控制、主、副電源、示波器。四、實驗步驟 （1）了解電機在實驗儀上所在的位置及控制單元。 （2）光電開關探頭裝至電機上方對準電機的反光紙，調節高度，使傳感器端面離反光紙表面23mm，將傳感器引線分別插入相應

17、插孔，其中紅色接入直流電源，黑色為接地端，藍色接入數顯表置2K檔。 （3）將直流穩壓電源置10V檔，在電機控制(kngzh)單元的V+處接入+10V電壓，調節轉速旋鈕(xun ni)使電機運轉。 （4）F/V表置2K檔，用示波器觀察(gunch)fo輸出端的轉速脈沖信號。（Vp-p=4V）. （5）根據脈沖信號的頻率及電機上反光片的數目換算出此時的電機轉速。 （6）實驗完畢關閉主、副電源，拆除接線，把所有旋鈕復原。五、注意事項如示波上觀察不到脈沖波形，請調整探頭與電機間的距離，同時檢查一下示波器的輸入衰減開關位置是否合適（建議使用不帶衰減的探頭）。 實驗七壓電加速度式傳感器一、實驗目的了解壓電

18、加速度計的結構、原理和應用。二、實驗原理壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器 (發電型傳感器)。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應力、加速度等外力作用下，在電介質表面產生電荷，從而實現非電量的電測。三、實驗所需部件壓電式傳感器、電荷放大器(電壓放大器)、低頻振蕩器、激振器、電壓/頻率表、示波器。四、實驗步驟(1)觀察了解壓電式加速度傳感器的結構：由雙壓電陶瓷(toc)晶片、慣性質量塊、壓簧、引出電極組裝于塑料外殼中。(2)按圖(20)接線(ji xin)，低頻振蕩器輸出接“激振II”端，開啟電源，調節振動頻率與振幅(zhnf)，用示波器觀察低通濾波器輸出波形。(3)用示波器讀出峰峰值填入下表。 (4)示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較觀察其波形相位差。五、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。比較磁電式傳感器輸出波形的相位差大致為多少，為什么？六、注定事項做此實驗時，懸臂梁振動頻率不能過低，否則電荷放大器將無輸出。