常用传感器使用实验(共9页).doc

精选优质文档-----倾情为你奉上常用传感器使用实验2009年03月17日 10:33 www.elecfans.co 作者：本站 关键字：常用传感器使用实验一、实验目的1． 掌握常用传感器结构、使用方法及其测量系统的组成2． 了解传感器及其测量系统的标定方法3． 熟悉CSY10型传感器实验仪的使用方法二、实验仪器及设备1． CSY10型传感器实验仪2． 双踪示波器三、实验装置1． CSY10传感器实验仪CSY10 传感器是集被测体、各种传感器、激励源、显示仪表和处理电路为一体的一个完整的测量系统，它主要由信号源及显示部分、传感器试验台部分和处理变换部分三者组成信号源由15V 稳压电源和2V—10V 稳压电源、音频振荡器和低频振荡器所组成显示仪表由21 3位电压/频率表和指针式毫伏表组成，可以在实验中配合使用试验台配有应变、温度、热电、压电、电容、光纤、霍尔、电感、电涡流、磁电等十种传感器两只测微头可以在做静态实验时对传感器进行标定而悬臂梁的结构和激振器又可以产生低频振动，使仪器具有进行动态测量实验的功能处理、变换电路则包含了电桥、差动放大器、电荷放大器、低通滤波器、移相器、相敏检波器、温度变换器、光电变换器、电容变换器、涡流变换器等。

利用这些部件，可以方便地组成数十种不同的实验，这些实验分为三类：静态实验、动态实验和系统实验如对应变片就至少可以进行这些实验：单臂、半桥及全桥应变电桥实验四、实验内容本实验内容较多，各专业根据具体情况选做其中几个一）金属箔式应变片：单臂、半桥和全桥的比较1、实验原理本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况应变片是最常用的测力传感元件当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化通过测量电路，转换成电信号输出显示电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４中，电阻的相对变化率分别为△Ｒ１／Ｒ１、△Ｒ２／Ｒ２、△Ｒ３／Ｒ３、△Ｒ４／Ｒ４，当使用一个应变片时，ΣＲ＝△R／Ｒ；当二个应变片组成差动状态工作，则ΣＲ＝２△Ｒ／Ｒ；用四个应变片组成二个差动对工作，且Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｒ４＝Ｒ，ΣＲ＝４△Ｒ／Ｒ２、实验所需部件直流稳压电源（４Ｖ）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表３、实验步骤(1)差动放大器调零开启仪器电源，差动放大器增益置100 倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表（数字电压表拨到2V档），用“调零”电位器调整使差动放大器输出电压为零，然后拨掉实验线调零后“调零”电位器位置不要改变2)按图(１)将实验部件用实验线连接成测试桥路桥路中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３和ＷＤ为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，Ｒ为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）直流激励电源为４Ｖ3)确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟调整电桥ＷＤ电位器，使测试系统输出为零将测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使悬臂梁处于基本水平状态4)旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动在水平状态下调节测微头，使输出电压为零，记下测微头的刻度旋动测微头，每往下移动1mm，记录一个差动放大器输出电压值,并记录表中，共测量7-8mm将测微头移到水平位置，并使测试系统输出电压为零，记下测微头刻度，使测微头往上移动，并记录数据5)依次将图（１）中的电桥固定电阻Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统6)重复步骤（３）―（４），测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度7)在同一坐标上描出Ｖ－Ｘ曲线，比较三种桥路的灵敏度S，并做出定性的结论4、注意事项㈠在本实验中放大器只能接成差动形式，否则系统不能正常工作。

㈡流激励电压不能过大，以免应变片造成损坏图（1）箔式应变片性能实验（二）差动螺管式电感传感器（位移和振幅测量）1、实验原理利用差动变压器的两个次级线圈和软磁铁氧体组成了差动螺管式电感传感器，衔铁和线圈的相对位置的变化将引起螺管线圈电感值的变化当用恒流激励传感器，线圈的输出电压就与衔铁的位移有关2、所需部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、电压表、示波器、测微头、电压表、低通滤波器振幅测量时用低频振荡器3、实验步骤（１） 静态测量（位移测量）①变压器的二个次级线圈组成差动状态，按图（2）接线，音频振荡器LV 端做为恒流源供电，差动放大器增益适度，差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R 组成电桥的四臂 ，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出②旋动测微头使衔铁圈中位置居中，此时L0′=L0″，系统输出为零③当衔铁上、下移动时，L0′≠L0″，电桥失衡系统就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约180，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁移动位置居中为起点，分别向上、向下各位移5mm，测微头每旋一周（0.5mm）记录V，X 值并填入表格，做出V-X 曲线，求出灵敏度。

２） 动态测量（振幅测量）①移开测微头，微调衔铁在支架上的位置，调节电桥电路，使系统输出为零② 将低频振荡器输出接到“激振Ⅱ”上，给振动台加一交变力，使振动台能上下振动，用示波器观察系统输出是否对称，如不对称则需对电桥、移相器作些调整③保持低频振荡器输出幅值不变，改变激振频率f，便可得到它的动态测试结果Vp-p—f 曲线如图（3）图（3）（3）注意事项静态位移测量时以衔铁中心位置为基准，振动台上下移动5mm 左右，调节移相器，使电压为最大如双向不对称，可调WA、WD及移相旋钮直到基本对称振幅测试时低通的输出应接示波器三）涡流式传感器的静态标定1、实验原理电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高颇交变电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阴抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X 距离有关将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V 输出，则输出电压是距离X 的单值函数2、实验所需部件电涡流线圈、金属涡流片、电涡流式变换器、示波器、电压表3、实验步骤①安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行。

安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端（图4）涡流变换器输出端接电压表20V档②开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离，此时输出端有一电压值输出用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHZ③用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零涡流变换器中的振荡电路停振④旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起，每位移0.25mm 记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振荡波形将V、X 数据填入下表，作出V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度电蜗流实验连接图（四）被测材料对电涡流传感器特性的影响1、实验目的：通过实验说明不同的材料对电涡流传感器特性的影响2、实验所需部件：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、电压表、铜、铝、铁涡流片3、实验步骤：①按上一实验方法安装好传感器，开启电源更换不同的被测材料，分别对铁、铜、铝被测体进行测量，记录数据，在同一坐标上做出V—X曲线②分别找出各被测体的线性范围、灵敏度、最佳工作点，并进行比较③从实验得出结论：被测材料不同时灵敏度和线性范围都不同，必须分别进行标定。

五） 电容式传感器的特性1、 实验目的掌握电容式传感器的工作原理和测量方法2、实验原理电容式传感器有多种形式本仪器中是差动变面积式传感器由两组定片和一组动片组成当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容如将上层定片与动片形成的电容为CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1与CX2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关3、实验所需部件电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头4、实验步骤①按图（5）接线，电容变换器和差动放大器的增益适中②装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零③以此为起点，向上或向下位移动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止记录数据，并做出V—X 曲线，求得灵敏度④低频振荡器输出接“激振Ⅱ”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形5、注意事项①电容动片与两定片之间的片间距离必须相等，必要时可稍做调整位移和振动时均不可有擦片现象，否则会造成输出信号突变。

②如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小六）光纤位移传感器----位移测量1、 实验原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图（6）所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤传至光电转换元件，光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量2、 实验所需部件光纤、光电转换器、光电变换器、低频振荡器、示波器、电压表、支架、反射片、测微头3、 实验步骤①观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半园型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤②将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬片反射片（即电涡流片）③振动台上装上测头，开启电源，光电变换器V0端接电压表旋动测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时V0 输出为最小然后旋动测微头，使反射镜面离开探头，每隔0.50mm 取一V0电压值填入下表做出V—X曲线。

得出输出电压特性曲线如图（6）所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡4、 注意事项㈠光电变换器工作时V0 最大输出电压以2V 左右为好，可通过调节增益电位器控制㈡实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度㈢工作时光纤端面不宜长时间直照强光，以免内部电路受损㈣注意背景光对实验的影响㈤光纤勿成锐角曲折七）霍尔传感器的应用----电子秤1、 实验目的了解霍尔式传感器的结构，工作原理，学会霍尔传感器的实际应用2、实验原理霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X，所测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移3、实验所需部件直流稳压电源（2V），电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、振动圆盘、环形砝码5、 实验步骤①按图（7）接线，开启电源，调节测微头和电桥WD，使差放输出为零上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称系统灵敏度尽量大②以振动圆盘作为称重平台，逐步放上砝码，依次记下表头读数，填。