《CSY实验指导书》word版.doc

使 用 说 明CSY系列传感器系统实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器其特点是集被测体、各种传感器、信号激励激、处理电路和显示器于一体，可以组成一个完整的测试系统通过实验指导书所提供的数十种实验举例，能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验通过这些实验，实验者可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识，并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成一、位于仪器顶部的实验工作台部分，左边是一副平行式悬臂梁，梁上装有应变式、热敏式、P-N结温度式、热电式和压电加速度五种传感器平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片，受力工作片分别用符号 和 表示其中六片为金属箔式片（BHF-350）横向所贴的两片为温度补偿片，用符号 和 表示片上标有“BY”字样的为半导体式应变片，灵敏系数130热电式（热电偶）：串接工作的两个铜一康铜热电偶分别装在上、下梁表面，冷端温度为环境温度分度表见实验指导书热敏式：上梁表面装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51，负温度系数，25℃时阻值为8~10K。

P-N结温度式：根据半导体P-N结温度特性所制成的具有良好线性范围的温度传感器压电加速度式：位于悬臂梁右部，由PZT-5双压电晶片，铜质量块和压簧组成，装在透明外壳中实验工作台左边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台圆盘周围一圈所安装有（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式五种传感器电感式（差动变压器）：由初级线圈Li和两个次级线圈L绕制而成的空心线圈，圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间，测量范围>10mm电容式：由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容，线性范围≥3mm磁电式：由一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度0.4V/m/s霍尔式：HZ-1半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中，线性范围≥3mm电涡流式：多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器，线性范围>1mm光电式传感器装于电机侧旁两副平行式悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢，右边圆盘式工作台由“激振I”带动，左边平行式悬臂梁由“激振II”带动为进行温度实验，左边悬臂梁之间装有电加热器一组，加热电源取自15V直流电源，工作时能获得高于温度30℃左右的升温。

以上传感器以及加热器、激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排实验工作台上还装有测速电机一组及控制、调速开关两只测微头分别装在左、右两边的支架上二、信号及显示部分：位于仪器上部面板低频振荡器：1~30Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端插口可提供用作电流放大器音频振荡器：0.4KHz~10KHz输出连续可调，Vp-p值20V，180°、0°为反相输出，Lv端最大功率输出0.5A直流稳压电源：±15V，提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源，最大输出1.5A±2V~±10V，档距2V，分五档输出，提供直流信号源，最大输出电流1.5A12 数字式电压/频率表：3 位显示，分2V、20V、2KHz、20KHz四档，灵敏度≥50mV，频率显示5Hz~20KHz指针式直流毫伏表：测量范围500Mv、50mV、5mV三档，精度2.5%三、处理电路：位于仪器下部面板电桥：用于组成应变电桥，面板上虚线所示电阻为虚设，仅为组桥提供插座R1、R2、R3为350Ω标准电阻，WD为直流调节电位器，WA为交流调节电位器差动放大器：增益可调比例直流放大器，可接成同相、反相、差动结构，增益1-100倍。

光电变换器：提供红外发射、接收、稳幅、变换，输出模拟信号电压与频率变换方波信号四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤（一根接收，一根发射）组成的光强型光纤传感器电容变换器：由高频振荡、放大和双T电桥组成移相器：允许输入电压20Vp-p，移相范围±40°（随频率有所变化）相敏检波器：极性反转电路构成，所需最小参考电压0.5Vp-p，允许最大输入电压20Vp-p电荷放大器：电容反馈式放大器，用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号电压放大器：增益5倍的高阻放大器涡流变换器：变频式调幅变换电路，传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件温度变换器：根据输入端热敏电阻值及P-N结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变换电路低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常仪器下部面板左下角处的开关控制处理电路的±15V工作电源，进行实验时请勿关掉指针式毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象，不影响测试请用户注意，本仪器是实验性仪器，各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证，而非工程应用型的传感器定量测试。

各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常：1．应变片及差动放大器，参考附图2进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量各接线图两个节点间即为一实验接插线，接插线可多根迭插，为保证接触良好插入插孔后请将插头稍许旋转2．半导体应变片，进行半导体应变片直流半桥实验3．热电偶，按附图4接线，加热器接15V电源，另一端接地，观察随温度升高热电势的变化4．热敏式，按附图5接线，进行“热敏传感器实验”，电热器加热升温，观察随温度升高“V0”端输出电压变化情况，注意热敏电阻是负温度系数5．P-N结温度式，进行P-N结温度传感器测温实验，注意电压表2V档显示值为绝对温度T6．进行“移相器实验”，用双踪示波器观察两通道波形7．进行“相敏检波器实验”，相敏检波端口序数请参照附图6，其中4端为参考电压输入端8．进行“电容式传感器特性”实验，接线参照附图7当振动圆盘带动动片上下移动时，电容变换器V0端电压应正负过零变化9．进行“光纤传感器——位移测量”，光纤探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定，端面垂直于镀铬反射片，旋动测微头带动反射片位置变化，从“V0”端读出电压变化值。

光电变换器“F0”端输出频率变化方波信号测频率变化时可参照“光纤传感器——转速测试”步骤进行10．进行光电式传感器测速实验，VF端输出的是频率信号11．将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端、输出端用示波器观察，注意根据低通输出幅值调节输入信号大小12．进行“差动变压器性能”实验，检查电感式传感器性能，实验前要找出次级线圈同名端，次级所接示波器为悬浮工作状态13．进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验，接线参照附图9，直流激励信号绝对不能大于±2V，否则一定会造成霍尔元件烧坏14．进行“磁电式传感器”实验，磁电传感器两端接差动放大器输入端，用示波器观察输出波形，参见附图1215．进行“压电加速度传感器”实验，接线参见附图13此实验与上述第12项内容均无定量要求16．进行“电涡流传感器的静态标定”实验，接线参照图11，其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方，即接电涡流线圈处，右上端端口为输出经整流后的直流电压17．如果仪器是带微机接口和实验软件的，请参阅数据采集及处理说明数据采集卡已装入仪器中，其中A/D转换是12位转换器，无漏码最大分辨率1/2048（即0.05%），在此范围内的电压值可视为容许误差。

所以建议在做小信号实验（如应变电桥单臂实验）时选用合适的量程，以正确选取信号仪器后部的RS232接口请接计算机COM2口串行工作否则计算机将收不到信号仪器工作时需良好的接地，以减小干扰信号，并尽量远离电磁干扰源仪器的型号不同，传感器种类不同，则检查项目也会有所不同上述检查及实验能够完成则整台仪器各部分均为正常实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”，要在确认接线无误的情况下开启电源，要尽量避免电源短路情况的发生，加热时“15V”电源不能直接接入应变片、热敏电阻和热电偶实验工作台上各传感器部分如位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整，以按下振动梁松手，各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜附件中的称重平台是在实验工作台左边的悬臂梁旁的测微头取开后装于顶端的永久磁钢上方，环形圆片代替砝码做称重实验实验开始前请检查实验连接线是否完好，以保证实验顺利进行本实验仪需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作温度0℃~40℃目 录使用说明实验内容（各型传感器实验仪按需选用）实验一 箔式应变片性能――单臂电桥实验二 箔式应变片三种桥路性能比较实验三 箔式应变片的温度效应实验四 应变电路的温度补偿实验五 半导体应变片性能实验六 半导体应变片直流半桥测试系统实验七 箔式应变片与半导体应变片性能比较实验八 移相器实验实验九 相敏检波器实验实验十 箔式应变片组成的交流全桥实验十一 激励频率对交流全桥的影响实验十二 交流全桥的应用――振幅测量实验十三 交流全桥组成的电子秤实验十四 差动变压器性能实验十五 差动变压器零残电压的补偿实验十六 差动变压器的标定实验十七 差动变压器的振动测量实验十八 差动螺管式电感传感器位移测量实验十九 差动螺管式电感传感器振幅测量实验二十 激励频率对电感传感器的影响实验二十一 热电式传感器――热电偶实验二十二 热敏式温度传感器测温实验实验二十三 P－N 温度传感器实验二十四 光纤位移传感器――位移测量实验二十五 光纤传感器－转速测量实验二十六 光电传感器的应用――光电转速测试实验二十七 霍尔式传感器的直流激励特性实验二十八 霍尔式传感器的交流激励特性实验二十九 霍尔传感器的应用――振幅测量实验三十 霍尔传感器的应用――电子秤实验三十一 电涡流式传感器的静态标定实验三十二 被测材料对电涡流传感器特性的影响实验三十三 电涡流式传感器的振幅测量实验三十四 电涡流传感器的称重实验实验三十五 电涡流传感器电机测速实验实验三十六 磁电式传感器实验三十七 压电加速度传感器实验三十八 电容式传感器特性实验三十九 力平衡式传感器实验四十 双平行梁的动态特性――正弦稳态响应实验四十一 微机检测与转换――数据采集处理实验一 箔式应变片性能――单臂电桥一、实验目地：1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2． 测试应变梁变形的应变输出3． 比较各桥路间的输出关系二、实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂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，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大三、实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差。