CSY实验指导书.doc

CYS传感器系统实验仪使用说明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、信号激励源、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各款实验仪的传感器配置及布局是：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130CSY10B型应变梁上只贴有半导体应变计热电式（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。

CSY10B 型上梁表面安装一支K分度标准热电偶热敏式：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8~10KP-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集成温度传感器压电加速度式：位于悬臂梁自由端部，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、压阻式等传感器电感式（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：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>1mmMPX压阻式：摩托罗拉扩散硅压力传感器，差压工作，测压范围0~50KP精度1%CSY10B）湿敏传感器：高分子湿敏电阻，测量范围：0~99%RH。

气敏传感器：MQ3型，对酒精气敏感，测量范围10-2000PPm，灵敏度RO/R＞5光敏传感器：半导体光导管，光电阻与暗电阻从nMΩ至nKΩ双孔悬臂梁称重传感器：称重范围0~500g，精度1%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CSY10B装有激振转换开关）两支测微头分别装在左、右两边的支架上CSY10B只有右边一支）二、信号及仪表显示部分：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1.5A，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1.5A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%数字式温度计：K分度热电偶测温，精度±1℃CSY10B型）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：提供光纤传感器红外发射、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°（随频率不同有所变化）相敏检波器：集成运放极性反转电路构成，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（信号变换器）：根据输入端热敏电阻值、光敏电阻及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，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相对位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整，原则上以按下振动梁松手，周边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，铜质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℃。

实验一 电阻应变片性能测试及应用一、实验目的：1． 观察了解应变片的结构及粘贴方式2． 测试应变梁变形的应变输出，比较各桥路间的输出关系3． 了解应变式压力传感器在配料系统中的应用二、实验原理：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、实验设备：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表四、实验步骤： 1．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，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况调零后关闭仪器电源2．按图2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 ±4V＋4V RR2－4V R3 R1WD＋－V图 2测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态3．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，使测试系统输出为零4．双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，记录差动放大器输出电压值，并列表位移mm电压V根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝△X／△V，并在坐标图上做出V－X关系曲线5．按图2连接成半桥测试桥路，桥路中有两个桥臂和WD分别为固定电阻和直流调平衡电位器，另两个桥臂为应变片（可任选上、下梁中的两个，根据应变片阻值的变化方向正确接入桥路重复上述步骤46．按图2连接成全桥测试桥路，R1、R2、R3、R均为应变片，且R1与R2、R3与R阻值的变化方向相同，R1与R3阻值的变化方向相反，重复上述步骤4。

五、注意事项： 1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰 2．接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂 3．稳压电源不要对地短路六、思考题：1． 简述电阻应变式压力传感器的工作原理2． 试画出实验用的压力传感器的电阻分布形式，并对此类全桥式电阻应变式压力传感器的结构原理及计算进行分析3． 造成应变片测量误差的因素有那些？我们应怎样尽可能的减少误差？实验二 差动变压器特性及振动测量一、实验目的：1．了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性2．了解差动变压器的实际应用二、实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的其原理及输出特性见图3R1LK1R3R2LoLoMaMb图3 差动变压器原理及输出特性 三、实验设备： 差动变压器、音频振荡器、测微头、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。

四、实验步骤：（一） 特性实验1．按图4接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv／格Lv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道图4 特性实验接线图 2．音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VP－P 2V3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VP－P值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系位移mm。