河南建筑职业技术学院.docx

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河南建筑职业技术学院

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传感器技术实训

指

导

书

实训注意事项

1、遵守实训室纪律，实训时态度严谨，注意力集中，不嬉戏，不打闹，要注意安全。

2、听从实训指导老师安排，按规操作。

3、爱护实训期间所使用的工具、仪表及相关设备，要妥善保管自己实训所需的实验元件。

4、注意用电安全，发现问题要及时上报实训指导老师。

5、实训时要认真对照电路原理图，遇到不明白的地方要向实训指导老师请教。

6、不迟到，不早退，不缺勤。

7、实训完毕后要收拾好实训器材并打扫实训室卫生。

8、每个实训项目结束后要按照实训指导书中的要求认真完成实训报告，并按时上交。

指导教师：

张羡林

部门：

信息工程系

适用专业:

计算机控制技术

日期：

THSRZ-1型传感器系统综合实验装置简介

一、概述

THSRZ-1型传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考核的需求，是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置，可以与普教中的“物理”，职教、高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与应用”等课程的教学实验配套。

二、设备构成

实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理（模块）电路部分和数据采集通讯部分组成。

1.实验台部分

这部分设有1k～10kHz  音频信号发生器、1～30Hz 低频信号发生器、四组直流稳压电源：

±15V、+5V、±2~±10V、2~24V可调、  数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。

2.三源板部分

热源：

0~220V交流电源加热，温度可控制在室温~120oC，控制精度±1oC。

转动源：

2~24V直流电源驱动。

振动源：

振动频率1Hz—30Hz（可调）。

3.处理（模块）电路部分

包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。

4.数据采集、分析部分

为了加深对自动检测系统的认识，本实验台增设了USB数据采集卡及微处理机组成的微机数据采集系统（含微机数据采集系统软件）。

12位A/D转换、采样速度达100kHz，利用该系统软件，可对学生实验现场采集数据，对数据进行动态或静态处理和分析，并在屏幕上生成十字坐标曲线和表格数据，对数据进行求平均值、列表、作曲线图以及对数据进行分析、存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。

更注重考虑根据不同数据设定采集的速率。

详见THSRZ软件使用手册。

本实验台，作为教学实验仪器，大多传感器基本上都做成透明，以便学生有直观的认识，测量连接线用定制的接触电阻极小的迭插式联机插头连接。

三、实验内容

结合本装置的数据采集系统，可以完成大部分常用传感器的实验及应用，个别涉及频率特性测试的实验需要普通20MHz带宽示波器完成。

实验内容包括金属箔应变传感器、差动变压器、差动电容、霍耳位移、霍耳转速、磁电转速、扩散硅压力传感器、压电传感器、电涡流传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器（AD590）、K型、E型热电偶、PT100铂电阻、湿敏传感器、气敏传感器共17种，三十多个实验。

实验一金属箔式应变片――全桥性能实验

一、实验目的：

了解全桥测量电路的优点。

二、实验仪器：

应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。

三、实验原理：

全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：

Uo=KEε（3-1）

E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。

四、实验内容与步骤

1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。

2．差动放大器调零，从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。

将电位器Rw4调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3使电压表显示为0V。

关闭主控台电源。

（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）

图3-1

3．按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。

4．加托盘后电桥调零，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。

5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。

表3-1

重量（g）

电压（mV）

五、实验报告

根据记录表3-1的实验资料，计算灵敏度L=ΔU/ΔW，非线性误差δf3

六、思考题

比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

实验二霍尔式传感器振动测量实验

一、实验目的：

了解霍尔组件的应用—测量振动

二、实验仪器：

霍尔传感器模块、霍尔传感器、振动源、直流稳压电源、通信接口

三、实验原理：

这里采用直流电源激励霍尔组件，原理参照实验十三

四、实验内容与步骤

1．将霍尔传感器按图10-1安装在振动台上。

传感器引线接到霍尔传感器模块的9芯航空插座。

按下图接线。

打开主控台电源。

图16-1

2．先将传感器固定在传感器支架的连桥板上，调节“紧定旋钮”和“微动升降旋钮”使霍尔传感器大致处于磁芯的中间位置，调节Rw1使输出Uo为0；调节“低频调幅”旋钮到中间位置，调节“低频调频”旋钮使低频输出为5Hz，将实验台上的“低频输出”接到三源板的“激振源输入”，使振动梁振动。

3．通过通信接口的CH1通道用上位机软件观测其输出波形。

可调节“低频调幅”和“低频调频”旋钮，观测振动源在不同振幅和频率的波形。

（避免在“低频调幅”最大的时候使振动台达到共振，共振频率13Hz左右，以免损坏传感器）

五、实验报告

1．选择不同的中心点测量振动，比较霍尔输出波形的变化，并分析其原因

2．考虑用交流激励霍尔组件，输出应是什么波形。

实验三压电式传感器振动实验

一、实验目的：

了解压电式传感器测量振动的原理和方法。

二、实验仪器：

振动源、低频振荡器、直流稳压电源、压电传感器模块、移相检波低通模块

三、实验原理：

压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。

四、实验内容与步骤

1．压电传感器已安装在振动梁的圆盘上。

2．将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”，并按下图18-1接线，合上主控台电源开关，调节低频调幅到最大、低频调频到适当位置，使振动梁的振幅逐渐增大（直到共振）。

3．将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相检波低通模块低通滤波器输入Ui，输出Uo接通信接口CH1，用上位机观察压电传感器的输出波形Uo。

图18-1

五、实验报告

1．改变低频输出信号的频率，记录振动源不同振幅下压电传感器输出波形的频率和幅值。

实验四电涡流传感器测量振动实验

一、实验目的：

了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。

二、实验仪器：

电涡流传感器、振动源、低频振荡器、直流稳压电源、电涡流传感器模块、通信接口（含上位机软件）、铁质圆片。

三、实验原理：

根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。

四、实验内容与步骤

1．将铁质被测体平放到振动台面的中心位置，根据图21-1安装电涡流传感器，注意传感器端面与被测体振动台面（铁材料）之间的安装距离即为线形区域（可利用实验二十中铁材料的特性曲线找出）。

2．将电涡流传感器的连接线接到模块上标有“”的两端，模块电源用连接导线从主控台接入+15V电源。

实验模板输出端与通信接口的CH1相连。

将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”端，“低频调频”调到最小位置、“低频调幅”调到最大位置，合上主控台电源开关。

3．调节“低频调频”旋钮，使振动台有微小振动（不要达到共振状态）。

从上位机观察电涡流实验模块的输出波形。

（注意不要达到共振，共振时，幅度过大，振动面可能会面传感器接触，容易损坏传感器）

图21-1

五、思考题：

1．有一个振动频率为10KHz的被测体需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流传感器或认为两者均可？

实验五集成温度传感器的温度特性实验

一、实验目的：

了解常用的集成温度传感器（AD590）基本原理、性能与应用。

二、实验仪器：

智能调节仪、PT100、AD590、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：

集成温度传感器AD590是把温敏器件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。

其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不足的是测温范围较小、使用环境有一定的限制。

AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，在一定温度下，相当于一个恒流源，一般用于－50℃－＋150℃之间温度测量。

温敏晶体管的集电极电流恒定时，晶体管的基极-发射极电压与温度成线性关系。

为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。

本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590，在一定温度下，相当于一个恒流源。

因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。

AD590的灵敏度（标定系数）为1A/K，只需要一种＋4V～＋30V电源（本实验仪用+5V），即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为传感器调理电路单元中R2=100Ω）即可实现电流到电压的转换，使用十分方便。

电流输出型比电压输出型的测量精度更高。

四、实验内容与步骤

1．重复实验二十六，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入集成温度传感器AD590。

2．将±15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。

温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。

3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节电位器Rw3使直流电压表显示为零。

4．拿掉短路线，按图27-1接线，并将AD590两端引线按插头颜色（一端红色，一端绿色）插入温度传感器实验模块中（红色对应a、绿色对应b）（a、b两端分别标有‘+’、‘-’）。

5．将R6两端接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。

6．改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。

直到温度升至1200C。

并将实验结果填入下表。

T（℃）

Uo2（V）

表27-1

五、实验报告

1．由表27-1记录的数据数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。

图27-1

实验六湿敏传感器实验

一、实验目的：

了解湿敏传感器的原理及应用范围。

二、实验仪器：

湿敏传感器、湿敏座、干燥剂、棉球（自备）。

三、实验原理：

湿度是指大气中水份的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法表示，湿度是指单位窨体积