《传感器技术与应用》实验讲义资料下载.pdf

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也就是说，要求传感器本身的噪声小，而且不易从外界引进干扰噪声。

（2）与灵敏度紧密相关的是量程范围。

当传感器的线性工作范围一定时，传感器的灵敏度越高，干扰噪声越大，则难以保证传感器的输入在线性区域内工作。

不言而喻，过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。

（3）如果被测量是一个向量，并且是一个单向量，就要求传感器单向灵敏度愈高愈好，而横向灵敏度愈低愈好；

如果被测量是二维或三维的向量，那么还应要求传感器的交叉灵敏度愈小愈好。

二、线性范围任何传感器都有一定的线性工作范围。

在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。

传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。

例如，机械式传感器中的测力弹性元件，其材料的弹性极限是决定测力量程的基本因素，当超出测力元件允许的弹性范围时，将产生非线性误差。

然而，对任何传感器，保证其绝对工作在线性区域内是不容易的。

在某些情况下，在许可限度内，也可以取其近似线性区域。

例如：

变间隙型的电容、电感式传感器，其工作区均选在初始间隙附近，而且必须考虑被测量变化范围，令其非线性误差在允许限度以内。

三、稳定性稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。

影响传感器稳定性的因素是时间与环境。

传感器技术与应用实验2为了保证稳定性，在选择传感器时，一般应注意两个问题。

其一，根据环境条件选择传感器。

例如，选择电阻应变式传感器时，应考虑到湿度会影响其绝缘性，温度会产生零漂，长期使用会产生蠕动现象等。

又如，对变极距型电容式传感器，因环境湿度的影响或油剂侵人间隙时，会改变电容器的介质。

光电传感器的感光表面有尘埃或水汽时，会改变感光性质。

其二，要创造或保持良好的环境，在要求传感器长期工作而不需经常地更换或校准的情况下，应对传感器的稳定性有严格的要求。

四、快速性传感器在其所测频率范围内，为保证不失真的测量条件，其输出响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。

一般物性型传感器（如利用光电效应、压电效应等的传感器），响应时问短，可工作频率宽，而结构型传感器，如电感、电容、磁电等传感器，因为受到结构特性的影响，往往由于机械系统惯性质量的限制，其固有频率低，影响到传感器的工作频率范围。

五、精确度传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的一致程度。

如前所述，传感器处于测试系统的输入端，因此，传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接的影响。

然而，在实际中也并非要求传感器的精确度愈高愈好，这还需要考虑到测量目的，同时还要考虑到经济性。

因为传感器的精度越高，其价格就越昂贵，所以应从实际出发来选择传感器。

六、测量方式传感器在实际条件下的工作方式，也是选择传感器时应考虑的重要因素。

例如，接触与非接触测量、破坏与非破坏性测量、在线与非在线测量等，条件不同，对测量方式的要求亦不同。

传感器技术与应用实验-3-1.2传感器实验仪简介CSY2000系列传感器与检测技术实验台，主要用于各大专院校开设的“自动检测技术”“传感器原理与技术”“工业自动化控制”“非电量电测技术”等课程的教学实验。

CSY2000系列传感器与检测技术实验台上是采用最新推出的模块化结构的产品。

希望通过实验能让学生加强对书本知识的理解，并在实验进行的过程中，通过信号的拾取、转换、分析掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。

一实验台的组成CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、传感器（基本型18个、增强型23个）、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等六部分组成。

（1）主控台部分，提供高稳定的15V、5V、2V4V6V8V10V、及2V24V可调四种直流稳压电源；

主控台面板上还装有电压、气压、频率、转速的3位半数显表及计时表。

音频信号源（音频振荡器）1KHZ10KHZ（可调）；

低频信号源（低频振荡器）1HZ30HZ（可调）；

气压源020kpa可调；

高精度温度转速两用仪表；

RS232计算机串行接口；

流量计；

漏电保护器；

其中电源、音频、低频均具有断路保护功能。

2V10V电源与其他电源、信号Fin、Vin部分，不共地。

如果与其他电源同时使用时应将其共地。

因断路无输出重新开机即可回复正常。

调节仪置内为温度调节、置外为转速调节。

（2）三源板：

装有振动台1HZ30HZ（可调）；

旋转源02400转/分（可调）；

加热源常温150（可调）。

（3）传感器：

基本型传感器包括：

电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、霍尔式转速传感器、磁电式传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。

（4）实验模块部分：

普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。

二使用方法

（1）开机前将转速调节旋钮调到中间位置，显示选择旋钮打到2V档，电压选择旋钮打到2V档，其余旋钮均打到中间位置，计时复位按钮在松开状态。

（2）将220V的电源线插头插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮，计时器指示为4个零，数字表显示0.000或0.000，电压指示灯亮，表示实验台电源工作正常。

传感器技术与应用实验4（3）每个实验前先阅读实验指导书，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线，检查无误后方可接通主电源。

（4）打开调节仪电源开关，调节仪表头PV显示测量值，SV显示设置值。

三注意事项

（1）在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。

（2）严禁将电源、信号源输出插座和地短接，时间长易造成电路元件损坏。

（3）严禁将主控箱上15V电源引入模块时接错。

（4）本实验台电源2V10V与电源15V不共地，所以在同时使用时应将共地。

（5）差动变压器的原边不能接直流电压。

（6）三源板上的电机电源不能超过12V。

（7）做振动实验时振动面板不要碰到传感器。

（8）本实验台应采用Pt100做温度标准值与主控箱面板相连（见色标）。

（9）打开调节仪电源开关后等其完成自启动后再做按键操作。

（10）实验完毕后，请将传感器以及电路模块放回原位。

（11）本实验台的各个部分是相配套使用的，请勿调换。

（12）在做实验前务必详细阅读实验指导书。

传感器技术与应用实验-5-2传感器的位移特性实验2.1差动变压器的位移特性一、实验目的：

了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：

差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、需用器件与单元：

差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、万用表。

四、实验步骤：

1、根据图11，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图11差动变压器电容传感器安装示意图传感器技术与应用实验62、在模块上按图12接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为45KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。

调节输出幅度为峰峰值Vp-p2V（可用示波器监测：

X轴为0.2ms/div）。

图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。

接线时，航空插头上的号码与之对应。

当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。

判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：

设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图32接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p2波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中

（1）、

（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。

3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表11，再人Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

图12双踪示波器与差动变压器连结示意图传感器技术与应用实验-7-4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。

根据表11画出Vop-pX曲线，作出量程为1mm、3mm灵敏度和非线性误差。

表11差动变压器位移X值与输出电压数据表V（mv）X（mm）五、思考题：

1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHZ的振动幅值，可以吗？

差动变压器测量频率的上限受什么影响？

2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？

2.2电容式传感器的位移特性一、实验目的：

了解电容式传感器结构及其特点。

利用平板电容CAd和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。

1、按图11安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验