测试与传感技术实验指导书全文Word文档格式.docx
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电感传感器应用（接近开关）
热电传感器应用（温度测量与控制）霍耳传感器应用（转速、计数测量）光电传感器应用（转速、计数测量）光纤传感器应用（位移测量）3
实验一电阻应变传感器应用1（静态载荷测量）
一、实验目的
1．认识电阻应变片的类型、组成与结构；
2．掌握单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的连接；
3．验证电阻应变片电桥加减特性；
4．了解静态电阻应变仪的使用。
二、实验器件
序号1234567名称YJ-31型静态电阻应变仪YD-28A型动态电阻应变仪等强度悬臂梁式电阻应变传感器标准砝码（1Kg/个）标准电阻（120某2）起子数字万用表数量1114111主要仪器简介
1．等强度悬臂梁式电阻应变传感器的结构，见图1-1。
R1（R2）R3（R4）R补图1-1传感器
4
图1-2电桥电路
2．YJ-31型静态电阻应变仪
YJ-31型静态电阻应变仪主要用于实验应力分析及静态强度研究中测量结构及材料任意点的应变，其主要特点是将应变仪与平衡箱二者合为一体。
1）仪表各部分功能说明
（1）灵敏度电位器：
根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变灵敏系数一致。
如灵敏系数为2时，标定值为-10000με。
（2）调零电位器：
当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器使仪器显示为0000或-0000。
（3）本机切换开关：
在本机测量时开关置“本机”状态，当10点测量时开关置开关置切换状态。
（4）10点转换开关：
当开关置“1”状态，表示第“1”点测量；
当开关置“2”状态，表示第“2”测量。
依次类推。
可测量“10”点。
当开关置“切换”状态可与外接预调平衡箱相连并测试。
2）仪表操作说明
（1）在半桥测量时将D1、D、D2接线柱用金属连接片连接起来并旋紧。
（2）将标准电阻分别与主机A、B、C接线柱相连。
仪表电桥电路见图1-2。
（3）接通电源开关。
（4）按下“基零”键仪表显示“0000”或“-0000”（仪表内部已调好）。
（5）按下“测量”键，显示测量值，将测量值调到“0000”或“-0000”。
（6）按下“标定”键，仪表显示-10000附近值（内部已调好）。
（7）将“本机、切换”开关置“切换”状态。
（8）进行多点测量时，将被测量应变片分别与对应通道的A、B、C接线柱相连，而主机的A、B、C接线柱上的标准电阻去掉。
三、实验内容与操作步骤
（一）认识电阻应变片
电阻应变片由基底、敏感栅、盖片和引线等部分组成，见图1-3和图1-4。
图1-3金属丝式电阻应变片
5
图1-4箔式电阻应变片
观察等强度悬臂梁式电阻应变传感器上的电阻应变片及其粘贴、布置，用万用表测量电阻应变片的电阻值为：
_____________Ω。
（二）单臂半桥测量
1．关闭应变仪电源。
将D1、D、D2接线柱用金属片短接；
将托盘悬挂在悬梁臂上。
2．按图1-5接线。
将应变片R1接到1通道的A、B端点，将应变片R补接到1通道的B、C端点（R1是受力应变片，称为工作片；
R补是不受力应变片，称为补偿片）。
图1-5单臂半桥接线图
3．检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上）。
4．调零：
用起子调节1通道的调零按钮，使显示屏的指示值为零（可能由于干扰误差，调整时显示值不为零，应尽可能使其接近于零）。
5．加载：
将1个标准砝码轻轻的放到托盘上。
6．读数：
待托盘稳定后读取显示屏的数值并记录到表1-1中。
7．继续往托盘上加砝码，每加一个，待托盘稳定后读取数值并记录到表1中，累计加载4个砝码。
8．卸载：
逐个从托盘上去掉砝码，每去一个，待托盘稳定后读取数值并记录到表1-1中，直到去完为止。
表1-1单臂半桥测量数据应变值（με）载荷（Kg）01234正行程（加载）反行程（卸载）9．关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。
6
（三）双臂半桥测量
1．按图1-6接线，将应变片R1接到1通道的A、B端点，将应变片R2接到1通道的B、C端点。
图1-6双臂异号半桥接线图
2．检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上）。
3．按单臂半桥测量步骤4—步骤8进行操作，将实验数据记录到表1-2中。
表1-2双臂异号半桥测量数据0应变值（με）载荷（Kg）1234正行程（加载）反行程（卸载）4．关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。
5．按图1-7接线，将应变片R1接到1通道的A，B端点，将应变片R3接到1通道的B，C端点。
图1-7双臂同号半桥接线图
7
6．检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上）。
7．按单臂半桥测量步骤4—步骤8进行操作，将实验数据记录到表1-3中。
表1-3双臂同号半桥测量数据应变值（με）载荷（Kg）01234正行程（加载）反行程（卸载）8．关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。
（四）四臂全桥测量
1．将D1、D、D2之间的金属片去掉。
2．按图1-8接线，将应变片R1接到1通道的A、B端点，将应变片R2接到1通道的B、C端点，将应变片R3接到C、D端点，将应变片R4接到D、A端点。
图1-8四臂全桥接线图
4．按单臂半桥测量步骤4—步骤8进行操作，将实验数据记录到表1-4中。
表1-4四臂全桥测量数据应变值（με）载荷（Kg）01234正行程（加载）反行程（卸载）5．关掉应变仪电源；
从电桥盒上去掉应变片。
8
四、实验思考题
将实验数据填入表1-5中。
表1-5实验数据记录表
电桥类型输入（Kg）输出（με）01234正行程（加载）单臂半桥反行程（卸载）双臂异号半桥双臂同号半桥正行程（加载）反行程（卸载）正行程（加载）反行程（卸载）正行程（加载）四臂全桥反行程（卸载）1．接完每一种电桥，加载前为什么要调零？
2．根据表中所记录的测量数据画出单臂半桥、双臂异号半桥、四臂全桥输入-输出曲线（正行程，加载-卸载分别画）。
从各个曲线特点可得到哪些结论？
3．从实验测量数据分析电桥的输出特性，得到电桥加减特性结论。
4．实验测量数据与理论值存在差异，请问误差产生的原因是什么？
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实验二电阻应变传感器应用2（动态载荷测量）
1．掌握动态压力测量的方法及系统组成；
2．了解动态应变仪、数字存储示波器的使用方法。
YD-28型动态电阻应变仪、等强度悬臂梁式电阻应变传感器（图2-1）、DS5042M数字存储示波器、计算机、PCI-1710数据采集卡、测控实验箱
ZCY－Ⅱ型综合传感器实验仪。
所需单元和部件：
磁电式传感器、压电式传感器、电压放大器、差动放大器、V/F表、低通滤波器、低频振荡器。
R1（R2）R3（R4）R补F图2-1等强度悬臂梁式电阻应变传感器
1．关闭应变仪电源，按图2-2将应变片接到应变仪的电桥盒上，组成四臂全桥。
2．按图2-3利用数字存储示波器构成动态力测量系统：
将动态应变仪的电压输出接数字存储示波器的1通道。
3．按下“总调零”按钮调零。
4．给应变传感器加动态载荷，通过数字示波器观察动态力测量曲线并保存曲线。
5．按图2-4利用计算机构成动态力测量系统：
将动态应变仪的电压输出接到计算机中的数据采集卡的1通道。
6．按下“总调零”按钮调零。
7．给应变传感器加动态载荷，通过计算机观察动态力测量曲线并保存曲线。
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图2-2电桥电路
动态力电阻应变传感器电桥动态电阻应变仪数字存储示波器曲线图2-3动态力测量系统1
电阻应变传感器动态电阻应变仪数据采集卡动态力电桥计算机曲线图2-4动态力测量系统2
如何从实验曲线判断某一瞬间力的大小？
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实验三电容传感器应用（位移测量）
1．了解差动变面积式电容传感器的结构和工作原理；
2．使用差动变面积式电容传感器进行位移测量。
电容变换器、差动放大器、低通滤波器、V/F表、测微器。
1．观察差动变面积式电容传感器的结构，如图3-1（a）所示。
图3-1位移测量实验线路
2．ZCY－Ⅱ型综合传感器实验仪旋钮的初始位置：
差动放大器增益旋钮置于中间，V/F表置于V表20V档。
3．转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于（目测）水平位置，见示意图3-1（a），再向上转动5mm，使梁的自由端往上位移（这时电容片的一组动片一般处于上组定片的中间）。
4．根据图3-1（b）的电路结构，将电容片的动片和上下两组定片，与电容变换器、差动放大器、低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。
5．顺时针转动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和定片的相对位置（改变覆盖面积）。
每转1圈（位移0.5mm），记一个电压数值，填入下表。
某（mm）V（mv）四、实验思考题
根据所得数据作出V-某关系曲线。
分析差动变面积式电容传感器位移测量特点。
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实验四电感传感器应用（接近开关）
1．了解电感传感器的结构和工作原理；
2．利用电感接近开关组成控制系统。
计算机、电感接近开关、继电器（DC24V）、红绿指示灯（DC24V）、直流稳压电源（DC24V）、导线、起子等。
三、实验内容与操作步骤
（一）电感传感器的结构认识
差动变压器传感器如图4-1所示，电涡流传感器如图4-2所示，电感接近开关如图4-3所示。
图4-1差动变压器传感器结构图图4-2电涡流传感器结构图
图4-3电感接近开关结构图
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（二）电感接近开关控制系统
1．电感接近开关控制原理如图4-4所示。
电感接近开关兰线图4-4电感接近开关控制原理图黑线棕线被测金属物7648红灯常开+
6常闭2DC24V
绿灯-
2．接线：
按图4-5所示，将电感接近开关、继电器、指示灯、直流电源等连成开关控制系统，以控制指示灯的亮和灭。
（继电器的6和4端点、5和3端点组成2对常开开关，6和2端点、5和1端点组成2对常闭开关）
继电器棕线7黑线8兰线红灯642绿灯531+DC24V-电感接近开关图4-5电感接近开关控制接线图
3．接好线检查无误后，接通电源开关，此时绿灯亮。
4．将金属物靠近电感接近开关的探测端面，观察红/绿指示灯的亮灭情况：
__________________________________________________________________。
1．被测金属物的材质、被测金属物与电涡流探头端面的距离对检测有何影响？
2．电感接近开关是如何实现控制的？
画出电路图说明。
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实验五热电传感器应用（温度测量与控制）
1．了解热电偶、热电阻、热敏电阻等热电传感器的结构及测温原理；
2．利用热电传感器、温度测控仪表等组成温度测量与控制系统；
3．了解温度变送器、温度测控仪表的使用。
镍锘-镍硅（K型）热电偶、Pt100热电阻、CU50热电阻热敏电阻、热电阻温度变送器、热电偶温度变送器、数字万用表、温度显示控制仪、某MT3000A智能仪器、直流稳压电源、指示灯、电炉、水容器等。
（一）热电传感器结构与测温原理（演示实验）1．热电阻测温原理
观察热电阻Pt100、铜电阻Cu50的结构，如图5-1所示。
图5-1热电阻
用铂热电阻与数字万用表组成测量系统，如图5-2所示。
Ω数字万用表（Ω）Rt
图5-2热电阻测温原理系统图
当铂热电阻在室温下，用数字万用表测量的电阻值R1=_______Ω，对应的测量温度t1=_______℃；
将热电阻放在通电的电炉上方某一位置加热数分钟后，测得其电阻值
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变换器的输出电压值，填入表8-1（测50—100个值）。
图8-2光纤位移测量接线图1
表8-1光纤位移测量输入位移某-输出电压数据记录表
千分尺读数（mm）输出电压（V）千分尺读数（mm）输出电压（V）千分尺读数（mm）输出电压（V）千分尺读数（mm）输出电压（V）千分尺读数（mm）输出电压（V）千分尺读数（mm）输出电压（V）
（二）计算机记录、处理实验数据
1．检查光纤传感器安装情况,确保光纤探头装入水平位移架内,并装到底；
2．检查反光膜是否粘贴完整,膜表面是否清洁平整,否则重新更换反光膜；
3．将V/F表置于V表20V档，光纤变换器增益旋钮置于中间或较小位置；
4．将光纤变换器的电压输出端V-OUT与实验仪面板上的直流电压表输入端IN相连,将光纤变换器的接地端与直流电压表的接地端相连，如图8-2所示。
5．再将光纤变换器的电压输出端V-OUT与数据采集器的CH1端相连,将光纤变换器的接地端与数据采集器的接地端相连，将数据采集器的微机接口与计算机的串口1相连，如图8-3所示。
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V-OUTCH1计算机串口1微机接口数据采集器图8-3光纤位移测量接线图2
光纤变换器6．接通光纤变换器、数据采集器电源；
按下采样按钮。
7．转动水平千分尺至零位置，此时电压表输出值最小（小于1V最好，也可调整增益旋钮来达到）；
8．打开计算机，进入Win98，启动综合传感器实验系统。
9．在主界面中，单击界面左边的“新做实验”快捷键，或在“文件”菜单中，选择“新做实验”菜单项，打开相应对话框，在其中填入姓名、班级，然后进入“选择实验”的对话框，选择欲进行的实验：
“四一光纤传感器的位移测量”，单击“完成”按钮后即进入实验四一的实验界面，如图8-4所示。
图8-4综合传感器实验系统
1）标题栏：
显示实验名称：
“实验四一、光纤传感器的位移测量”。
2）提示框：
对本实验的实验内容进行简单的提示或说明。
3）采样设置说明区（右上角）：
显示本实验的采样设置情况。
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4）数据显示区（采样设置说明区的下方）：
该区域内显示采样板传递到PC机的电压值。
5）输入间隔：
不同的实验有不同的缺省值（本实验为0.02）。
间隔可调：
以一定间隔递增或递减，或手工输入。
输入间隔的作用：
控制数据表的数据（第一行数据）以所选间隔递增。
6）数据表：
表的第一列是表头；
表中数据自动以设置的输入间隔等间隔输入。
单击数据读入按钮，数据显示区的数据即写入数据表，同时光标跳到后一列的第一行，等待写入新的数据。
表中的数据亦可手工输入或修改（本实验位移某第1列改为0）。
7）数据读入[R]：
单击该按钮一次，数据显示区的数据写入数据表。
表的长度自动增加。
8）数据处理[D]：
单击该按钮，将按照菜单项“数据处理”所选内容，依据数据表中的数据进行数据处理，并显示相关结果。
10．执行菜单“数据处理”，在“数据处理选项”对话框选择“实验曲线”、“最大值”、“最小值”等，然后单击“确定”按钮。
11．转动水平千分尺,每0.1mm位移间隔（千分尺转10格），单击“数据读入”按钮，进行一次实验数据的采集。
12．采样50—100个值后，单击“数据处理”按钮，显示位移测量曲线，如图8-5所示。
图8-5光纤位移测量曲线
作出光纤位移测量的V—某关系曲线，从测量曲线可得到什么结论？
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