传感器与检测技术指导书Word文件下载.docx
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接成直流电桥（R,、&
、R?
模块内已接好），接好电桥调零电位器R\vi，接上桥路电源±
4V（从主控台引入）如图1一2所示。
检査接线无误后，合上主控台电源开关。
调节Rwh使数显表显示为零。
图1一2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在电子称上放置一只誌码，读取数显表数值，依次增加磁码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）琏码加完。
记下实验结果填入表1一1,关闭电源。
重量（g）
电压（mv）
5、根据表1一1计算系统灵敏度S=AU/AW（AU输岀电压变化量，AW重呈:
变化量）和非线性误差九=Am/yF..sX100%式中4m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：
yF・s满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：
（1）正（受拉）应变片
（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。
二金属箔式应变片一一半桥性能实验
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解苴特点。
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输岀灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，英桥路输出电压UO2=EKe/20
同实验一。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
做实验
（一）的步骤2,实验模板差动放大器调
零。
2、根据图1一3接线。
RhK为实验模板左上方的应变片，注意R』应和Ri受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。
接入桥路电源±
4V,凋石电桥调零电位器Rwi进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1一2,计算灵敏度S2=U/W,非线性误差,2。
若实验时无数值显示说明&
与R,为相同受力状态应变片.应更换另一个应变丿h
接主揑箔接数•显表电源勒出Vi地
图1一3应变式传感器半桥实验接线图
表1一2半桥测量时，输岀电压与加负载重量值
MS
电压
五、思考题:
1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
（1）
对边
（2）邻边。
2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：
（1）电桥测量原理上存在非线性
（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
三金属箔式应变片一一全桥性能实验
了解全桥测量电路的优点。
全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值:
Ri=R2=R3=R4.其变化值ARl=AR2=AR3=AR4时，其桥路输出电压U（）3=KEeo其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。
三、需用器件和单元：
同实验一
1、传感器安装同实验一。
2、根据图1一4接线，实验方法与实验二相同。
将实验结果填入表1一3；
进行灵敏度和非线性误差计算。
1一4全桥性能实验接线图
表1一3全桥输出电压与加负载重量值
重量
1、全桥测量中，当两组对边（R】、R）为对边）电阻值R相同时，即Ri=Rs,R2=Ra而RiHR?
时，是否可以组成全桥：
（1）可以
（2）不可以。
2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
实验二霍尔式传感器的特性实验
一直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
—、实验目的：
了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理：
根据霍尔效应，霍尔电势Uh=KhIB,当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。
霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元。
1、将霍尔传感器按图2—1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图2—2进
行。
1、3为电源±
4V,2.4为输出。
2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节Rwi使数显表指
图2-1霍尔传感器安装示意图
图2-2霍尔传感器位移一一直流激励实验接线图
1、微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表2—1。
表2-1
X（mm）
V（mv）
作出v-x曲线，计算不同线性范用时的灵敏度和非线性误差。
一、考题:
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?
二交流激励时霍尔式传感器的位移实验
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。
1、传感器安装同实验十六，实验模板上连线见图2—3。
腔尔实验棋根移相、相敏、低通模扳
图2-3交流激励时霍尔传感器位移实验接线图
2、调节音频振动器频率和幅度旋钮，从Lv输出，用示波器测量使电压输出频率为lKHz,电压峰一峰值为接上交流电源，激励电压从音频输岀端Lv输岀频率1KH”幅值为4V峰一稣值（注意电压过大会烧坏霍尔元件）。
1/1
3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器Rwi、R\v2使显示为零。
4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器RW和相敏检波电位器RW,使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。
5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表2—2o
表2-2交流激励时输出电压和位移数据
X
（mm）
6、根据表2—2作岀V—X曲线，计算不同量程时的非线性误差。
利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？
三霍尔测速实验
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原于里：
利用霍尔效应表达式：
Uh=KhIB,当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
霍尔转速传感器、直流源+5V、转动源2—24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。
1、根据图3—4,将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内的
磁钢。
图3—4霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图
2、将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。
3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。
4、将转速调节中的+2V-24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。
5、将数显单元上的开关拨到转速档。
6、调节转速调肖电压使转动速度变化。
观察数显表转速显示的变化。
1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？
2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢?
实验三压电式传感器实验
一压电式传感器测振动实验
了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）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晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表而电荷。
振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
1、压电传感器已装在振动台而上。
2、将低频振荡器信号接入到台而三源板振动源的激励源插孔。
3—1压
电式传感器性能实验接线图
观察示波器波形。
5、改变低频振荡器的频率，观察输岀波形变化。
二磁电式转速传感器测速实验
了解磁电式测量转速的原理。
基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：
e=-N®
:
.变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周
dt
线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量
转速。
磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2-
24Ve
1、磁电式转速传感器按图3—4安装传感器端而离转动盘而2mm左右。
将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孑L。
（磁电式传感器两输岀插头插入台而板上二个插孔）
2、将显示开关选择转速测量档。
3、将转速电源2-24V用引线引入到台而板上24V插孔，合上主控箱电开关。
使转速电机带动转盘族转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。
五、思考题：
为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？
一电涡流传感器位移实验
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
接主拴箱电源输出
4-15V
接主控箱数.«
.农
图4一1电涡流传感器安装示意图
图4-2电涡流传感器位移实验接线图
2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。
4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
5、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。
数显表量程切换开关选择电压20V档。
。
6、用连结导线从主控台接入15VM流电源接到模板上标有+15V的插孔中。
7、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输岀几乎不变为止。
将结果列入表4—1O
表4一1电涡流传感器位移X与输岀电压数据
V（v）
8、根据表4一1数据，画岀V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测虽:
时的最佳工作点，试讣算虽:
程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±
5mm的量程应如何设汁传感器？
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。
二被测体材质对电涡流传感器特性影响
了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。
除与实验二十五相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。
1、传感器安装与实验二十五相同。
2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。
3、重复实验二十五步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，
分别记入表4一2和表4—3o
表4一2被测体为铝圆片时的位移为输岀电压数据
表4—3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据
4、根据表4一2和表4一3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误
差（线性度）。
5、分别比较实验二十五和本实验所得结果进行小结。
当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试?
三被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验
了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。
电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标左。
宜流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同形状铝被测体二个、数显单元。
1、传感器安装见图4一1,与前而静态特性实验相同。
2、按照测静态特性实验要求连接好测疑线路。
3、在测微头上分别用三种不同的被测铝圆盘进行电涡位移特性测泄，分别记入表4—5。
表6-5不同尺寸时的被测体特性数据
X（min）
被测体1
被测体2
4、根据表4一5数据计•算目前范围内三种被测体1号、2号的灵敏度、并说明理由。
目前现有一个直径为10mm的电涡流传感器，需对一个轴直径为8mm的振动进行测量？
试说明具体的测试方法与操作步骤。
实验五电容式传感器位移实验
了解电容式传感器结构及其特点。
利用平板电容C=eA/d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5-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别Cx】和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输岀。
不然得调换接头。
一般接线：
二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。
2、将电容传感器电容G和G的静片接线分别插入电容传感器实验模板
图5-1电容传感器位移实验接线图
1、将电容传感器实验模板的输出端V“与数显表单元M相接（插入主控箱V.
孔），Rw调节到中间位置。
2、接入±
15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm
记下位移X与输出电压值.填入表5—1。
表5-1电容传感器位移与输出电压值
X（mm）
3、根据表5—1数据讣算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差
试设讣利用£
的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？
能否叙述一下在设计
中应考虑哪些因素?
实验六差动变压器的性能、特性测量实验
-差动变压器的性能实验
了解差动变压器的工作原理和特性。
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（同划端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
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。
1、根据图6-1,将差动变压器装在差动变圧器实验模板上。
图6-1差动变圧器电容传感器安装示意图
2、在模块上按图6-2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4-5KHZ（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V（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久端，按图2-2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，当次级波形输岀幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（L\，•音频信号Vp-p=2v波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同爼端是正确的，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一峰值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从示波器上读出输岀电压Vp・p值，填入
下表2-L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6-2双踪示波器与差动变压器连结示意图
4、实验过程中注意差动变压器输岀的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。
根据表6—1画出Vop-p—X曲线，作出量程为±
lmm、±
3mm灵敏度和非线性误差。
表（6-1）差动变压器位移X值与输出电压数据表
X（mni）
1、用差动变压器测呈较髙频率的振幅，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？
3、移相器的电路原理图如图6—7,试分析其工作原理？
4、相敏检波器的电路原理图如图6-8,试分析其工作原理？
二激励频率对差动变压器特性的影响
了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。
差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：
表示，式中Lp、Rp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、（J为激励电压和频率，M2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若Rp2>
（・）2Lp2,则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当g）2Lp2>
>
Rp2时输出Uo与s无关，当然3过髙会使线圈寄生电容增大，对性能稳左不利。
fr_峯竹;
T韜潇雜坛学兀:
与实验六相同。
四、实验步骤：
1、差动变压器安装同实验六。
接线图同实验六。
2、选择音频信号输出频率为lKHz，Vp-p=2Va从Lv输出，（可用主控箱的数显表频率档显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节R观、Rw2使输出变得更小，
3、用示波器监视第二通道，旋动测微头，向左（或右）族到离中心位置2.50mm处，有较大的输出。
将测试结果记入表6—2。
4、分别改变激励频率从1KHZ一一9KHz，幅值不变，将测试结果记入表6—
表2-2不同激励频率时输出电压的关系。
F（Hz）
lKHz
2KHz
3KHz
4KHz
5KHz
6KHz
7KHz
8KHz
9KHz
V（Xv）
5、作出幅频特性曲线.
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