CSYB型传感器实验台指导书学生用Word文件下载.docx
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2.06，精度2%）
1.2称重传感器（标准商用双孔悬臂梁结构，量程0~500g，精度2%）
1.3MPX扩散硅压阻式压力传感器（差压式，量程0~50KP，精度3%）
1.4半导体应变传感器（BY350，工作片2片，应变系数120）
1.5标准K分度热电偶，（量程0~800℃，精度3%）
1.6标准E分度热电偶，（量程0~800℃，精度3%）
1.7MF型半导体热敏传感器（负温度系数，25℃时电阻值10K）
1.8Pt100铂热电阻（量程0~800℃，精度5%）
1.9半导体温敏二极管（精度5%）
1.10集成温度传感器（电流型，精度2%）
1.11光敏电阻传感器（cds器件，光电阻≥2MΩ.
1.12光电转速传感器（近红外发射-接收量程0~2400转/分）
1.13光纤位移传感器（多模光强型，量程≥2mm,在其线性工作范围内精度5%）
1.14热释电红外传感器（光谱响应7~15μm，光频响应0.5~10HZ）。
1.16磁电式传感器（动铁与线圈）
1.18湿敏电容传感器（高分子材料，工作范围5~95%RH）
1.20电感式传感器（差动变压器，量程±
5mm,精度5%）
1.21压电加速度传感器（PZT压电陶瓷与质量块。
工作范围5~30HZ）
1.22电涡流传感器（线性工作范围1mm,精度3%）
1.23电容传感器（同轴式差动变面积电容，工作范围±
3mm,精度2%）
1.24力平衡传感器（综合传感器系统）
主机配置：
2.1直流稳压电源：
（传感器工作直流激励源与实验模块工作电源）
+2V~+10V分五档输出，最大输出电流1.5A
+15V（±
12V）、最大输出电流1.5A；
激光器电源。
2.2音频信号源：
（传感器工作交流激励源）
0.4KHz-10KHz输出连续可调，最大Vp-p值20V。
00、1800端口反相输出
00、LV端口功率输出，最大输出电流1.5A
1800端口电压输出，最大输出功率300mw
2.3低频信号源：
（供主机位移平台与双平行悬臂梁振动激励，实现传感器动态测试）
1Hz~30Hz输出，连续可调，最大输出电流1.5A，最大Vp-p值20V，激振I（双平行悬臂梁）、激振II（圆形位移平台）的振动源。
转换钮子开关的作用：
（请特别注意）当倒向V0侧时，低频信号源正常使用，V0端输出低频信号，倒向Vi侧时，断开低频信号电路，V0端无低频信号输出，停止激振Ⅰ、Ⅱ的激励。
Vi作为电流放大器的信号输入端，输出端仍为V0端。
激振不工作时激振选择开关应位于置中位置。
2.4温控电加热源：
（温度传感器加热源）
由E分度热电偶控温的300W电加热炉，最高控制炉温400℃，实验控温≤200℃。
交流220V插口提供电炉加热电源，作为温度传感器热源、及热电偶测温、标定和传感器温度效应的温度源等。
2.5旋转源：
（光电、电涡流传感器测转速之用）
低噪声旋转电机，转速0-2400转/分，连续可调。
（特别注意：
电机不工作时纽子开关应置于“关”，否则直流稳压电源-2V会无输出）。
2.6气压源：
（提供压力传感器气压源）
电动气泵，气压输出≤20KP，连续可调。
手动加压气囊：
可加压至满量程40KP，通过减压阀调节气压值。
仪表显示部分：
3.1电压/频率表：
31/2位数字表、电压显示分0~2V、0~20V两档；
频率显示分0~2KHz、0~20KHz两档，灵敏度≤50mv。
3.2数字式温度表：
（E分度）
温度显示：
0-800℃（用其他热电偶测温时应查对相应的热电偶分度表）。
3.3气压表：
0-40KP（0-300mmHg）显示。
计算机通信与数据采集：
4.1通信接口：
标准RS232口，提供实验台与计算机通信接口。
4.2数据采集卡：
12位A/D转换，采集卡信号输入端为电压/频率表的“IN”端，采集卡频率输入端为“转速信号入”口。
磁电式、压电加速度、半导体应变（2片）、金属箔式应变（工作片4片，温度补偿片2片）、衍射光栅（增强型）。
双平行悬臂梁旁的支柱安装有螺旋测微仪，可带动悬臂梁上下位移。
圆形位移（振动）平台旁的支架可安装电感、电容、霍尔、光纤、电涡流等传感器探头，在平台振动时进行动态实验。
实验台主机与实验模块的连接线采用了高可靠性的防脱落插座及插头。
实验连接线均用灯笼状的插头及配套的插座，接触可靠，防旋防松脱，并可在使用日久断线后重新修复（特别注意：
在本型仪器上请勿同时使用旧型号的可锁紧连接线，以免损坏新型连接线及造成插座松动）。
实验桌的传感器模块柜平时放置实验模块，抽屉中可放置传感器探头与配件。
实验操作须知：
1、使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动机构的工作范围做到心中有数。
主机面板上的纽子开关都应选择好正确的倒向。
2、了解测试系统的基本组成：
合适的信号激励源→传感器→处理电路（传感器状态调节机构）→仪表显示（数据采集或图象显示）
3、实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，主机与实验模块的直流电源连接线插头与插座连接时尤要注意标志端对准后插入，如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。
4、实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，使用时应避免摇晃。
为延长使用寿命，操作时请捏住插头连接叠插。
5、实验指导中的“注意事项”不可忽略。
传感器的激励信号不准随意加大，否则可能会造成传感器永久性的损坏。
6、本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。
限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。
7、本仪器的工作环境温度≤40℃，需防尘。
实验一金属箔式应变计性能——应变电桥
实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、测试应变梁变形的应变输出。
3、比较各桥路间的输出关系。
实验原理：
本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。
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，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，
。
实验所需部件：
直流稳压电源+4V、应变式传感器实验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表
实验步骤：
1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“—”输入端对地用实验线短路。
输出端接电压表2V档。
开启主机电源，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，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为模块上的固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。
将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。
3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。
调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。
4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表：
位移mm
电压V
根据表中所测数据在坐标图上做出V—X曲线，计算灵敏度S：
S=
注意事项：
1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。
2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。
3、做单臂电桥实验时，由于应变片的零飘和蠕变现象的客观存在，桥路中的三个精密电阻与应变片的零飘值一致的可能性很小，如果没有采用补偿的话，单臂电桥测试电路必然会出现输出电压漂移现象，这是真实地反映了应变片的特性，但是只要采用了半桥或全桥测试电路，系统就会非常稳定，这是因为同一批次的应变片的飘移和蠕变特性相近，接成半桥和全桥形式后根据桥路的加减特性就起到了非常好的补偿作用，这也是应变片在实际应用中无一例外地采用全桥（或半桥）测试电路的原因。
4、因为是小信号测试，所以调零后电压表应置2V档，实验中要尽量避免外界信号干扰。
实验二金属箔式应变计三种桥路性能比较
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、△2R/R、4△R/R。
根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于
·
E·
∑·
∑R，电桥灵敏度Ku=V/△R/R，于是对于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。
由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
实验所需部件：
直流稳压电源（+4V）、应变式传感器实验模块、贴于悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。
1、在完成实验一的基础上，依次将图
（1）中的固定电阻R1，换接应变计组成半桥、将固定电阻R2、R3，换接应变计组成全桥。
2、重复实验一中实验3-4步骤，完成半桥与全桥测试实验。
3、在同一坐标上描出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
应变计接入桥路时，要注意应变计的受力方向，一定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。
实验三双孔悬臂梁应变传感器——称重实验
本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，灵敏度高，性能稳定，四个特性相同的应变片贴在如图所示位置，弹性体的结构决定了R1和R3、R2和R4的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。
（弹性体中间上下两片为温度补偿片）
当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：
直流稳压电源、应变式传感器实验模块、双孔悬臂梁称重传感器，称重砝码（20克/个）、数字电压表。
1、观察称重传感器弹性体结构及贴片位置，连接主机与实验模块的电源连接线，按照实验一、二的方法连接测试系统，开启主机电源，调节电桥WD调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。
2、逐一将砝码放上传感器称重平台，调节增益电位器，使V0端输出电压与所称重量成一比例关系，记录W（克）与V（mv）的对应值，并填入下表：
W（克）
V（mv）
3、记录W与V值，并做出V-W曲线，进行灵敏度、线性度与重复性的比较。
4、与双平行悬臂梁组成的全桥进行性能比较。
称重传感器的激励电压请勿随意提高。
注意保护传感器的引线及应变片使之不受损伤。
实验四温度传感器—热电偶测温实验
由两根不同质的导体熔接而成的闭合回路叫做热电回路，当其两端处于不同温度时则回路中产生一定的电流，这表明电路中有电势产生，此电势即为热电势。
（图10）
图中T为热端，To为冷端，热电势Et=
本实验中选用两种热电偶镍铬—镍硅（K分度）和镍铬—铜镍（E分度）。
K（也可选用其他分度号的热电偶）、E分度热电偶、温控电加热炉、温度传感器实验模块、
位数字电压表（自备）
1、观察热电偶结构（可旋开热电偶保护外套），了解温控电加热器工作原理。
温控器：
作为热源的温度指示、控制、定温之用。
温度调节方式为时间比例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。
温度设定：
拨动开关拨向“设定”位，调节设定电位器，仪表显示的温度值℃随之变化，调节至实验所需的温度时停止。
然后将拨动开关扳向“测量”侧，（注：
首次设定温度不应过高，以免热惯性造成加热炉温度过冲）。
2、首先将温度设定在50℃左右，打开加热开关，（加热电炉电源插头插入主机加热电源出插座），热电偶插入电加热炉内，K分度热电偶为标准热电偶，冷端接“测试”端，E分度热电偶接“温控”端，注意热电偶极性不能接反，而且不能断偶，
位万用表置200mv档，当钮子开关倒向“温控”时测E分度热电偶的热电势，并记录电炉温度与热电势E的关系。
3、因为热电偶冷端温度不为0℃，则需对所测的热电势值进行修正
E（T，To）=E（T,t1）+E（T1,T0）
实际电动势＝测量所得电势＋温度修正电势
查阅热电偶分度表，上述测量与计算结果对照。
4、继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃、130℃和150℃，重复上述实验，观察热电偶的测温性能。
加热炉温度请勿超过200℃，当加热开始，热电偶一定要插入炉内，否则炉温会失控，同样做其它温度实验时也需用热电偶来控制加热炉温度。
因为温控仪表为E分度，加热炉的温度就必须由E分度热电偶来控制，E分度热电偶必须接在面板的“温控”端。
所以当钮子开关倒向“测试”方接入K分度热电偶时，数字温度表显示的温度并非为加热炉内的温度。
实验五温度传感器——铂热电阻
pt100铂热电阻的电阻值在0℃时为100Ω，测温范围一般为-200~650℃，铂热电阻的阻值与温度的关系近似线性，当温度在0℃≤T≤650℃时，RT=R0（1+AT+BT2）
式中RT——铂热电阻T℃时的电阻值
RO——铂热电阻在0℃时的电阻值
A——系数（=3.96847×
10-31/℃）
B——系数（＝-5.847×
10-71/℃2）
将铂热电阻作为桥路中的一部分在温度变化时电桥失衡便可测得相应电路的输出电压变化值。
铂热电阻（Pt100）、加热炉、温控器、温度传感器实验模块、数字电压表、水银温度计或半导体点温计（自备）
1、观察已置于加热炉顶部的铂热电阻，连接主机与实验模块的电源线及传感器与模块处理电路接口，铂热电阻电路输出端VO接电压表，温度计置于热电阻旁感受相同的温度。
2、开启主机电源，调节铂热电阻电路调零旋钮，使输出电压为零，电路增益适中，由于铂电阻通过电流时产生自热其电阻值要发生变化，因此电路有一个稳定过程。
3、开启加热炉，设定加热炉温度为≤100℃，观察随炉温上升铂电阻的阻值变化及输出电压变化，（实验时主机温度表上显示的温度值是加热炉的炉内温度，并非是加热炉顶端传感器感受到的温度）。
并记录数据填入下表：
℃
VO（mv）
做出V-T曲线，观察其工作线性范围。
加热器温度一定不能过高，以免损坏传感器的包装。
实验六差动变压器的振动测量
了解差动变压器的实际运用情况。
差动变压器、音频信号源、电感传感器实验模块、公共电路实验模块、电压/频率表、示波器、振动平台
1、将模块单元上的电感传感器拆下安装在主机振动平台旁的支架上，铁心安装在振动圆盘的固定螺丝上，仔细调节，使之能自由振荡，电感连接线不够长可串接。
按实验二十三系统接线并调整输出电压为零
2、激振选择开关倒向“激振I”，开启主机电源，调节低频信号源，使铁芯在振动台的带动下在线圈中上下振动。
3、维持低频信号源输出信号幅值不变，改变振荡频率从5Hz~30Hz（用频率表监控低频VO端），示波器观察低通滤波的输出，将各激振频率下Vp-p值记入下表：
F（Hz）
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
18
20
22
24
26
30
V0p-p
作出V-F曲线，指出安装平台的悬臂梁的自振频率。
仪器中上、下两副悬臂梁因尺寸不同，所以固有振动频率不是一样的。
电感线圈的位置可根据实验需要调节螺杆稍上下位置，以静止时铁心置于线圈中间位置为好。
实验七差动变压器的应用——电子秤
差动变压器、电感传感器实验模块、公共电路实验模块、电压表、振动平台、砝码、示波器
1、按实验二十四装配与接线，将系统输出电压调节为零，低通滤波器输出接电压表2V挡。
2、将所有砝码放上振动平台，调节差动放大器增益，使输出电压与所称重量成一比例关系。
3、分别依次取走砝码和重新堆上砝码，将所称重量与输出电压值记入下表：
W克
V0
作出V-W曲，并在取走砝码后在平台放一不知重量之物品，根据曲线坐标值大致求出此物重量。
由于悬臂梁的机械弹性滞后，此电子秤的重复性不一定太好。
实验八电感传感器—差动螺管式传感器位移测量
差动螺管式电感传感器由电感线圈的二个次级线圈反相串接而成，工作在自感基础上，由于衔铁在线圈中位置的变化使二个线圈的电感量发生变化，包括两个线圈在内组成的电桥电路的输出电压信号因而发生相应变化。
差动变压器二组次级线圈、音频信号源、公共电路实验模块、电感传感器实验模块、电压表、示波器、测微仪
1、连接主机与实验模块电源线，按图组成测试系统，模块上的两个次级线圈必须接成差动状态，差动放大器增益不要太大，具体调节注意点可参照实验二十三。
2、旋动测微仪使衔铁居中线圈，此时LO′=LO″，系统输出为零。
3、当衔铁在线圈中前后位移时，LO′≠LO″，电桥失衡，输出电压信号的大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁位移方向有关，衔铁向左和向右移动时输出波形相差约1800，（可用示波器观察相敏检波器①、②端），因此必须经过相敏检波器才能判断电压极性。
以衔铁位置居中为起点，分别向前、后各位移5mm，记录V、X值并填入下表（每位移0.5mm记录一个数值）：
Xmm
依此做出V-X曲线，求出灵敏度S，指出线性工作范围。
实验九光电传感器——光敏电阻实验
由半导体材料制成的光敏电阻，工作原理基于内光电效应，当掺杂的半导体薄膜表面受到光照时，其导电率就发生变化。
不同的材料制成的光敏电阻有不同的光谱特性和时间常数。
由于存在非线性，因此光敏电阻一般用在控制电路中，不适用作测量元件。
光敏电阻、光电传感器实验模块、电压表、示波器
1、观察光敏电阻，分别将光敏电阻置于光亮和黑暗之处，测得其亮电阻和暗电阻，暗电阻和亮电阻之差为光电阻值。
在给定工作电压下，通过亮电阻和暗电阻的电流为亮电流和暗电流，其差为光敏电阻的光电流。
光电流越大，灵敏度越高。
2、连接主机与实验模块的电源线及传感器接口线，光敏电阻转换电路输出端V0接电压表与示波器。
3、开启主机电源，通过改变光敏电阻的光照程度，调节控制电位器，观察输出电压的变化情况。
实验电路又是一个暗光亮灯控制电路，可以设定暗光程度，依次试验环境光照不同时光敏电阻控制亮灯的情况。
实验十光电传感器—光电开关（红外发光管与光敏三极管）
光敏三极管与半导体三极管结构类似，但通常引出线只有二个，当具有光敏特性的PN结受到光照时，形成光电流，不同材料制成的光敏三极管具有不同的光谱特性，光敏三极管较之光敏二极管能将光电流放大（1+hFE）倍，因此具有很高的灵敏度。
与光敏管相似，不同材料制成的发光二极管也具有不同的光谱特性，由光谱特性相同的发光二极管与光敏三极管组成对管，安装成如图形式，就形成了光电开关（光耦合器或光断续器）。
光电开关、测速电机、示波器、电压/频率表、光纤光电传感器实验模块
1、观察光电开关结构：
传感器是一个透过型的光断续器，工作波长3μm左右，可以用来检测物体的有无，物体运动方向等。
2、连接主机与实验模块电源线及传感器接口，示波器接光电输出端。
3、开启主机电源，用手转动电机叶片分别挡住与离开传感光路，观察输出端信号波形。
开启转速电机，调节转速，观察V0端连续方波信号输出，并用电压/频率表2KHz档测转速转速=频率表显示值÷
2
4、如欲用数据采集卡中的转速采集功能，须将V0输出端信号送入整形电路以便得到5VTTL电平输出的信号，整形电路输出端请接实验仪主机面板上的“转速信号入”端口，与内置的数据采集卡中的频率记数端接定。
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