检测技术综合实验实验指导书.docx
《检测技术综合实验实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《检测技术综合实验实验指导书.docx（79页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
检测技术综合实验实验指导书
《传感器与检测技术》
实验指导书
合肥工业大学电气与自动化学院
电气自动化专业实验中心
201312
编写说明
检测与转换技术综合实验是结合课程教学开设的必要的实践环节，属于课程教学的
重要组成部分。
目的是让学生通过实践，较好地掌握和运用所学的基本原理、基本理论
和基本技能，并在实验过程中熟悉和掌握各类实验仪器、工具和器材等的选用和使用技
能。
培养学生正确理解实验方案和要求，科学构建实验电路或系统，分析和解决实验中
出现的现象和问题。
检测与转换技术综合实验面向本学院自动化、电气工程与自动化、生物医学工程等
专业。
本实验指导书根据教学大纲规定的各项实验任务，介绍了CSY系列传感器系统实
验仪的结构原理及配套软件的使用。
并根据各类传感器的特性，安排了十二个综合性实
验，供各专业选用。
本实验指导书由王海欣、朱淳、方海泉编写，徐科军教授审核。
陈荣保老师对全文进行了修订，并增加了实验室守则、学生实验须知、实验报告格
式和评分标准。
I
实验室守则
“检测与转换技术综合实验室”隶属于电气与自动化工程学院电气与自动化专业实
验中心，面向本学院自动化、电气工程及其自动化等专业。
由检测与转换技术综合实验室开设的“检测与转换技术综合实验”是结合课程教学
开设的必要的实践环节，属于课程教学的重要组成部分。
目的是让学生通过实践，较好地掌握和运用所学的基本原理、基本理论和基本技能，并在实验过程中熟悉和掌握各类实验仪器、工具和器材等的选用和使用技能。
培养学生正确理解实验方案和要求，科学构建实验电路或系统，分析和解决实验中出现的现象和问题。
为正常开设“检测与转换技术综合实验”（下称“综合实验”），实验室必须做到以下守则：
一、实验室实验教师保证“综合实验”开设前实验室的用电安全和其他安全措施，保证有足够的照明条件。
二、实验室实验教师保证“综合实验”开设所需实验装置的准备工作，实验装置的投入率达到90％以上。
三、实验室建立完全的“实验室学生实验准则”，实验教室有权处置实验过程中发生的任何事情，对影响正常实验的事件有权予以终止，并及时上报。
四、实验室备有桶盆类器物，备雨天所用，不允许雨具进入实验范围。
五、实验室在每次实验前，必须详细介绍“实验室学生实验准则”、“综合实验报告
要求和格式”和“检测与转换技术综合实验”内容，使参加实验的学生清楚了解实验内容、实验要求和实验纪律。
六、实验过程中，保证参加实验的学生在准点（实验）前进实验室和实验后离开实验室时实名签字，签字格式如下。
准点后未到者，实验教师直接画对角线，再来者迟到；不来为缺席；未完成实验离开，算早退。
另外，来不签字算缺席，走不签字算早退。
某日上午准点前
某日上午离开
某日下午准点前
某日下午离开
姓名
学号
次日上午准点前
次日上午离开
次日下午准点前
次日下午离开
……
……
……
……
七、对于在实验过程中遇到的问题，包括实验装置故障、元器件正常耗损以及常规
配件的增补，实验教师应该及时向实验中心汇报，及时解决。
II
实验室学生实验准则
所有到本实验室进行实验，必须遵循以下实验准则：
一、实验纪律
1、学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。
2、学生不得穿背心、拖鞋等非正规衣着进入实验室。
3、学生除饮水外不得在实验室吃餐点、干粮、水果、零食等各种食物。
4、学生不得在实验过程中有脱鞋、抽烟、随地吐痰和乱丢纸屑杂物等不文明行为。
5、学生进入实验室，不得大声喧哗和打闹。
6、学生进入实验室，必须遵守实验室规章制度，服从实验教师安排。
7、对违反实验纪律或导致实验事故者，实验教师有权终止其实验。
二、实验要求
1、实验前应认真聆听实验教师关于“实验室学生实验准则”、“综合实验报告要求
和格式”和“检测与转换技术综合实验”的实验阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、
原理，预习有关理论知识，并接受实验教师的提问和检查。
2、做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和
技术人员的指导。
未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其他物品。
3、实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。
若出现事故，应立即切断
电源，及时向实验教师报告，并保护现场，不得自行处理。
4、实验完毕，必须交一份实验数据给实验教师，实验小组成员均要签名。
5、实验完毕，应清理实验现场。
经实验教师检查仪器设备、工具、材料和实验数
据后，方可离开。
三、实验中要细心观察，认真记录各种实验数据。
不准敷衍，不准抄袭别组数据，
不得擅自离开操作岗位。
四、实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。
在
规定的时间内交实验教师批改。
五、实验报告要规范，符合实验报告格式和要求。
六、在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者。
应写出损坏情况汇报，并接受检查，由领导根据情况进行处理。
七、凡违反操作规程、擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章予以赔偿。
III
《检测与转换技术综合实验报告》格式与要求
《检测与转换技术综合实验报告》是反映学生根据教学大纲完成《检测与转换技术
综合实验》规定的各项实验任务的书面依据，按照实验要求和实验报告撰写要求，特制
定《检测与转换技术综合实验报告》的格式与要求。
一、综合实验报告纸张要求
《检测与转换技术综合实验报告》必须采用学校指定的综合实验报告纸，要有封面。
二、综合实验报告撰写要求
1、综合实验报告，正反面撰写。
2、文字必须用钢笔、水笔，书写端正。
作图制表必须用尺（可以用铅笔）。
3、实验数据人工处理；涉及图表等可以打印。
4、综合实验报告正文，标注页码；封面及其扉页不标注页码。
三、封面要求
《检测与转换技术综合实验报告》封面包括：
1、综合实验名称：
《检测与转换技术综合实验报告》
2、实验人、学号、班级、实验小组其他同学姓名
3、实验时间、实验地点
4、封面反面写明报告中所做实验的实验名称目录、页码
四、报告内容
1、综合实验装置简介。
2、详细撰写每一个实验内容
⑴实验编号及其实验名称
⑵该实验要求和实验目的
⑶该实验用到综合实验装置中的相关功能块
⑷实验原理及其实验线路
⑸实验现象和实验数据
⑹实验现象和实验数据处理（①实验数据必须人工处理；实验现象图片等打印
粘贴；③若进行计算机仿真和验证，可再加用仿真软件）
⑺实验结果讨论
⑻实验过程和内容改进建议
IV
《检测与转换技术综合实验报告》100分标准
《检测与转换技术综合实验报告》形同考试等级，100分评分标准，包括2个部分：
报告成绩和平时成绩，平时成绩就是实验过程中签名，正常签名1次1分，迟到或早退1
次0.5分，不来1次0分。
全勤，则平时成绩满分。
实验周期为4天＝8个半天＝16次签名（签到、签走），满分16分；实验周期为5
天，则满分20分。
《检测与转换技术综合实验报告》卷面按100分打分，然后乘上权值，即4天制为
84％，5天制为80％。
《检测与转换技术综合实验报告》卷面按100分打分，评分标准如下：
一、《检测与转换技术综合实验报告》为必做实验，缺席者按照旷课处理。
二、在规定时限前递交实验报告，由于实验报告较厚，请装订牢固，不要散乱。
实
验报告属于正规报告，报告上出现污渍者，如饭渍、油渍等，或皱褶不堪，至少扣5分。
三、有下列情况，做不及格处理：
①在规定时限后不再接受任何实验报告，未交者作不及格处理。
②因违反实验纪律、或违反实验要求而导致实验事故者，不及格。
③实验无辜缺席超过三分之一者，不及格。
④每一位学生在撰写报告时，要对实验报告的内容负责；除一个实验小组成员外，
报告内容不允许有雷同。
如果发现实验内容不符或雷同者，直接作不及格处理。
三、评分标准
①实验过程中，凡迟到者、或早退者，每次扣0.5分，超过三分之一，实验报告扣
15分；缺席1次扣1分，超过三分之一，不及格。
②实验报告没有封面扣5分；没有目录扣5分。
③实验报告撰写不符合格式要求，扣10分。
④涉及用尺制表制图的，凡未用尺，根据实际情况扣5～10分。
⑤实验报告是真实记录实验效果的书面报告，文字撰写时，字体不能潦草、涂改
或不清晰，一旦发现，扣5分；同时在评分过程中因此而误判，扣分不做纠正。
⑥在任何一个实验中，发现实验数据涂改、修改，扣20分；实验数据不全或漏缺，
视情节扣5分或10分。
⑦漏写一个实验，按照总实验数的百分比均分扣除，低于10分者扣10分。
⑧凡实验缺席1次，报告扣10分。
V
《检测与转换技术综合实验报告》等级分标准
《检测与转换技术综合实验报告》按照5个等级评分，即优（100~90分）、良（89~80
分）、中（79~70分）、及格（69~60分）、不及格（小于60分）。
整个实验过程中按照“《检测与转换技术综合实验报告》100分标准”先进行100分
制打分，按照最终得分范围，确定其等级分。
VI
编写说明I
实验室守则II
实验室学生实验准则III
《检测与转换技术综合实验报告》格式与要求IV
《检测与转换技术综合实验报告》100分标准V
《检测与转换技术综合实验报告》等级分标准VI
实验一CSY—998B+传感器实验仪1
1.1CSY---998B+传感器实验仪简介1
1.2主要技术参数、性能及说明3
1.3各电路和传感器性能的检查5
实验二电阻应变（金属箔式应变计）传感器实验7
2.1金属箔式应变计性能---单臂、半桥、全桥比较7
2.2金属箔式应变计的温度效应及补偿9
2.3移相器实验10
2.4相敏检波器实验11
2.5金属箔式应变计—交流全桥及激励频率对交流全桥的影响12
2.6交流全桥的应用14
实验三差动变压器（互感式）传感器实验16
3.1差动变压器（互感式）传感器的性能16
3.2差动变压器（互感式）零残余电压的补偿17
3.3差动变压器（互感式）的标定18
3.4差动变压器（互感式）的应用19
实验四差动螺管式（自感式）传感器实验21
4.1差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能21
4.2差动螺管式（自感式）传感器的振幅测量22
4.3激励频率对差动螺管式传感器的影响22
实验五差动变面积电容传感器实验24
实验六霍尔式传感器实验26
6.1霍尔式传感器的直流激励特性26
6.2霍尔式传感器的交流激励特性27
6.3霍尔式传感器的应用28
实验七电涡流式传感器实验30
7.1电涡流式传感器的静态标定30
7.2被测体材料对电涡流传感器特性的影响31
VII
7.3
电涡流式传感器的应用.................................................................................................
31
实验八磁电式传感器实验.....................................................................................................
33
实验九光纤、光电传感器实验.............................................................................................
34
9.1
光纤位移传感器静态实验.............................................................................................
34
9.2
光纤位移传感器的动态实验.........................................................................................
35
9.3
光电开关的转速测量实验.............................................................................................
36
9.4
光敏电阻传感器实验.....................................................................................................
36
9.5
硅光电池实验.................................................................................................................
37
实验十热电阻、热电耦传感器实验.....................................................................................
39
10.1
热电偶的原理及分度表的应用...................................................................................
39
10.2
热敏电阻实验...............................................................................................................
41
10.3PN结温度传感器测温实验..........................................................................................
41
10.4
湿敏电阻（RH）实验..................................................................................................
42
10.5
热释电传感器...............................................................................................................
43
实验十一压电传感器及半导体扩散硅压阻式压力传感器实验.........................................
45
11.1
压电传感器的动态响应................................................................................................
45
11.2
压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器........................................
46
11.3
半导体扩散硅压阻式压力传感器实验........................................................................
47
11.4
气敏传感器（MQ3）实验...........................................................................................
48
实验十二双平行梁的动态特性—正弦稳态响应.................................................................
51
实验十三综合传感器—力平衡式传感器.............................................................................
52
VIII
实验一CSY—998B+传感器实验仪
1.1CSY---998B+传感器实验仪简介
实验仪主要由四部分组成：
传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。
⑴传感器安装台部分
传感器安装台主要安装的传感器如图1.1所示，共装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感的可动芯子）、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位示意图如图1.2所示。
图1.1
1
图1.2
⑵显示及激励源部分
电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V-±10V分5档调节）、F/V数字显示表（可作为电压表和频率表）、（5mV-500mV）、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。
具体安装部位示意图如图1.3所示。
图1.3
⑶实验主面板上传感器符号单元
所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激振线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。
⑷处理电路单元
电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。
具体安装部位示意图如图1.4所示。
图1.4
2
1.2主要技术参数、性能及说明
1.2.1传感器安装台部分
双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈,接入低频激振器U0可做静态或动态测量。
应变梁：
应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。
（或采用标准双孔悬臂梁传感器应变梁）。
⑴差动变压器（电感式）
量程：
≥5mm直流电阻：
5'～10'由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
⑵电涡流位移传感器
量程：
≥1mm直流电阻：
1'～2'多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。
⑶霍尔式传感器
量程：
±≥2mm直流电阻：
激励源端口800'～1.5K'；输出端口300'～500'
日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。
⑷热电偶
直流电阻：
10'左右由两个铜-康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。
⑸电容式传感器
量程：
±≥2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。
⑹热敏电阻
半导体热敏电阻NTC：
温度系数为负，25℃时为10K'。
⑺光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围≥2mm。
红外线发射、接收、直流电阻：
500'～2.5k'2×60股Y形、半圆分布。
⑻半导体扩散硅压阻式压力传感器
量程：
10Kpa（差压）供电：
≤6V
美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器。
⑼压电加速度计
PZT-5压电晶片和铜质量块构成。
谐振频率：
≥10KHZ，电荷灵敏度：
q≥20pc/g。
⑽应变式传感器箔式应变片电阻值：
350'、应变系数：
2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应
地贴有4片应变片，受力工作片分别用符号↑和↓表示。
在998B型仪器中，横向所贴的两片为温度补偿片，用符号←→表示。
⑾PN结温度传感器
利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。
灵敏度：
-2.1mV/℃。
⑿磁电式传感器
0.21φ×1000
3
直流电阻：
30'～40'由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：
0.5V/m/s⒀气敏传感器
MQ3（酒精）：
测量范围：
50～200ppm。
⒁湿敏电阻
高分子薄膜电阻型（RH）：
几兆'～K'响应时间：
吸湿、脱湿小于10秒。
温度系数：
0.5RH%/℃测量范围：
10%～95%工作温度：
0℃～50℃
⒂光电开关：
（反射型）⒃光敏电阻：
cds材料：
几'～几M'⒄硅光电池：
Si日光型⒅热释电红外传感器：
远红外式
1.2.2信号及变换
⑴电桥：
用于组成直流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。
⑵差动放大器通频带0~10kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的
直流放大器。
⑶电容变换器由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。
⑷电压放大器增益约为5倍，同相输入，通频带0～10KHz
⑸移相器允许最大输入电压10Up-p移相范围≥±20°（5KHz时）
⑹相敏检波器可检波电压频率0-10KHz允许最大输入电压10Up-p极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路
⑺电荷放大器电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。
⑻低通滤波器由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。
⑼涡流变换器输出电压≥|8|V（探头离开被测物）
变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件⑽光电变换座由红外发射、接收管组成。
1.2.3二套显示仪表
⑴数字式电压/频率表：
3位半显示，电压范围0～2V、0～20V，频率范围3Hz～2KHz、10Hz～20KHz，灵敏度≤50mV。
⑵指针式毫伏表：
85C1表，分500mV、50mV、5mV三档，精度2.5%
1.2.4二种振荡器
⑴音频振荡器：
0.4KHz～10KHz输出连续可调，Up-p值20V输出连续可调，180°、0°反相输出，LV端最大功率输出电流0.5A。
⑵低频振荡器：
1～30Hz输出连续可调，Up-p值20V输出连续可调，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。
1.2.5二套悬臂梁、测微头
4
双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验（右边圆盘式工作台由“激振I带动，左边平行式悬臂梁由Ⅱ带动）。
1.2.6电加热器二组
电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温。
1.2.7测速电机一组
由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合进行测速
1.2.8二组稳压电源
直流±15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。
±2V—±10V分五档
升级会员 