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