河南建筑职业技术学院.docx
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河南建筑职业技术学院
河南建筑职业技术学院
传感器技术实训
实训注意事项
1、遵守实训室纪律,实训时态度严谨,注意力集中,不嬉戏,不打闹,要注意安全。
2、听从实训指导老师安排,按规操作。
3、爱护实训期间所使用的工具、仪表及相关设备,要妥善保管自己实训所需的实验元件。
4、注意用电安全,发现问题要及时上报实训指导老师。
5、实训时要认真对照电路原理图,遇到不明白的地方要向实训指导老师请教。
6、不迟到,不早退,不缺勤。
7、实训完毕后要收拾好实训器材并打扫实训室卫生。
8、每个实训项目结束后要按照实训指导书中的要求认真完成实训报告,并按时上交。
指导教师:
张羡林
部门:
信息工程系适用专业:
计算机控制技术日期:
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置简介
一、概述
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考核的需求,是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置,可以与普教中的“物理”,职教、
高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与应用”等课程的教学实验配套。
二、设备构成
实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理(模块)电路部分和数据采集通讯部分组成。
1.实验台部分
这部分设有1k〜10kHz音频信号发生器、1〜30Hz低频信号发生器、四组直流稳压电源:
±15V、+5V、±2~±10V、2~24V可调、数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。
2.三源板部分
热源:
0~220V交流电源加热,温度可控制在室温~120°C,控制精度土1°C。
转动源:
2~24V直流电源驱动。
振动源:
振动频率1Hz—30Hz(可调)。
3.处理(模块)电路部分包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换
器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。
4.数据采集、分析部分
为了加深对自动检测系统的认识,本实验台增设了USB数据采集卡及微处理机组成的微机数据采集系统(含微机数据采集系统软件)。
12位A/D转换、采样速度达100kHz,利用该系统
软件,可对学生实验现场采集数据,对数据进行动态或静态处理和分析,并在屏幕上生成十字坐标曲线和表格数据,对数据进行求平均值、列表、作曲线图以及对数据进行分析、存盘、打印等处理,实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。
更注重考虑根据不同数据设定采集的速率。
详见THSRZ软件使用手册。
本实验台,作为教学实验仪器,大多传感器基本上都做成透明,以便学生有直观的认识,测量连接线用定制的接触电阻极小的迭插式联机插头连接。
三、实验内容结合本装置的数据采集系统,可以完成大部分常用传感器的实验及应用,个别涉及频率特性测试的实验需要普通20MHz带宽示波器完成。
实验内容包括金属箔应变传感器、差动变压器、差动电容、霍耳位移、霍耳转速、磁电转速、扩散硅压力传感器、压电传感器、电涡流传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器(AD590)、K型、E型热电偶、PT100铂电阻、湿敏传感器、气敏传感器共17种,三十多个实验。
实验一金属箔式应变片——全桥性能实验
、实验目的:
了解全桥测量电路的优点。
二、实验仪器:
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、土15V、土4V电源、万用表(自备)。
三、实验原理:
全桥测量电路中,将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边,不同的接入邻边,如图
3-1,当应变片初始值相等,变化量也相等时,其桥路输出:
Uo=KE&(3-1)
E为电桥电源电压,式3-1表明,全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差得到进一步改善。
四、实验内容与步骤
1.应变传感器已安装在应变传感器实验模块上,可参考图1-1。
2•差动放大器调零,从主控台接入土15V电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差
动放大器的输入端Ui短接并与地短接,输出端U02接数显电压表(选择2V档)。
将电位器Rw4调到增益最大位置(顺时针转到底),调节电位器Rw3使电压表显示为0V。
关闭主控台电源。
(Rw3、Rw4的位置确定后不能改动)
RwiC5Rwj!
(0Rwj
图3-1
3.按图3-1接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两对应变片分别接入电桥的邻边。
4•加托盘后电桥调零,电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后,合上主
控台电源开关,预热五分钟,调节Rw1使电压表显示为零。
5.在应变传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显
表值,直到200g砝码加完,记下实验结果,填入下表3-1,关闭电源。
表3-1
重量(g)
电压(mV)
五、实验报告
根据记录表3-1的实验资料,计算灵敏度L=△U/△W,非线性误差Sf3
六、思考题
比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度,得出相应的结论。
实验二霍尔式传感器振动测量实验
一、实验目的:
了解霍尔组件的应用一测量振动
二、实验仪器:
霍尔传感器模块、霍尔传感器、振动源、直流稳压电源、通信接口
三、实验原理:
这里采用直流电源激励霍尔组件,原理参照实验十三
四、实验内容与步骤
1•将霍尔传感器按图10-1安装在振动台上。
传感器引线接到霍尔传感器模块的9芯航空
插座。
按下图接线。
打开主控台电源。
Q+4V
J1
2
C-
冃逾槪励
R2
Rs
迎信接口
cm
图16-1
2•先将传感器固定在传感器支架的连桥板上,调节“紧定旋钮”和“微动升降旋钮”使霍
尔传感器大致处于磁芯的中间位置,调节Rw1使输出Uo为0;调节“低频调幅”旋钮到中间
位置,调节“低频调频”旋钮使低频输出为5Hz,将实验台上的“低频输出”接到三源板的“激振源输入”,使振动梁振动。
3•通过通信接口的CH1通道用上位机软件观测其输出波形。
可调节“低频调幅”和“低
频调频”旋钮,观测振动源在不同振幅和频率的波形。
(避免在“低频调幅”最大的时候使振动
台达到共振,共振频率13Hz左右,以免损坏传感器)
五、实验报告
1•选择不同的中心点测量振动,比较霍尔输出波形的变化,并分析其原因
2•考虑用交流激励霍尔组件,输出应是什么波形。
实验三压电式传感器振动实验
、实验目的:
了解压电式传感器测量振动的原理和方法。
二、实验仪器:
振动源、低频振荡器、直流稳压电源、压电传感器模块、移相检波低通模块
三、实验原理:
压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成(观察实验用压电式加速度计结构)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压电陶瓷片上,
由于压电效应,压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。
四、实验内容与步骤
1•压电传感器已安装在振动梁的圆盘上。
2•将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”,并按下图18-1接线,合上主控台
电源开关,调节低频调幅到最大、低频调频到适当位置,使振动梁的振幅逐渐增大(直到共振)。
3.将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端Ui1,Uo1接Ui2,Uo2接移相检波
低通模块低通滤波器输入Ui,输出Uo接通信接口CH1,用上位机观察压电传感器的输出波形
Uo。
压电传感器实验模块
五、实验报告
1.改变低频输出信号的频率,记录振动源不同振幅下压电传感器输出波形的频率和幅值。
实验四电涡流传感器测量振动实验
、实验目的:
了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。
二、实验仪器:
电涡流传感器、振动源、低频振荡器、直流稳压电源、电涡流传感器模块、通信接口(含上位机软件)、铁质圆片。
三、实验原理:
根据电涡流传感器动态特性和位移特性,选择合适的工作点即可测量振幅。
四、实验内容与步骤
1•将铁质被测体平放到振动台面的中心位置,根据图21-1安装电涡流传感器,注意传感
器端面与被测体振动台面(铁材料)之间的安装距离即为线形区域(可利用实验二十中铁材料的特性曲线找出)。
2•将电涡流传感器的连接线接到模块上标有“”的两端,模块电源用连接导线从
主控台接入+15V电源。
实验模板输出端与通信接口的CH1相连。
将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”端,“低频调频”调到最小位置、“低频调幅”调到最大位置,合上主控台电源开关。
3.调节“低频调频”旋钮,使振动台有微小振动(不要达到共振状态)。
从上位机观察电
涡流实验模块的输出波形。
(注意不要达到共振,共振时,幅度过大,振动面可能会面传感器接
触,容易损坏传感器)
五、思考题:
1.有一个振动频率为10KHZ的被测体需要测其振动参数,你是选用压电式传感器还是电涡
流传感器或认为两者均可?
实验五集成温度传感器的温度特性实验
一、实验目的:
了解常用的集成温度传感器(AD590)基本原理、性能与应用。
二、实验仪器:
智能调节仪、PT100、AD590、温度源、温度传感器实验模块。
三、实验原理:
集成温度传感器AD590是把温敏器件、偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片
上的温度传感器。
其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠;不足的是测温范围较小、
使用环境有一定的限制。
AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出,在一定温度下,
相当于一个恒流源,一般用于一50C—+150C之间温度测量。
温敏晶体管的集电极电流恒定时,晶体管的基极-发射极电压与温度成线性关系。
为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均
采用了特殊的差分电路。
本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590,在一定温度下,相
当于一个恒流源。
因此不易受接触电阻、弓|线电阻、电压噪声的干扰,具有很好的线性特性。
AD590的灵敏度(标定系数)为1」A/K,只需要一种+4V〜+30V电源(本实验仪用+5V),即可实现温度到电流的线性变换,然后在终端使用一只取样电阻(本实验中为传感器调理电路单元中R2=100Q)即可实现电流到电压的转换,使用十分方便。
电流输出型比电压输出型的测量精度更高。
四、实验内容与步骤
1•重复实验二十六,将温度控制在50°C,在另一个温度传感器插孔中插入集成温度传感
器AD590。
2•将土15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。
温度传感器实验模块的输出Uo2接
主控台直流电压表。
3.将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接,调节电位器Rw3使直流电压表显示为零。
4.拿掉短路线,按图27-1接线,并将AD590两端引线按插头颜色(一端红色,一端绿色)插入温度传感器实验模块中(红色对应a绿色对应b)(a、b两端分别标有‘+'‘-'。
5.将R6两端接到差动放大器的输入Ui,记下模块输出Uo2的电压值。
6.改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。
直到温度升至1200C。
并将实验结果填入下表。
T(C)
Uo2(V)
表27-1
五、实验报