传感器试验材料精简版.docx
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传感器试验材料精简版
CSY-2000传感器试验平台
产品技术指标
一、实验台组成
CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、
振动源）、15个（基本型）或22个（增强型）传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌六部分组成。
1、主控台部分，提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V可调、+2V～
+24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。
音频信号源（音频振荡器）0.4KHz～10KHz（可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（可调）；气压源0～15kpa可调；高精度温度控制仪表（控制精度±0.5℃）；RS232计算机串行接口；流量计。
2、三源板：
装有振动台1Hz～30Hz（可调）；旋转源0-2400转/分（可调）；加
热源<200℃（可调）。
3、传感器：
基本型传感器包括：
电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻，共十五个。
增强型部分：
可增加温敏传感器、气敏传感器、PSD位置传感器、扭矩传感器、超声移传感器、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器等七种传感器和冲击实验台。
4、实验模块部分：
普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。
增强型还增加气敏、湿敏、PSD、扭矩、超声波、CCD、光栅、冲击实验八个模块。
5、数据采集卡及处理软件：
数据采集卡采用12位A/D转换、采样速度1000点/秒，采样速度可以选择，既可单步采样亦能边续采样。
标准RS-232接口，与计算机串行工作。
提供的处理软件有良好的计算机显示界面，可以进行实验项目选择与编辑，数据采集，特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。
6、实验台桌尺寸为1600×800×280（mm），实验台桌上预留计算机及示波器安放位置。
二、传感器的简要特性列于下表
传感器特性（参考值）
序号
实验模板
名称
量程
精度
实验内容
备注
1
基
本
型
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器
0-500g（200g）
±0.5%
1-7
简易电子称
2
压力传感器
扩散硅压力传感器
0-50kpa
±2%
8-9
差压
3
差动变压器
差动变压器
±5mm
±1%
10-13
4
电容式传感器
电容式传感器
±2mm
±1%
14-15
5
霍尔式位移传感器
霍尔式位移传感器
±5mm
±2%
16-19
6
/
霍尔式转速传感器
0-2400转/分
±3%
20
7
/
磁电式传感器
0-2400转/分
≤1%
21-22
8
压电式传感器
压电式传感器
≥KHz
±2%
23
9
电涡流位移传感器
电涡流位移传感器
±2mm
±3%
24-29
10
光纤位移传感器
光纤位移传感器
0-1mm
±2%
30-32
11
/
光电转速传感器
0-2400/分
≤1%
33-34
12
温度传感器
集成温度传感器
-55～+150℃
±2%
35
13
Pt100铂电阻
0-800℃
±2%
36
三线制
14
K型热电偶
0-800℃
±3%
37-38
15
E型热电偶
0-800℃
±3%
37-38
16
/
气敏传感器
50-2000PPm
40
对酒精敏感
17
/
温敏传感器
10-95%RH
±5%
41
18
PSD位移传感器
PSD位置传感器
±2mm
±2%
42-43
19
扭矩传感器
扭矩传感器
±1%
44-45
20
超声位移传感器
超声位移传感器
5～30cm
1cm
46-47
21
CCD实验仪
CCD电荷耦合器件
测Φ3-6直径
2%
48-49
22
光栅位移传感器
光栅位移传感器
0-100mm
0.05%
50
有观察孔
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、实验目的:
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理:
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
三、需用器件与单元：
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：
1、根据图（1-1）应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
图1-1应变式传感安装示意图
2、接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数
显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节Rw1，使数显表显示为零。
图1-2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500g（或200g）砝码加完。
记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
重量（g）
电压（mv）
5、根据表1-1计算系统灵敏度S，S=Δu/ΔW（Δu输出电压变化量；ΔW重量变化量）计算线性误差：
δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm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，此外为500g或200g。
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。
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的：
比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
二、基本原理：
不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出
灵敏度提高，非线性得到改善。
当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EKε/2。
三、需用器件与单元：
同实验一。
四、实验步骤：
1、传感器安装同实验一。
做实验
（一）2的步骤，实验模板差动放大器调零。
2、根据图1-3接线。
R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1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，调节电桥调零电位器Rw1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1-2，计算灵敏度S=ΔU/ΔW，非线性误差δf2。
若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。
图1-3应变片传感器半桥实验接线图
表1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值
重量（g）
电压（mv）
五、思考题：
1、半桥侧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。
实验三差动变压器的性能实验
一、实验目的：
了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理：
差动变压器同一只初级线圈和二只次级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（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
三、需用器件与单元：
差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器，音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。
四、实验步骤：
1、根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图3-1差动变压器电容传感器安装示意图
2、在模块上近图3-2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（可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测）。
调节幅度使输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V（可用示波器监测：
X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div）。
判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：
设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2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，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形（Lv音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
图中
（1）、
（2）、（3）、（4）为模块中的实验插孔。
图3-2双线示波与差动变压器连结示意图
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，则另一方向移为负。
从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入下表（3-1）。
再从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。
表（3-1）差动变压器位移ΔX值与输出电压Vp-p数据表
V（mv）
-←
0mm
X（mm）
Vp-p最小
4、实验过程中注意差动变压输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。
根据表3-1画出Vop-p-X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。
五、思考题：
1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅填，可以吗？
差动变压器测量频率的上限受到什么影响？
2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
实验四电容式传感器的位移实验
一、实验目的：
了解电容式传感器结构及其特点。
二、基本原理：
利用平板电容C=εA/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ε、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（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
三、需用器件与单元：
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。
四、实验步骤：
1、按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。
图4-1电容传感器位移实验接线图
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。
4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。
X（mm）
V（mv）
5、根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
五、思考题：
试设计利用ε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？
实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一、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。
三、需用器件与单元：
霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15Ｖ、测微头、数显单元。
四、实验步骤：
1、将霍尔传感器按图5-1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。
1、3为电源±4Ｖ，2、4为输出。
图5-1霍尔传感器安装示意图
2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2使数显表指示为零。
图5-2霍尔传感器位移直流激励实验接线图
3、旋转测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5-1。
表5-1
X（mm）
V（mv）
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
五、思考题：
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？
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