传感器与自动检测技术实验指导书.docx
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传感器与自动检测技术实验指导书
传感器与自动检测技术实验指导书
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传感器与自动检测技术实验指导书
红河学院工学院自动化系
[实验四]电容式传感器的位移特性实验
[实验五]直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
[实验六]电涡流传感器的位移特性实验
[实验七]被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验
[实验八]光纤传感器的位移特性实验
[实验九]集成温度传感AD590温度特性实验
[实验十]铂电阻温度特性实验
[实验十一]铜电阻温度特性实验
[实验十二]K型热电偶测温实验
[实验十三]E型热电偶测温实验
[实验一]单臂电桥性能实验
一、实验目的
了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。
二、所需器件及模块
1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。
三、实验步骤
1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。
传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方,K1开关应置于OFF状态。
加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=1K,加热丝阻值为25Ω。
2、接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块±15V电源（从实验台可用快捷插座一次接入）,检查无误后,合上实验台电源开关,实验模块±15V指示灯应亮,将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块增益电位器调节大致在W335左右、W4100（这时增益在100左右）位置,再进行差动放大器调零,将仪器放大器的正（Vin+）、负（Vin-）输入端与地短接,可用屏蔽线直接把输入端和调”O”端连接,V02输出端与实验台面板上数显表外接输入端量程为0-2V,调节实验模板上调零电位器W5和W6,使数显表显示为零,关闭实验台电源。
3、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的其中一个应变片R1、R2、R3、R4（即1号实验模块下方的R1）接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块直流电桥作为一个桥臂与R14、R15、R16接成直流电桥（R14、R15、R16、在14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块内已连接好）,接上桥路A、B两端电源电压±2V（从实验台±2V引入或14号模块板上引入）。
检查接线无误后,合上实验台电源开关。
重新微量调节14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块W5、W6,使数显表显示为零,（注意:
当W3、W4、W5、W6的位置一旦确定,就不能改变。
一直到做完实验为止）具体见图1-1。
4、在秤盘上放一只20g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。
记下实验结果填入表1-1,关闭电源。
表1-1
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
5、如果采用计算机采集数据,需把数显表0-2V换成0-0mV数据采集输入。
计算机RS232口接实验台面板RS232输出口,再参照本说明书软件说明部分操作。
6、根据表1-1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量,ΔW重量变化量）和非线性误差:
δ＝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,此处为200g（或500g）。
四、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、负应变片均能够。
[实验二]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、实验原理
不同受力方向的两只应变片如图1-1中R1和R2或老R3和R4接入电桥作为邻边。
电桥输出灵敏度提高,非线性得到改进。
当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压U02＝EKε/2。
三、所需器件及模块
1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤
1、传感器安装、调试同实验1.3.1.3,14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块差动放大器调零。
具体线路见图1-2。
2、R1、R2为1号金属箔式应变片传感器实验模块上方的应变片为半桥,注意R2应和R1受力状态相反。
R3和R4为另一组组成的另外半桥。
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。
1号金属箔式应变片传感器实验模块R1、R2作电桥的一半与14号实验模块R14、
R15组成完整的直流电桥,然后在直流电桥A、B端接±2V直流电源C、D端,接入1号仪器放大器Vin+、Vin-输入端再重新调为”0”,调W5、W6使数显表为”0”。
将实验数据记入表1-2,计算灵敏度S2＝ΔU/ΔW,非线性误差δf2。
3、如果采用计算机采集数据,需把数显表0-2V换成0-0mV数据采集输入。
计算机RS232口接实验台面板RS232输出口,再参照本说明书软件说明部分操作。
表1-2半桥测量时,输出电压与加负载重量值
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
五、思考题
1、半桥测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]全桥性能实验
一、实验目的
了解全桥测量电路的优点。
二、实验原理
全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边当应变片初始阻值:
R1＝R2＝R3＝R4,其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时,其桥路输出电压U03＝KEε。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改进。
三、所需器件及模块
1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码20只、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤
1、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的K1置于ON开的位置,R1、R2、R3、R4各作电桥的邻边,组成一个完整直流电桥。
R1头和R3头连接并接电源+2V,R2尾与R4尾已相连接电源-2V。
JK1用φ3.5插头屏蔽线与14号模块输入端连接。
（见图1-3）
2、将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块接上电源±15V,其差动放大输出端V02接数显表0-2V输入端,调节W5、W6使数显表为0.000V,W3、W4为增益调节电位器,保持和实验一、二相同增益,故不能调节。
3、放一个20g砝码记录实验结果填入表1-3中,直至10枚砝码放完。
然后进行灵敏度和非线性误差计算。
4、如果采用计算机采集数据,需把数显表0-2V换成0-0mV数据采集输入。
计算机RS232口接实验台面板RS232输出口,再参照本说明书软件说明部分操作。
表1-3
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
五、思考题
1、全桥测量中,当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时,即R1＝R3,R2＝R4,而R1≠R2时,是否能够组成全桥:
（1）能够
（2）不能够。
2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
应变片传感器受接时传感器圆周面展开图
[实验四]电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容式传感器结构及其特点。
二、所需器件及模块
4号电容式传感器实验模块、测微头、0-20V数显表、直流稳压源。
三、实验步骤
1、接入+15V、-15V电源或用快捷插座一次接入。
2、按图4-1安装接好线,把测微头安装在测微头支架上,旋钮测微头使电容动片基本居中。
3、将电容传感器实验模板的输出端OUT与数显表单元V+相接,W1调节数显表为零。
4、旋动测微头推进向上或向下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。
表4-1电容传感器位移与输出电压值
X（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
V（mv）
5、如果采用计算机采集数据,需把数显表0-2V换成0-0mV数据采集输入。
计算机RS232口接实验台面板RS232输出口,再参照本说明书软件说明部分操作。
电容式传感器的位移特性实验图4-1
6、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。
四、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的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔式传感器原理与应用
二、所需器件及模块
5号霍尔式传感器实验模块、直流源±2V或±4V、测微头、0-2V数显单元。
三、实验步骤
1、将5号霍尔式传感器实验模块接上±15V电源或快捷插座与实验台连接。
霍尔元件1、3为电源±4V,2、4为输出。
（见图5-1）K1、K2选择在直流位置。
2、开启电源,调节测微头使霍尔片在离霍尔元件10mm处,再调节W3、W4使数显表指示为零。
3、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）
V01（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。
4、如果采用计算机采集数据,需把数显表0-2V换成0-0mV数据采集输入。
计算机RS232口接实验台面板RS232输出口,再参照本说明书软件说明部分操作。
四、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?
[实验六]电涡流传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、所需器件及模块
7号电涡流传感器实验模板、直流电源、30-2V数显单元、测微头、铁圆片。
三、实验步骤
1、根据图7-1安装电涡流传感器。
2、观察传感器结构,这是一个平绕的线圈。
3、将电涡流传感器输出线已接入实验模板上标有TP1字的一端,另一端接地,作为振荡器的一个元件。
4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。
5、将实验模板输出端V02与3数显表输入红端V+相接,V-端接地,数显表量程切换开关选择电压20V档。
6、7号模块的±15V接入实验台±15V。
7、 测微头与传感器线圈端接触,开启实验台电源开关,记下数显表读数,然后每隔0.2mm读一个数,直到输出几乎不变为止。
将结果列入表7-1。
表7-1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
V02（mV）
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