检测与转换技术实验指导书.docx

1、检测与转换技术实验指导书实验指导书目 录传感器实验仪使用说明 167实验一 热敏电阻演示实验 168实验二 热电偶原理及现象 170实验三 金属箔式应变片性能单臂电桥 173实验四 差动变面积式电容传感的静态及动态特性 175实验五 电涡流式传感器的静态标定 177实验六 磁电式传感器的性能 179实验七 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性 181实验八 光电传感器（透射型）测转速实验 183主编：吴闽传感器实验仪使用说明一、使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动机构的工作范围做到心中有数。二、了解测试系统的基本组成：合适的信号激励源传感器

2、处理电路（传感器状态调节机构）仪表显示（或图象显示）三、实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，变换电路电源的引入尤要注意标志端对准后插入；如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。四、实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，为延长使用寿命，请捏住插头插拔。五、实验指导中的“注意事项”不可忽略，里面包含各个旋钮的初始状态及其它重要信息。在做每一个实验之前都应强调学生严格按“注意事项”操作，尤其注意将各旋钮处于“注意事项”的状态下，否则会使实验结果不真实；传感器的激励信号不准随意加大

3、，否则会造成传感器永久性的损坏。六、本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。七、凡是用到差动放大器的实验必须先对差动放大器调零，然后才能按实验步骤接线做实验。八、凡是需要双平行梁振动的实验均要将其上的测微头与双平行梁分离，保证双平行梁振动时不会与测微头吸合；凡是需要振动平台振动的实验均要将其上的测微头与振动平台分离，保证振动平台振动时不会与测微头吸合。九、本仪器的工作环境温度40，需防尘。实验一 热敏

4、电阻演示实验一、实验目的了解NTC热敏电阻现象。二、实验仪器加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、15V稳压电源、电压表、主、副电源。三、实验内容通过对NTC热敏电阻加热，了解其特性。四、实验原理热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC热敏电阻(负温度系数)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。 一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50+300。热敏电阻具有体积小、重量轻

5、、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。五、实验注意事项加热时间不要超过2分钟，此实验完成后应立即将15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。六、实验步骤1了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色元件，封装在双平行振动平行梁上片梁的表面。 2将电压表切换开关置200mV档，直流稳压电源切换开关置2V档，按图1接线，开启主、副电源，调整W1(RD)电位器，使电压表指示为100mV左右（若调不到100mV，则可同时调W2，使

6、电压表显示为100mV）。这时电压表的指示值为室温时的Vi。3将15V电源接入加热器，加热器的另一端接地。观察电压表的读数变化（注意加热时间不要超过2分钟）。电压表的输入电压： 4由此可见，当温度 升高 时，RT阻值 减小 ，Vi 增大 。 图 1图 1七、实验报告在实验报告中填写实验报告一，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验二 热电偶原理及现象 一、实验目的1观察了解热电偶的结构。2熟悉热电偶的工作特性。3学会查阅热电偶分度表。二、实验仪器15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主、副电源。三、实

7、验内容通过观察热电偶的现象了解热电偶的工作原理和特性。四、预备知识热电偶的热电势与温度之间的关系式： 其中： t -热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。tn-热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。to-01热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。2热端温度为室温，冷端温度为0，铜康铜的热电势：:查以下所附的热电偶自由端为0时的热电势和温度的关系即铜康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。工作端温度0123456789热 电 动 势（mv）-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-

8、0.608-0.646-0.683-0.7200-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.312-0.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111

9、.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984

10、.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715五、实验原理二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。六、实验注意事项1电压表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。2加热时间不要超过两分钟。3温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。七、实验步骤 1了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上

11、表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。2按图2接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备温度计的室温（此时的温度为冷端温度）。 图 23将15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地（加热时间不要超过2分钟）。观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E。4用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。5根据热电偶的热电势与温度之间的关系式： 计算热端温度为t，冷端温度为0时的热

12、电势，,根据计算结果，查分度表得到温度t。6热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）7实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。八、实验报告在实验报告中填写实验报告二，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。九、实验思考题为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？实验三 金属箔式应变片性能单臂电桥一、 实验目的1观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2测试应变梁变形的应变输出。3比较各桥路间的输出

13、关系。二、 实验仪器直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。三、 实验内容了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现）四、 实验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：式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压。五、 实验注意事项1直流稳压电源打到2V档，电压表打到2V

14、档，差动放大增益最大。2电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。3做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。六、 实验步骤1了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。2.将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（）、负（）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关

15、闭主、副电源，拆去实验连线。3.根据图3接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。RX=R4为应变片；将稳压电源的切换开关置4V档，电压表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。 图 34.将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平衡梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。5.往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下电压表显示的值。建议每旋

16、动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入下表：位移（mm）电压（mv）6.根据所得结果计算灵敏度（式中为梁的自由端位移变化，为相应电压表显示的电压相应变化）。7.实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。七、 实验报告在实验报告中填写实验报告三，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验四 差动变面积式电容传感的静态及动态特性一、实验目的了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。二、实验仪器电容传感器、电压放大器、低通滤波器、电压表、激振器、示波器。三、实验内容利用差动变面积式电容传感器的特性进行静态位移测量及动态测量。四、实验原理电容式传感

17、器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。五、实验注意事项1.差动放大器增益旋钮置于中间，电压表置于2V档。2.调整电容传感器，使电容传感器的一组动片和两组定片不相碰。3.如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。六、实验步骤1.按图4接线。

18、图42.电压表打到2V，调节测微头，使输出为零。3.以此为起点，向上和向下转动测微头,每次0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。位移(mm)电压（mV）4.退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv)值。位移(mm)电压（mV）5.计算系统灵敏度。 （式中为电压变化，为相应的梁端位移变化），并作出关系曲线。6.卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。七、实验报告在实验报告中填写实验报告四，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验五 电涡流式

19、传感器的静态标定一、实验目的了解电涡流式传感器的原理及工作性能。二、实验仪器涡流变换器、电压表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。三、实验内容用铁测片标定电涡流传感器。四、实验原理电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。五、实验注意事项1.被测体与涡

20、流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。2.由于处理单元电路的特殊结构，使得涡流变换器的输出始终为负值。六、实验步骤 1.装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头；将涡流传感器引线的插头插入台体上方的涡流传感器插孔中。 2.观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。 3.用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至电压表，电压表置于20V档，见图5，开启主、副电源。 图 5 4.用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。可见，波形为 正弦波 波形，振荡频率约为 850KHz 。5.适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，

21、从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：X(mm)Vp-p(V)V(v)建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 非接触测量 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种 变频调幅式电路。6.实验完毕关闭主、副电源。七、实验报告在实验报告中填写实验报告五，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验六 磁电式传感器的性能一、实验目的通过实验说明磁电式传感器的结构

22、、原理、应用。二、实验仪器差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。三、实验内容比较磁电式传感器和电涡流传感器的输出波形。四、实验原理磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通的变化率：。仪器中的磁电式传感器由可动铁芯与感应线圈组成，永久磁钢做成的可动铁芯产生恒定的直流磁场，当可动铁芯与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，与磁通变化率成正比，所以是一种动态传感器。五、实验注意事项差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮

23、置于最大。六、实验步骤1.观察磁电式传感器的结构，根据图6的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连，开启主、副电源。磁电式传感器 差动放大器 低通滤波器 示波器图 62.调整好示波器，调节低频振荡器的频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值并填入下表：F(Hz)1591317202325Vp-p3.拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形（波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器的实验）并与磁电传感器的输出波形相比较。七、实验报告在实验报告

24、中填写实验报告六，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验七 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性一、实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性。二、实验仪器霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电压表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。三、实验内容利用霍尔式传感器的特性在直流激励下测量静态位移。四、实验原理霍尔式传感器是由工作在四个方形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的

25、静态位移。五、实验注意事项1.差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置2V档，关闭主、副电源。2.由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。3.一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。4.激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。六、实验步骤1.了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，四个方形永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。2.开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭主电源，根据图7接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。 图 73.装好测微头，调节测微头与振动台吸

26、合并使霍尔片置于方形磁钢上下之间正中位置。4.开启主、副电源调整W1使电压表指示为零。5.上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表：X(mm)V(v)X(mm)V(v)作出曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场。位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。6.实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。七、实验报告在实验报告中填写实验报告七，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。实验八 光电传感器（透射型）测转速实验一、实验目的 了解光电传感器测转速的原

27、理及运用。二、实验仪器 电机控制单元、小电机、频率表、光电传感器、主、副电源、示波器。三、实验内容 用透射型光电传感器测量电机转速。四、实验原理光电式转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有相间的6个间隔，转动时将获得与转速及开孔数目有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。五、实验注意事项差放增益旋钮置最小，差放调零旋钮置最小。六、实验步骤1.光电传感器已安装在转动台上，将光电传感器的三个引出孔“Fo，5V，地”和频率表下的“Fi，5V，地”用实验导线对应连接起来。2.合上主、副电源，然后将转动源的开关置于“开”档，逐渐调大转动源旋钮使电机转动。3.观察频率表显示的频率值。也可用示波器观察F。输出口的转速脉冲信号（Vp-p2V）。4.根据测到的频率及转动盘台上透射的数目算出此时的电机转速。即：即：N频率表显示值/660（n/min）=频率表显示值10（n/min）5.实验完毕，关闭主、副电源。 七、实验报告在实验报告中填写实验报告八，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。