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1、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1k10kHz音频信号发生器、130Hz低频信号发生器、四组直流稳压电源： 15V、 +5V、210V、 224V 可调、 数字式电压表、频率 /转速表、定时器以及高精

2、度温 度调节仪组成。2.三源板部分热源：0220V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： 224V 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

3、,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

4、、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

5、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）Rwi C5 Rwj! （0 Rwj图3-13.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

6、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S f3六、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霍尔传感器模块、霍尔传感器、振动源、直流稳

7、压电源、通信接口这里采用直流电源激励霍尔组件，原理参照实验十三1 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 +4VJ 12C-冃逾槪励R2Rs迎信接口cm图 16-12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“

8、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）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

9、的表面电荷。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了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。电涡流传感器、振动源

10、、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。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。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

11、。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了解常用的集成温度传感器（ AD590 ）基本原理、性能与应用。智能调节仪、PT100、AD590、温度源、温度传感器实验模块。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

12、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 1A/K，只需要一种+ 4V+ 30V电源（本实验仪用+5V ）, 即可实现温度到电

13、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=100 Q）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。1 重复实验二十六，将温度控制在 50C,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