检测技术综合实验实验指导书.docx

1、检测技术综合实验实验指导书传感器与检测技术实验指导书合肥工业大学电气与自动化学院电气自动化专业实验中心2013 12编写说明检测与转换技术综合实验是结合课程教学开设的必要的实践环节，属于课程教学的重要组成部分。目的是让学生通过实践，较好地掌握和运用所学的基本原理、基本理论和基本技能，并在实验过程中熟悉和掌握各类实验仪器、工具和器材等的选用和使用技能。培养学生正确理解实验方案和要求，科学构建实验电路或系统，分析和解决实验中出现的现象和问题。检测与转换技术综合实验面向本学院自动化、电气工程与自动化、生物医学工程等专业。本实验指导书根据教学大纲规定的各项实验任务，介绍了 CSY 系列传感器系统实验仪

2、的结构原理及配套软件的使用。并根据各类传感器的特性，安排了十二个综合性实验，供各专业选用。本实验指导书由王海欣、朱淳、方海泉编写，徐科军教授审核。陈荣保老师对全文进行了修订，并增加了实验室守则、学生实验须知、实验报告格式和评分标准。I实验室守则“检测与转换技术综合实验室”隶属于电气与自动化工程学院电气与自动化专业实验中心，面向本学院自动化、电气工程及其自动化等专业。 由检测与转换技术综合实验室开设的“检测与转换技术综合实验” 是结合课程教学开设的必要的实践环节，属于课程教学的重要组成部分。目的是让学生通过实践，较好 地掌握和运用所学的基本原理、基本理论和基本技能，并在实验过程中熟悉和掌握各类

3、实验仪器、工具和器材等的选用和使用技能。培养学生正确理解实验方案和要求，科学 构建实验电路或系统，分析和解决实验中出现的现象和问题。为正常开设“检测与转换技术综合实验”（下称“综合实验”），实验室必须做到以下 守则：一、实验室实验教师保证“综合实验”开设前实验室的用电安全和其他安全措施， 保证有足够的照明条件。二、实验室实验教师保证“综合实验”开设所需实验装置的准备工作，实验装置的 投入率达到 90以上。三、实验室建立完全的“实验室学生实验准则”，实验教室有权处置实验过程中发生 的任何事情，对影响正常实验的事件有权予以终止，并及时上报。四、实验室备有桶盆类器物，备雨天所用，不允许雨具进入实验范

4、围。 五、实验室在每次实验前，必须详细介绍“实验室学生实验准则”、“综合实验报告要求和格式”和“检测与转换技术综合实验”内容，使参加实验的学生清楚了解实验内 容、实验要求和实验纪律。六、实验过程中，保证参加实验的学生在准点（实验）前进实验室和实验后离开实 验室时实名签字，签字格式如下。准点后未到者，实验教师直接画对角线，再来者迟到； 不来为缺席；未完成实验离开，算早退。另外，来不签字算缺席，走不签字算早退。某日上午准点前某日上午离开某日下午准点前某日下午离开姓名学号次日上午准点前次日上午离开次日下午准点前次日下午离开七、对于在实验过程中遇到的问题，包括实验装置故障、元器件正常耗损以及常规配件的

5、增补，实验教师应该及时向实验中心汇报，及时解决。II实验室学生实验准则所有到本实验室进行实验，必须遵循以下实验准则：一、实验纪律1、学生应按照课程教学计划，准时上实验课，不得迟到早退。2、学生不得穿背心、拖鞋等非正规衣着进入实验室。3、学生除饮水外不得在实验室吃餐点、干粮、水果、零食等各种食物。4、学生不得在实验过程中有脱鞋、抽烟、随地吐痰和乱丢纸屑杂物等不文明行为。5、学生进入实验室，不得大声喧哗和打闹。6、学生进入实验室，必须遵守实验室规章制度，服从实验教师安排。7、对违反实验纪律或导致实验事故者，实验教师有权终止其实验。二、实验要求1、实验前应认真聆听实验教师关于“实验室学生实验准则”、

6、“综合实验报告要求和格式”和“检测与转换技术综合实验”的实验阅读实验指导书，明确实验目的、步骤、原理，预习有关理论知识，并接受实验教师的提问和检查。2、做实验时必须严格遵守仪器设备的操作规程，爱护仪器设备，服从实验教师和技术人员的指导。未经许可不得动用与本实验无关的仪器设备及其他物品。3、实验时必须注意安全，防止人身和设备事故的发生。若出现事故，应立即切断电源，及时向实验教师报告，并保护现场，不得自行处理。4、实验完毕，必须交一份实验数据给实验教师，实验小组成员均要签名。5、实验完毕，应清理实验现场。经实验教师检查仪器设备、工具、材料和实验数据后，方可离开。 三、实验中要细心观察，认真记录各种

7、实验数据。不准敷衍，不准抄袭别组数据，不得擅自离开操作岗位。 四、实验后要认真完成实验报告，包括分析结果、处理数据、绘制曲线及图表。在规定的时间内交实验教师批改。 五、实验报告要规范，符合实验报告格式和要求。六、在实验过程中，由于不慎造成仪器设备、器皿、工具损坏者。应写出损坏情况 汇报，并接受检查，由领导根据情况进行处理。七、凡违反操作规程、擅自动用与本实验无关的仪器设备、私自拆卸仪器而造成事 故和损失的，肇事者必须写出书面检查，视情节轻重和认识程度，按章予以赔偿。III检测与转换技术综合实验报告格式与要求检测与转换技术综合实验报告是反映学生根据教学大纲完成检测与转换技术综合实验规定的各项实验

8、任务的书面依据，按照实验要求和实验报告撰写要求，特制定检测与转换技术综合实验报告的格式与要求。一、综合实验报告纸张要求检测与转换技术综合实验报告必须采用学校指定的综合实验报告纸，要有封面。二、综合实验报告撰写要求1、综合实验报告，正反面撰写。2、文字必须用钢笔、水笔，书写端正。作图制表必须用尺（可以用铅笔）。3、实验数据人工处理；涉及图表等可以打印。4、综合实验报告正文，标注页码；封面及其扉页不标注页码。三、封面要求检测与转换技术综合实验报告封面包括：1、综合实验名称：检测与转换技术综合实验报告2、实验人、学号、班级、实验小组其他同学姓名3、实验时间、实验地点4、封面反面写明报告中所做实验的实

9、验名称目录、页码四、报告内容1、综合实验装置简介。2、详细撰写每一个实验内容实验编号及其实验名称该实验要求和实验目的该实验用到综合实验装置中的相关功能块实验原理及其实验线路实验现象和实验数据实验现象和实验数据处理（实验数据必须人工处理；实验现象图片等打印粘贴；若进行计算机仿真和验证，可再加用仿真软件）实验结果讨论实验过程和内容改进建议IV检测与转换技术综合实验报告100 分标准检测与转换技术综合实验报告形同考试等级，100 分评分标准，包括 2 个部分： 报告成绩和平时成绩，平时成绩就是实验过程中签名，正常签名 1 次 1 分，迟到或早退 1次 0.5 分，不来 1 次 0 分。全勤，则平时成

10、绩满分。实验周期为 4 天8 个半天16 次签名（签到、签走），满分 16 分；实验周期为 5天，则满分 20 分。检测与转换技术综合实验报告卷面按 100 分打分，然后乘上权值，即 4 天制为84，5 天制为 80。检测与转换技术综合实验报告卷面按 100 分打分，评分标准如下：一、检测与转换技术综合实验报告为必做实验，缺席者按照旷课处理。二、在规定时限前递交实验报告，由于实验报告较厚，请装订牢固，不要散乱。实验报告属于正规报告，报告上出现污渍者，如饭渍、油渍等，或皱褶不堪，至少扣 5 分。三、有下列情况，做不及格处理：在规定时限后不再接受任何实验报告，未交者作不及格处理。因违反实验纪律、或

11、违反实验要求而导致实验事故者，不及格。实验无辜缺席超过三分之一者，不及格。每一位学生在撰写报告时，要对实验报告的内容负责；除一个实验小组成员外，报告内容不允许有雷同。如果发现实验内容不符或雷同者，直接作不及格处理。三、评分标准实验过程中，凡迟到者、或早退者，每次扣 0.5 分，超过三分之一，实验报告扣15 分；缺席 1 次扣 1 分，超过三分之一，不及格。实验报告没有封面扣 5 分；没有目录扣 5 分。实验报告撰写不符合格式要求，扣 10 分。涉及用尺制表制图的，凡未用尺，根据实际情况扣 510 分。实验报告是真实记录实验效果的书面报告，文字撰写时，字体不能潦草、涂改或不清晰，一旦发现，扣 5

12、 分；同时在评分过程中因此而误判，扣分不做纠正。在任何一个实验中，发现实验数据涂改、修改，扣 20 分；实验数据不全或漏缺，视情节扣 5 分或 10 分。漏写一个实验，按照总实验数的百分比均分扣除，低于 10 分者扣 10 分。凡实验缺席 1 次，报告扣 10 分。V检测与转换技术综合实验报告等级分标准检测与转换技术综合实验报告按照 5 个等级评分，即优（10090 分）、良（8980分）、中（7970 分）、及格（6960 分）、不及格（小于 60 分）。整个实验过程中按照“检测与转换技术综合实验报告100 分标准”先进行 100 分制打分，按照最终得分范围，确定其等级分。VI编写说明 I实

13、验室守则 II实验室学生实验准则 III检测与转换技术综合实验报告格式与要求 IV检测与转换技术综合实验报告100 分标准 V检测与转换技术综合实验报告等级分标准 VI实验一 CSY998B+传感器实验仪 11.1 CSY-998B+传感器实验仪简介 11.2 主要技术参数、性能及说明 31.3 各电路和传感器性能的检查 5实验二 电阻应变(金属箔式应变计)传感器实验 72.1 金属箔式应变计性能-单臂、半桥、全桥比较 72.2 金属箔式应变计的温度效应及补偿 92.3 移相器实验 102.4 相敏检波器实验 112.5 金属箔式应变计交流全桥及激励频率对交流全桥的影响 122.6 交流全桥的

14、应用 14实验三 差动变压器（互感式）传感器实验 163.1 差动变压器（互感式）传感器的性能 163.2 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿 173.3 差动变压器（互感式）的标定 183.4 差动变压器（互感式）的应用 19实验四 差动螺管式（自感式）传感器实验 214.1 差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能 214.2 差动螺管式（自感式）传感器的振幅测量 224.3 激励频率对差动螺管式传感器的影响 22实验五 差动变面积电容传感器实验 24实验六 霍尔式传感器实验 266.1 霍尔式传感器的直流激励特性 266.2 霍尔式传感器的交流激励特性 276.3 霍尔式传感器的应用

15、28实验七 电涡流式传感器实验 307.1 电涡流式传感器的静态标定 307.2 被测体材料对电涡流传感器特性的影响 31VII7.3电涡流式传感器的应用 .31实验八 磁电式传感器实验 .33实验九 光纤、光电传感器实验 .349.1光纤位移传感器静态实验 .349.2光纤位移传感器的动态实验 .359.3光电开关的转速测量实验 .369.4光敏电阻传感器实验 .369.5硅光电池实验 .37实验十 热电阻、热电耦传感器实验 .3910.1热电偶的原理及分度表的应用 .3910.2热敏电阻实验 .4110.3 PN 结温度传感器测温实验 .4110.4湿敏电阻（RH）实验.4210.5热释电

16、传感器 .43实验十一 压电传感器及半导体扩散硅压阻式压力传感器实验 .4511.1压电传感器的动态响应.4511.2压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器.4611.3半导体扩散硅压阻式压力传感器实验.4711.4气敏传感器（MQ3）实验 .48实验十二 双平行梁的动态特性正弦稳态响应 .51实验十三 综合传感器力平衡式传感器 .52VIII实验一 CSY998B+传感器实验仪1.1 CSY-998B+传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、 处理电路单元。传感器安装台部分传感器安装台主要安装的传感器如图 1.1 所示，共装有双平行

17、振动梁（应变片、热电 偶、PN 结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁 测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、小机电、电涡流传感器及支座、电涡 流传感器引线 3.5 插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、 振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电 容传感器的动片组、磁电传感的可动芯子）、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感 器及湿敏元件安装盒，热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具 体安装部位示意图如图 1.2 所示。图 1.11图 1.2显示及激励源部分电机控制单元、主电源、

18、直流稳压电源（2V - 10V 分 5 档调节）、F/V 数字显示表 （可作为电压表和频率表）、（5mV-500mV)、音频振荡器、低频振荡器、15V 不可调稳 压电源。具体安装部位示意图如图 1.3 所示。图 1.3实验主面板上传感器符号单元所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验 时传感器的输出信号（包括激振线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电 荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。具体安装部位示意图如图 1.4 所示。图 1.421.2 主要技术参数、性

19、能及说明1.2.1 传感器安装台部分双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈,接 入低频激振器 U0 可做静态或动态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。(或采用标准双孔 悬臂梁传感器应变梁)。差动变压器（电感式）量程：5mm 直流电阻：510 由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空 心线圈，铁芯为软磁铁氧体。电涡流位移传感器量程：1mm 直流电阻：12 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 霍尔式传感器量程：2mm 直流电阻：激励源端口 8001.5K；输出端口 300500日本 JVC 公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁

20、钢构成的梯度磁场中。 热电偶直流电阻：10 左右 由两个铜-康铜热电偶串接而成，分度号为 T，冷端温度为环 境温度。电容式传感器量程：2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。 热敏电阻半导体热敏电阻 NTC：温度系数为负，25时为 10K。 光纤传感器 由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。红外线发射、接收、直流电阻：5002.5k 260 股 Y 形、半圆分布。 半导体扩散硅压阻式压力传感器量程：10Kpa（差压） 供电：6V美国摩托罗拉公司生产的 MPX 型压阻式差压传感器。 压电加速度计PZT-5 压电晶片和铜质量块构成。 谐振频率：10KHZ， 电荷

21、灵敏度：q20pc/g。 应变式传感器 箔式应变片电阻值：350、应变系数：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有 4 片应变片，受力工作片分别用符号 和 表示。在 998B 型仪器中，横向所贴 的两片为温度补偿片，用符号表示。PN 结温度传感器利用半导体 P-N 结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温 度。灵敏度：-2.1mV/。磁电式传感器0.2110003直流电阻：3040 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5V/m/s 气敏传感器MQ3（酒精）：测量范围：50200ppm。湿敏电阻高分子薄膜电阻型（RH）：几兆 K 响应时间：吸湿、脱湿小于 10 秒

22、。 温度系数：0.5RH%/ 测量范围：10%95% 工作温度：050光电开关：（反射型） 光敏电阻：cds 材料：几 几 M 硅光电池：Si 日光型 热释电红外传感器：远红外式1.2.2 信号及变换电桥：用于组成直流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。 差动放大器 通频带 010kHz 可接成同相、反相，差动结构，增益为 1-100 倍的直流放大器。电容变换器 由高频振荡，放大和双 T 电桥组成的处理电路。电压放大器 增益约为 5 倍，同相输入，通频带 010KHz移相器 允许最大输入电压 10Up-p 移相范围20（5KHz 时）相敏检波器 可检波电压频率 0-10KHz 允

23、许最大输入电压 10Up-p 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 低通滤波器 由 50Hz 陷波器和 RC 滤波器组成，转折频率 35Hz 左右。 涡流变换器 输出电压|8|V（探头离开被测物）变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件 光电变换座 由红外发射、接收管组成。1.2.3 二套显示仪表数字式电压/频率表：3 位半显示，电压范围 02V、020V，频率范围 3Hz2KHz、 10Hz20KHz，灵敏度50mV。指针式毫伏表：85C1 表，分 500mV、50mV、5mV 三档，精度 2.5%1.2.4 二种振

24、荡器音频振荡器：0.4KHz10KHz 输出连续可调，Up-p 值 20V 输出连续可调，180、 0反相输出，LV 端最大功率输出电流 0.5A。低频振荡器：130Hz 输出连续可调，Up-p 值 20V 输出连续可调，最大输出电流 0.5A，Vi 端可提供用做电流放大器。1.2.5 二套悬臂梁、测微头4双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端 装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验（右边圆盘式 工作台由“激振 I 带动，左边平行式悬臂梁由带动）。1.2.6 电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度 30左右的升温。1.2.7 测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合进行测速1.2.8 二组稳压电源直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励 1.5A。 2V10V 分五档