传感器实验教案.docx

1、传感器实验教案目 录实验一 金属箔式应片性能单臂电桥 1实验二 移相器实验 3实验三 相敏检波器实验 4实验四 差动变压器(互感式)的性能 6实验五 霍尔式传感器的静态位移特性直流激励 7实验六 光纤位移传感器的动态实验一 8实验七 光纤位移传感器的动态实验二 8实验八 热敏电阻测温演示实验 10实验一 金属箔式应片性能单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 所需单元及部件：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、V/F表。 旋钮初始位置：直流稳压电源打N_+2v档，VF表打到2V档，差动放大增益调到最大。 实验步骤： (1)观察所需单元、部

2、件在实验仪上的所在位置观察梁上的应变片，上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片，测微头在双平行粱右端的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 (2)将差动放大器调零：用lOom长的连线将差动放大器的正(+)、负(一)、地短接。将差动放大器的输出端与VF表的输入端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VF表显示为零(或接近零)。关闭主、副电源。 (3)实验仪内配备的锁紧式插头线的使用方法：连线时，将连线的插头插入仪器上的插座后顺时针方向旋转30度左右接触就很可靠。并可在此插头的上方可继续插入很多插头，可任意扩展，立体布线。将插头逆时针方向旋转30

3、度左右即可拔出。注意拔出连线时千万不能直接拉导线，要拿住连线头部拨起，以免拉断实验连线。 (4)根据图1接线。R1、B2、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，VF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P,D(W1)，使VF显示为零，然后将VF表置2V档，再慢慢调电桥RD(W1)，使VF表显示为零。(5)将测微头转动到10mm刻度附近，按装到双平行梁的右端即自由端(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VF表显示值最小，再旋动测微头， 使VF表显示为零(细调零)，这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

4、 (6)往下或往上旋动测微头，使粱的自由端产生位移记下VF表显示的值。每旋动测微头一周即x=05mm衄记一个数值填入下表：(7)据所得结果计算灵敏度s=vx(式中x为梁的自由端位移变化，v为VF表显示的电压值的相应变化)。 (8)实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。 注意事项： (1)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，让学生连线时组成电桥容易。 (2)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。 问题： (1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求? (2)根据所给的差动放大器电路原理图2，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作

5、同相或反相放大器。实验二 移相器实验实验目的：了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况所需单元及部件：移相器、音频振荡器、双线(双踪)示波器。实验步骤：(1) 了解移相器在实验仪所在位置及电路原理(见图8)。(2)将音频振荡器的信号引入移相器的输人端(音频信号从0度、180度插口输出均可)，开启主、副电源。 (3)将示波器的两根输入线分别接到移相的输入端输出端，调整示波器，观察示波器的波形。 (4)旋动移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。 (5)改变音频振荡器的频率，观察不同频率时的最大移相范围。 问题：(2)如果将双线示波器改为单踪示波器，两路信号分别从Y轴和x轴送入，根据李沙育

6、图形是否可完成此实验?实验三 相敏检波器实验 实验目的：了解相敏检波器的原理和工作情况所需单元和部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器(自备)、直流稳压电源、低通滤波器、vF表。 有关旋钮的初始位置：FV表置20K档。音频振荡器频率为4KHZ，幅度置最小(逆时针到底)，直流稳压电源输出置于2v档，主、副电源关闭。 实验步骤： (1)了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的位置、符号。 (2)按图i0电路接线，将音频振荡器的信号0。输出端接至相敏检波器的输入端l，把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端5，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端1，和输出端3组成一个测

7、量线路。(3)调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮。示波器输出电压为峰峰值4v。观察输入和输出波的相位和幅值关系。 (4)改变参考电压的极性(把直流稳压电源十2V输出端的连线换接到2V输出端观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结论，当参考电压为正时，输入和输出 相，当参考电压为负时，输入和输出 相，此电蹯的放大倍数为 倍。 (5)关闭主、副电源，根据图11电路重新接线，将音频振荡器的信号从0度输出端输出至相敏检波器的输入端1和相敏检波器的参考输入端2，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入1和输出端3，将相敏检波器输出端3同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低

8、通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成个测量线路。(此时VF表置于20V档)。(6)开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表一 单位：vVip-p（v）0.512481620Vov（v）(7)关闭主、副电源，根据图11的电路接线，将音频振荡器0度输出端的信号接至相敏检波器的输入端1，将180度输出端的信号接至移相器的输入端，从移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端2，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端l和输出端3，将相敏检波器输出端3同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与VF表连接起来，组成一测量线路。(8)开启主、副电源，转动移

9、相器上的移相电位器，观察示波的显示波形及电压表的读数，使得输出最大。 (9)调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。 单位：vVip-p（v）0.512481620Vov（v）思考： (1)根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么?移相器在实验线路中的作用是什么?(即参考端输入波形相位的作用) (2)在完成第五步骤后，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输人端1和附加观察端6和7，(图13)观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波，相位如何?起什么作用? (3)当相敏检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的最大值。

10、实验四 差动变压器(互感式)的性能 实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。 所需单元及部件： 音频振荡器、测微头、双线示波器、差动变压器、振动平台。 有关旋钮初始位置： 音频振荡器调至4KHz左右，双线示波器第一通道灵敏度500mvdiv，第二通道灵敏度10mvdiv，触旋选择打到第一通道，主、副电源关闭。 实验步骤： (1)根据图14接线，将差动变压器(2组L0的同名端相连)、音频振荡器(必须在LV端接出)、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源；将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，调整音频振荡器幅度旋钮，使音频LV信号输入到Li的电压VPP为2V。(2)转动测微

11、头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。 (3)往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移02衄，用示波器读出差动变压器 输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S=AVAX(AqAV为电压变化 x为相应振动平台的位移变化)，作出V-X关系曲线。X（mm）5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo（p-p）思考： (1)根据实验结果，指出线性范围。 (2)当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化? (3)用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，

12、这个最小电压称作什么?由于什么原因造成? 注意事项： (1)差动变压器与示波器的连线应尽量短些，以免引入干扰。 (2)差动变压器的两次次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连，这可通过信号相位有否变化来判别)。实验五 霍尔式传感器的静态位移特性直流激励 实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。 所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、VF表、直流稳压电源、测微头、振动平台。 有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。 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

13、的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢周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22接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。(3)装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。(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0.2mm读一个数，将读数填入下表：X（mm）V（v）X（mm）V（v）作出VX曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源a 可见，本实验测出的实际上是磁场情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也

14、就越大。 (6)实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。 注意事项： (1)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a (2)一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。 (3)激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。(4V就有可能损坏霍尔片)实验六 光纤位移传感器的动态实验一 实验目的：了解光纤位移传感器的动态应用。 所需单元及部件：主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器。 实验步骤： (1)了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号； (2)在实验(三十一)中的电路中接人低通滤波器和示波器，如图32接线。(3)将侧微头与振

15、动台面脱离，测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射纸的距离调整在光纤传感器工作点即线性段中点上(利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线性中点的距离为工作点，目测振动台上的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即线性IXAX的中点)。 (4)将低频振荡信号接入振动台的激振线圈II上，开启主、副电源，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中：(5)保持低频振荡器输出的Vp_D幅值不变，改变低频振荡器的频率(用示波器观察低频振荡器输出的Vp_p值为一定值，在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度旋钮使Vp-p相同)，将频率和示波器上所测的峰峰值(此时的峰峰值Vp-p是指经低通后的V

16、p-p)填入下表，并作出幅频特性图：幅度（Vp-p）频率（Hz）（6）关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始最小位置。实验七 光纤位移传感器的动态实验二 实验目的：了解光纤位移传感器的测速运用。 所需单元及部件：电机控制、差动放大器、小电机、VF表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器。 实验步骤： (1)了解电机控制机在振动台的左边。 (2)按图33接线，源。小电机(小在实验仪上所在的位置，小电将差动放大器的增益置最大，VF表的切换开关置2V，开启主、副电源。(3)将光纤探头移至电机上方对准电机上的圆型反光面，调节光纤传感器的高度，使VF表显示最大再用手稍微转动电机，让反光面避开光

17、纤探头。调节差动放大器的调零旋钮，使VF表显示接近零。 (4)将直流稳压电源置士IOV档，在电机控制单元的v+处接+lOV电压，调节转速旋钮使电机运转 (5)VF表置2K档显示频率，用示波器观察VF表。输出端的转速脉冲信号。(Vp-p=4V)： (6)根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 (7)实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。 注：如示波器上观察不到脉冲波形而实验(二)又正常，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适(建议使用不带衰减的探头)。实验八 热敏电阻测温演示实验 热敏电阻特性： 热敏电阻的温度系数有正有负，因此分

18、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热敏电阻钡媪范围为：一50+300。热敏电阻具有体积小、重量轻、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。 实验目的：了解NTC热敏电阻现象。 所需单元厦部件：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、一15V稳压电源、vF表、主副电源。 实验步骤： (1)了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个黑色或棕色元件，封装在双平行振动梁上片梁的表面。 (2)将VF表切换开关置2V档直流稳压电源切换开关置|2v。按图35接线，开启主、副电源，调整W1电位器，使VF表指示为1V左右。这时为室温时的Vi。(3)将-15V电源接入加热器，观察电压表的读数变化，电压表的输入电压： (4)由此可见t当温度 时。RT阻值 ，Vi 。思考题： 如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个050的温度测量电路，你认为该怎样来实现?