傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

THSCCG-1型傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置 簡(jiǎn)介一、概述“THSCCG-1型傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)裝置”是根據(jù)中華人民共和國(guó)教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電工電子類(lèi)實(shí)訓(xùn)基地儀器設(shè)備配備標(biāo)準(zhǔn)，教育部“振興21世紀(jì)職業(yè)教育課程改革和教材建設(shè)規(guī)劃”要求，按照職業(yè)教育的教學(xué)和實(shí)訓(xùn)要求研發(fā)的產(chǎn)品。適合高職院校、職業(yè)學(xué)校的儀器儀表、自動(dòng)控制、電子技術(shù)與機(jī)電技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)。二、設(shè)備構(gòu)成實(shí)訓(xùn)裝置主要由實(shí)訓(xùn)臺(tái)、三源板、傳感器和變送模塊組成。1. 實(shí)訓(xùn)臺(tái)部分1k10kHz音頻信號(hào)發(fā)生器、130Hz低頻信號(hào)發(fā)生器、四組直流穩(wěn)壓電源：15V、+5V、210V、224V可調(diào)、數(shù)字式電壓表、頻率/轉(zhuǎn)速表、定時(shí)器以及高精度溫度調(diào)節(jié)儀組成。2. 三源板部分 熱源：0220V交流電源加熱，溫度可控制在室溫120 oC，控制精度1 oC。 轉(zhuǎn)動(dòng)源：224V直流電源驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)在04500 rpm。 振動(dòng)源：振動(dòng)頻率1Hz30Hz（可調(diào)）。3. 傳感器及變送模塊部分 傳感器包含金屬應(yīng)變傳感器，差動(dòng)變壓器傳感器，磁電傳感器，Pt100溫度傳感器，K型熱電偶，光電開(kāi)關(guān)，霍爾開(kāi)關(guān)。變送模塊包括電橋、電壓放大器、差動(dòng)放大器、電荷放大器、低通濾波器、相敏檢波器、移相器、溫度檢測(cè)與調(diào)理等共五個(gè)模塊。 本實(shí)訓(xùn)臺(tái)，作為教學(xué)實(shí)訓(xùn)儀器，傳感器基本上都采用工業(yè)應(yīng)用的傳感器，以便學(xué)生有直觀的認(rèn)識(shí)，變送模塊上附有變送器的原理框圖，測(cè)量連接線用定制的接觸電阻極小的迭插式聯(lián)機(jī)插頭連接。三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容本裝置的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目共34項(xiàng)，包括基本技能實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目25項(xiàng)，應(yīng)用型實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目9項(xiàng)。涉及壓力、振動(dòng)、位移、溫度、轉(zhuǎn)速等常見(jiàn)物理量的檢測(cè)。通過(guò)這些實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使學(xué)生能夠更全面的學(xué)習(xí)和掌握信號(hào)傳感、信號(hào)處理、信號(hào)轉(zhuǎn)換、的整個(gè)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變式傳感器特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，掌握單臂電橋的接線方法和用途。在此基礎(chǔ)上了解半橋、全橋的工作原理和接線方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：實(shí)訓(xùn)臺(tái)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤(pán)、砝碼、萬(wàn)用表（自備）。三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：R/R=K，式中R/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=l/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，如圖1-1所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1-1 應(yīng)變傳感器安裝圖圖1-2 單臂電橋接線圖通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R5、R6、R7為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓Uo= （1-1）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L(zhǎng)=。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與操作步驟1應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動(dòng)放大器調(diào)零。從實(shí)訓(xùn)臺(tái)接入15V電源，檢查無(wú)誤后，合上實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）3按圖1-2連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。4加托盤(pán)后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。5在應(yīng)變傳感器托盤(pán)上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計(jì)下數(shù)顯表值，填入下表1-1，關(guān)閉電源。表11重量(g)電壓(mV)五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告根據(jù)表11計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差f1=m/yF.S 100，式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿(mǎn)量程（200g）輸出平均值。六、注意事項(xiàng)加在應(yīng)變傳感器上的壓力不應(yīng)過(guò)大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)訓(xùn)目的掌握差動(dòng)變壓器位移測(cè)量的方法二、實(shí)訓(xùn)儀器實(shí)訓(xùn)臺(tái)、差動(dòng)變壓器模塊、測(cè)微頭、差動(dòng)變壓器、示波器（自備）三、相關(guān)原理差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和兩只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成。鐵芯連接被測(cè)物體，移動(dòng)線圈中的鐵芯，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則減小，將兩只次級(jí)線圈反向串接（同名端連接）引出差動(dòng)輸出。輸出的變化反映了被測(cè)物體的移動(dòng)量。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1根據(jù)圖5-1將差動(dòng)變壓器安裝在差動(dòng)變壓器模塊上。 圖5-1 圖5-22將傳感器引線插頭插入模塊的插座中，音頻信號(hào)由振蕩器的“00”處輸出，打開(kāi)主控臺(tái)電源，調(diào)節(jié)音頻信號(hào)輸出的頻率和幅度（用示波器監(jiān)測(cè)），使輸出信號(hào)頻率為4-5KHz，幅度為Vp-p=2V，按圖5-2接線（1、2接音頻信號(hào)，3、4為差動(dòng)變壓器輸出，接放大器輸入端）。3用示波器觀測(cè)Uo的輸出，旋動(dòng)測(cè)微頭，使示波器上觀測(cè)到的波形峰峰值Vp-p為最小，這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰疲硪粋€(gè)方向位稱(chēng)為負(fù)，從Vp-p最小開(kāi)始旋動(dòng)測(cè)微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表51，再?gòu)腣p-p最小處反向位動(dòng)測(cè)微頭，在操作過(guò)程中，注意左、右位移時(shí)，初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1操作過(guò)程中注意差動(dòng)變壓器輸出的最小值即為差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓大小。根據(jù)表61畫(huà)出Vop-pX曲線，作出量程為1mm、3mm靈敏度和非線性誤差。表（5-1）差動(dòng)變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表。V(mV)X(mm)七 激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響測(cè)試一、實(shí)訓(xùn)目的：了解初級(jí)線圈激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器輸出性能的影響二、實(shí)訓(xùn)儀器：同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目五三、相關(guān)理論：差動(dòng)變壓器輸出電壓的有效值可以近似表示為： 式7-1式7-1中Lp、Rp為初級(jí)線圈的電感和損耗電阻，Ui、為激勵(lì)信號(hào)的電壓和頻率，M1、M2為初級(jí)與兩次級(jí)線圈的互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當(dāng)初級(jí)線圈激勵(lì)頻率太低時(shí)，RP22LP2，則輸出電Uo受頻率變動(dòng)影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)2LP2RP2時(shí)輸出Uo與無(wú)關(guān)，當(dāng)然過(guò)高會(huì)使線圈寄生電容增大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1按照實(shí)訓(xùn)五安裝傳感器和接線。開(kāi)啟實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源開(kāi)關(guān)。2選擇音頻信號(hào)的頻率為1KHz，Vp-p=2V。（用示波器監(jiān)測(cè)）。3用上示波器觀察Uo輸出波形，移動(dòng)鐵芯至中間位置即輸出信號(hào)最小時(shí)的位置。固定測(cè)微頭。4旋動(dòng)測(cè)微頭，向左（或右）旋到離中心位置1mm處，使Uo有較大的輸出。5分別改變激勵(lì)頻率從1KHZ9KHZ，幅值不變，頻率由頻率/轉(zhuǎn)速表監(jiān)測(cè)。將測(cè)試結(jié)果記入表71表7-1激勵(lì)頻率與輸出電壓的關(guān)系。F(Hz)1KHz2 KHz3 KHz4 KHz5 KHz6 KHz7 KHz8 KHz9 KHzV0(V)五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1根據(jù)表7-1作出幅頻特性曲線。八 電容式傳感器的位移特性測(cè)試一、實(shí)訓(xùn)目的：了解電容傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)二、實(shí)訓(xùn)儀器：電容傳感器、電容傳感器模塊、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套三、相關(guān)原理：電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理： （8-1）式中，S為極板面積，d為極板間距離，0真空介電常數(shù)，r介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測(cè)物理量使S、d或r發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類(lèi)型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖11-1兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個(gè)極板用導(dǎo)線引出，形成差動(dòng)電容輸出。 圖8-1四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1按圖8-2將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K插座中。圖8-2 電容傳感器安裝圖2將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。3接入15V電源，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)Rw，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（選擇2V檔）。（Rw確定后不能改動(dòng)）4旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表8-1X(mm) V(mV)五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告：1根據(jù)表8-1的數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。十三 磁電式傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量一、實(shí)訓(xùn)目的：掌握磁電式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。二、實(shí)訓(xùn)儀器：實(shí)訓(xùn)臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)源、磁電感應(yīng)傳感器三、相關(guān)原理：磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于線圈所包圍的磁通對(duì)時(shí)間的變化率，即 其中W是線圈匝數(shù)，線圈所包圍的磁通量。若線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為v或角速度w，則上式可改為e=-WBlv或者e=-WBSw，l為每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；S每匝線圈的平均截面積。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1按下圖安裝磁電感應(yīng)式傳感器。傳感器底部距離轉(zhuǎn)動(dòng)源45mm（目測(cè)），“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”接到224V直流電源輸出（注意正負(fù)極，否則燒壞電機(jī)）。磁電式傳感器的兩根輸出線接到頻率/轉(zhuǎn)速表。2調(diào)節(jié)224V電壓調(diào)節(jié)旋鈕，每間隔0.5V，記錄轉(zhuǎn)動(dòng)源的轉(zhuǎn)速值，并可通過(guò)示波器觀測(cè)其輸出波形。圖13-1五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1分析磁電式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理。 2根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。十四 壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量一、實(shí)訓(xùn)目的：了解壓電式傳感器測(cè)量振動(dòng)的原理和方法。二、實(shí)訓(xùn)儀器：振動(dòng)源、信號(hào)源、直流穩(wěn)壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊三、相關(guān)原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和壓電陶瓷片等組成（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1將壓電傳感器安裝在振動(dòng)梁的圓盤(pán)上。2將振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”，并按下圖14-1接線，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)低頻調(diào)幅到最大、低頻調(diào)頻到適當(dāng)位置，使振動(dòng)梁的振幅逐漸增大。3將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相檢波低通模塊低通濾波器輸入U(xiǎn)i，輸出Uo接示波器，觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。圖14-1五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1改變低頻輸出信號(hào)的頻率，記錄振動(dòng)源不同振動(dòng)幅度下壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值。并由此得出振動(dòng)系統(tǒng)的共振頻率。振動(dòng)頻率(Hz)56789101112131415182022242630Vp-p(V)十五 電渦流傳感器的位移特性測(cè)試一、實(shí)訓(xùn)目的：了解電渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。二、實(shí)訓(xùn)儀器：電渦流傳感器、鐵圓盤(pán)、電渦流傳感器模塊、測(cè)微頭、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表、測(cè)微頭。三、相關(guān)原理：通過(guò)高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1按下圖15-1安裝電渦流傳感器。 圖15-12在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓盤(pán)，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使鐵質(zhì)金屬圓盤(pán)的平面貼到電渦流傳感器的探測(cè)端，固定測(cè)微頭。圖15-23傳感器連接按圖15-2，將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，實(shí)驗(yàn)范本輸出端Uo與數(shù)顯單元輸入端Ui相接。數(shù)顯表量程切換開(kāi)關(guān)選擇電壓20V檔，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺(tái)接入+15V電源。 4合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂⒔Y(jié)果列入下表15-1。X（mm）UO(V)表15-1五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1根據(jù)表15-1數(shù)據(jù)，畫(huà)出UX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)，并計(jì)算量程為1mm、3 mm及5mm時(shí)的靈敏度和線性度（可以用端點(diǎn)法或其它擬合直線）。十八 光纖傳感器的位移特性測(cè)試一、 實(shí)訓(xùn)目的：了解反射式光纖位移傳感器的原理與應(yīng)用。二、實(shí)訓(xùn)儀器：光纖位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、測(cè)微頭、反射面、直流電源、數(shù)顯電壓表。三、相關(guān)原理：反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖18-1所示：光纖采用型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過(guò)光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接收到的光源與反射體表面的性質(zhì)及反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射面時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。 圖18-1 反射式光纖位移傳感器原理 圖18-2 光纖位移傳感器安裝示意圖四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1光纖傳感器的安裝如圖18-2所示，將Y型光纖安裝在光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板，調(diào)節(jié)光纖探頭端面與反射面平行，距離適中；固定測(cè)微頭。接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。2將測(cè)微頭起始位置調(diào)到14cm處，手動(dòng)使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測(cè)微頭。3實(shí)驗(yàn)?zāi)K從主控臺(tái)接入15V電源，合上主控臺(tái)電源。4將模塊輸出“Uo”接到直流電壓表（20V檔），仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器Rw使電壓表顯示為零。5旋動(dòng)測(cè)微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔.1讀出一次輸出電壓值，填入下表18-1X（mm）Uo(V)五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告 1根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定光纖位移傳感器大致的線性范圍，并給出其靈敏度和非線性誤差。十九 光纖傳感器測(cè)量振動(dòng)一、實(shí)訓(xùn)目的：了解光纖傳感器動(dòng)態(tài)位移性能。二、實(shí)訓(xùn)儀器：光纖位移傳感器、光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、振動(dòng)源、低頻振蕩器、通信接口（含上位機(jī)軟件）。三、 相關(guān)原理：利用光纖位移傳感器的位移特性和其較高的頻率響應(yīng)，用合適的測(cè)量電路即可測(cè)量振動(dòng)。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1光纖位移傳感器安裝如圖19-1所示，光纖探頭對(duì)準(zhǔn)振動(dòng)平臺(tái)的反射面，并避開(kāi)振動(dòng)平臺(tái)中間孔。 圖19-12根據(jù)實(shí)訓(xùn)十八的結(jié)果，找出線性段的中點(diǎn)，通過(guò)調(diào)節(jié)安裝支架高度將光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面的距離調(diào)整在線性段中點(diǎn)（大致目測(cè)）。3將光纖傳感器的另一端的兩根光纖插到光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上（參考圖18-2），接好模塊15V電源，模塊輸出接到通信接口CH1通道。振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”端，并把低頻調(diào)幅旋鈕打到最大位置，低頻調(diào)頻旋鈕打到最小位置。4合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，逐步調(diào)大低頻輸出的頻率，使振動(dòng)平臺(tái)發(fā)生振動(dòng)，注意不要調(diào)到共振頻率，以免振動(dòng)梁發(fā)生共振，碰壞光纖探頭，通過(guò)通信接口CH1用上位機(jī)軟件觀察輸出波形，并記下幅值和頻率。二十 PT100溫度控制的應(yīng)用一、實(shí)訓(xùn)目的：了解PID智能模糊+位式調(diào)節(jié)溫度控制原理。二、實(shí)訓(xùn)儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、溫度源。三、相關(guān)原理：位式調(diào)節(jié)位式調(diào)節(jié)（ON/OFF）是一種簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)方式，常用于一些對(duì)控制精度不高的場(chǎng)合作溫度控制，或用于報(bào)警。位式調(diào)節(jié)儀表用于溫度控制時(shí)，通常利用儀表內(nèi)部的繼電器控制外部的中間繼電器再控制一個(gè)交流接觸器來(lái)控制電熱絲的通斷達(dá)到控制溫度的目的。PID智能模糊調(diào)節(jié)PID智能溫度調(diào)節(jié)器采用人工智能調(diào)節(jié)方式，是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種先進(jìn)的新型人工智能算法，能實(shí)現(xiàn)高精度控制，先進(jìn)的自整定（AT）功能使得無(wú)需設(shè)置控制參數(shù)。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化，具有無(wú)超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。溫度控制基本原理由于溫度具有滯后性，加熱源為一滯后時(shí)間較長(zhǎng)的系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)儀采用PID智能模糊+位式雙重調(diào)節(jié)控制溫度。用報(bào)警方式控制風(fēng)扇開(kāi)啟與關(guān)閉，使加熱源在盡可能短的時(shí)間內(nèi)控制在某一溫度值上，并能在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過(guò)參數(shù)設(shè)置將加熱源溫度快速冷卻下來(lái)，可節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。當(dāng)溫度源的溫度發(fā)生變化時(shí)，溫度源中的熱電阻Pt100的阻值發(fā)生變化，將電阻變化量作為溫度的反饋信號(hào)輸給PID智能溫度調(diào)節(jié)器，經(jīng)調(diào)節(jié)器的電阻-電壓轉(zhuǎn)換后與溫度設(shè)定值比較再進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算輸出可控硅觸發(fā)信號(hào)（加熱）和繼電器觸發(fā)信號(hào)（冷卻），使溫度源的溫度趨近溫度設(shè)定值。PID智能溫度控制原理框圖如圖20-1所示。圖20-1 PID智能溫度控制原理框圖四、 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1在控制臺(tái)上的“智能調(diào)節(jié)儀”單元中“控制對(duì)象”選擇“溫度”，并按圖20-2接線。 2將224V輸出調(diào)節(jié)調(diào)到最大位置，打開(kāi)調(diào)節(jié)儀電源。3按住3秒以下，進(jìn)入智能調(diào)節(jié)儀A菜單，儀表靠上的窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設(shè)置的設(shè)定值。當(dāng)LOCK等于0或1時(shí)使能，設(shè)置溫度的設(shè)定值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的設(shè)定值。否則提示“”表示已加鎖。再按3秒以下，回到初始狀態(tài)。4按住3秒以上，進(jìn)入智能調(diào)節(jié)儀B菜單，靠上窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設(shè)置的上限偏差報(bào)警值。按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的上限報(bào)警值。上限報(bào)警時(shí)儀表右上“AL1”指示燈亮。（參考值0.5）5繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設(shè)置的自整定開(kāi)關(guān)，按、設(shè)置，“0”自整定關(guān)，“1”自整定開(kāi)，開(kāi)時(shí)儀表右上“AT”指示燈亮。6繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“dP”，靠下窗口顯示待設(shè)置的儀表小數(shù)點(diǎn)位數(shù)，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的比例參數(shù)值。（參考值1）7繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“P”，靠下窗口顯示待設(shè)置的比例參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的比例參數(shù)值。8繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“I”，靠下窗口顯示待設(shè)置的積分參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的積分參數(shù)值。9繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“d”，靠下窗口顯示待設(shè)置的微分參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的微分參數(shù)值。10、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“T”，靠下窗口顯示待設(shè)置的輸出周期參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的輸出周期參數(shù)值。11、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“SC”，靠下窗口顯示待設(shè)置的測(cè)量顯示誤差休正參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的測(cè)量顯示誤差休正參數(shù)值。（參考值0）12、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“UP”，靠下窗口顯示待設(shè)置的功率限制參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點(diǎn)位置，按或鍵可修改靠下窗口的功率限制參數(shù)值。（參考值100%）13、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“LCK”，靠下窗口顯示待設(shè)置的鎖定開(kāi)關(guān)，按或鍵可修改靠下窗口的鎖定開(kāi)關(guān)狀態(tài)值，“0”允許A、B菜單，“1”只允許A菜單，“2”禁止所有菜單。繼續(xù)按鍵3秒以下，回到初始狀態(tài)。14、設(shè)置不同的溫度設(shè)定值，并根據(jù)控制理論來(lái)修改不同的P、1、D、T參數(shù)，觀察溫度控制的效果。五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1簡(jiǎn)述溫度控制原理并畫(huà)出其原理框圖。二十一 集成溫度傳感器的溫度特性測(cè)試一、 實(shí)訓(xùn)目的： 了解常用的集成溫度傳感器（AD590）基本原理、性能與應(yīng)用。二、 實(shí)訓(xùn)儀器： 智能調(diào)節(jié)儀、PT100、AD590、溫度源、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。三、 相關(guān)原理： 集成溫度傳感器AD590是把溫敏器件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。其特點(diǎn)是使用方便、外圍電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠；不足的是測(cè)溫范圍較小、使用環(huán)境有一定的限制。AD590能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，在一定溫度下，相當(dāng)于一個(gè)恒流源，一般用于50150之間溫度測(cè)量。溫敏晶體管的集電極電流恒定時(shí)，晶體管的基極-發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時(shí)的離散性、均采用了特殊的差分電路。本實(shí)驗(yàn)儀采用電流輸出型集成溫度傳感器AD590，在一定溫度下，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。因此不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，具有很好的線性特性。AD590的靈敏度（標(biāo)定系數(shù)）為1A/K，只需要一種4V30V電源（本實(shí)驗(yàn)儀用+5V），即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實(shí)驗(yàn)中為傳感器調(diào)理電路單元中R2=100）即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，使用十分方便。電流輸出型比電壓輸出型的測(cè)量精度更高。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟 1重復(fù)實(shí)訓(xùn)二十，將溫度控制在500C，在另一個(gè)溫度傳感器插孔中插入集成溫度傳感器AD590。2將15V直流穩(wěn)壓電源接至溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2接主控臺(tái)直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4拿掉短路線，按圖21-1接線，并將AD590兩端引線按插頭顏色（一端紅色，一端綠色）插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中（紅色對(duì)應(yīng)a、綠色對(duì)應(yīng)b）。 5將R6兩端接到差動(dòng)放大器的輸入U(xiǎn)i，記下模塊輸出Uo2的電壓值。6改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表。T（）Uo2（V） 表21-1五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1由表21-1記錄的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算在此范圍內(nèi)集成溫度傳感器的非線性誤差。圖21-1二十二 鉑電阻溫度特性測(cè)試一、 實(shí)訓(xùn)目的：了解鉑熱電阻的特性與應(yīng)用。二、 實(shí)訓(xùn)儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100（2只）、溫度源、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。三、 相關(guān)原理：利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測(cè)量時(shí)，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。當(dāng)溫度變化時(shí)，感溫元件的電阻值隨溫度而變化，這樣就可將變化的電阻值通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換電信號(hào)，即可得到被測(cè)溫度。四、 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1重復(fù)實(shí)訓(xùn)二十，將溫度控制在500C，在另一個(gè)溫度傳感器插孔中插入另一只鉑熱電阻溫度傳感器PT100。2將15V直流穩(wěn)壓電源接至溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2接主控臺(tái)直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。4按圖22-1接線， 并將PT100的3根引線 圖22-1插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中Rt兩端（其中顏色相同的兩個(gè)接線端是短路的）。5拿掉短路線，將R6兩端接到差動(dòng)放大器的輸入U(xiǎn)i，記下模塊輸出Uo2的電壓值。6改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表。T（）Uo2（V） 表22-1五、 實(shí)訓(xùn)報(bào)告1根據(jù)表22-1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析PT100的溫度特性曲線，計(jì)算其非線性誤差。二十四 氣敏傳感器測(cè)試酒精濃度一、實(shí)訓(xùn)目的：了解氣敏傳感器原理及應(yīng)用。二、實(shí)訓(xùn)儀器：氣敏傳感器、酒精、棉球（自備）、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、相關(guān)原理：本實(shí)驗(yàn)所采用的SnO2（氧化錫）半導(dǎo)體氣敏傳感器屬電阻型氣敏元件；它是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化：若氣濃度發(fā)生，則阻值發(fā)生變化，根據(jù)這一特性，可以從阻值的變化得知，吸附氣體的種類(lèi)和濃度。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟：1將氣敏傳感器夾持在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟼鞲衅鞴潭ㄖЪ苌稀?按圖24-1接線，將氣敏傳感器，接線端紅色接5V加熱電壓，黑色接地；電壓輸出選擇10V，黃色線接+10V電壓、藍(lán)色線接Rw1上端。3將15V直流穩(wěn)壓電源接入差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo接主控臺(tái)直流電壓表。打開(kāi)主控臺(tái)總電源，預(yù)熱5分鐘。4用浸透酒精的小棉球，靠近傳感器，并吹2次氣，使酒精揮發(fā)進(jìn)入傳感器金屬網(wǎng)內(nèi)，觀察電壓表讀數(shù)變化。 圖24-1五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1酒精檢測(cè)報(bào)警，常用于交通片警檢查有否酒后開(kāi)車(chē)，若要這樣一種傳感器還需考慮哪些環(huán)節(jié)與因素？ 十五 濕敏傳感器濕度測(cè)量一、實(shí)訓(xùn)目的：了解濕敏傳感器的原理及應(yīng)用范圍。二、實(shí)訓(xùn)儀器：濕敏傳感器、濕敏座、干燥劑、棉球（自備）。三、相關(guān)原理：濕度是指大氣中水份的含量，通常采用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種方法表示，濕度是指單位窨體積中所含水蒸汽的含量或濃度，用符號(hào)AH表示，相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體中的水蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸汽壓的百分比，用符號(hào)RH表示。濕度給出大氣的潮濕程度，因此它是一個(gè)無(wú)量綱的值。實(shí)驗(yàn)使用中多用相對(duì)濕度概念。濕敏傳感器種類(lèi)較多，根據(jù)水分子易于吸附在固體表面滲透到固體內(nèi)部的這種特性（稱(chēng)水分子親和力），濕敏傳感器可以分為水分子親和力型和非水分子親和力型，本實(shí)驗(yàn)所采用的屬水分子親和力型中的高分子材料濕敏元件。高分子電容式濕敏元件是利用元件的電容值隨濕度變化的原理。具有感濕功能的高分子聚合物，例如，乙酸丁酸纖維素和乙酸丙酸比纖維素等，做成薄膜，它們具有迅速吸濕和脫濕的能力，感濕薄膜覆在金箔電極（下電極）上，然后在感濕薄膜上再鍍一層多孔金屬膜（上電極），這樣形成的一個(gè)平行板電容器就可以通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)感覺(jué)空氣濕度的變化。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)裝置如圖25-1所示，紅色接線端接+5V電源，黑色接線端接地，藍(lán)色接線端和黑色接線端分別接頻率/轉(zhuǎn)速表輸入端。頻率/轉(zhuǎn)速表選擇頻率檔。記下此時(shí)頻率/轉(zhuǎn)速表的讀數(shù)。2將濕棉球放入濕敏腔內(nèi)。并插上濕敏傳感器探頭，觀察頻率/轉(zhuǎn)速表的變化。3取出濕紗布，待數(shù)顯表示值下降回復(fù)到原示值時(shí)，在干濕腔內(nèi)被放入部分干燥劑，同樣將濕度傳感器置于濕敏腔孔上，觀察數(shù)顯表頭讀數(shù)變化。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1輸出頻率f與相對(duì)濕度RH值對(duì)應(yīng)如下，參考下表，計(jì)算以上三中狀態(tài)下空氣相對(duì)濕度。RH（%）0102030405060708090100Fre（Hz）73517224710069766853672866006468633061866033 圖25-1 濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)裝置圖二十九 光電轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用轉(zhuǎn)速測(cè)量一、 實(shí)訓(xùn)目的：掌握光電轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。二、 實(shí)訓(xùn)儀器：實(shí)訓(xùn)臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)源三、 相關(guān)原理：光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)訓(xùn)裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤(pán)上有等間距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1光電傳感器已安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上，如下圖所示。224V電壓輸出接到三源板的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入，并將224V輸出調(diào)節(jié)到最小，+5V電源接到三源板“光電”輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表的“fin”。2合上主實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，從最小每間隔1V逐漸增大224V輸出，使轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速加快，記錄頻率/轉(zhuǎn)速表的顯示數(shù)值，同時(shí)可用示波器觀察光電傳感器的輸出波形。 圖29-1五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1根據(jù)測(cè)的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。并與其他傳感器測(cè)得的曲線比較。三十 開(kāi)關(guān)型霍爾的應(yīng)用轉(zhuǎn)速測(cè)量一、實(shí)訓(xùn)目的：掌握開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。二、實(shí)訓(xùn)儀器：實(shí)訓(xùn)臺(tái)、轉(zhuǎn)動(dòng)源三、相關(guān)原理；利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UHKHIB，當(dāng)被測(cè)圓盤(pán)上裝上N只磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過(guò)放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與操作步驟1安裝根據(jù)圖30-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對(duì)著轉(zhuǎn)盤(pán)上的磁鋼。圖30-12將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測(cè)轉(zhuǎn)速位置）?！?24V”直流穩(wěn)壓電源接到“轉(zhuǎn)動(dòng)源”的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入端。3合上實(shí)訓(xùn)臺(tái)電源，調(diào)節(jié)224V輸出，每間隔0.5V，記錄轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速。也可通過(guò)通示波器觀測(cè)霍爾傳感器輸出的脈沖波形。五、實(shí)訓(xùn)報(bào)告1分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。2根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。三十一 K型熱電偶測(cè)溫一、實(shí)訓(xùn)目的：掌握K型熱電偶溫度測(cè)量方法二、實(shí)訓(xùn)儀器：實(shí)訓(xùn)臺(tái)、溫度源、PT100、K型熱電偶、溫度傳感器模塊。三、相關(guān)原理：熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)，即兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A或B組成一個(gè)回