傳感器實(shí)驗(yàn)指南

1、實(shí)驗(yàn)一 壓阻式壓力傳感器的特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)2 傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指南 傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：徐華結(jié) 適用班級(jí)：12電氣工程及其自動(dòng)化 實(shí)驗(yàn)二電容傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)5 實(shí)驗(yàn)三直流激勵(lì)線性霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)9 實(shí)驗(yàn)四電渦流傳感器材料分揀的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)12 實(shí)驗(yàn)五光纖傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)14 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理和標(biāo)定方法。 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 掌握壓力傳感器的壓力計(jì)設(shè)計(jì)。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、壓力傳感器、導(dǎo)線。 四、實(shí)驗(yàn)原理 擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作機(jī)理是半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體受到力變形時(shí)會(huì)暫 時(shí)改變晶體

2、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn) 象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器 的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散岀多個(gè)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵）組成電橋。在壓 力（壓強(qiáng)）作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)力，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜的電阻率產(chǎn)生很大變 化，引起電阻的變 化，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。圖13-1為壓阻式壓力 傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖。 主臺(tái)體上 電壓表 圖1-1壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、嚴(yán)禁將信號(hào)源輸出對(duì)地短接。 2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要帶電拔插導(dǎo)線。 3、嚴(yán)禁電源對(duì)地

3、短路。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1、將引壓膠管連接到壓力傳感器上，其他接線按圖開(kāi)主臺(tái)2進(jìn)行連接，確認(rèn)連線無(wú)誤且打 體電源、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源。 由由由由由由由由山 HZ HZ HZ: HZ HZ HZ HZ HZ HZ; III由山由由由山由 HZ； HZ HZ HZ； HZ HZ HZ：H?： 電電 -15V GND +15V C4C5 D4 05 P r 一 05 R29R28 1 = =1 im 電電電電 電電電電電電士 15V電電 C3 Vii Cl vin R12 13 R17 1=1 R16 C2 R5 R6 R3O R20 1肋 R4 1=1 D2 口 R21 I：二 01 ni Ri

4、d I I im R2! RIO dd R9 pi GND| 10K 20K 51K 100K RW1 t l.i【J.hIi Ji i mj nimriim rti HZ：KZ.HZ KZ：HZ；HZ RA/9 圖1-2壓阻式壓力傳感器的特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)接線圖 2、打開(kāi)氣源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)流量計(jì)的流量并觀察壓力表，壓力上升到 4Kpa左右時(shí)，根據(jù) 計(jì)算所選擇的第二級(jí)電路的反饋電阻值，接好相應(yīng)的短接帽；再調(diào)節(jié)調(diào)零電位器RW2,使 得圖1-3中Vx與計(jì)算所得的值相符；再調(diào)節(jié)增益電位器RW1,使電壓表顯示為0.4V左右。 （進(jìn)行此步之前，請(qǐng)先仔細(xì)閱讀：七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求） 3、再仔細(xì)地反復(fù)調(diào)節(jié)流量使壓力上升到

5、18KP當(dāng)壓力為18Kpa 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、要求：當(dāng)壓力為4Kpa時(shí)，使得差分放大單元的電壓輸出為 時(shí)，使得差分放大單元的輸出為1.8V。 C3 圖1-3壓力傳感器測(cè)試電路 2、當(dāng)壓力為4Kpa時(shí)，測(cè)得壓力傳感器的輸出電壓Vout與GND間的電壓畑 當(dāng)壓力為 18Kpa時(shí)，測(cè)得壓力傳感器的輸出電壓Vout與GND間的電壓Vb ;然后根據(jù)圖1-3列式進(jìn) 行計(jì)算，在第二級(jí)放大電路的反饋電阻（10K、20K、51K、100K ）屮，用跳線帽選擇一個(gè) 合適的反饋電阻。再根據(jù)所選擇的反饋電阻，確定VI和Vx的值，便于實(shí)驗(yàn)。具體計(jì)算公 式如下： 當(dāng)壓力為4Kpa時(shí)： 2 40. 2 x V Vx V

6、x - 0. 4 10R 當(dāng)壓力為18Kpa時(shí)： 0. 2 x Vb 40.2 x V; -Vx _ Vx T 8 10R 其中：VI、VI 分別為4Kpa和18Kpa時(shí)三運(yùn)放的輸出電壓，Vx為調(diào)零電位器RW2端 的電壓；x為RW1所需調(diào)到的阻值，R為第二級(jí)放大電路的反饋電阻。 3、計(jì)算完后，先根據(jù)所選擇的第二級(jí)放大電路的反饋電阻值，接好短接帽，然后再根據(jù)計(jì)算的電壓 值VI和Vx分別調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電位器RW1和RW2。 電源 * J -K 環(huán)型 TRK3OIS 電電 NE555產(chǎn)生輸出500K方波 *15V 丁TESTFoul 3.7 ff9 圖1將主臺(tái)體上的土 15V接入到霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源

7、單元中；調(diào)零單元的0UT2與GND 需接到主臺(tái)體上的電壓表的“ +”和“-”極；其他部分的接線嚴(yán)格按照接線圖進(jìn)行。 3、調(diào)零：先打開(kāi)主臺(tái)體電源開(kāi)關(guān)，再打開(kāi)霍爾傳感器模塊電源開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)霍爾傳感器 模塊上的RW1電位器，使霍爾傳感器的輸出J4和J3間的電壓為零，關(guān)閉霍爾傳感器模塊 電源；將IN1+和IN1-短接并接到GND,打開(kāi)霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)電位器W3使調(diào)零單元 的輸岀0UT2和GND間的電壓為零，調(diào)零完后關(guān)閉霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源，并將IN1+和IN1 -間的短 電A電人電人由人電 GND +15V 接線以及與GND間的接線拿掉。 電電電電 電電 由由由由由由由由由 +5V 西

8、15V 1 - 1嚴(yán)】 OUT3 丄 PULSE C r511 11 1 一 1 二皿 RllW3 1 I IO-ODI 電電電電 O 1電電電電 R2 111 R4 1 a 1匚 1 -OUT1 1 1 GND G詡的的訓(xùn)聘電電電 HZHZ KZ:KZ HZ:W:HZ:HZ W1 R1 R5 圖19-2直流激勵(lì)線性霍爾傳感器接線圖 電電電電 R9 0.5nWi記下調(diào)零單 w TEST4 OUT2 J10 4、打開(kāi)霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源，測(cè)微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng) 元輸出電壓OUT2的讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)歟表9J8 由由III由由由由由 HIHZ HZ;KZ：HZ X(mm) v

9、(mv) 5、根據(jù)上表作出V X曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。 6、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有電源，拆除導(dǎo)線并放置好。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 必須在斷電的情況下接霍爾傳感器，霍爾元件的輸入電壓必須限制在土流激勵(lì)以內(nèi)，即直 單元的+4V和-4V的端子必須嚴(yán)格的接入+4V和-4V。 八、思考題 實(shí)驗(yàn)步驟2中J4和J3是分別到IN1+和INI-的，如果把J3接到IN1+, J4接到IN1-, 觀察輸出電壓有什么變化？ 實(shí)驗(yàn)四電渦流傳感器材料分揀的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 一、買(mǎi)驗(yàn)?zāi)康?掌握使用電渦流傳感器在材料分揀中的應(yīng)用方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 用鋁測(cè)體和銅測(cè)體驗(yàn)證不同電導(dǎo)率的被測(cè)材料對(duì)電渦流傳感器的特性影響。

10、三、實(shí)驗(yàn)儀器 傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、振動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電渦流傳感 器、鋁圓片、 鐵圓片、銅圓片、測(cè)微頭、導(dǎo)線。 四、實(shí)驗(yàn)原理 電渦流傳感器在被測(cè)體上產(chǎn)生的渦流效應(yīng)與被測(cè)導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料 就會(huì)有不同的性能?；驹韰㈤喗滩?。 岀+ 5 V R 廠 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要帶電拔插導(dǎo)線。 2、嚴(yán)禁電源對(duì)地短路。 3、傳感器在初始時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一段死區(qū)。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1、根據(jù)24-2接線圖進(jìn)行接線：先將電渦流傳感器安裝在振動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K上的測(cè)微支架上，在測(cè)微 頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測(cè)體；將電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)?塊的電源單

11、元接主臺(tái)體上的+15V ;將電渦流傳感器的黃色和綠色引線分別接到電容三點(diǎn)式振蕩器的J1和 GNDZ間。 fW 4 Z I I I H Hy 電電電電電電415V fNC C5 ?E) D3RlO02 也匸二I u 0 Si 電電電電 R3L1 1 = 1 RlTCST2 im回 Ju TESTI 也回 GW， E3 R4 1=1 Oi C2 TEST3 F*1 H5 1 = 1 & R2 C7 E3 A電A電幾電人電A vac RS T F| 05 1 Di 口 8 = =1 W2 詩(shī)。囲 J13 a? iSi TESTS rA，,i IEST4 r*i RS 1 = 1 八電電電電 IaI

12、c 1 van GND 圖24-2電渦流傳感器接線圖 2、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。 3、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞out和GND與電壓表的“ + ”和“-”極相連。電壓表量程切換 到選擇電 壓20V檔。 4、使測(cè)微頭與傳感器線圈端部接觸，打開(kāi)主臺(tái)體電源開(kāi)關(guān)和電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的 電源開(kāi)關(guān)，此時(shí)電壓表讀數(shù)為最小，然后每隔0.5mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂?將結(jié)果列入表12 : 5、按上述步驟做實(shí)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)列入表13、15屮。 表13被測(cè)體為鐵圓片時(shí)的位移輸出電壓數(shù)據(jù) X ( mm) Vo ( V) 表14被測(cè)體為銅時(shí)的位移輸出電壓數(shù)據(jù) X ( mm) Vo ( V) 表15被測(cè)體為鋁

13、圓片時(shí)的位移輸出電壓數(shù)據(jù) X ( mm) Vo ( V) 6、根據(jù)上表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在同一從標(biāo)上畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線進(jìn)行比較，分別計(jì)算靈敏度和線 性度。 7、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有電源，拆除導(dǎo)線并放置好。 七、思考題 分析鐵測(cè)片、鋁測(cè)片、銅測(cè)片哪一個(gè)的靈敏度高，為什么? 實(shí)驗(yàn)五光纖傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn) 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 掌握光纖用于位移測(cè)量的方法。 三、實(shí)驗(yàn)儀器 傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、光纖傳感器、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、振動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K、導(dǎo)線。 四、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)采用的是傳光型光纖， 它由兩束光纖混合后，組成Y型光纖，半圓分布即雙D分 布：一朿光纖端部與光源相接發(fā)射

14、光束；另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。兩光束混 合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測(cè)體相距X,由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng) 被測(cè)體反射回來(lái)。另一束光纖將其接收的光信號(hào)由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn) 換的電量大小與間距X有關(guān)，因此可用于測(cè)量位移。 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不要帶電拔插導(dǎo)線。 2、嚴(yán)禁電源對(duì)地短路。 六、實(shí)驗(yàn)步驟 1、根據(jù)圖30-1的示意圖安裝光纖位移傳感器和測(cè)微頭，二束光纖分別插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?的光電座（其內(nèi)部有發(fā)光管D和光電三極管T）中；并將信號(hào)處理單元的J2和GN分別接到主臺(tái)體上的電 壓表的“ +”和極。 電源單元 Q1 毋 D5 R5 R4 匚二1 r IH R3 匚 光源驅(qū)動(dòng)單元 R8 IZAI R12 1-A R10 n U2 C4 E3 C5 R20 U5 R19 R11 D6 U3 C7 R13 D7 C6 E3 U H c信號(hào)處理怛元 接主臺(tái)體上的電壓表 圖30-1光纖傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 2、檢查接線無(wú)誤后，合上主臺(tái)體電源開(kāi)關(guān)和光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)測(cè) 微頭，使光反射面與Y型光纖頭輕觸；再調(diào)接光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上的電位器W1使主臺(tái)體 中的電壓表（顯示選擇開(kāi)關(guān)打到20 V檔）顯示為0V。 3、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，被測(cè)體探頭，每隔0.1mm讀取電壓表顯示值，將所測(cè)的數(shù)據(jù)填入表17 （表17為光纖位移傳感器的輸岀電壓（J2