傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案1

1、自考“機(jī)電一體化”專業(yè)銜接考試傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)實(shí)施方案一、 實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程教學(xué)要求，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)應(yīng)要求完成3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?？紤]到自考課程教學(xué)實(shí)際情況，結(jié)合我院實(shí)驗(yàn)室的條件，經(jīng)任課教師、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師、教研室主任和我院學(xué)術(shù)委員會(huì)認(rèn)真討論，確定開(kāi)設(shè)3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容及要求詳見(jiàn)我院編制的傳感器課程實(shí)驗(yàn)大綱。二、 實(shí)驗(yàn)環(huán)境目前，我院根據(jù)編制的傳感器課程實(shí)驗(yàn)大綱，實(shí)驗(yàn)環(huán)境基本能滿足開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要設(shè)備為：1、486微機(jī)配置2、ZY13Sens12BB型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀三、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求與成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求獨(dú)立認(rèn)真的填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師將

2、根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的態(tài)度和表現(xiàn)，結(jié)合填寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)。成績(jī)的評(píng)定按百分制評(píng)分。四、 實(shí)驗(yàn)考試學(xué)生在完成所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，再進(jìn)行一次綜合性考試。教師可以根據(jù)學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，綜合出3套考試題，由學(xué)生任選一套獨(dú)立完成。教師給出學(xué)生實(shí)驗(yàn)考試成績(jī)作為最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)上報(bào)。五、 附件附件1 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)大綱附件2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)樣式以上對(duì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)的實(shí)施方案，妥否，請(qǐng)貴校批示。 重慶信息工程專修學(xué)院 2009年4月14日附件1 傳感器與檢測(cè)技術(shù) 課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱實(shí)驗(yàn)課程負(fù)責(zé)人： 段莉 開(kāi)課學(xué)期： 本學(xué)期實(shí)驗(yàn)類別：專業(yè)課程 實(shí)驗(yàn)類型：應(yīng)用性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)要求：必修 適用專業(yè)：機(jī)電一體

3、化 課程總學(xué)時(shí)：15 學(xué)時(shí) 課程總學(xué)分： 1分 傳感器與檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型備注1實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋1、觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2、測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3、比較各橋路間的輸出關(guān)系。3應(yīng)用性2實(shí)驗(yàn)二熱電偶原理及現(xiàn)象1、觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)。2、熟悉熱電偶的工作特性。3、學(xué)會(huì)查閱熱電偶分度表。3應(yīng)用性3實(shí)驗(yàn)三壓電傳感器引線電容對(duì)電壓放大器、電荷放大器的影響驗(yàn)證引線電容對(duì)電壓放大器的影響，了解電荷放大器的原理和使用。3應(yīng)用性 實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2、測(cè)

4、試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3、比較各橋路間的輸出關(guān)系。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了解金屬箔式應(yīng)變片，單臂電橋的工作原理和工作情況。（用測(cè)微頭實(shí)現(xiàn)）三、 實(shí)驗(yàn)儀器直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁測(cè)微頭、一片應(yīng)變片、電壓表、主、副電源。四、 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：式中為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù), 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)變敏感元件，通過(guò)它轉(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，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。對(duì)單臂電橋輸出電壓 。五、 實(shí)

5、驗(yàn)注意事項(xiàng)1、直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，電壓表打到2V檔，差動(dòng)放大增益最大。2、電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。3、做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度旋至最小，以減小其對(duì)直流電橋的影響。六、 實(shí)驗(yàn)步驟1、了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測(cè)微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。2、將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（）、負(fù)（）、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與電壓表的輸入插口Vi 相連；開(kāi)啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放

6、大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉主、副電源，拆去實(shí)驗(yàn)連線。3、根據(jù)圖接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。RX=R4為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置±4V檔，電壓表置20V檔。調(diào)節(jié)測(cè)微頭脫離雙平行梁，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使電壓表顯示為零，然后將電壓表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使電壓表顯示為零。 圖 14、將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平衡梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使電壓表顯示最小，再旋動(dòng)測(cè)微頭，使電壓表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時(shí)的測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)

7、刻度。5、往下或往上旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下電壓表顯示的值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即X0.5mm記一個(gè)數(shù)值填入下表：位移（mm）0.511.522.5電壓（mv）1001301601902206、根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度（式中為梁的自由端位移變化，為相應(yīng)電壓表顯示的電壓相應(yīng)變化）。7、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。七、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告一，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）并結(jié)合原始記錄進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)原理。八、 實(shí)驗(yàn)思考題本實(shí)驗(yàn)電路對(duì)直流穩(wěn)壓電源和對(duì)放大器有何要求？答：直流電源要穩(wěn)定；放大器零漂要小。實(shí)驗(yàn)二 熱電偶原理及現(xiàn)象 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

8、的1、觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)。2、熟悉熱電偶的工作特性。3、學(xué)會(huì)查閱熱電偶分度表。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)觀察熱電偶的現(xiàn)象了解熱電偶的工作原理和特性。三、預(yù)備知識(shí)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：其中： t -熱電偶的熱端（工作端或稱測(cè)溫端）溫度。tn-熱電偶的冷端（自由端即熱電勢(shì)輸出端）溫度也就是室溫。to-01、熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)。 (100為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2為二個(gè)熱電偶串聯(lián))。2、熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅康銅的熱電勢(shì)：:查以下所附的熱電偶自由端為0時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測(cè)得）時(shí)熱電勢(shì)。工作端溫度0123456789熱 電 動(dòng)

9、勢(shì)（mv）-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.7200-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.312-0.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2

10、791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903

11、.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715四、實(shí)驗(yàn)儀器15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電壓表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)（自備）、主、副電源。五、實(shí)驗(yàn)原理二種不同的金屬導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、電壓表切換開(kāi)關(guān)置2V檔，差動(dòng)放大器增益最大。2、加熱時(shí)間不要超過(guò)兩分鐘。3、溫度計(jì)探頭不

12、要觸在應(yīng)變片上，只要觸及應(yīng)變片附近的梁體即可。七、實(shí)驗(yàn)步驟 1、了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為T。實(shí)驗(yàn)儀有二個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。2、按圖接線、開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使電壓表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫（此時(shí)的溫度為冷端溫度）。 圖 43、將15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地（加熱時(shí)間不要超過(guò)2分鐘）。觀察電壓表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下電壓表顯示的讀數(shù)E。4

13、、用自備的溫度計(jì)測(cè)出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來(lái)。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。5、根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式： 計(jì)算熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)，,根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。6、熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）7、實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器15V電源（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去15V電源連接線），其它旋鈕置原始位置。熱電偶測(cè)的電壓值（mv）熱電偶測(cè)的溫度()溫度計(jì)測(cè)的溫度()八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告四，

14、詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）并結(jié)合原始記錄進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)原理。工作端溫度0123456789熱 電 動(dòng) 勢(shì)（mv）-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.7200-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.312-0.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.

15、7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.

16、2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715九、實(shí)驗(yàn)思考題1、為什么差動(dòng)放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點(diǎn)？答：熱電偶的自由端與工作端處在室溫。2、即使采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按本實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量溫度也會(huì)有很大誤差，為什么？答：熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，其冷端保持溫度恒定（冰點(diǎn)溫度），熱端接觸待測(cè)物體，此時(shí)產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。但由于冷端處于

17、室溫環(huán)境中，熱端與冷端溫差并非熱端與冰點(diǎn)的溫差，因此必須加入冷端補(bǔ)償電路，此時(shí)測(cè)得的電動(dòng)勢(shì)才與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)。但由于本實(shí)驗(yàn)中冷端溫度為室溫且沒(méi)有用冷端補(bǔ)償器，所以導(dǎo)致測(cè)量溫度有很大誤差。結(jié)論：自由端（冷端）與放大器的連接沒(méi)有用補(bǔ)償導(dǎo)線（或者說(shuō)沒(méi)有用冷端補(bǔ)償器）。實(shí)驗(yàn)三 壓電傳感器引線電容對(duì)電壓放大器、電荷放大器的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證引線電容對(duì)電壓放大器的影響，了解電荷放大器的原理和使用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用相同的測(cè)試電路，了解引線對(duì)電壓放大器和電荷放大器的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器 低頻振蕩器、電壓放大器、電荷放大器、低通濾波器、相敏檢波器、電壓表、單芯屏蔽線、差動(dòng)放大器、直流穩(wěn)壓源、雙線示波器。四、實(shí)

18、驗(yàn)原理壓電傳感器的前置放大器有兩個(gè)作用：一是把壓電式傳感器的高輸出阻抗變換成低阻抗輸出；二是放大壓電傳感器輸出的弱信號(hào)。根據(jù)壓電傳感器的工作原理及其等效電路，它的輸出可以是電壓信號(hào)也可以是電荷信號(hào)。因此設(shè)計(jì)前置放大器也有兩種形式：一種是電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比；另一種是電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1、低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，電壓表置于20V檔，差動(dòng)放大器增益旋鈕至最小，直流穩(wěn)壓電源輸出置于4V檔。 2、低頻振蕩器的幅度要適當(dāng)，以免引起波形失真。3、梁振動(dòng)時(shí)不應(yīng)發(fā)生碰撞，否則將引起波形畸變，不再是正弦波。4、由于梁的相頻特性影

19、響，壓電式傳感器的輸出與激勵(lì)信號(hào)一般不為1800，故表頭有較大跳動(dòng)，此時(shí)，可以適當(dāng)改變激勵(lì)信號(hào)頻率，使相敏檢波輸出的兩個(gè)半波盡可能平衡，以減少電壓表跳動(dòng)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖27接線，相敏檢波器參考電壓從直流輸入插口輸入，差動(dòng)放大器的增益旋鈕旋到適中。直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔。圖 272、示波器的兩個(gè)通道分別接到差動(dòng)放大器和相敏檢波器的輸出端。3、開(kāi)啟電源，觀察示波器上顯示的波形，適當(dāng)調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度旋鈕，使差動(dòng)放大器的輸出波形較大且沒(méi)有明顯的失真。4、觀察相敏檢波器輸出波形，解釋所看到的現(xiàn)象。調(diào)整電位器，使差動(dòng)放大器的直流成份減少到零，這可以通過(guò)觀察相敏檢波器輸出波形而達(dá)到，為

20、什么？5、適當(dāng)增大差動(dòng)放大器的增益，使電壓表的指示值為某一整數(shù)值（如1.5V）。6、將電壓放大器換成電荷放大器，重復(fù)實(shí)驗(yàn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告二十七，詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的原始記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形等）并結(jié)合原始記錄進(jìn)一步理解實(shí)驗(yàn)原理。八、實(shí)驗(yàn)思考題根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合壓電傳感器原理和電壓、電荷放大器的原理，試回答引線分布電容對(duì)電壓放大器和電荷放大器的性能有什么影響？答：引線分布電容的大小對(duì)電壓放大器影響較大，而對(duì)電荷放大器影響較小。實(shí)驗(yàn)四 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器測(cè)量系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)差動(dòng)變壓器測(cè)量系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。三、實(shí)驗(yàn)儀器音頻振蕩器、差動(dòng)放大器、差動(dòng)變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測(cè)微頭、電橋、電壓表、示波器、主、副電源。四、實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式： 表示,式中LP、RP為初級(jí)線圈電感和損耗電阻，Ui、為激勵(lì)電壓和頻率，M1、M2為初級(jí)與兩次級(jí)間互感系數(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)，若