傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(共17頁(yè))

1、PAGE PAGE 21傳感器技術(shù)(jsh)實(shí)報(bào)告書 傳感器及測(cè)量電路(dinl)綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)生(xu sheng)姓名： 涂曉清 學(xué) 號(hào)： 5602111065 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)制114 2013年 月 日目 錄實(shí)驗(yàn)(shyn)一 箔式應(yīng)變(yngbin)片性能單臂電橋(din qio) 實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器(互感式）的性能實(shí)驗(yàn)三 差動(dòng)變壓器（互感式）的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)四 磁電式傳感器的性能實(shí)驗(yàn)五 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)六 光電開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七 壓電加速度式傳感器實(shí)驗(yàn)八 光纖位移傳感器的轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)(shyn)一箔式應(yīng)變片性能單臂電橋(din qio)一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的：(1)觀

2、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。二、實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，當(dāng)電路平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻、中，電阻的相對(duì)變化率分別為、，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)工作，且，。由此可知，單臂，

3、半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、實(shí)驗(yàn)所需部件：直流穩(wěn)壓電源(檔)、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭、電壓表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：(1)調(diào)零。開(kāi)啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍(順時(shí)針?lè)较蛐降?，“、”輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對(duì)地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。(2)按圖(1)將實(shí)驗(yàn)(shyn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中、和為電橋中的固定電阻(din

4、z)和直流調(diào)平衡電位器，為應(yīng)變片(可任選上、下梁中的一片(y pin)工作片)。直流激勵(lì)電源為。測(cè)微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)圖(1)。(3)確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟儀器電源，井預(yù)熱數(shù)分鐘。 調(diào)整電橋電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。(4)旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，以水平狀態(tài)下輸出電壓為零，向上和向下移動(dòng)各5mm，測(cè)微頭每移動(dòng)0.5mm記錄一個(gè)差動(dòng)放大器輸出電壓值，并列表。位移mm電壓V位移mm電壓V根據(jù)(gnj)表中所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度，并在坐標(biāo)(zubio)圖上做出關(guān)系(gun x)曲線。五、注意事項(xiàng)：(1)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)

5、應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。(2)接插線插入插孔時(shí)輕輕地做一小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證接觸良好，拔出時(shí)也輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)一下拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。(3)穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路。實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器(互感式）的性能一、實(shí)驗(yàn)(shyn)目的：了解(lioji)差動(dòng)變壓器原理及工作情況二、實(shí)驗(yàn)(shyn)原理：差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊，差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見(jiàn)圖11A。三、實(shí)驗(yàn)所需部件音

6、頻振蕩器、測(cè)微頭、示波器、主、副電源、差動(dòng)變壓器、振動(dòng)平有關(guān)旋鈕室始位置：音頻振蕩器4KHz8KHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度10mv/div（根據(jù)需要可調(diào)整），觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關(guān)閉。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）根據(jù)圖11B接線，將差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙蹤示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路。開(kāi)啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動(dòng)變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵(lì)信號(hào)峰峰值為2V。（2）用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過(guò)零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使測(cè)微頭與振動(dòng)

7、平臺(tái)吸合，再向上轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭5mm，使振動(dòng)平臺(tái)往上位移。（4）向下旋鈕測(cè)微頭，使振動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動(dòng)變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應(yīng)振動(dòng)平臺(tái)的位移變化），作出V-X關(guān)系曲線。讀數(shù)過(guò)程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相應(yīng)關(guān)系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p) 五、思考(sko)：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)(shyn)結(jié)果，指出線性范圍。（2）當(dāng)差動(dòng)變壓器中磁棒的位置(wi zhi)由上到下變化時(shí)，雙線示波器觀察到的波形相位會(huì)發(fā)生怎樣的變化？（3）用測(cè)微頭調(diào)節(jié)振動(dòng)平

8、臺(tái)位置，使示波器上觀察到的差動(dòng)變壓器的輸出阻抗端信號(hào)為最小，這個(gè)最小電壓是什么？由于什么原因造成？六、注意事項(xiàng)示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)三 差動(dòng)變壓器（互感式）的標(biāo)定實(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)定方法實(shí)驗(yàn)所需部件音頻振蕩器、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、F/V表、示波器、主、副電源。 有關(guān)旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz-8KHz，差動(dòng)放大器的增益打到最大，F(xiàn)/V表置2V檔，主、副電源關(guān)閉。三、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）開(kāi)啟主、副電源，利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，使激勵(lì)電壓幅峰峰值為2V。然后，關(guān)閉主、副電源。（2）按圖13接好線路。（

9、3）裝上測(cè)微頭，上下調(diào)整使差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈(xinqun)中段位置。 （4）利用示波器和電壓表，調(diào)整(tiozhng)各調(diào)零及平衡電位器，使電壓表指示為零。 （5）給梁一個(gè)較大的位移，調(diào)整移相器，使電壓表指數(shù)為最大，同時(shí)可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形(b xn)（全半波為正常）。 （6）F/V表調(diào)至20V檔，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使電壓表讀數(shù)為零（此時(shí)鐵芯又處于線圈中段位置）。旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.5mm讀數(shù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。X(mm)V(mV) （7）測(cè)微頭回零位，反方向旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.5mm讀數(shù)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。X(

10、mm)V(mV)五、思考：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出靈敏度，指出線性范圍。 （2）分析造成非線性誤差的原因是什么？實(shí)驗(yàn)(shyn)四 磁電式傳感器的性能實(shí)驗(yàn)(shyn)目的了解磁電式傳感器的原理(yunl)及性能二、實(shí)驗(yàn)原理磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，所以也稱為感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定 律，匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小決定于穿過(guò)線圈的磁通的變化率：。儀器中的磁電式傳感器由動(dòng)鐵與感應(yīng)線圈組成，永久磁鋼做成的動(dòng)鐵產(chǎn)生恒定 的直流磁場(chǎng)，當(dāng)動(dòng)鐵與線圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈與磁場(chǎng)中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì),e與磁通變化率成正比，是一種動(dòng)態(tài)傳感器。三、實(shí)驗(yàn)所需部件 差動(dòng)放大器、激

11、振器、示波器、磁電式傳感器、振動(dòng)平臺(tái)、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：差動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)/V表置2KHz檔。四、實(shí)驗(yàn)步驟： （1）觀察磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖27的電路結(jié)構(gòu)，將磁電式傳感器，差動(dòng)放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表（F/V表置2K檔）的輸入端相連，開(kāi)啟主、副電源。 （2）調(diào)整好示波器，低頻率振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：五、思考(sko)：（1）根據(jù)(gnj)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，求出靈敏度，指出線性范圍 試回答(hud)磁電式傳感

12、器的特點(diǎn)？ 實(shí)驗(yàn)五 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象實(shí)驗(yàn)原理熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(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)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時(shí)，通過(guò)測(cè)量此電動(dòng)勢(shì)即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶。同上三、實(shí)驗(yàn)所需部件-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、F/V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)、主、副電

13、源有關(guān)旋鈕初始位置：F/V表切換開(kāi)關(guān)置2V檔，差動(dòng)放大器增益最大。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）了解熱電偶原理。（2）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。它封裝在雙孔懸臂梁的下片梁的加熱器里面（不可見(jiàn)）。（3）按圖4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F/V表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。（4）將-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示(xinsh)值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。（5）用自備的溫度計(jì)測(cè)出下梁表面加熱器處的溫度t并記錄下來(lái)。（注意(zh y)：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸

14、到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)(dinsh)與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to) = Eab(t,tn) + Eab(tn,to) 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。 to0(tn=to)1熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)：Eab(t,tn) = (f/v顯示表E)/100，100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)：Eab(tn,to)：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

15、計(jì)測(cè)得）時(shí)熱電勢(shì)。3計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)，Eab(t,to)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。銅康銅熱電偶分度（自由端溫度0）分度號(hào)：T（7）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，只是(zhsh)了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）。 （8）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源(dinyun)，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。五、思考(sko)：（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)？（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)較很大誤差，為什么？實(shí)驗(yàn)六 光電開(kāi)

16、關(guān)的轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤怆娛絺鞲衅鳎ǚ瓷涫剑y(cè)量轉(zhuǎn)速的原理與方法。二、實(shí)驗(yàn)原理：光電式傳感器有反射型和直射型兩種，本實(shí)驗(yàn)是裝置反射型，傳感器端部裝有發(fā)光管和接收管，發(fā)光管發(fā)射的光在轉(zhuǎn)盤上反射后被接收管接受轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤上有黑白相間的2個(gè)間隔（與實(shí)驗(yàn)三十六共用），轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與黑白間隔數(shù)有關(guān)的脈沖，將脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。實(shí)驗(yàn)所需部件光電傳感器、直流電源、測(cè)速小電機(jī)、電機(jī)控制、主、副電源、示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟 （1）了解電機(jī)在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置及控制單元。 （2）光電開(kāi)關(guān)探頭裝至電機(jī)上方對(duì)準(zhǔn)電機(jī)的反光紙，調(diào)節(jié)高度，使傳感器端面離反光紙表面23mm，將傳感器引線分別插入相應(yīng)

17、插孔，其中紅色接入直流電源，黑色為接地端，藍(lán)色接入數(shù)顯表置2K檔。 （3）將直流穩(wěn)壓電源置10V檔，在電機(jī)控制(kngzh)單元的V+處接入+10V電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕(xun ni)使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 （4）F/V表置2K檔，用示波器觀察(gunch)fo輸出端的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。（Vp-p=4V）. （5）根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率及電機(jī)上反光片的數(shù)目換算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。 （6）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，拆除接線，把所有旋鈕復(fù)原。五、注意事項(xiàng)如示波上觀察不到脈沖波形，請(qǐng)調(diào)整探頭與電機(jī)間的距離，同時(shí)檢查一下示波器的輸入衰減開(kāi)關(guān)位置是否合適（建議使用不帶衰減的探頭）。 實(shí)驗(yàn)七壓電加速度式傳感器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘?/p>

18、加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器 (發(fā)電型傳感器)。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速度等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量的電測(cè)。三、實(shí)驗(yàn)所需部件壓電式傳感器、電荷放大器(電壓放大器)、低頻振蕩器、激振器、電壓/頻率表、示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1)觀察了解壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)：由雙壓電陶瓷(toc)晶片、慣性質(zhì)量塊、壓簧、引出電極組裝于塑料外殼中。(2)按圖(20)接線(ji xin)，低頻振蕩器輸出接“激振II”端，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率與振幅(zhnf)，用示波器觀察低通濾波器輸出波形。(3)用示波器讀出峰峰值填入下表。 (4)示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較觀察其波形相位差。五、思考（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自振頻率大致多少？（2）試回答壓電式傳感器的特點(diǎn)。比較磁電式傳感器輸出波形的相位差大致為多少，為什么？六、注定事項(xiàng)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，懸臂梁振動(dòng)頻率不能過(guò)低，否則電荷放大器將無(wú)輸出。