傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

傳感器原理及應(yīng)用試驗(yàn)指導(dǎo)書目錄試驗(yàn)二：應(yīng)變片全橋特性試驗(yàn)試驗(yàn)四：壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)試驗(yàn)試驗(yàn)六：NTC熱敏電阻溫度特性試驗(yàn)CSY-XS-01一、產(chǎn)品簡(jiǎn)介CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)試驗(yàn)箱是在本公司多年生產(chǎn)傳感技術(shù)教學(xué)試驗(yàn)儀器的根底上，結(jié)合了TK-9XX系列和TK-2023系列的各自優(yōu)點(diǎn)，依據(jù)院校試驗(yàn)室的實(shí)際狀況，為適應(yīng)不同類別、不同層次的專業(yè)需要，最主推的手提式傳感器試驗(yàn)儀，是高聯(lián)公司外銷的主要產(chǎn)品。1CSY-XS-01試驗(yàn)箱的傳感器承受原理與實(shí)際相結(jié)合，便于學(xué)生加強(qiáng)對(duì)書本學(xué)問的理解，并在試驗(yàn)過程中，通過信號(hào)的拾取，轉(zhuǎn)換，分析，培育學(xué)生作為一個(gè)科技工作者具有的根本操作技能與動(dòng)手力量。二、試驗(yàn)箱組成TK-XSPC接口、軟件等各局部組成。11、機(jī)頭由應(yīng)變梁(含應(yīng)變片、PNNTCRT熱敏電阻、加熱器等)；振動(dòng)源(振動(dòng)臺(tái))；升降調(diào)整桿；測(cè)微頭和傳感器的安裝架(靜態(tài)位移安裝架)；傳感器輸入插座；光纖座及溫度源等組成。2、主板局部(F/V表)單元；音頻振蕩器〔1KHz～10KHz〕和低振蕩器(1Hz～30Hz定的±15V、＋5V、±4V、＋1.2V～＋12V可調(diào)等)；數(shù)據(jù)采集和RS232PC接口單元；傳感器的輸出口單元；轉(zhuǎn)動(dòng)源單元；各種傳感器的調(diào)理電路單元。3、信號(hào)源1〕150℃〔可調(diào)振動(dòng)源1Hz～30Hz；轉(zhuǎn)動(dòng)源0～2400r/min4、傳感器：詳見四、傳感器〔共十九種傳感器〕5、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件：詳見五、V9.06、試驗(yàn)箱：供電：AC220V50Hz0.2kW試驗(yàn)箱尺寸為515×420×185(mm)。三、產(chǎn)品特點(diǎn)1、結(jié)合了TK-9XX系列和TK-2023型相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合，更便于學(xué)生理論與實(shí)際相結(jié)合。23有保護(hù)電路，確保學(xué)生在誤操作后不會(huì)損壞設(shè)備并保證學(xué)生的安全。2四、傳感器序號(hào)傳感器名稱量程線性備注1電阻應(yīng)變式傳感器0-200g±1%全橋2集中硅壓力傳感器4-20kpa±1%3差動(dòng)變壓器±4mm±2%4電容式傳感器±2.5mm±3%5霍爾式位移傳感器±1mm±3%6霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器2400/分±0.5%7磁電式傳感器2400/分±1%8壓電式傳感器9電渦流位移傳感器1mm±2%10光纖位移傳感器1mm±5%11光電轉(zhuǎn)速傳感器2400±0.5%12集成溫度傳感器常溫-120℃±4%13Pt100常溫-150℃±4%三線制14K常溫-150℃±4%15氣敏傳感器50-2023PPm對(duì)酒清敏感16濕敏傳感器10-95%RH17PN18NTC20℃10K3五、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件(一)、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件：V9.0V9.0版數(shù)據(jù)采集卡是在原V8.0系統(tǒng)所配的采集卡動(dòng)態(tài)范圍太小，區(qū)分率和精度過低的缺點(diǎn)，V9.0版承受了工業(yè)級(jí)的解決方案，到達(dá)了很高的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)范圍，接口局部承受RS-232/USB接口，便利用戶的實(shí)際使用。該采集卡能完全滿足試驗(yàn)的要求。具體技術(shù)指標(biāo)如下：1、接口標(biāo)準(zhǔn)：RS-232/USB2、A/D：123、通道數(shù)：A、B4、采樣：同步、異步5、觸發(fā)方式：軟觸發(fā)、硬觸發(fā)6、采樣頻率：100KHz(分檔可選)7、測(cè)量誤差：0.2mv815V9、支持電壓、電流信號(hào)直接輸入，無需配備轉(zhuǎn)換器10、操作環(huán)境：windows98/2023/xp11、應(yīng)用軟件：TK-V9.0(二)、虛擬儀器軟件：V9.0本軟件是和V9.0采集卡配套使用，以RS-232/USB進(jìn)展通訊，承受RS-232/USB議，是一個(gè)高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)除了與本公司的TK系列傳感器試驗(yàn)儀f≤1kHz)。4(三)、系統(tǒng)需求：1、操作系統(tǒng)：Windows98/2023/XP2、IntelPentiumⅢ500MHzAMDAthlon700MHz3、128M4、400M5、有RS-232/USB6、4CD-ROM(四)、該軟件主要功能有以下幾點(diǎn)：1、軟件依據(jù)公司試驗(yàn)指導(dǎo)書編寫，大局部試驗(yàn)?zāi)苡么藬?shù)據(jù)采集軟件進(jìn)展試驗(yàn)操作。2、軟件采集設(shè)置可分單步采樣、定時(shí)采樣、雙向采樣、與動(dòng)態(tài)采樣。在單步采樣時(shí)可以以最小二乘法與端點(diǎn)法分析其最大非線性誤差或最大遲滯誤差波形的頻率、振幅或轉(zhuǎn)速。3、支持打印功能，能把試驗(yàn)結(jié)果在試驗(yàn)完畢后即可打印出來。4、采集卡硬件具有程控放大功能，在測(cè)量小電壓時(shí)能有很高精度。5、在數(shù)據(jù)采集時(shí)通訊速率在V8.06、數(shù)據(jù)采集軟件支持RS232/USB7、支持差動(dòng)輸入功能。8、支持雙通道數(shù)據(jù)采樣。9、具有虛擬低頻示波器功能，并能對(duì)波形進(jìn)展簡(jiǎn)潔頻譜、失真度分析。軟件使用說明XpCSY-V9軟件，點(diǎn)擊軟件。全部采集完成。量程選擇，肯定要和試驗(yàn)輸出相對(duì)應(yīng)。點(diǎn)擊分析里面，選擇最小二乘法，進(jìn)展數(shù)據(jù)分析。把軟件里面顯示的最大值，最小之，b值，a值，量程，靈敏度，最大非線性誤差都記錄在試驗(yàn)報(bào)告上。COPYU盤。5CSY-XS-01一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并把握應(yīng)變片測(cè)量電路。二、根本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程構(gòu)造件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器器主要是通過肯定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測(cè)，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測(cè)量等行業(yè)應(yīng)用格外廣泛。1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)章外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變?cè)O(shè)其長(zhǎng)為：L、半徑為r、材料的電阻率為ρ時(shí)，依據(jù)電阻的定義式得〔1—1〕當(dāng)導(dǎo)體因某種緣由產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度L、截面積A和電阻率ρdL、dA、dρ相應(yīng)dR。對(duì)式〔1—1〕dR/R為：式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量ε ; dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量εL r由材料力學(xué)得： ε=-με (1—3)L r式中：μ為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3～0.5左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式〔1—3〕代入式〔1—2〕得：〔1—4〕6式〔1—4〕〔幾何效應(yīng)〕和本身特有的導(dǎo)電性能〔壓阻效應(yīng)。2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取〔1—5〕其靈敏度系數(shù)為：K=軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2<dρ。半導(dǎo)體材料之所以時(shí)會(huì)臨時(shí)轉(zhuǎn)變晶體構(gòu)造的對(duì)稱性這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。且不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正〔使電阻增大〕的或負(fù)〔使電阻減小〕的壓阻效應(yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要表達(dá)為壓阻效應(yīng)，可正可負(fù)，與材料性質(zhì)和應(yīng)變方向有1002003、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用〔N型單晶硅為傳感器的彈性元〔集中出敏感柵〔壓阻效應(yīng)〕傳感器。＊本試驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為爭(zhēng)論對(duì)象。4、箔式應(yīng)變片的根本構(gòu)造0.025mm左右的金屬絲1—1所示。7絲式應(yīng)變片 (b)箔式應(yīng)變片1—1金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件與絲式應(yīng)變片工作原理一樣。電阻絲在外力作用下發(fā)生氣械變形時(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：ΔR／R＝Kε 式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。5、測(cè)量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，在應(yīng)用中一般承受電橋電度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng)變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號(hào)最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí)的輸出是單臂時(shí)的四倍，12ab〕所示?！瞐〕單臂 〔b〕半橋 〔c〕全橋圖1—2應(yīng)變片測(cè)量電路a、單臂Uo＝U①－U③＝〔(R4＋△R4)／(R4＋△R4＋R3)－R1／(R1＋R2)〕E＝R＋R〔4＋〕－1〔3R△R〔3＋△R〔1R2｝ER1＝R2＝R3＝R4，且△R4／R4＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε。Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE8、雙臂(半橋)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE(C)、全橋同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE6、箔式應(yīng)變片單臂電橋試驗(yàn)原理圖1—3應(yīng)變片單臂電橋試驗(yàn)原理圖圖中R1、R2、R3350Ω固定電阻，R4為應(yīng)變片；W1r組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，供橋電源直流±4V。橋路輸出電壓Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE。三、需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動(dòng)臺(tái)；主板中的F/V4V式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動(dòng)放大器、砝碼；412

位數(shù)顯萬用表〔自備。四、需用器件與單元介紹：生疏需用器件與單元在傳感器箱中機(jī)頭與主板的布置位置(參閱以上說明書二、試驗(yàn)箱組成圖)。11—4⑴菱形虛框?yàn)闊o實(shí)體的電橋模型(為試驗(yàn)者組橋參考而設(shè)，無其它實(shí)際意義)。⑵R1=R2=R3=350Ω而配備的其它橋臂電阻。⑶W1電位器、rW2電位器、C1—4電橋單元921—5圖中：左圖是原理圖。其中：IC1-1AD620IC1-2五、試驗(yàn)步驟：

1—5差動(dòng)放大器原理與面板圖1〔不受力〕的狀況下，用412

位數(shù)顯萬用表2kΩ電阻檔測(cè)量全部應(yīng)變片阻值；在應(yīng)變梁受力狀態(tài)〔用手壓、提振動(dòng)臺(tái)〕的狀況下，測(cè)應(yīng)變片阻值，觀看一下4片應(yīng)變片縱向受力阻值有變化；標(biāo)有左右箭頭的21—61—621—7示意接線。將F／V2V位器按順時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈10差動(dòng)放大器的零點(diǎn)調(diào)整完成，關(guān)閉主電源。1—7差放調(diào)零接線圖3、應(yīng)變片單臂電橋特性試驗(yàn)：⑴將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片(標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片中任意一片為工作片)與電橋單元中R1、R2、R3組成電橋電路，電橋的一對(duì)角接±4V作為電橋的輸出接差動(dòng)放大器的二輸入端，將W1電位器、r電阻直流調(diào)整平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋中(W1電位器二固定端接電橋的±4VW1r1—81—8應(yīng)變片單臂電橋特性試驗(yàn)接線示意圖調(diào)整平衡網(wǎng)絡(luò)W1電位器，使電壓表顯示為00(有小的起始電壓也無所謂，不影響應(yīng)變片特性與試驗(yàn))。⑶在應(yīng)變梁的振動(dòng)臺(tái)中心點(diǎn)上放置一只砝碼(20g／只)，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝11碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，登記試驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。1應(yīng)變片單臂電橋特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)1S＝ΔV/ΔW〔ΔVΔW量變化量〕和非線性誤差δ(用最小二乘法)，δ=Δm/yFS×100％式中Δm〔屢次測(cè)量時(shí)為平均值與擬合直線的最大偏差：yFS200g關(guān)閉電源。六、思考題：1、ΔRΔV2、依據(jù)圖4機(jī)頭中應(yīng)變梁構(gòu)造，在振動(dòng)臺(tái)放置砝碼后分析上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向(是拉?還是壓?)。12一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點(diǎn)及性能。二、根本原理：應(yīng)變片根本原理參閱試驗(yàn)一。應(yīng)變片全橋特性試驗(yàn)原理如圖3—1所示。鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo≈(△R／R)E＝KεE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。3—1三、需用器件和單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動(dòng)臺(tái)；主板中的F/V4V式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動(dòng)放大器；砝碼。四、試驗(yàn)步驟：除試驗(yàn)接線按圖3—2示意接線，四片應(yīng)變片組成電橋電路外。試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法與試驗(yàn)一完全一樣。試驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3—2應(yīng)變片全橋特性試驗(yàn)接線示意圖應(yīng)變梁的振動(dòng)臺(tái)中心點(diǎn)上放置一只砝碼(20g13取相應(yīng)的數(shù)顯表值，登記試驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。1應(yīng)變片全橋特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)1S＝ΔV/ΔW〔ΔVΔW量變化量〕和非線性誤差δ(用最小二乘法)，δ=Δm/yFS×100％式中Δm〔屢次測(cè)量時(shí)為平均值與擬合直線的最大偏差：yFS200g關(guān)閉電源。六、思考題：應(yīng)變片組橋時(shí)應(yīng)留意什么問題?14試驗(yàn)三電容式傳感器的位移試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鳂?gòu)造及其特點(diǎn)。二、根本原理：1、原理簡(jiǎn)述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電C＝εA／d通過相應(yīng)的構(gòu)造和測(cè)量電路可以選擇ε、A、d中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只轉(zhuǎn)變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)枯燥度〔ε變、測(cè)位移〔d〕和測(cè)液位〔A〕等多種電容傳感器。電容傳感器極板外形分成平板、圓板形和圓柱(圓筒)形，雖還有球面形和鋸齒形等感器，差動(dòng)式一般優(yōu)于單組(單邊)式的傳感器。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。如圖11—1所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為C=ε2ｘ／ln(R／r)。圖中C1、C2常數(shù)，說明?C?X圖11—1 試驗(yàn)電容傳感器構(gòu)造111—211—311—2電容測(cè)量電路1511—3二極管環(huán)形充放電電路11—3中，環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5、D6二極管、C5電容、L1CX1、CX2試驗(yàn)差動(dòng)電容位移傳感器組成。當(dāng)高頻鼓勵(lì)電壓(ｆ>100kHz)輸入到ａ點(diǎn)，由低電平E1躍到高電平E2時(shí)，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由ａ點(diǎn)經(jīng)D3b點(diǎn)，再對(duì)CX1充電到O另一路由由ａ點(diǎn)經(jīng)C5cD5dCX2充電到OD4D6由于反偏置而截止。在t1充電時(shí)間內(nèi)，由ａ到cQ1＝CX2(E2-E1) 〔11—1〕當(dāng)高頻鼓勵(lì)電壓由高電平E2返回到低電平E1時(shí)，電容CX1CX2均放電。CX1經(jīng)bD4、cC5、ａ點(diǎn)、L1O；CX2dD6、L1放電到O點(diǎn)。在t2放電時(shí)間內(nèi)由cａ點(diǎn)的電荷量為：Q2＝CX1(E2-E1) 〔11—2〕111〕式和1—2〕式是在5電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的X1和CX2前提下得到的結(jié)果。電容C511—3在一個(gè)充放電周期內(nèi)〔Ｔt1＋2，由c點(diǎn)到＝CX1(2-1)點(diǎn)的電荷量為：Ｑ＝Q2-Q1＝(CX1-CX2)(E2-E1)＝△CX△E 〔11—3〕式中：CX1與CX2的變化趨勢(shì)是相反的〔傳感器的構(gòu)造打算的，是差動(dòng)式。設(shè)鼓勵(lì)電壓頻率f＝1/T，則流過acii＝fＱ＝f△CX△E 〔11—4〕式中：△E—鼓勵(lì)電壓幅值；△CX—傳感器的電容變化量。16由〔11—4〕式可看出：f、△Ei△CX成正比，此輸出平均電i經(jīng)電路中的電感L2、電容C6濾波變?yōu)橹绷鱅Rw轉(zhuǎn)換成電壓輸出Vo1＝IRw。由傳感器原理?C?XVo1就可知?X211—411—4三、需用器件與單元：機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、電容傳感器、測(cè)微頭、F／V四、試驗(yàn)步驟：附：測(cè)微頭的組成與使用11—511—5測(cè)微頭組成：測(cè)微頭由不行動(dòng)局部中的安裝套、軸套和可動(dòng)局部中的測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻線(0.5ｍｍ／格)；微分筒50(0.01ｍｍ／格)。1格，測(cè)桿沿軸方0.011／1011—53.678ｍｍ，不是3.178ｍｍ；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，1711—52.514ｍｍ；如圖11—5２ｍｍ，讀數(shù)應(yīng)為1.980ｍｍ。用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10ｍｍ處(為了保存測(cè)桿軸向前、后位移的余量)，再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面對(duì)自己安裝到專用支架座上桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于適宜位置(視具體試驗(yàn)而定)時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。111—6所示接線。將F／V2V位器按順時(shí)針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈再關(guān)閉主電源。11—6差動(dòng)放大器調(diào)零接線圖1將電容傳感器安裝在機(jī)頭的靜態(tài)位移安裝架上(傳感器動(dòng)極片連接桿的標(biāo)記刻線朝上方)并將引線插頭插入傳感器輸入插座內(nèi)，如圖11—711—7主板局部的接線示意圖接線，將F／V20V檔，檢查接線無誤后合上主到底再反方向回轉(zhuǎn)半圈。端口并齊，調(diào)整差動(dòng)放大器的增益旋鈕使電壓表顯示確定值為1V左右；推動(dòng)(向左漸漸推)大器的調(diào)零旋鈕(0電平遷移)使電壓表反方向顯示值為1V左右。重復(fù)這一過程，最終使傳18感器的二條標(biāo)記刻線(傳感器的位移行程范圍)對(duì)應(yīng)于差動(dòng)放大器的輸出為±1V左右。11—73、安裝測(cè)微頭：首先調(diào)整測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的020mm套插入靜態(tài)位移安裝架的測(cè)微頭安裝孔內(nèi)并使測(cè)微頭測(cè)桿與傳感器的動(dòng)極片連接桿吸合；然后移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使傳感器連桿上的其次根標(biāo)記刻線與傳感器夾緊螺母端口并齊后擰緊測(cè)微頭安裝孔上的緊固螺釘，如圖11—84、傳感器位移特性試驗(yàn)：020mm△X=0.5mm(不能轉(zhuǎn)動(dòng)過量，否則回轉(zhuǎn)會(huì)引起機(jī)械回程差)從F／V11，直到傳感器連桿上的第一根標(biāo)記刻線與傳感器夾緊螺母端口并齊為止。11X(mm)V(V)

…… ……1911—8測(cè)微頭的安裝圖(機(jī)頭局部所示)5、依據(jù)表11數(shù)據(jù)作出△X—V試驗(yàn)曲線，在試驗(yàn)曲線上截取線性比較好的線段作為測(cè)量范圍并計(jì)算靈敏度S=△V／△X20試驗(yàn)四壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯脑砗蜏y(cè)量振動(dòng)的方法。二、根本原理：壓電式傳感器是一和典型的發(fā)電型傳感器，其傳感元件是壓電材料，它以械沖擊和振動(dòng)進(jìn)展測(cè)量，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。1酸鉀鈉等；人工多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。21—1(a)、(b)、(c)所示。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。(b) (c)21—1壓電效應(yīng)2、壓電晶片及其等效電路多晶體壓電陶瓷的靈敏度比壓電單晶體要高很多面上蒸鍍有金屬膜的壓電晶片，金屬膜構(gòu)成兩個(gè)電極，如圖21—2(a)所示。當(dāng)壓電晶片受到力的作用時(shí)，便有電荷聚攏在兩極上，一面為正電荷，一面為等量的負(fù)電荷。這種狀況和電料的絕緣電阻(也稱漏電阻)雖然很大，但到底不是無窮大，從信號(hào)變換角度來看，壓電元件電荷源與電容相并聯(lián)的電路如21—2(b)所示。其中ea=Q/Ca。式中，ea為壓電晶片受力后為壓電晶片外表上的電荷；Ca為壓電晶片的電容。聯(lián)時(shí)如圖21—2(c)所示，兩晶片正極集中在中間極板上，負(fù)電極在兩側(cè)的電極上，因而電容量大，輸出電荷量大，時(shí)間常數(shù)大，宜于測(cè)量緩變信號(hào)并以電荷量作為輸出。21壓電晶片 (b)等效電荷源(c)并聯(lián) (d)壓電式加速度傳感器圖21—2壓電晶片及等效電路壓電傳感器的輸出，理論上應(yīng)當(dāng)是壓電晶片外表上的電荷Q。依據(jù)圖21—2(b)可知測(cè)試中也可取等效電容Ca上的電壓值，作為壓電傳感器的輸出。因此，壓電式傳感器就有電荷和電壓兩種輸出形式。3、壓電式加速度傳感器21—2(d)M是慣性質(zhì)量塊，KK上，放有質(zhì)量塊M。當(dāng)殼F＝MaM肯定時(shí)，壓電晶體a成正比。4、壓電式加速度傳感器和放大器等效電路(即傳感器的輸出電壓)成正比；另一種是帶電容反響的電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷量成正比。電壓放大器測(cè)量系統(tǒng)的輸出電壓對(duì)電纜電容C敏感。當(dāng)電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，C就變化，c c使得放大器輸入電壓e變化，系統(tǒng)的電壓靈敏度也將發(fā)生變化，這就增加了測(cè)量的困難。電i21—322去傳感器的漏電阻Ra和電荷放大器的輸入電阻Ri影響時(shí)，有Q=i(Ca+Cc+Ci)+i-e)f……〔21—1。式中，ei為放大器輸入端電壓；ey為放大器輸出端電壓ey=-Kei；K為電荷放大器開環(huán)放大倍數(shù)；Cf為電荷放大器反響電容。將ey=-Kei代入式(21—1)，可得到放大器輸出端電壓ey與傳感器電荷QC=Ca+Cc+Ciey=-KQ/[(C+Cf)+KCf]……〔21—2〕當(dāng)放大器的開環(huán)增益足夠大時(shí)，則有KCf>>C+Cf〔21—2〕簡(jiǎn)化為ey=-Q/Cf ……〔21—3〕式〔21—3〕說明，在肯定條件下，電荷放大器的輸出電壓與傳感器的電荷量成正比，而與電纜的分布電容無關(guān)，輸出靈敏度取決于反響電容。所以，電荷放大器的靈敏度調(diào)整，都是承受切換運(yùn)算放大器反響電容 的方法。承受電荷放大器時(shí)，即使連接電纜長(zhǎng)度達(dá)百米以上，其靈敏度也無明顯變化，這是電荷放大器的主要優(yōu)點(diǎn)。5、壓電加速度傳感器試驗(yàn)原理圖壓電加速度傳感器試驗(yàn)原理、電荷放大器與試驗(yàn)面板圖由圖21—4(a)、(b)所示。21—4(a)壓電加速度傳感器試驗(yàn)原理框圖21—4(b)電荷放大器原理圖與試驗(yàn)面板圖(自備)。四、試驗(yàn)步驟：121—5所示將壓電傳感器放置在振動(dòng)臺(tái)面的中心點(diǎn)上(與振動(dòng)臺(tái)面中心的磁鋼吸合)，并在主板上按圖示意接線。2321—5壓電傳感器測(cè)振動(dòng)試驗(yàn)安裝、接線示意圖2、將主板上的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底(低頻輸出幅度為零)，調(diào)整低頻振蕩器的頻率在6～8Hz左右。檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)并將電荷放大器、低通濾波器的撥動(dòng)開關(guān)撥到“開”位置。再調(diào)整低頻振蕩器的幅度使振動(dòng)臺(tái)明顯振動(dòng)(如振動(dòng)不明顯可調(diào)頻率)。3〔雙蹤(TIME/DIV：在50mS～20mS范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV：1V～0.1V范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]同時(shí)觀看低通濾波器輸入端和輸出端波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指敲擊振動(dòng)臺(tái)同時(shí)觀看輸出波形變化。4、轉(zhuǎn)變低頻振蕩器的頻率，觀看輸出波形變化。試驗(yàn)完畢，關(guān)閉全部電源開關(guān)。24試驗(yàn)五線性霍爾式傳感器位移特性試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、根本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測(cè)量的〔或以磁場(chǎng)為媒體28—1〔帶正電的載流子所示，把一塊寬為b，dB的磁場(chǎng)中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I，此時(shí)在板28—1A,A之間就呈現(xiàn)出肯定的電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)〔霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來解釋，所產(chǎn)生的電勢(shì)差U稱霍爾電壓?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：HIBU＝R ＝KIBH Hd H式中：R＝-1／(ne)是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率打算的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；HK＝RH

／d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。H具有上述霍爾效應(yīng)的元件稱為霍爾元件，霍爾元件大多承受N型半導(dǎo)體材料〔金屬材料中自由電子濃度ｎ很高，因此R很小，使輸出U微小，不宜作霍爾元件，厚度d只有1μmH H左右。性高、壽命長(zhǎng)、功耗低、負(fù)載力量強(qiáng)以及使用便利等等優(yōu)點(diǎn)。本試驗(yàn)承受的霍爾式位移〔小位移1ｍｍ～2ｍｍ〕傳感器是由線性霍爾元件、永久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機(jī)械振動(dòng)等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測(cè)量?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯墓ぷ髟砗驮囼?yàn)電路原理如圖28—2(a)、(b)所示。將磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣的兩塊永久磁鋼同極性相對(duì)放置著25工作原理 (b)試驗(yàn)電路原理28—2設(shè)這個(gè)位置為位移的零點(diǎn)，即Ｘ＝０，因磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ＝０，故輸出電壓U＝０。當(dāng)霍爾H元件沿Ｘ軸有位移時(shí)，由于Ｂ≠０，則有一電壓U輸出，U經(jīng)差動(dòng)放大器放大輸出為V。H HV＊留意：線性霍爾元件有四個(gè)引線端。涂黑二端1(Vs+)、3(Vs-)是電源輸入鼓勵(lì)端，另外二個(gè)2(Vo+)、4(Vo-)是輸出端。接線時(shí)，電源輸入鼓勵(lì)端與輸出端千萬不能顛倒，否則霍爾元件就損壞。三、需用器件與單元：機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、霍爾傳感器、測(cè)微頭；F／V4V四、試驗(yàn)步驟：128—3示意接線，電壓表〔F／V表〕量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)并將差動(dòng)放大器的撥動(dòng)開關(guān)撥到“開大器的增益電位器順時(shí)針慢悠悠轉(zhuǎn)到底器的輸入引線。28—32、調(diào)整測(cè)微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的010mm刻度2628—4電源。28—4線性霍爾傳感器(直流鼓勵(lì))位移特性試驗(yàn)安裝與接線示意圖3、松開安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，