附錄01 CSY型傳感器試驗儀實驗指導

附錄一CSY型傳感器試驗儀實驗指導實驗一電阻應變片性能實驗1．實驗目的了解金屬應變片，單臂電橋的工作原理和工作情況。2．實驗器材直流穩(wěn)壓電源，電橋，差動放大器，雙孔懸臂梁稱重傳感器，砝碼，一片應變片，F(xiàn)/V表，主、副電源。有關旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V擋，F(xiàn)/V表打到2V擋，差動放大增益最大(右旋到底)。實驗一電阻應變片性能實驗3．實驗原理電阻應變片是一種能將被測試件的應變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件，工作原理基于應變—電阻效應(當電阻敏感柵感受應變時，其電阻發(fā)生相應變化)。使用應變片測量應變或應力時，將應變片牢固地粘貼在被測彈性試件上，當試件受力變形時，應變片的金屬柵隨之產(chǎn)生相應變形，從而引起應變片電阻的變化。4．實驗步驟實驗一電阻應變片性能實驗5．注意事項

(1)電橋上端虛線所示的4個電阻實際上并不存在，僅作為一標記。

(2)為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當減小差動放大器增益，此時差動放大器不必重調(diào)零。

(3)做此實驗時應將低頻振蕩器的幅度關至最小，以減小其對直流電橋的影響。

(4)電位器W1、W2在有的型號儀器中標為RD、RA。實驗二差動變面積式電容傳感器

的應用

1．實驗目的了解差動變面積式電容傳感器的原理及特性。2．實驗器材電容傳感器，電容變換器(或電容放大器)，電壓放大器或差動放大器，低通濾波器，F(xiàn)/V表。實驗二差動變面積式電容傳感器的應用

3．實驗原理變面積型電容傳感器測量位移有3種方式：平面直線位移型，角位移型和圓柱(或圓角)線位移型。本實驗儀是平面直線位移型。設起始時電容器為C，當動極板沿力方向移動ΔX時，其電容量為

實驗二差動變面積式電容傳感器的應用電容變化量為，故相對變化量為，其中a為極板寬度。電容靈敏度為，其中b為極板長度，A0為初始面積(A0=ab)。可知，平面直線位移型電容傳感器的電容量與輸入位移量有線性關系，靈敏度為常數(shù)。4．實驗步驟實驗三差動變壓器式電感傳感器

的應用——測位移

1．實驗目的了解差動變壓器的組成和標定方法。2．實驗器材音頻振蕩器，差動變壓器，測微頭，示波器，主、副電源。有關旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4～8kHz，主、副電源關閉。實驗三差動變壓器式電感傳感器的應用——測位移

3．實驗原理根據(jù)變壓器原理，次級線圈感應電勢分別為輸出電勢為實驗三差動變壓器式電感傳感器的應用——測位移當銜鐵在中間位置時，若兩個次級線圈及參數(shù)磁路尺寸相等，則M1=M2=M，所以E2=0；當銜鐵偏離中間位置時，M1≠M2，由于差動工作，所以M1=M+M1，M2=M-M2，在一定的范圍內(nèi)M1=M+M1，其差值(M1-M2)與銜鐵位移成正比，在負載開路情況下輸出電勢為

E2=-(M1-M2)I1實驗三差動變壓器式電感傳感器的應用——測位移當沒有信號輸入時，鐵芯處于中間位置，輸出電壓為零點殘余電壓。當有信號輸入時，鐵芯移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大、相敏檢波濾波后得到直流輸出，可以指示輸入位移量的大小和方向。本實驗用示波器讀取零點殘余電壓值和位移量的大小。4．實驗步驟實驗四電渦流式傳感器的應用3．實驗原理一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈中通以正弦交流電時，線圈的周圍產(chǎn)生正弦交變磁場H，此磁場中的金屬導體產(chǎn)生電渦流，而電渦流也產(chǎn)生交變磁場H2，H2與H1方向相反，由于磁場H2的反使用，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化，這種線圈阻抗的變化完整地反映渦流效應。實驗四電渦流式傳感器的應用顯然，線圈阻抗的變化與金屬導體的電導率、磁導率、幾何形狀、線圈幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離等參數(shù)有關。線圈金屬導體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通常可由磁導率μ、電導率、線圈到金屬體的距離x、激勵電流強度I和頻率等參數(shù)來描述。線圈的阻抗Z可用如下函數(shù)表示

Z=F

當μ、、I、恒定不變時，阻抗Z就成為距離x的單調(diào)函數(shù)，即Z=f(x)。實驗四電渦流式傳感器的應用

4．實驗步驟

5．注意事項被測體與渦流傳感器測試探頭平面盡量平行，并將探頭盡量對準被測體中間，以減少渦流損失。附圖4渦流傳感器接線圖實驗五霍爾傳感器的應用1．實驗目的了解霍爾傳感器在靜態(tài)測量中的應用。2．實驗器材霍爾片，磁路系統(tǒng)，差動放大器，直流穩(wěn)壓電源，F(xiàn)/V表，電橋，砝碼，主、副電源，振動平臺。有關旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源置±2V擋，主、副電源關閉。實驗五霍爾傳感器的應用3．實驗原理霍爾片在磁路中有位移，改變了霍爾元件所感受到的磁場大小和方向，引起霍爾電勢的大小和極性的變化。保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個均勻梯度的磁場中沿X方向移動，輸出霍爾電動勢為UH=kx，霍爾電動勢極性表示位移的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高，磁場梯度越均勻，輸出線性度越好。4．實驗步驟實驗五霍爾傳感器的應用

5．注意事項

(1)此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應太重。

(2)砝碼應置于平臺的中間部分。

實驗五霍爾傳感器的應用附圖5霍爾傳感器實驗接線圖實驗六光纖傳感器的應用

1．實驗目的了解光纖位移傳感器的原理、結構和性能。2．實驗器材主、副電源，差動放大器，F(xiàn)/V表，光纖傳感器，振動臺。實驗六光纖傳感器的應用3．實驗原理光纖有傳導光線的作用。反射面有一定的漫反射，反射回的光強隨接收光纖與反射面的距離變化而變化。4．實驗步驟實驗七單臂、半橋、全橋功能比較1．實驗目的驗證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關系。2．實驗器材直流穩(wěn)壓電源，差動放大器，電橋，F(xiàn)/V表，測微頭，雙平行梁，應變片，主、副電源。有關旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V擋，F(xiàn)/V表打到2V擋，差動放大增益最大。實驗七單臂、半橋、全橋功能比較3．實驗原理設R為接入的應變計橋臂電阻，設R1=R2=R3=R4=R，測量時的變化為△R。

(1)單臂工作，即只有一只應變計接入電橋，輸出電壓U=(/4R)E。

(2)半橋工作，有兩只應變計接入電橋相鄰橋臂，它們的變化要求大小相等、方向相反(即差動工作)，輸出電壓U=(△R

/2R)E。實驗七單臂、半橋、全橋功能比較

(3)全橋工作，有4只應變計接入電橋差動工作，即R1=R+△R

，R2=R-△R

，R3=R-△R

，R4=R+△R

，此時。分析可知：用直流電橋作應變計的測量電路，在應變計的電阻發(fā)生變化時電橋輸出電阻也隨之變化。

實驗七單臂、半橋、全橋功能比較當電阻變化量△R

≤R時，△R

/R呈線性關系，即電橋電壓與被測量應變量成線性關系，而在相同條件下(供電電源、應變計型號不變)，差動工作比單臂工作輸出信號大，半橋差動是單臂輸出的2倍，而全橋差動輸出是單臂輸出的4倍。4．實驗步驟實驗七單臂、半橋、全橋功能比較