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1、传感器技术传感器技术 （ZY13Sens12SB 版）版） 电子信息工程系电子信息工程系 实验指导书实验指导书 前前 言言 传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官” ，它将各种各 样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。在当今信息社会的 时代，如果没有传感器，现代科学技术将无法发展。传感器在机电一体 化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。为了适应这一 时代发展的需要，全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感 器教学纳入教学任务，作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的 一门必修课。 ZY13Sens12SB 型传感器技术实验台是根据传感器的教学大纲，综合 多所
2、院校老师的教学意见开发的传感器系列实验系统。主要用于各大、 中专院校及职业院校开设的传感器原理及技术 、 自动化检测技术 、 非电量电测技术 、 工业自动化仪表及控制 、 机械量电测等课程 的实验教学。 ZY13Sens12SB 型传感器技术实验台采用的大部分传感器虽然是教学 传感器（透明结构便于教学） ，但其结构与线路是工业应用的基础，希望 通过实验帮助广大学生加强对书本知识及实验原理的理解，并在实验进 行的过程中通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应 具备的基本的操作技能与动手能力。 目目 录录 第一章第一章传感器实验台介绍传感器实验台介绍 1 1 第二章第二章使用说明使用说
3、明 5 5 第三章第三章传感器实验台实验指导传感器实验台实验指导 6 6 实验一实验一 金属箔式应变片性能金属箔式应变片性能单臂电桥单臂电桥 6 6 实验二实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 7 7 实验三实验三 差动变压器的性能差动变压器的性能 9 9 实验四实验四 霍尔式传感器位移特性及其应用霍尔式传感器位移特性及其应用 1111 实验五实验五 压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 1212 实验六实验六 光纤传感器的位移测量实验光纤传感器的位移测量实验 1414 传感器技术实验指导书
4、 - 1 - 第一章第一章 传感器实验台介绍传感器实验台介绍 第一节第一节 传感器实验仪台体简介传感器实验仪台体简介 实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线 单元、处理电路单元。 一、传感器安装台部分一、传感器安装台部分 装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN 结、热敏电阻、加热器、压电传感 器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、 光纤及探头小电机、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线插孔、霍尔传感器的 四个方形磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、 霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动磁芯、电容传感
5、器的动片组、磁电传感 器的可动磁芯）、扩散硅压阻式压力传感器、气敏传感器及湿敏元件。 二、显示及激励源部分二、显示及激励源部分 包括电机控制单元、主电源、直流稳压电源（2V10V 档位调节）、电 压数字显示表、频率数字显示表、音频振荡器、低频振荡器、15V 不可调稳压 电源。 三、实验主面板上传感器符号单元三、实验主面板上传感器符号单元 所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中， 实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元 插孔引线。 四、处理电路单元四、处理电路单元 由电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、
6、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。 ZY13Sens12BB实验仪共有15种传感器，配上一台双线（双踪）通用示波器可做 几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。 第二节第二节 传感器参数性能说明传感器参数性能说明 双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线 圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。（注：激振线圈控制振动盘，激振线 圈控制振动双平衡梁。做实验时注意正确接线。） 一、差动变压器一、差动变压器 量程:5mm 直流电阻：510由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透 明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。 二、电涡流位移传感器二、电涡流位移传感
7、器 传感器技术实验指导书 - 2 - 量程:1mm 直流电阻：12 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片 组成。 三、霍尔式传感器三、霍尔式传感器 量程:2mm 直流电阻：激励源端口：5001.5K 输出端口： 300500。日本JVC 公司生产的线性半导体霍尔片，它置于方形磁钢构成的 梯度磁场中。 四、热电偶四、热电偶 直流电阻：10左右由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度 为环境温度。 五、电容式传感器五、电容式传感器 量程：2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。 六、热敏电阻六、热敏电阻 半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25时为10K。 七、光纤传感器七、
8、光纤传感器 由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。 红外线发射、接收、直流电阻：5001.5k 260 股Y 形、半圆分布。 八、压阻式压力传感器八、压阻式压力传感器 量程：10Kpa(差压) 供电：6V 直流电阻：Vs+Vs：350450 Vo+Vo：3K3.5K；美国摩托罗拉公司生产的MPX 型压阻式差压传感器， 具有温度自补偿功能，先进的X 型工作片（带温补）。 九、压电加速度计九、压电加速度计 PZT-5 双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KHz，电荷灵敏度： q20pc/g。 十、应变式传感器十、应变式传感器 箔式应变片阻值：350、应变系数：2 十一、
9、十一、PNPN结温度传感器：结温度传感器： 利用半导体PN 结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被 测温度。灵敏度：-2.1mV/。 十二、磁电式传感器十二、磁电式传感器 0.211000 直流电阻：3040 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏 度：0.5v/m/s 十三、气敏传感器十三、气敏传感器 传感器技术实验指导书 - 3 - MQ3 型对酒精敏感的气敏传感器；测量范围：502000ppm。 十四、湿敏电阻十四、湿敏电阻 高分子薄膜电阻型：RH：几兆几千 响应时间：吸湿、脱湿时间小于10 秒。 湿度系数：0.5RH%/ 测量范围：1095 工作温度：050 第三节第三节
10、变换电路原理简介变换电路原理简介 传感器实验仪共有九种变换电路，其实验插孔均从面板上引出，按实验指导搭 建电路可完成所有的实验。 一、电桥一、电桥 用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。 二、差动放大器二、差动放大器 通频带010KHz。可接成同相、反相、差动结构，增益为1-100倍直流放大器。 三、电容变换器三、电容变换器 由高频振荡，放大和双T 电桥组成的处理电路。 四、电压放大器四、电压放大器 增益约为5倍；同相输入；通频带010KHz。 五、移相器五、移相器 允许最大输入电压10Vp-p；移相范围20o(5KHz时)。 六、相敏检波器六、相敏检波器 可检波电压频
11、率010KHz；允许最大输入电压10Vp-p。 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。 七、电荷放大器七、电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 八、低通滤波器八、低通滤波器 由 50Hz 陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz 左右。 九、涡流变换器九、涡流变换器 输出电压|8|V(探头离开被测物) 变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件。 十、光电变换座十、光电变换座 由红外发射、接收组成。 传感器技术实验指导书 - 4 - 第四节第四节 其它部分简介其它部分简介 一、二套显示仪表一、二套显示仪表 1 1、数字式电压表、数字式电压表 三位半数显，电
12、压范围0200mV、02V、020V。 2 2、数字式频率表、数字式频率表 五位数显，频率范围1HZ10KHZ。 二、二种振荡器二、二种振荡器 1 1、音频振荡器、音频振荡器 1KHz10KHz 输出连续可调，Vp-p 值20V 输出连续可调，180、0反相输 出，Lv 端最大功率输出电流0.5A。 2 2、低频振荡器、低频振荡器 130Hz 输出连续可调，Vp-p值20V 输出连续可调，最大输出电流0.5A。 三、二套悬臂梁、测微头三、二套悬臂梁、测微头 双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连）， 梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实
13、验。 四、电加热器二组四、电加热器二组 电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温(注意加热时间不要注意加热时间不要 超过超过2分钟分钟)。 五、测速电机一组五、测速电机一组 由可调的低噪声高速直流风扇组成，与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速 实验。 六、二组稳压电源六、二组稳压电源 直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。 2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。 传感器技术实验指导书 - 5 - 第二章第二章 使用说明使用说明 一、一、使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、 信号源、显示仪表、位移及振动结构的工作范
14、围做到心中有数。 二、二、了解测试系统的基本组成：合适的信号激励源传感器处理电路（传感 器状态调节机构）仪表显示（或图象显示） 三、三、实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各 信号源之间严禁用连接线短路，变换电路电源的引入尤要注意标志端对准后插入； 如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。 四四、实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋 转锁紧，为延长使用寿命，请捏住插头插拔。 五五、实验指导中的“注意事项”不可忽略。传感器的激励信号不准随意加大， 否则会造成传感器永久性的损坏。 六、六、本实验仪为教学实验用仪器
15、，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内 有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验 条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中 的实验内容，则整台仪器正常。 七、七、本仪器的工作环境温度40，需防尘。 八、八、本实验仪器在仪表面板上安装的电机转动调节下方的开关是控制光纤实验 时的光源的，在进行光纤实验时请打开，不用时请关闭。 传感器技术实验指导书 - 6 - 第三章第三章 传感器实验台实验指导传感器实验台实验指导 实验一实验一 金属箔式应变片性能金属箔式应变片性能单臂电桥单臂电桥 一、实验目的：一、实验目的： 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、实验内容：二、实验内容： 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现） 三、实验仪器：三、实验仪器： 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、 主、副电源。 四、实验原理：四、实验原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效 应，描述电阻应变效应的关系式为：R/R Ku式中R/R为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数, u= l/l为电阻丝长度相对变化，
