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1、感测技术实验指导书（必 做）吴爱平 编电子信息学院二00四 年 九 月实 验 目 录实验一 转速测量实验1实验二 电子秤实验4实验三 压力测量实验9实验四 温度测量实验12附录一 实验台使用说明16附录二 调节仪使用说明18实验一 转速测量实验一、 实验目的：1 熟悉和掌握霍尔转速传感器、磁电式、光电转速传感器的工作原理。2 了解转速的测量方法。二、基本原理：1利用霍尔效应表达式：UHKHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。2基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，
2、线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。3光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。三、实验所需部件：霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源5V、转动源212V、数显单元、导线若干。四、实验步骤：1、 根据图11，将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。图11 霍尔、
3、光电、磁电转速传感器安装示意图2、 将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。3、 将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。4、 将转速源2V12V输出旋至最小，接入三源板的转速电源孔中。5、 将数显单元上的开关拨到转速档，合上主控箱电源开关。6、 调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表11中。7、关闭主控箱电源开关，取下霍尔转速传感器，进行光电转速测量，光电转速传感器已安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地、VO 与主控箱上的+5V、地、数显表的Fin相连。8、将转速源212V输出旋到最小，接到三源板
4、的转速电源插孔中。9、合上主控箱电源开关，调节转速源212V，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表12中。 10、关闭主控箱电源开关，取下光电传感器的相关连线，进行磁电式转速测量。11、磁电式转速传感器按图1-1安装传感器端面离转动盘面2mm左右，并且将磁电式转速传感器中心对准磁钢中心。将磁电式转速传感器输出端插入数显单元Fin孔。（磁电式转速传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）12、将转速源212V输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中，合上主控箱电源开关，调节转速源212V，记录数显表转速显示为0时的电压最大值。继续观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1
5、3中。表11电压与转速（霍尔转速传感器）电 压转 速表12电压与转速（光电转速传感器）电 压转 速表13电压与转速（磁电转速传感器）电 压转 速五、思考题：1、 本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？2、 本实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便?3、 为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？4、 如何利用光电传感器和调节仪自动控制电机转速?实验二 电子秤实验一、实验目的：1 了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。2 了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。3 通过实验后能够设计信号放大电路。二、 基本原理：电阻丝在外力
6、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： RRK式中RR为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,=l/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 Uo1= EK/4。对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2EK2。全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1R2R3
7、R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压U03KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表、导线若干。四、实验步骤：1、 根据图21可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、 R3、 R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行判别,R1=R2=R3=R4=350,加热丝阻值为50左右。2、 接入模板电源15V(从主控台引入)，检查无误后,合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方
8、法为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连,调节实验模板上的调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的量程切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。图21 应变式传感器安装示意图3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7、模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源4V,此时应将4V地与15V地短接(因为不共地),如图22所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。调节Rw1，在托盘上不加砝码时，使桥路输出为零。图22 应变式传器实验模板电原理图4、 为便于读取数据
9、，将10只砝码全部置于传感器秤托盘上，调节电位器RW3使VO2输出为50的整数倍值。在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到500g砝码加完。记下实验结果填入表21。计算系统灵敏度S，非线性误差。表21单臂电桥输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)5、 将图22电桥中的R5改接成R2或R4，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边进行半桥实验，见图23，接入桥路电源4V，进行桥路调零，重复步骤2、3、4，将实验数据记入表22，计算灵敏度S，非线性误差。图23 应变式传感器半桥实验接线图表22半桥测量时，输出电压与
10、加负载重量值重量电压6、 将传感器四片应变片接成全桥电路，见图24。重复步骤2、3、4，将实验结果填入表23；进行灵敏度和非线性误差计算。图24 全桥性能实验接线图表23全桥输出电压与加负载重量值重量电压五、思考题：1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 2、电桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。4、电桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R
11、相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。5、实验中的电子秤与超市的电子称有什么区别？试画出超市的电子称实现的原理框图。实验三 压力测量实验一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、 实验所需部件：压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导
12、管、数显单元、直流稳压源4V、15V。四、 实验步骤：1、 根据图31连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。将标准压力表放置传感器支架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压，则可轻松拉出）。其余两根黑色导管分别与标准表和压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀。本实验模板连接见图32，压力传感器有4端： 1端线接地线，2端为U0，3端接4V电源，4端为Uo。1、2、3、4端顺序排列见图32。图31 压阻式压力
13、传感器测量系统图32 压力传感器压力实验接线图2、 实验模板上RW2用于调节零位，RW1可调放大倍数，按图32接线，模板的放大器输出Vo引到主控箱数显表的Vi插座。将显示选择开关拨到2V档，反复调节RW2（RW1旋到满度的确13）使数显表显示为零。3、 先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。4、 合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中。5、 逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观察数显表显示电压的正、负，若为负值则对调传感器气咀接法。6、 仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使压力显示在414KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表（31）表（31）压力传感器输出电压与输入压力值P(KP) Vo(p-p)7、 计算本系统的灵敏度和非线性误差。五、 思考题：如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，请问如何标定？ 实验四 温度测量实验一、 实验目的：1了解热电阻的特性与应用和K型热电偶测量温度的性能与应用范围 2了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用二、 基本原理：1 用导体电阻
