感测技术实验讲义（选做）

《感测技术实验讲义（选做）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《感测技术实验讲义（选做）（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、感测技术实验讲义 （选 做）,长江大学电子与信息学院吴爱平 编 2006年7月,实 验 目 录,实验一 位移测量实验 实验二 振动测量实验 实验三 热电偶冷端温度补偿实验 实验四 气敏传感器实验 实验五 交流全桥的应用 附录一 实验台使用说明 附录二 调节仪使用说明,实验一 位移测量实验,实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思考题,了解电容式传感器结构及其特点了解霍尔式传感器原理与应用了解电涡流传感器的工作原理和性能了解光纤位移传感器的工作原理和性能。,一、实验目的：,二、基本原理：,利用平板电容CAd和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数

2、不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）、测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。根据霍尔效应，霍尔电势UHKHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。,传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换

3、器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。,三、实验所需部件：电容传感器、电容传感器实验模板、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压源、导线若干。,、按图11安装示意图将测微头和电容传感器装于电容传感器模板上。将传感器引线插头插入实验模板的插座中。、将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接(插入主控箱Vi孔),RW调节到中间位置。、接入15V电源旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值V，填入表11。根据表（11）数据，计算电

4、容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。,四、实验步骤：,图11电容传感器位移实验接线图,表11电容式传感器位移X与输出电压V,、霍尔传感器按图12安装。将传感器引线插头插入实验模板的插座中,实验模板的连接按图13进行连接。1、3为电源4V,2、4为输出。、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。,、测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表12。作出VX曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。,表12 霍尔传感器位移X与输出电压V,图12 霍尔传感器安装示意图,图13霍尔传感器位移直流激励实验接线图,7、根据图14

5、安装电涡流传感器。8、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。9、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件，见图15。10、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。,图14 电涡流传感器安装示意图,图15电涡流传感器位移实验接线图,11、将实验模板输出端VO与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V。12、从主控台接入+15V直流电源到实验模板上标有15V的插孔中。13、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关,记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表13。,表13电涡流传感器位移X与输出

6、电压V,14、将原铁圆片换成铜圆片，重复上述步骤，进行被测体为铜圆片时的位移特性测试，记入表14。,表14被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据,15、据表13、14数据，画出VX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度。16、根据图16安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。17、将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图17。,图16光纤传感器安装示意图,图17光纤传感器位移实验接线图,18、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。19、实验模板接入15V电源，合上

7、主控箱电源开关，调RW使数显表显示为零。20、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表15。根据表15数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。,表15光纤位移传感器输出电压与位移数据,五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？在电涡流传感器测位移的实验中如果将铜圆片换成铝圆片，在相同的条件下输出的电压与原来相比是 1)偏大 2)偏小 3)一样大在相同条件下金属圆片面积的大小与输出电压有无关系?,实验二 振动测量实验,实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思

8、考题,一、实验目的：,了解差动变压器的工作原理和特性。了解差动变压器零点残余电压补偿方法。了解差动变压器测量振动的原理和方法了解压电传感器测量振动的原理和方法,二、基本原理：,变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，就引出差动输出。其输出电势则反映出被测体的移动量。,由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯BH特

9、性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速度结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。,三、实验所需部件：,音频振荡器、差动放大器模板、压电式传感器、压电式传感器实验模块、移相器、相敏检波器、滤波模板、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源。,四、实验步骤：,、根据图21，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。,图21差动变压器电容传感器安装示意图,、在模块上按图22接线，音频振荡

10、器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为45KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。调节输出幅度为峰峰值Vp-p2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。,图22 双踪示波器与差动变压器连结示意图,、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表21，再人Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。,表2

11、1 差动变压器位移X值与输出电压数据表,4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表21画出Vop-pX曲线，作出量程为1mm、3mm灵敏度和非线性误差。,5、按图23接线进行零点残余电压补偿实验。音频信号源从LV插口输出，实验模板R1 、C1 、RW1 、RW2为电桥单元中调平衡网络。,图23零点残余电压补偿电路,6、利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰峰值。7、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。8、依次调整RW1、RW2，使输出电压降至最小。9、将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。10、从示波器上观察，差动变压器的零

12、点残余电压值（峰峰值）。（注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压V零点p-pK，K为放大倍数）,11、将差动变压器按图24，安装在台面三源板的振动源单元上，进行振动测量实验。,图24 差动变压器振动测量安装图,12、按图25接线，并调整好有关部分。调整如下： （1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V=2V， （2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接高度，使示波器显示的波形幅度为最小。 （3）仔细调节RW1和RW2使示波器（相敏检波器）显示的波形幅度更小，基本为零点。,（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移

13、相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。 （5）松手，整流波形消失为一条接近零点线。（否则再调节RW1和RW2）。将低频振荡器输出接入振动源的低频输入端，调节低频振荡器的幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器VO相敏检波器的VO及低通滤波器的VO波形。,图25 差动变压器测振幅系统原理图,13、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据。填入下表2214、保持低频振荡器的频率不变，改变振荡幅度,用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰峰电压值，记下实验数据，得到振幅与电压峰值曲线(定性)。,表

14、22振荡频率与输出电压,15、取走差动变压器实验模块,将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。16、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图26，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模块电路输出端VO1接R6。将压电传感器实验模块电路输出端VO2,接入低通滤波器输入端Vi, 低通滤波器输出VO与示波器相连。,图26 压电式传感器性能实验接线图,17、合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波形。18、改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。19、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。20、

15、根据实验结果作出梁的振幅频率特性曲线，指出自振频率的大致值 注意事项：选择低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。,五、思考题：,如何用电涡流传感器进行振动测量实验?如何用磁电传感器进行振动测量实验?,实验三 热电偶冷端温度补偿实验,实验目的 基本原理 实验所需部件 实验步骤 思考题,一、实验目的： 了解热电偶冷端温度补偿的原理与方法。,二、基本原理： 热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法和自动补偿法（图31），电桥法常用，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0时达到平衡（亦有20平衡）。当热电偶自由端温度升高时（0）热电偶回路电势

16、Uab下降，由于补偿器中，PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。,三、实验所需部件：温度传感器实验模板、热电偶、冷端温度补偿器、直流源5V、15V。,四、实验步骤：,、温度控制仪表设定温度值50。、接入15V电源，合上主控箱电源开关，调RW3使温度传感器实验模板输出Vo2为零，并使实验模板输出端Uo2与数显表Vi相接 此时数显表显示零位，电压显示用200mv档。,、将K型热电偶置于加热器插孔中，输出端与实验模板输入端R5、R6插孔相接，合上主控箱加热源开关，使温度达到50，放大器增益RW2置最小读取数显表上数据V1。,、保持工作温度50不变，RW2、RW3不变，冷端温度补偿器上的热电偶插入加热器另一插孔中，在补偿器4端加补偿器电源5V，使冷端补偿器工作，读取数显表上数据V2。、比较V1、V2二个数据，根据实验时的室温和二输出值，计算因自由端温度上升而产生的温度差。,