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1、传感器原理及应用实验指导书黄 敏 姜丽波陕西科技大学电气与信息工程学院2012. 10传感器原理及应用实验指导书2目 录实验一 热电偶测温 8实验二 应 变 片 性 能 及 电 桥 （设计性实验） 12实验三 半导体应变片性能检测 16实验四 霍尔式传感器直流激励特性 20实验五 压电传感器动态特性实验 22实验六 差 动 变 压 器 性 能 检 测 24实验七 磁 电 式 传 感 器 性 能 检 测 27实验八 差动变面积电容传感器特性 29实验九 电 涡 流 传 感 器 静 态 性 能 检 测 31实验十 扩散硅压力传感器实验 33实验十一 光电器件特性测量（一） 36实验十二 光电器件特
2、性测量（二） 40实验十三 光纤位移传感器实验测量 45实验十四 热释电红外传感器特性实验 49实验十五 温度变送器的校验（设计性实验） 51附录：铂电阻分度表传感器原理及应用实验指导书3实验仪简介CSY 传感器系统实验仪上采用的大部分传感器虽是教学传感器（透明结构便于教学）但其结构与线路是工业应用的基础。实验帮助广大学生加深理解课本知识，学会作为一个科技工作者应具有的动手能力、操作技能及分析与解决问题的能力。实验指导书每个实验中都有注意事项。希望学生认真阅读，谨慎操作，否则容易引起器件损坏。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。传感器安装台部
3、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 3.插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、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、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子） 、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒、热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位参看附录。显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（土 2V 一土 10
4、V 分档调节） 、F/V 显示表（可作为电压表和频率表） 、动圈毫伏表（5V500V） 、音频振荡器、低频振荡器、土 15V 不可调稳压电源。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。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。CSY 实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验,也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。二、主要技术参数、性能及说明（一） 传感器安装台部
5、分：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。 应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。 （或采用标准双孔悬臂梁传感器应变梁） 。传感器：1差动变压器（电感式）量程：5mm，直流电阻：5-10。由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心圈，铁芯为软磁铁氧体。传感器原理及应用实验指导书42电涡流位移传感器量程：1mm，直流电阻：1-2。多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。3霍尔式传感器量程：2mm，直流电阻：激励源端口 800-1.5K；输出端口 300-500。日本 JVC 公司生产的线性半导体霍尔片
6、，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。4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，冷端温度为环境温度。5电容式传感器量程：土 2mm。由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。6热敏电阻半导体热敏电阻 NTC：温度系数为负，25时为 10K。7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 。8半导体扩散硅压阻式压力传感器量程：10KPa（差压）供电： 美国摩托罗拉公司生产的 MPX 型压阻式差压传感器。9压电加速度计PZT-5 压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KHz，电荷灵敏度：20PC/G。10应变式传感器箔式应变片电阻值：350、应变
7、系数：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有片应变片，横向所贴的两片为温度补偿片。11PN 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，能直接显示被测灵敏度：2.1mV。12磁电式传感器0.211000 直流电阻：300，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度 0.5/M/S13气敏传感器 MQ3（酒精）：测量范围：502000PPM。14湿敏电阻高分子薄膜电阻型（）：几兆 一几 K；响应时间：吸湿、脱湿小于 10秒。湿度系数：0.5；测量范围：1095，工作温度为 050。15光电开关：反射型传感器原理及应用实验指导书516光敏电阻：CDS 材料：几 一几
8、M17硅光电池：SI 日光型18热释电红外传感器：远红外式（二）信号及变换1电桥：用于组成直流或交流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2差动放大器：通频带 010Hz。可接成同相、反相，差动结构，增益为 1100 倍的直流放大器。3电容变换器：由高频振荡，放大和双电桥组成的处理电路。4电压放大器：增益约为倍 同相输入。通频带 010 KHz。5移相器：允许最大输入电压 10Vpp 移相范围20（5时）6相敏检波器 可检波电压频率：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7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。8
9、低通滤波器：由 50z 陷波器和滤波器组成，转折频率 35Z 左右9涡流变换器：输出电压181（探头离开被测物） ，变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件10光电变换座：由红外发射、接收组成。（三）二套显示仪表数字式电压频率表：位半显示，电压范围（0V 、020V ，频率范围 3Hz-2KHz。10 Hz20KHz，灵敏度50mV。指针式毫伏表：85CL 表，分 500 mV、50 mV 、5mV 三档，精度 2.5。（四）二种振荡器音频振荡器：0.4 KHz10KHz 输出连续可调，pp 值 20V，输出连续可调，180、0 反相输出，LV 端最大功率输出电流 0.5。传感器原
10、理及应用实验指导书6低频振荡器：30Z 输出连续可调，值0V 输出连续可调，最大输出电流0.5，端可提供用做电流放大器。（五）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，另一到副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验（右边圆盘式工作台由“激振 ”带动。左边平行式悬臂梁由“激振 ”带动） 。（六）电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度左右的升温。（七）测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合进行测速实验。（八）二组稳压电源直流15，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励 1.5，2V10V
11、 分五档输出，最大输出电流 1.5，提供直流激励源。（九）计算机联接与处理数据采集卡：十二位转换，采样速度 10000 点/秒，采样速度可控制，采样形式多样。标准 RS232 接口，与计算机串行工作。良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。仪器下部面板左下角处的开关为控制处理电路 15的工作电源，进行实验时请勿关掉，为保证仪器正常工作，严禁 15电源间的相互短路，建议平时将此两插口封住。指针式毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象不影响测试
12、。注意：本仪器是实验性仪器，各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证，而非工业应用型的传感器定量测试。各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常。1应变片及差动放大器，进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量。各接线图两个节点间即一实验接插线，接插线可多根迭插，为保证接触良好插入插孔后请将插头稍许旋转。2热电偶，接入差动放大器，打开“加热”开关，观察随温度升高热电势的变化。3热敏式，进行“热敏传感器实验” ，电热器加热升温，观察随温度升高，电阻两端的阻值变化情况，注意热敏电阻是负温度系数。4结温度传感器，进行结温度传感器测温实验，注意电压表 2V 档显示值为绝对温度。5进行“移相器实验”用双踪示波器观察两通道波形。传感器原理及应用实验指导书76进行“相敏检波器实验” ，相敏检波器端口序数规律为从左至右，从上到下，其中端为参考电压输入端。7进行“电容式传感器特性”实验，当振动圆盘带动动片上下移动时，电容变换器
