检测与转换技术实验指导书

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1、目录实验一金属箔式应变片半桥性能实验实验二直流全桥的应用电子秤实验实验三 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验四 霍尔测速实验实验五 压电式传感器振动实验实验六 被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验实验七 光纤传感器的位移特性实验实验八 光纤传感器的测速实验实验九 铂电阻温度特性实验实验一 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、4V电源。三、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=K，式中

2、 R/R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 感组件，如图 1-1 所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生 形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。应变片托盘图1-1传感器安装示意图不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图 1-2。电桥输出灵敏度提高，非线性 得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为E ARUo=EK /2 = -（1-1）2RE为电桥电源电压，式1-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。四、实验内容与步骤1应变传感器已安

3、装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2. 差动放大器调零。从主控台接入15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差 动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、 Rw4 的位置确定后不能改动）3. 按图 1-2接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。4. 加托盘后电桥调零，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后，合上主 控台电源开关，预热五分钟，调节 Rw1 使电压表显示为零。5. 在应变传感器托盘上放置

4、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 200g 砝码加完，记下实验结果，填入下表，关闭电源。表 1-1重量(g)电压(mV)五、实验报告f2根据表1-1的实验资料，计算灵敏度L=A U仏W,非线性误差&六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？接数显表接主控箱 电？原输-出图 1-2 接线图1实验二 直流全桥的应用电子称实验一、实验目的：了解直流全桥的应用及电路的定标接主控箱接数显表 电源输出 Ui地接主控箱_电源输出图 2-1 接线图R4OH OR3o RM OR2o ORlo RO二、实验仪器：同实验一三、实验原理：电子称实验原理同实验三的全桥测 量原理，

5、通过调节放大电路对电桥输出 的放大倍数使电路输出电压值为重量的 对应值，电压量纲(V)改为重量量纲(Kg) 即成一台比较原始的电子称。四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图 1-1。2差动放大器调零，参考实验一步骤 2。3按图 2-1 接线，将受力相反(一片受拉，一片受压)的两对应变 片分别接入电桥的邻边。加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。按实验三的步骤1、2、3 接 好线并将差动放大器调零。4. 将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3 (满量程时的增益)，使数显电压 表显示为 0.200V(2V 档测量)。5. 拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否

6、显示为0.000V,若不为零，再次将差动放 大器调零和加托盘后电桥调零。6. 重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。7将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果， 填入表 4-1。8.去除砝码，托盘上加一个未知的重物(不要超过lKg),记录电压表的读数。根据实验 数据，求出重物的重量。表2-1重量(g)电压(V)五、实验报告f4根据计入表2-1的实验资料，计算灵敏度L=A U/A W,非线性误差&实验三 直流激励时霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的：了解霍尔传感器的原理与应用。二、实验仪器：霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、

7、直流电源、数显电压表。三、实验原理：根据霍尔效应，霍尔电势uh=khib，其中kh为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决定, 当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。四、实验内容与步骤差动变压器、 电容传感器模板测量架测微头艸1|UI1将霍尔传感器按图3-1 安装，传感器引线接到霍尔传感器模块9 芯航空插座。按图3-2 接线。图 3-1 传感器安装示意图2. 开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“1cm”处，手动调节测微头的位置，先使霍尔片大概在磁钢的中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调 节 Rw1 使数显表显示为零。

8、图 3-2 霍尔传感器直流激励接线图1RbR2113r电压指示五、实验报告作出UX曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。实验四 霍尔测速实验一、实验目的： 了解霍尔组件的应用测量转速。二、实验仪器：霍尔传感器、+5V、224V直流电源、转动源、频率/转速表。三、实验原理；利用霍尔效应表达式：Uh=KhIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场 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 测出被测旋转物的转速。四、实验内容与步骤1安装根据图 15-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。转盘磁钢电机工作平苔土支架

9、节尔元件 I丄 厂图 15-1 传感器安装示意图2. 将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换 到测转速位置）。“224V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端。3. 合上主控台电源，调节224V输出，可以观察到转动源转速的变化。也可通过通信接 口的第一通道CH1,用上位机软件观测霍尔组件输出的脉冲波形。五、实验报告1. 分析霍尔组件产生脉冲的原理。2. 根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。实验五 压电式传感器振动实验一、实验目的： 了解压电式传感器测量振动的原理和方法。二、实验仪器： 振动源、低频振荡器、直流稳压电源、压电传感器模块、

10、移相检波低通模块三、实验原理： 压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）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压电陶瓷片上， 由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。四、实验内容与步骤 1压电传感器已安装在振动梁的圆盘上。 2将振荡器的“低频输出”接到三源板的“低频输入”，并按下图18-1 接线，合上主控台 电源开关，调节低频调幅到最大、低频调频到适当位置，使振动梁的振幅逐渐增大（直到共振）。3. 将压电传感器的输出端接到压电传感器模块的输入端U.l, U 1接U.2, U2接移相检波i oi o低通模块低通

11、滤波器输入Ui,输出Uo接通信接口 CH1,用上位机观察压电传感器的输出波形图 5-1 接线图五、实验报告1. 改变低频输出信号的频率,记录振动源不同振幅下压电传感器输出波形的频率和幅值。实验六 被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二、实验仪器：电涡流传感器、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、数显直流电压表、测微头、 铁质被测圆盘、铜和铝的被测圆盘。三、实验原理：涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。在 实际应用中，由于被测体的材料、形状

12、和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱 甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对 具体的被测体进行静态特性标定。四、实验内容与步骤：1按下图 6-1 安装电涡流传感器。图 6-1 传感器安装示意图 2在测微头端部装上铁质金属圆盘，作为电涡流传感器的被测体。调节测微头，使铁质金 属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端，固定测微头。接控制台直流稳压电源+15v 0 (D3. 合上主控台电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.5mm读一个数，直到输出几乎不 变为止。将结果列入下表6-1。表6-1铁质被测体X (mm)UJV)将铁质金属圆盘分别换成铜质金

13、属圆盘和铝质金属圆盘。将实验资料分别记入下面表6-2、6-3。表6-2铜质被测体X (mm)V(V)表 6-3 铝质被测体X (mm)V(V)3.重复实验十九的步骤，将被测体换成比上述金属圆片面积更小的被测体，将实验资料记入下表 6-4。表 6-4 小直径的铝质被测体X (mm)V(V)五、实验报告1 根据表6-1、表6 -2和表6 -3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。实验七 光纤传感器位移特性实验一、实验目的：了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。二、实验仪器：光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。三、实验原理：反射式光纤位移

14、传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图22-1所示：光纤采用Y型结 构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。 光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转 换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及反射体到光纤探头距离有关。当反射表 面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤 探头紧贴反射面时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的 光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。光源光纤一测微头测量架模板光纤位移 传感器反射面图 7-1 反射式光纤位移传感器原理图 7-