传感器与自动检测技术实验指导书.docx

1、传感器与自动检测技术实验指导书 传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系实验四电容式传感器的位移特性实验 实验五直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 实验六电涡流传感器的位移特性实验实验七被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验实验八光纤传感器的位移特性实验实验九集成温度传感AD590温度特性实验实验十铂电阻温度特性实验实验十一铜电阻温度特性实验实验十二K型热电偶测温实验实验十三E型热电偶测温实验 实验一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝

2、码10只、15V电源、2V电源、万用表（自备）。 三、实验步骤1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=1K，加热丝阻值为25。2、接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块15V电源（从实验台可用快捷插座一次接入），检查无误后，合上实验台电源开关，实验模块15V指示灯应亮，将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块增益电位器调节大致在W3 35左右、W4 100（这时增益在100左右）位置，再进行差动放大器调零

3、，将仪器放大器的正（Vin+）、负（Vin-）输入端与地短接，可用屏蔽线直接把输入端和调“O”端连接，V02输出端与实验台面板上数显表外接输入端量程为0-2V，调节实验模板上调零电位器W5和W6，使数显表显示为零,关闭实验台电源。3、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的其中一个应变片R1、R2、R3、R4（即1号实验模块下方的R1）接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块直流电桥作为一个桥臂与R14、R15、R16接成直流电桥（R14、R15、R16、在14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块内已连接好），接上桥路A、B两端电源电压2V（从实验台2V引入或14号模块板上引入）。检查接线

4、无误后，合上实验台电源开关。重新微量调节14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块W5、W6，使数显表显示为零，（注意：当W3、W4、W5、W6的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止）具体见图1-1。4、在秤盘上放一只20g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。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）5、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。6、根据表

5、1-1计算系统灵敏度SU/W(U 输出电压变化量，W重量变化量)和非线性误差：m/yFS100%式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yFS满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。四、思考题单臂电桥时，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。实验二半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、实验原理不同受力方向的两只应变片如图1 -1中R1和R2或老R3和R4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U02EK/2。三、所需器件

6、及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码10只、15V电源、2V电源、万用表（自备）。四、实验步骤1、传感器安装、调试同实验1.3.1.3，14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块差动放大器调零。具体线路见图1-2。2、R1、R2为1号金属箔式应变片传感器实验模块上方的应变片为半桥，注意R2应和R1受力状态相反。R3和R4为另一组组成的另外半桥。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。1号金属箔式应变片传感器实验模块R1、R2作电桥的一半与14号实验模块R14、R15组成完整的直流电桥，然后在直流电桥A

7、、B端接2V直流电源C、D端，接入1号仪器放大器Vin+、Vin-输入端再重新调为“0”，调W5、W6使数显表为“0”。将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S2U/W,非线性误差f2。3、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。表1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、思考题1、半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。2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因

8、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。实验三全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边当应变片初始阻值：R1R2R3R4，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，非线性误差和温度误差均得到改善。三、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码20只、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤1、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的K1置于ON

9、开的位置，R1、R2、R3、R4各作电桥的邻边，组成一个完整直流电桥。R1头和R3头连接并接电源+2V，R2尾与R4尾已相连接电源-2V。JK1用3.5插头屏蔽线与14号模块输入端连接。（见图1-3）2、将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块接上电源15V，其差动放大输出端V02接数显表0-2V输入端，调节W5、W6使数显表为0.000V，W3、W4为增益调节电位器，保持和实验一、二相同增益，故不能调节。3、放一个20g砝码记录实验结果填入表1-3中，直至10枚砝码放完。然后进行灵敏度和非线性误差计算。4、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算

10、机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。表1-3重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、思考题1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以 （2）不可以。2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。应变片传感器受接时传感器圆周面展开图实验四电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二、所需器件及模块4号电容式传感器实验模块、测微头、0-20V数显

11、表、直流稳压源。三、实验步骤1、接入+15V、-15V电源或用快捷插座一次接入。2、按图4-1安装接好线，把测微头安装在测微头支架上，旋钮测微头使电容动片基本居中。3、将电容传感器实验模板的输出端OUT与数显表单元V+相接，W1调节数显表为零。4、旋动测微头推进向上或向下电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。表4-1电容传感器位移与输出电压值X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（mv）5、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软

12、件说明部分操作。电容式传感器的位移特性实验 图4-16、根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。四、思考题试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？ 实验五直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器原理与应用二、所需器件及模块5号霍尔式传感器实验模块、直流源2V或4V、测微头、0-2V数显单元。三、实验步骤1、将5号霍尔式传感器实验模块接上15V电源或快捷插座与实验台连接。霍尔元件1、3为电源4V，2、4为输出。（见图5-1）K1、K2选择在直流位置。2、开启电源，调节测微头使霍尔片在离霍尔元件10mm处，再调节

13、W3、W4使数显表指示为零。3、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5-1。表5-1X（mm）V01（mv）作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。4、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。四、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？ 实验六电涡流传感器的位移特性实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、所需器件及模块27号电涡流传感器实验模板、直流电源、3 0-2V数显单

14、元、测微头、铁圆片。三、实验步骤1、根据图7-1 安装电涡流传感器。2、观察传感器结构，这是一个平绕的线圈。3、将电涡流传感器输出线已接入实验模板上标有TP1字的一端，另一端接地，作为振荡器的一个元件。24、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。5、将实验模板输出端V02与3 数显表输入红端V+相接，V-端接地，数显表量程切换开关选择电压20V档。6、7号模块的15V接入实验台15V。7、测微头与传感器线圈端接触，开启实验台电源开关，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7-1。表7-1电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）0.20

15、.40.60.81.01.21.41.61.82.0V02（mV）8、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。9、根据表7-1数据，画出V-X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、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。四、思考题1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。实验七被测体材质对电涡流式传感器的特

16、性影响实验一、实验目的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。三、所需器件及模块7号电涡流传感器实验模块、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片、铜和铝的被测体圆盘。四、实验步骤1、安装与实验7.3.1.3相同。2、将原铁圆片换成铝或铜圆片。3、重复实验7.3.1.3步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表7-2和表7-3。表7-2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（mV）表7-3被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据X（

17、mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V02（mV）4、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。5、根据表7-2和表7-3分别计算量程为1mm和3mm时灵敏度和非线性误差（线性度）。6、分别比较实验7.3.1.3和本实验所得结果进行小结。五、思考题当被测体为非金属材料时，如何利用电涡流传感器进行测试？ 实验八光纤传感器的位移特性实验一、实验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、实验原理本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布

18、即双D型一束光纤端部与光源相连发射光束，另一束端部与光电转换器相连接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与此同时被测体相距X，由光源发出的光传到端部出射后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电压大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、所需器件及模块8号转速实验模块、数显单元、测微头、直流源、反射面。四、实验步骤1、根据图8-6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。2、将光纤传感器输出端TP5与数显0-20V单元相连，见图 8-6。3、调节测微头，使探头与反射面圆平板接触，在光纤位移实验

19、部分。4、实验模板接入15V电源，合上实验台电源开关。5、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8-6。表8-6光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91V（mV）6、根据表8-6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。五、思考题光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验九集成温度传感AD590温度特性实验 一、实验目的了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。二、实验原理集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接接给出正比于绝对温度的理

20、想线性输出，一般用于5015之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（+4V30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R2，见图9-4）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。三、所需器件及模块9号温度

21、传感器特性实验模块、0-2V数显单元、14号交直流、全桥测量差动放大实验模块。四、实验步骤1、接9号实验模块上的温度控制仪，与 14号模块连接具体见图9-4。2、将9号温度传感器实验模板2-10V端接上+2V。3、温度从40开始，仪表每隔5设定一个点（设定方法参见温控仪说明）。记下数显表上相应的读数，上限不超过125，记入表9-1。4、由表9-1数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。T（）40455055606570758085V（mV）五、思考题大家知道一定的电流模式下PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在50

22、100之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐明理由。集成温度传感AD590温度特性实验 图9-4实验十铂电阻温度特性实验一、实验目的了解铂电阻的特性与应用。二、实验原理利用导体电阻随随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻、铂电阻在0630.74以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=R0（1+At+Bt2）R0系温度为0时的电阻。要实验R0100，At3.968410-2/，Bt5.84710-7/，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引

23、线主要为消除引线电阻对测量的影响。三、所需器件及模块9号温度传感器特性实验模块、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制单元、0-2V数显单元、万用表。四、实验步骤K型热电偶作为标准源接法不变。1、温度实验模块的Pt100铂电阻，已组成直流电桥，开关拨向铂电阻见图9-514号交直流、全桥测量差动放大实验模块接15V电源。在端点2V-10V与地之间加直流源2V，合上实验台电源开关，调Rp1使电桥平衡，桥路输出端JK和中心活动点之间在室温下输出为零，将CK端插入14号交直流、全桥测量差动放大实验模块输入端。2、调14号模块W5、W6使V02输出为零。3、在常温基础上，将设定温度值可按t=5读取数显表

24、值。将结果填入下表9-2。关闭实验台电源开关。表9-2铂电阻热电势与温度值t（）40455055606570758085V02（mv）4、根据表9-2值计算其非线性误差。5、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。铂电阻温度特性实验 图 9-5实验十一铜电阻温度特性实验一、实验目的了解铜电阻测温原理及应用。二、实验原理铜电阻的电阻值与温度的关系一般为：RR01+a(t-t0)式中R为温度是t时的电阻值。R0为温度是t0时的电阻值，a是电阻温度系数。铜电阻是用直径为0.1mm的绝

25、缘铜丝绕在绝缘骨架上，线外加保护树脂。铜电阻的优点是线性好、价格低、a值大，但易氧化，氧化后线性度会变差。所以一般用检测较低的温度。铜电阻值在0时为50。三、所需器件及模块9号温度传感器特性实验模块、14号交直流、全桥测量差动放大实验模块、K型热电偶、温度控制单元、0-2V数显单元、万用表。四、实验步骤K型热电偶作标准源接法不变。1、9号温度传感器特性实验模块已接CU50接单臂电桥K拨向铜电阻见图 9-6 2、2V10V端与地之间加直流源2V，合上实验台电源开关，调RP1使电桥平衡，桥路输出端CK和中心活动点之间在室温下输出为零，并插入14号交直流、全桥测量差动放大实验模块输入端。3、14号交

26、直流、全桥测量差动放大实验模块加15V运放电源，调W5使V02=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。4、在常温基础上，将设定温度值可按t=5读取数显表值。将结果填入下表9-3。关闭电源实验台电源开关。表9-3铜电阻热电势与温度值、t（）40455055606570758085V02（mv）5、根据表93值计算其非线性误差。6、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。铜电阻温度特性实验 图 9-6 实验十二K型热电偶测温实验一、实验目的了解K型热电偶测量温度的性能与应

27、用范围。二、实验原理当镍铬镍硅（镍铝）两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差、会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。三、所需器件及模块9号温度传感器特性实验模块、14号交直流、全桥测量差动放大实验模块、实验台、0-2V数显单元、15V、+2V+10V。四、实验步骤作为温度标定的K型热电偶接法不变。1、9号温度传感器特性实验模块接上20V 5A连线插入K型热电偶见图9-7。2、将被测K型热电偶CK端插入14号交直流、全桥测量差动放大实验模块。3、将JK1和JK2用3.5屏蔽线短路接地，接入15V电源，打开实验台电源开关、正负已接准（见图 9-7 ），将V02与数显表单元上的V+相接。调W5、W6使数显表显示零们位。4、去掉3.5屏蔽线短路接地，将K型热电偶插口直接与仪器放大器JK1相接，调W3、W4。将信号放大到比分度值大10倍的毫伏值。5、在40到100之间设定t=5。读出数显表头输出电势与温度值，并记入表94。表9-4 K型热电偶热势与温度数据t（）40455055606570758085V02（mv）6、根据表94计算非线性误差。7、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20