测试检测实验指导书.docx

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测试检测实验指导书

测试技术实验指导书

福建农林大学机电工程学院

目录

CSY－2000系列传感器与检测技术实验台说明书1

实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验3

实验二金属箔式应变片—全桥性能实验5

实验三直流激励时霍尔传感器位移特性实验6

实验四霍尔测速…………………………………………………………………………………………………8

实验五磁电式转速传感器测速实验9

实验六光电转速传感器测速实验10

CSY－2000系列传感器与检测技术实验台说明书

一、实验台的组成

CSY－2000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。

1、主机箱：

提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时器数显表；漏电保护开关等。

其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。

2、振动源：

振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。

　转动源：

手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。

　温度源：

常温－180℃。

3、传感器：

基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度（AD590）传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。

　增强型：

基本型基础上可选配扭矩传感器、超声位移传感器、PSD位置传感器、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器、红外热释电传感器、红外夜视传感器、指纹传感器等。

4、实验模板：

基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波共十块模板。

增强型增加与选配传感器配套的实验模板。

5、数据采集卡及处理软件，另附。

6、实验台：

尺寸为1600×800×750mm，实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。

二、电路原理

实验模板电路原理已印刷在模板的面板上，实验接线图参见文中的具体实验内容。

三、使用方法

1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档；电流表显示选择旋钮打到200mA档；步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档；其余旋钮都打到中间位置。

2、将AC　220V电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示0000，表示实验台已接通电源。

3、做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中），检查无后方可接通电源。

4、合上调节仪（温度开关）电源开关，调节仪的PV显示测量值；SV显示设定值。

5、合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。

6、数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。

四、仪器维护及故障排除

1、维护

⑴　防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面。

⑵　实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。

2、故障排除

⑴　开机后数显表都无显示，应查AC　220V电源有否接通；主机箱侧面AC　220V插座中的保险丝是否烧断。

如都正常，则更换主机箱中主机电源。

⑵　转动源不工作，则手动输入＋12V电压，如不工作，更换转动源；如工作正常，应查调节仪设置是否准确；控制输出Vo有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制板。

⑶　振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板；如有输出，更换振动源的振荡线圈。

⑷　温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪设置是否准确。

如都正常，则更换温度源。

五、注意事项

1、在实验前务必详细阅读实验指南。

2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。

3、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造成电路故障。

4、请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。

5、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。

6、实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。

7、如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。

8、实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。

六、随机附件详见装箱清单。

实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验

一、实验目的：

了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二、基本原理：

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：

ΔR／R＝Kε式中：

ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=ΔL/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=EKε/4。

三、需用器件与单元：

主机箱（±4V、±15V、电压表）、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4

位数显万用表（自备）。

图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图

四、实验步骤：

应变传感器实验模板说明：

实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，图中的粗黑曲线表示连接线。

1、根据图1〔应变式传感器（电子秤传感器）已装于应变传感器模板上。

传感器中4片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。

传感器左下角应变片为R1；右下角为R2；右上角为R3；左上角为R4。

当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。

常态时应变片阻值为350Ω，加热丝电阻值为50Ω左右。

〕安装接线。

2、放大器输出调零：

将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端短接（Vi＝0）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

3、应变片单臂电桥实验：

拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原（见图1接线图）。

调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的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200g（或500g）砝码加完。

记下实验结果填入表1画出实验曲线。

表1

重量（g）

电压（mv）

4、根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，

δ=Δm/yFS×100％式中Δm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）。

实验完毕，关闭电源。

五、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。

实验二金属箔式应变片—全桥性能实验

一、实验目的：

了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：

全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。

当应变片初始阻值：

R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。

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、需用器件和单元：

同实验二。

四、实验步骤：

1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。

将实验模板差动放大器调零：

用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接（Vi＝0）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。

图2—1全桥性能实验接线图

2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2—1接线。

实验方法与实验二相同，将实验数据填入表3画出实验曲线；进行灵敏度和非线性误差计算。

实验完毕，关闭电源。

表3

重量

电压

五、思考题：

1、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2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，如图2—2，如何利用这四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

图2－2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图

实验三直流激励时霍尔式传感器位移特性实验

一、实验目的：

了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理：

根据霍尔效应，霍尔电势UH＝KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：

主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。

四、实验步骤：

1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。

按图3-1示意图接线（实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ），将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到２ｖ档。

2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。

图3-1霍尔传感器（直流激励）位移实验接线示意图

3、以某个方向调节测微头2ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数（建议做4ｍｍ位移），将读数填入表14。

表14

X（mm）

V（mv）

作出V－X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。

实验完毕，关闭电源。

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？

实验四霍尔测速实验

一、实验目的：

了解霍尔转速传感器的应用。

二、基本原理：

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，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。

三、需用器件与单元：

主机箱、霍尔转速传感器、转动源。

四、实验步骤：

1、根据图16将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。

图4-1　霍尔转速传感器实验安装、接线示意图

2、首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24ｖ旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（显示选择打到20ｖ档）监测大约为１.25V；然后关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按图4-1所示分别接到主机箱的相应电源和频率／转速表（转速档）的Fin上。

3、合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内（电压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变电机电枢电压），观察电机转动及转速表的显示情况。

4、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据（待电机转速比较稳定后读取数据）；画出电机的ｖ—ｎ（电机电枢电压与电机转速的关系）特性曲线。

实验完毕，关闭电源。

三、思考题：

1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？

2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？

实验五磁电式转速传感器测速实验

一、实验目的：

了解磁电式测量转速的原理。

二、基本原理：

基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，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。

三、需用器件与单元：

主机箱、磁电式传感器、转动源。

四、实验步骤：

图5磁电转速传感器实验安装、接线示意图

1、根据图5将磁电式转速传感器安装于磁电式架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。

2、首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24ｖ旋钮调到最小（逆时针方向转到底）后接入电压表（显示选择打到20ｖ档）监测大约为１.25V；然后关闭主机箱电源，将磁电式转速传感器、转动电源按图5所示分别接到主机箱的相应电源和频率／转速表（转速档）的Fin上。

3、合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内（电压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变电机电枢电压），观察电机转动及转速表的显示情况。

4、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据（待电机转速比较稳定后读取数据）；画出电机的ｖ—ｎ（电机电枢电压与电机转速的关系）特性曲线。

实验完毕，关闭电源。

五、思考题：

为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？

实验六光电转速传感器测速实验

一、实验目的：

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理：

光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的（光电断续器），传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，将脉冲计数处理即可得到转速值。

三、需用器件与单元：

主机箱、转动源、光电转速传感器—光电断续器（已装在转动源上）。

四、实验步骤：

图6光电传感器测速实验

1、将主机箱中的转速调节2－24V旋钮旋到最小（逆时针旋到底）并接上电压表；再按图6所示接线，将主机箱中频率／转速表的切换开关切换到转速处。

2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内（电压表监测）调节主机箱的转速调节电源（调节电压改变电机电枢电压），观察电机转动及转速表的显示情况。

3、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据（待转速表显示比较稳定后读取数据）；画出电机的

ｖ—ｎ（电机电枢电压与电机转速的关系）特性曲线。

实验完毕，关闭电源。

五、思考题：

已进行的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。