傳感器技術(shù)-實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書(shū)莊肖波 編 寫(xiě)適用專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器江蘇科技大學(xué)電子信息學(xué)院2009年9月 前 言傳感器技術(shù)課程，在高等理工科院校測(cè)控技術(shù)與儀器類各專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中，是一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，而傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是完成本課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。其主要任務(wù)是通過(guò)實(shí)驗(yàn)鞏固和消化課堂所講授理論內(nèi)容的理解，掌握常用傳感器的工作原理和使用方法，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣。其目的是使學(xué)生掌握非電量檢測(cè)的基本方法和選用傳感器的原則，熟悉各種傳感器與檢測(cè)技術(shù)的關(guān)系，以及各類在工程中的實(shí)際應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐技能，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立處理問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的工作作風(fēng)。本

2、實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)數(shù)：16，開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)總個(gè)數(shù)： 8 個(gè)，課內(nèi)選做2個(gè)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有：金屬箔式應(yīng)變計(jì)性能應(yīng)變電橋、雙孔應(yīng)變傳感器稱重實(shí)驗(yàn)、溫度傳感器熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)、溫度傳感器鉑熱電阻、電感式傳感器差動(dòng)變壓器性能、電感傳感器差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量、霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性、電容式傳感器性能等。其中雙孔應(yīng)變傳感器稱重實(shí)驗(yàn)、電感傳感器差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量為綜合性實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)選做實(shí)驗(yàn)有：差動(dòng)變壓器的應(yīng)用電子秤、電渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定。其他儀器與儀表專業(yè)也選擇其中的2個(gè)或3個(gè)較為典型的傳感器實(shí)驗(yàn)作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。目 錄實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變計(jì)性能應(yīng)變電橋3實(shí)驗(yàn)二 雙孔應(yīng)變傳感器稱重實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)三 溫度傳感器熱電偶測(cè)

3、溫實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)四 溫度傳感器鉑熱電阻11實(shí)驗(yàn)五 電感式傳感器差動(dòng)變壓器性能13實(shí)驗(yàn)六 電感傳感器差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量15實(shí)驗(yàn)七 霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性17實(shí)驗(yàn)八 電容式傳感器性能19實(shí)驗(yàn)九 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用電子秤21實(shí)驗(yàn)十 電渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定23附錄A 實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介25附錄B 實(shí)驗(yàn)操作須知27實(shí)驗(yàn)一：金屬箔式應(yīng)變計(jì)性能應(yīng)變電橋?qū)嶒?yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。 2、測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3、比較各橋路間的輸出關(guān)系。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)主要了解和掌握箔式應(yīng)變片及直流電橋的原理和工作情況。三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 應(yīng)變片是

4、最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。 電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 ，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1= R2= R3= R4=R，。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條

5、件直流穩(wěn)壓電源+4V、公共電路模塊（一）公共電路模塊、貼于主機(jī)工作臺(tái)懸臂梁上的箔式應(yīng)變計(jì)、螺旋測(cè)微儀、數(shù)字電壓表。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接主機(jī)與模塊電路電源連接線，差動(dòng)放大器增益置于最大位置（順時(shí)針?lè)较蛐降祝?，差?dòng)放大器“+”“”輸入端對(duì)地用實(shí)驗(yàn)線短路。輸出端接電壓表2V檔。開(kāi)啟主機(jī)電源，用調(diào)零電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線，調(diào)零后模塊上的“增益、調(diào)零”電位器均不應(yīng)再變動(dòng)。（圖1）2、觀察貼于懸臂梁根部的應(yīng)變計(jì)的位置與方向，按圖（1）將所需實(shí)驗(yàn)部件連接成測(cè)試橋路，圖中R1、R2、R3分別為固定標(biāo)準(zhǔn)電阻，R為應(yīng)變計(jì)（可任選上梁或下梁中的一個(gè)工作片），圖中每?jī)蓚€(gè)節(jié)之間可理解為一根實(shí)

6、驗(yàn)連接線，注意連接方式，勿使直流激勵(lì)電源短路。將螺旋測(cè)微儀裝于應(yīng)變懸臂梁前端永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)測(cè)微儀使懸臂梁基本處于水平位置。3、確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié)模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零。4、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下位移各5mm ,每位移1mm記錄一個(gè)輸出電壓值，并記入下表：位移mm 電壓V根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上做出VX曲線，計(jì)算靈敏度S： S=七、思考題 比較各橋路間的輸出關(guān)系。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明1、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)連接線是否完好，學(xué)會(huì)

7、正確插拔連接線，這是順利完成實(shí)驗(yàn)的基本保證。2、由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后及應(yīng)變片本身的機(jī)械滯后，所以當(dāng)螺旋測(cè)微儀回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零，此時(shí)可一次或幾次將螺旋測(cè)微儀反方向旋動(dòng)一個(gè)較大位移，使電壓值回到零后再進(jìn)行反向采集實(shí)驗(yàn)。3、實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者用螺旋測(cè)微儀進(jìn)行位移后應(yīng)將手離開(kāi)儀器后方能讀取測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓數(shù)，否則雖然沒(méi)有改變刻度值也會(huì)造成微小位移或人體感應(yīng)使電壓信號(hào)出現(xiàn)偏差。4、因?yàn)槭切⌒盘?hào)測(cè)試，所以調(diào)零后電壓表應(yīng)置2V檔，用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)選用200mv量程。實(shí)驗(yàn)二：雙孔應(yīng)變傳感器稱重實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（綜合）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 比較各橋路間的輸出

8、關(guān)系2、 幾種橋路的性能比較3、 橋路電路的實(shí)際應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)主要是在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解和掌握幾種橋路的性能，以及橋路的實(shí)際應(yīng)用。知識(shí)點(diǎn)：應(yīng)變電橋 差動(dòng)的概念 幾種電橋的輸出比較 電橋的實(shí)際應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 本實(shí)驗(yàn)選用的是標(biāo)準(zhǔn)商用雙孔懸臂梁式稱重傳感器，四個(gè)特性相同的應(yīng)變片貼在如圖所示位置，彈性體的結(jié)構(gòu)決定了R1和R3、R2 和R4的受力方向分別相同，因此將它們串接就形成差動(dòng)電橋。當(dāng)彈性體受力時(shí)，根據(jù)電橋的加減特性其輸出電壓為：。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件直流穩(wěn)壓電源、雙孔懸臂梁稱重傳感器、公共電路模塊（一）公共電

9、路模塊，稱重砝碼（20克/個(gè)）、數(shù)字電壓表。（圖2）六、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察稱重傳感器彈性體結(jié)構(gòu)及貼片位置，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源連接線，開(kāi)啟主機(jī)電源，調(diào)節(jié)放大器調(diào)零電位器使無(wú)負(fù)載時(shí)的稱重傳感器輸出為零。2、接好傳感器測(cè)試系統(tǒng)線路，稱重傳感器工作電壓選用+4V，差動(dòng)放大器增益為最大（100倍），輸出端接電壓表。調(diào)節(jié)電橋WD調(diào)零電位器使無(wú)負(fù)載時(shí)的稱重傳感器輸出為零。3、逐步將砝碼放上稱重平臺(tái)，調(diào)節(jié)增益電位器，使V0端輸出電壓與所稱重量成一比例關(guān)系，記錄W（克）與V（mv）的對(duì)應(yīng)值，并填入下表：W(克)V（mv） 4、記錄W與V值，并做出W-V曲線，進(jìn)行靈敏度、線性度與重復(fù)性的比較。5、與雙平行懸臂

10、梁組成的全橋進(jìn)行性能比較。七、思考題比較三種橋路的靈敏度。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明稱重傳感器的激勵(lì)電壓請(qǐng)勿隨意提高。注意保護(hù)傳感器的引線及應(yīng)變片使之不受損傷。實(shí)驗(yàn)三：溫度傳感器熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆諟囟葌鞲衅?熱電偶的測(cè)溫原理和方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察熱電偶的結(jié)構(gòu)2、 熱電偶測(cè)溫回路的連接。3、 熱電偶的測(cè)量溫度和輸出電壓的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 由兩根不同質(zhì)的導(dǎo)體熔接而成的閉合回路叫做熱電回路，當(dāng)其兩端處于不同溫度時(shí)則回路中

11、產(chǎn)生一定的電流，這表明電路中有電勢(shì)產(chǎn)生，此電勢(shì)即為熱電勢(shì)。（圖3）圖（3）中T為熱端，To為冷端，熱電勢(shì)Et=本實(shí)驗(yàn)中選用兩種熱電偶鎳鉻鎳硅（K）和鎳鉻銅鎳（E）。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以采用集中授課形式模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件K、E分度熱電偶、溫控電加熱爐、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、位數(shù)字電壓表。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察熱電偶結(jié)構(gòu)（可旋開(kāi)熱電偶保護(hù)外套），了解溫控電加熱器工作原理。溫控器：作為熱源的溫度指示、控制、定溫之用。溫度調(diào)節(jié)方式為時(shí)間比例式，綠燈亮?xí)r表示繼電器吸合電爐加熱，紅燈亮?xí)r加熱爐斷電。溫度設(shè)定：撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥向“設(shè)定”位，調(diào)節(jié)設(shè)定電位器，儀表顯示的溫度值隨之變化，調(diào)節(jié)至實(shí)驗(yàn)所需的

12、溫度時(shí)停止。然后將撥動(dòng)開(kāi)關(guān)扳向“測(cè)量”側(cè)，（注：首次設(shè)定溫度不應(yīng)過(guò)高，以免熱慣性造成加熱爐溫度過(guò)沖）。2、首先將溫度設(shè)定在50左右，打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，加熱電爐電源插頭插入主機(jī)加熱電源出插座，熱電偶插入電加熱爐內(nèi)，K分度熱電偶為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，冷端接“測(cè)試”端，E分度熱電偶接“溫控”端，注意熱電偶極性不能接反，而且不能斷偶，位萬(wàn)用表置200mv檔，當(dāng)鈕子開(kāi)關(guān)倒向“溫控”時(shí)測(cè)E分度熱電偶的熱電勢(shì)，并記錄電爐溫度與熱電勢(shì)E的關(guān)系。3、因?yàn)闊犭娕祭涠藴囟炔粸?，則需對(duì)所測(cè)的熱電勢(shì)值進(jìn)行修正 E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)實(shí)際電動(dòng)勢(shì) 測(cè)量所得電勢(shì) 溫度修正電勢(shì)查閱熱電偶分度表，上述測(cè)量與計(jì)算結(jié)

13、果對(duì)照。4、繼續(xù)將爐溫提高到70、90、110和130，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，觀察熱電偶的測(cè)溫性能。七、思考題熱電偶溫度的大小與實(shí)際電動(dòng)勢(shì)與分度表值誤差的關(guān)系？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明加熱爐溫度請(qǐng)勿超過(guò)150，當(dāng)加熱開(kāi)始，熱電偶一定要插入爐內(nèi)，否則爐溫會(huì)失控，同樣做其它溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)也需用熱電偶來(lái)控制加熱爐溫度。因?yàn)闇乜貎x表為E分度，所以當(dāng)鈕子開(kāi)關(guān)倒向“測(cè)試”方接入K分度熱電偶時(shí)，數(shù)字溫度表顯示的溫度并非為加熱爐內(nèi)的溫度。實(shí)驗(yàn)四：溫度傳感器鉑熱電阻實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私?/p>

14、和掌握溫度傳感器-鉑熱電阻的測(cè)溫原理和方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察鉑熱電阻的結(jié)構(gòu)2、 鉑熱電阻測(cè)溫回路的連接。3、 鉑熱電阻的測(cè)量溫度和輸出電壓的關(guān)系三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 鉑熱電阻測(cè)溫范圍一般為-200650 ，鉑熱電阻的阻值與溫度的關(guān)系近似線性，當(dāng)溫度在0T650時(shí)，RT=R0（1+AT+BT2）式中RT鉑熱電阻T時(shí)的電阻值RO鉑熱電阻在0時(shí)的電阻值A(chǔ)系數(shù)（=3.96847×10-31/）B系數(shù)（-5.847×10-71/2）將鉑熱電阻作為橋路中的一部分在溫度變化時(shí)電橋失衡便可測(cè)得相應(yīng)電路的輸出電壓變化值。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以采用集中授課形式模式組織教學(xué)。

15、五、實(shí)驗(yàn)條件鉑熱電阻（Pt100）、加熱爐、溫控器、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K（一）、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)字電壓表、水銀溫度計(jì)或半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察已置于加熱爐頂部的鉑熱電阻，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器與模塊處理電路接口，鉑熱電阻電路輸出端VO接電壓表，溫度計(jì)置于熱電阻旁感受相同的溫度。2、開(kāi)啟主機(jī)電源，調(diào)節(jié)熱電阻電路調(diào)零旋鈕，使輸出電壓為零，電路增益適中，由于鉑電阻通過(guò)電流時(shí)其電阻值要發(fā)生變化，因此電路有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程。3、開(kāi)啟加熱開(kāi)關(guān)，設(shè)定加熱爐溫度為100，觀察隨爐溫上升鉑電阻的阻值變化及輸出電壓變化，（溫度表上顯示的溫度值是爐內(nèi)溫度，并非是加熱爐頂端傳感器感受到的溫度）。

16、并記錄數(shù)據(jù)填入下表：VO（mv） 做出V-T曲線，觀察其工作線性范圍。七、思考題熱電偶和鉑熱電阻的測(cè)溫方法比較。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明加熱器溫度一定不能過(guò)高，以免損壞傳感器的包裝。實(shí)驗(yàn)五：電感式傳感器差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察差動(dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)2、驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 電感傳感器是一種將位置量的變化轉(zhuǎn)為電感量變化的傳感器，差動(dòng)變壓器由銜

17、鐵、初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成，初級(jí)線圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器原邊。次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器副邊。差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的，其原理及輸出特性見(jiàn)圖（4）。（圖4）（圖5）四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件差動(dòng)變壓器、電感傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、音頻信號(hào)源、螺旋測(cè)微儀、示波器。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖（13）接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻信號(hào)源LV功率輸出端接入，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv/格。2、打開(kāi)主機(jī)電源，調(diào)整音頻輸出信號(hào)頻率，輸出Vp-p值2V，以示波器第

18、二通道觀察到波形不失真為好。3、用手上下提壓左右移動(dòng)改變變壓器磁芯在線圈中位置，觀察示波器第二通道所示波形能否過(guò)零翻轉(zhuǎn)，否則改接次級(jí)二個(gè)線圈的串接端。4、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)鐵芯在線圈中移動(dòng)，從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓Vp-p值，同時(shí)注意初次級(jí)線圈波形相位。位移mm電壓Vp-p根據(jù)表格所列結(jié)果，作出V-X曲線，指出線性工作范圍。5、仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微儀使次級(jí)輸出波形無(wú)法再小時(shí)，即為差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓，提高示波器第二通道靈敏度，觀察殘余電壓波形，分析其頻率成分。七、思考題為什么差動(dòng)變壓器性能試驗(yàn)中有些測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)不符合線形的規(guī)律？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，

19、要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)（即示波器探頭二根線都不接地）。實(shí)驗(yàn)六：電感傳感器差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（綜合）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)差動(dòng)螺管式傳感器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量的方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 觀察差動(dòng)螺管式傳感器的基本結(jié)構(gòu)2、差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量知識(shí)點(diǎn)：電感傳感器的性能 差動(dòng)螺管式傳感器的原理 差動(dòng)螺管式傳感器的實(shí)際應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 差動(dòng)螺管式電感傳感器由電感線圈的二個(gè)次級(jí)線圈反相串接而成，工作在自感基礎(chǔ)上，由于銜鐵在線圈中位置的變化使二個(gè)線圈的電感量發(fā)生變

20、化，包括兩個(gè)線圈在內(nèi)組成的電橋電路的輸出電壓信號(hào)因而發(fā)生相應(yīng)變化四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以以采用集中授課形式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件差動(dòng)變壓器二組次級(jí)線圈、音頻信號(hào)源、公共電路模塊（一）（二）、公共電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電感傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、示波器、測(cè)微儀（圖6）。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源線，按圖（16）組成測(cè)試系統(tǒng)，兩個(gè)次級(jí)線圈必須接成差動(dòng)狀態(tài)，差動(dòng)放大器增益不要太大，具體調(diào)節(jié)注意點(diǎn)可參照實(shí)驗(yàn)二十三。2、旋動(dòng)測(cè)微儀使銜鐵居中線圈，此時(shí)LO=LO，系統(tǒng)輸出為零。3、當(dāng)銜鐵在線圈中上左、下右位移時(shí)，LOLO，電橋失衡，輸出電壓信號(hào)的大小與銜鐵位移量成比例，相位則與銜鐵位移方向有關(guān)

21、，銜鐵向上左和向下右移動(dòng)時(shí)輸出波形相差約1800，（可用示波器觀察相敏檢波器、端），因此必須經(jīng)過(guò)相敏檢波器才能判斷電壓極性。以銜鐵位置居中為起點(diǎn)，分別向上左、向下右各位移5mm，記錄V、X值并填入下表（每位移0.5mm記錄一個(gè)數(shù)值）：Xmm0V00依此做出V-X曲線，求出靈敏度S，指出線性工作范圍。七、思考題差動(dòng)螺管式傳感器位移測(cè)量的特點(diǎn)，以及和差動(dòng)變壓器電感傳感器的比較？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明實(shí)驗(yàn)七：霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻杺鞲?/p>

22、器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握霍爾傳感器直流激勵(lì)特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察霍爾傳感器的基本結(jié)構(gòu)2、掌握霍爾傳感器直流激勵(lì)特性三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的磁電轉(zhuǎn)換元件，當(dāng)霍爾元件位于由兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)中時(shí)就成了霍爾位移傳感器?；魻栐ㄒ院愣娏鲿r(shí)，就有霍爾電勢(shì)輸出，霍爾電勢(shì)的大小正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)位置），當(dāng)所處的磁場(chǎng)方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。WDR+2V差放 電壓表（圖7）四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件霍爾傳感器、直流穩(wěn)壓電源（2V）、公共電路模塊（一）、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、測(cè)微

23、儀。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、安裝好梯度磁場(chǎng)及霍爾傳感器連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源及傳感器接口，確認(rèn)霍爾元件直流激勵(lì)電壓為2V，另一激勵(lì)端接地，實(shí)驗(yàn)接線按圖（23）所示，差動(dòng)放大器增益10倍左右。2、用螺旋測(cè)微儀調(diào)節(jié)振動(dòng)平臺(tái)精密位移裝置使霍爾元件置于梯度磁場(chǎng)中間，并調(diào)節(jié)電橋直流電位器WD，使輸出為零。3、從中點(diǎn)開(kāi)始，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微儀，上下左右移動(dòng)霍爾元件各3.5mm，每變化0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值，并記入下表：Xmm0V0mv0作出V-X曲線，求得靈敏度和線性工作范圍。如出現(xiàn)非線性情況，請(qǐng)查找原因。七、思考題霍爾傳感器測(cè)位移的特點(diǎn)以及同其他位移傳感器的比較。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告

24、、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明直流激勵(lì)電壓只能是2V，不能接+2V(4V)否則銻化銦霍爾元件會(huì)燒壞。實(shí)驗(yàn)八：電容式傳感器性能實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（必修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯幕窘Y(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握電容式傳感器的性能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察電容式傳感器的基本結(jié)構(gòu)2、掌握電容式傳感器性能三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 差動(dòng)式平行同軸變面積電容的兩組電容片Cx1與Cx2作為雙T電橋的兩臂，當(dāng)電容量發(fā)生變化時(shí)，橋路輸出電壓發(fā)生變化。（圖8）四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件電容傳感器、電容

25、傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、激振器I、測(cè)微儀。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察電容傳感器結(jié)構(gòu)：傳感器由一組動(dòng)片和兩組定片組成，一個(gè)動(dòng)極與兩個(gè)定級(jí)組成，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器接口，按圖（29）接好實(shí)驗(yàn)線路，增益不宜太大。2、打開(kāi)主機(jī)電源，用測(cè)微儀帶動(dòng)傳感器動(dòng)片極位移至兩組定片極中間，調(diào)整調(diào)零電位器，此時(shí)模塊電路輸出為零。3、向上左和向下右位移動(dòng)片極，每次0.5mm，直至動(dòng)片極靜極片完全重合為止，記錄數(shù)據(jù)，作出V-X曲線，求出靈敏度。XmmV0（v）七、思考題電容傳感器測(cè)位移的特點(diǎn)以及同其他位移傳感器的比較。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中

26、完成。九、其它說(shuō)明1、電容動(dòng)片與定片之間距離須相等動(dòng)極須位于環(huán)型定極中間，必要時(shí)可作調(diào)整，實(shí)驗(yàn)時(shí)電容不能發(fā)生擦片，否則信號(hào)會(huì)發(fā)生突變。2、電容動(dòng)片是由懸臂梁帶動(dòng)的，由于鋼梁彈性恢復(fù)的滯后，實(shí)驗(yàn)時(shí)雖然測(cè)微儀刻度回到初始位置，但實(shí)驗(yàn)?zāi)K輸出電壓并不一定回到零位，此時(shí)可反復(fù)幾次反方向旋動(dòng)測(cè)微儀，使輸出電壓過(guò)零后再回到初始位置，開(kāi)始反方向的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)九：差動(dòng)變壓器的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（選修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器傳感器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握差動(dòng)變壓器傳感器的性能及電子秤的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察差動(dòng)變壓器傳感器的基本結(jié)構(gòu)2、掌握差動(dòng)變壓器傳感器性能和電

27、子秤的應(yīng)用三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段 差動(dòng)式平行同軸變面積電容的兩組電容片Cx1與Cx2作為雙T電橋的兩臂，當(dāng)電容量發(fā)生變化時(shí)，橋路輸出電壓發(fā)生變化。（圖8）四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件差動(dòng)變壓器、電感傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、公共電路模塊（一）（二）、公共電路實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、振動(dòng)平臺(tái)、砝碼、示波器。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、參照實(shí)驗(yàn)五接線，將系統(tǒng)輸出電壓調(diào)節(jié)為零，低通濾波器輸出接電壓表2V擋。2、將所有砝碼放上振動(dòng)平臺(tái)，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益，使輸出電壓與所稱重量成一比例關(guān)系。3、分別依次取走砝碼和重新堆上砝碼，將所稱重量與輸出電壓值記入下表：W克V04、 作出

28、V-W曲，并在取走砝碼后在平臺(tái)放一不知重量之物品，根據(jù)曲線坐標(biāo)值大致求出此物重量。七、思考題差動(dòng)變壓器壓力的測(cè)量同其他位壓力傳感器的比較。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明由于懸臂梁的機(jī)械彈性滯后，此電子秤的重復(fù)性不一定太好實(shí)驗(yàn)十：電渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：（驗(yàn)證）實(shí)驗(yàn)要求：（選修）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握電渦流傳感器的性能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察電渦流傳感器的基本結(jié)構(gòu)2、掌握電渦流傳感器性能三、實(shí)驗(yàn)原理、方法和手段電渦流傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈

29、中通以高頻交變電流后，在與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率，導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)，當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（渦流片）、激勵(lì)源確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關(guān)，將阻抗變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)組織運(yùn)行要求本實(shí)驗(yàn)采用以以學(xué)生自主訓(xùn)練為主的開(kāi)放模式組織教學(xué)。五、實(shí)驗(yàn)條件電渦流傳感器、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、螺旋測(cè)微儀、電壓表、示波器。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源及傳感器接口，電渦流線圈與渦流片須保持平行，安裝好測(cè)微儀，渦流變換器輸出接電壓表20V檔。2、開(kāi)啟主機(jī)電源，

30、用測(cè)微儀帶動(dòng)渦流片移動(dòng)，當(dāng)渦流片完全緊貼線圈時(shí)輸出電壓為零（可適當(dāng)改變支架中的線圈角度），然后旋動(dòng)測(cè)微儀使渦流片離開(kāi)線圈，從電壓表有讀數(shù)時(shí)每隔0.2mm記錄一個(gè)電壓值，將V、X數(shù)值填入下表，作出V-X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。Xmm00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.84V0v5、 3、示波器接電渦流線圈與實(shí)驗(yàn)?zāi)K輸入端口波形觀察口，觀察電渦流傳感器的激勵(lì)信號(hào)頻率，隨著線圈與電渦流片距離的變化，信號(hào)幅度也發(fā)生變化，當(dāng)渦流片緊貼線圈時(shí)電路停振，輸出為零。七、思考題電渦流傳感器位移測(cè)量的特點(diǎn)以及其他位位移傳感器的比較。八、實(shí)驗(yàn)

31、報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告簿應(yīng)事先準(zhǔn)備好，用來(lái)做預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求這三個(gè)過(guò)程在一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中完成。九、其它說(shuō)明模塊輸入端接入示波器時(shí)由于一些示波器的輸入阻抗不高（包括探頭阻抗）以至影響線圈的阻抗，使輸出V0變小，并造成初始位置附近的一段死區(qū)，示波器探頭不接輸入端即可解決這個(gè)問(wèn)題。附錄A 實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介本實(shí)驗(yàn)采用浙江大學(xué)儀器系生產(chǎn)的CSY2001B型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái),2001B型主機(jī)的主要功能:裝有磁電、壓電加速度、半導(dǎo)體應(yīng)變、金屬箔式應(yīng)變、衍射光柵等傳感器,信號(hào)源、溫控電加熱器、顯示儀表、電動(dòng)氣壓源、數(shù)據(jù)采集及通信接口等。分別安裝在十余個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K面板上二十種傳感器，其中電感、電容、霍爾、光

32、纖、電渦流等傳感器可在模塊上做靜態(tài)位移實(shí)驗(yàn)，也可安裝在主機(jī)的振動(dòng)臺(tái)上做動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。2001B型主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連接線采用了高可靠性的防脫落插座及插頭。實(shí)驗(yàn)連接線均用燈籠狀的插頭及配套的插座，接觸可靠，防旋防松脫，并可在使用日久斷線后重新修復(fù)。2001B型傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳感器性能、參數(shù)指標(biāo)：氣敏傳感器（MO3），對(duì)酒精敏感，測(cè)量范圍10-2000ppm 靈敏度RO/R>5電容式傳感器：2001型:平行變面積差動(dòng)式電容，線性范圍3mm。2001B型:圓筒變面積差動(dòng)式電容, 線性范圍3mm。熱釋電紅外傳感器：光譜范圍715m,光頻響應(yīng)0.510HZ。光電傳感器：紅外發(fā)光管、光敏三極管及施密特整形電路組成