传感器实验指导书(a4) (1)
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传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用,通过实际操作加深对传感器技术的理解,提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验:
(1)将电阻式传感器接入电路,测量其阻值;
(2)改变被测物体的电阻值,观察电路中电压或电流的变化;
(3)记录实验数据,分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验:
(1)将电容式传感器接入电路,测量其电容值;
(2)改变被测物体的介电常数,观察电路中电压或电流的变化;
(3)记录实验数据,分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验:
(1)将电感式传感器接入电路,测量其电感值;
(2)改变被测物体的磁导率,观察电路中电压或电流的变化;
(3)记录实验数据,分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验:
(1)将压电式传感器接入电路,测量其输出电压;(2)施加压力或振动,观察电路中电压的变化;(3)记录实验数据,分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验:
(1)将磁电式传感器接入电路,测量其输出电压;(2)改变磁场强度,观察电路中电压的变化;
(3)记录实验数据,分析磁电式传感器的输出特性。
使用说明实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。
一、实验仪的传感器配置及布局是:四片金属箔式应变计:位于仪器顶部的实验工作台部分,左边是一副双孔称重传感器,四片金属箔式应变计贴在双孔称重传感器的上下两面,受力工作片分别用符号和表示。
可以分别进行单臂、半桥和全桥的交、直流信号激励实验。
请注意保护双孔悬臂梁上的金属箔式应变计引出线不受损伤。
电容式:由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容,线性范围≥3mm。
电感式(差动变压器):由初级线圈Li和两个次级线圈L。
绕制而成的空心线圈,圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间,测量范围>10mm。
电涡流式:多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器,线性范围>1mm。
压电加速度式:位于悬臂梁自由端部,由PZT-5双压电晶片、铜质量块和压簧组成,装在透明外壳中。
磁电式:由一组线圈和动铁(永久磁钢)组成,灵敏度0.4V/m/s。
热电式(热电偶):位于仪器顶部的实验工作台部分,左边还有一副平行悬臂梁,上梁表面安装一支K分度标准热电偶,冷端温度为环境温度。
热敏式:平行悬臂梁的上梁表面还装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51,负温度系数,25℃时阻值为8~10K。
光电式传感器装于电机侧旁。
为进行温度实验,左边悬臂梁之间装有电加热器一组,加热电源取自15V直流电源,打开加热开关即能加热,加热温度通常高于环境温度30℃左右,达到热平衡的时间随环境温度高低而不同。
需说明的是置于上梁上表面的温度传感器所感受到的温度与在两片悬臂梁之间电加热器处所测得的温度是不同的。
霍尔式:半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中,线性范围≥3mm 。
MPX 压阻式:摩托罗拉扩散硅压力传感器,差压工作,测压范围0~50KP 。
精度1%。
(CSY10B )湿敏传感器:高分子湿敏电阻,测量范围:0~99%RH 。
气敏传感器:MQ3型,对酒精气敏感,测量范围10-2000PPm ,灵敏度RO/R >5。
XX学院实验指导书课程编号:课程名称:智能汽车传感器技术实验学时: 6 适用专业:车辆工程制定人:制(修)订时间: 2019年7月专业负责人审核:专业建设工作组审核:2019年 7月实验纪律要求1.请按照时间安排准时进入实验室。
2.请不要带入与实验无关的各类用具及杂物。
请保持安静、整洁的实验环境。
3.请自觉遵守实验室的各项规章制度,听从实验室管理人员和教师的安排。
4.实验过程中设备出现故障时,请不要擅自处理,并请立即报告实验室管理人员。
5.实验完毕时,请按指定位置摆放实验物品,把工作凳排列整齐,有序地离开实验室。
6.学生操作实验过程中,请不要随意更换实验配置,坚决杜绝盗取配件等行为。
7.请爱护实验室的各种设备。
第一部分实验大纲一、教学目的与基本要求1.实验目的为了验证所学内容,巩固所学知识,使学生初步掌握实验方法和操作技能,训练学生的动手能力和整理资料、编写实验报告的能力,培养严格的科学作风。
2.实验基本要求了解CSY型传感器实验仪的主要结构及组成部分,掌握用实验方法测定其特性;通过自己动手组装各种检测系统的典型环节与系统。
二、实验内容和学时分配三、实验成绩评定、考核办法1.实验报告每个实验均撰写实验报告,实验报告按统一格式,采用统一的报告纸、统一的原始数据记录纸。
报告内容包括:实验名称、实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容及简要步骤、数据处理、讨论与小结、原始记录单。
学生要认真书写,字迹整洁、清晰。
教师认真批改每一份报告,批改后签字,在报告上标明成绩。
2.考核方式(1)实验课程的考核方式:考试以认知介绍等形式进行。
(2)实验课考核成绩按百分制评定,由期末考试与平时成绩综合给出。
实际操作考试占总成绩的50%;实习报告占总成绩的30%。
(3)实习完毕,无实习报告,成绩按不及格记。
(4)凡实习期间严重违反实习纪律,经(院)系实习领导小组提出,(院)系分管领导批准,该实习生实习成绩总评为不及格。
四、参考资料(参考书、网络资源等)1.使用教材及实验指导书刘传玺,传感与检测技术[M],机械工业出版社,2017.08。
“传感器与检测技术”实验指导书一、适用专业:测控技术与仪器二、地位、作用和任务《传感器与检测技术》课程属于适用专业大学本科学生的必修专业基础课程。
传感器具有检测某种变量并把检测结果传送出去的功能,它们广泛应用于生产实践和科学研究中,是获取、处理、传送各种信息的基本元件。
特别是现代大规模工业生产,几乎全都依靠各种控制仪表或计算机实现自动控制,为保证自动控制系统的正常运行,必须随时随地把生产过程的各种变量提供给控制仪表或计算机。
要想正确及时地掌握生产过程或科研对象的各种信息,就必须具备传感器与检测技术方面的知识。
本部分旨在以实验和课程设计的形式进一步加强学生对各类传感器与检测技术的原理与应用的深入理解,将理论与实践有机地结合起来,学以致用。
主要任务是:1、通过理论学习和实验操作,掌握各类传感器的基本工作原理;2、了解各类传感器的特性和应用方法;3、掌握基本的误差与测量数据处理方法。
三、教学基本要求通过传感器与检测技术实验的基本训练,使学生在有关传感器与检测技术的实验方法和实验技能方面达到下列要求:(1)能够自行或在教师的指导下正确完成实验和实验报告等主要实验程序;(2)能够掌握常用传感器的性能、调试和使用方法;(3)能够通过实验完整掌握各类传感器的基本工作原理;(4)能够在接受传感器与检测技术基本实验技能的训练后,进行开放性实验,以提高综合实验能力。
四、实验内容实验一金属应变片:单臂、半桥、全桥功能比较(验证)实验二差动变压器特性及应用(综合)实验三差动螺线管电感式传感器特性(设计)*实验四差动变面积式电容传感器特性(验证)*实验五压电加速度传感器特性及应用(验证)*实验六磁电式传感器特性(验证)实验七霍尔式传感器特性(验证)108109实验八 热敏电阻测温特性(设计) 实验九 光纤位移传感器特性及应用(验证) 实验十 汽车防撞报警系统设计(设计)五、实验教材主要教材:《传感器与检测技术学习指导(实验部分)》六、考核方法根据实验操作效果、实验态度、实验报告撰写结果等进行综合评定。
实验一位移传感器性能实验一、实验目的:1、、了解电涡流传感器原理;2、掌握电涡流传感器的应用方法;二、基本原理:电涡流传感器的基本原理通以高频电流的线圈产生磁场,当有导电体接近时,因导电体涡流效应产生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关,因此可以进行位移测量。
三、需用器件与单元:电涡流传感器、电涡流传感器实验模块、测微头、直流电源、数显单元(主控台电压表)、测微头、铁圆片。
四、实验步骤:测微头的组成与使用测微头组成和读数如图8-2测微头读数图图8-2 测位头组成与读数测微头组成:测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。
测微头读数与使用:测微头的安装套便于在支架座上固定安装,轴套上的主尺有两排刻度线,标有数字的是整毫米刻线(1mm/格),另一排是半毫米刻线(0.5mm/格);微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(0.01mm/格)。
用手旋转微分筒或微调钮时,测杆就沿轴线方向进退。
微分筒每转过1格,测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米,这也叫测微头的分度值。
测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值,注意半毫米刻线;再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1/10分度,如图8-2甲读数为3.678mm,不是 3.178mm;遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时,应看微分筒的示值是否过零,如图6-2乙已过零则读2.514mm;如图8-2丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.980mm。
测微头使用:测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。
一般测微头在使用前,首先转动微分筒到10mm处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量),再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上,移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。
当转动测微头的微分筒时,被测体就会随测杆而位移。
电涡流传感器测位移1)电涡流传感器和测微头的安装、使用参阅图8-5。
工业生产流水线自动化测控综合实验台传感器与检测技术综合实验实验指导书主编:梁森,王洋,计丽霞liangsen163@适用专业:电气技术及其自动化(请预习后再来实验)实验地点:技术中心 A 5062010-12-27,29传感器与自动检测技术(本科)综合实验指导书上海电机学院电气学院目录第一章流水线自动化测控综合实验台综述 (1)1.1 结构和功能综述 (1)1.2实验项目 (6)1.3实验台的配置 (7)1.4 技术参数 (8)第二章传感器与检测技术综合实验台的动作过程综述 (9)2.1 整机工作流程和步骤 (9)2.2 送料机构说明 (11)2.3 机械手搬运机构说明 (11)2.4 工件传送和分选知识 (12)2.5涉及到的其他气动元件知识 (13)第三章传感器与检测技术综合实验的目的、步骤及结果 (18)3.1 系统的初始化操作 (18)3.2 分选实验 (20)3.3 电容接近开关实验及性能测试 (26)3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究 (28)3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究 (32)第一章流水线自动化测控综合实验台综述1.1 结构和功能综述1.1.1YL237型工业流水线自动化测控综合实验台的特点本实验设备是中国亚龙科技有限公司生产的,名称为“工业流水线自动化测控综合实验台”,简称为“传感器与检测技术综合实验台”,配置了电脑和三菱PLC。
本实验指导书阐述了工业生产流水线自动化测控综合实验台的基本结构、工作原理、工作过程和操作步骤,给出了较详细的使用说明。
阅读和理解本实验指导书,也是机电一体化知识学习的一部分。
本实验台将多门理论课中学到的机械、电子、传感器、检测、PLC、电气控制等课程有关知识加以综合。
为了进行研究性实验,本实验系统还允许进行模块化拆分和组合,可以通过重新定义输入/输出口地址,重新对PLC进行编程,完成学生自己想要的动作和功能。
图1-1 流水线自动化测控综合实验台示意图图1-2 传感器与检测技术综合实验室1.1.2传感器与检测技术综合实验台总体实验目的①验证学过的几种常用传感器的原理;②对几种常用传感器的特性进行测试;③学习几种常用传感器的调试;④学习传感器在气动、流水线运行中的测控方法;⑤学习气动系统的组成;⑥学习如何组成综合测试系统等。
一、人体动脉血压的测量一、实验目的通过实践学习,掌握间接测量人体动脉血压的原理和方法,了解血压测量的意义,要求能较准确地测出人体肱动脉的收缩压与舒张压的正常值,了解人体的正常血压及脉压标准。
二、实验原理血压是指血管内血液对于单位面积血管壁的侧压力,也即压强。
血压的单位通常用kPa或mmHg来表示。
人体动脉血压通常是用汞柱血压计和听诊进行测量的(也可用弹簧血压计或电子血压计进行测量),汞柱血压计的结构原理如附图1-2-3所示;测量部位通常为右上臂肱(GONG)动脉。
血液在血管内流动时一般没有声音,但如果血液通过狭窄处形成涡流时,便会使血管壁振动而发出声音。
当将空气打入缠于上臂的袖带内使其压力超过收缩压时,则完全阻断了肱动脉内的血流,此时在被压迫的肱动脉远端听不到声音,也触不到桡动脉的搏动。
如徐徐放气,降低袖带内压,当其压力刚低于收缩压而高于舒张压时,血液便断续地冲过受压血管,形成涡流使血管壁振动而发出声音,此时即可在被压的肱动脉远端听到,也可触到桡(RAO)动脉脉搏。
如继续放气,当外加压力等于舒张压时,则血管内血流由断续变成连续,声音便会突然由强变弱或消失。
因此当听到第一声音时的最大外加压力相当于收缩压;而当声音突然由强变弱或消失前最后声响时的外加压力则相当于舒张压。
此法即Korotkoff听诊法。
三、实验对象人体四、实验器材血压套件(水银柱血压计、压力表、听诊器、充气球、气管和联接用三通),电子血压计,胶布。
五、实验步骤与方法1.熟悉血压计构造血压计由检压计、袖带和气囊三部分组成。
检压计是一个标有0~260 mm(或0~300 mm)刻度的玻璃管。
上端通大气,下端和水银储槽相通。
袖带是一个外包布套的长方形橡皮囊,通过橡皮管分别与检压计水银储槽和橡皮球相通。
打气球是一个带有螺丝帽的橄榄球状橡皮囊,螺丝帽的拧紧和放松分别用于充气或放气。
2.测量过程1)受试者脱去右臂衣袖,取坐位,全身放松,右肘关节轻度弯曲,置于实验桌上,使上臂中心部与心脏位置同高,准备测量。
传感器与检测技术实验指导书《传感器与检测技术》实验指导书长沙学院电子与通信工程系2009年9月1目录第一章产品说明书......................................................... 3 第二章实验指导 (5)实验 1 金属箔式应变片性能—单臂电桥 ........................................... 5 实验 2 热电偶原理及现象 ................................................ .................... 7 实验 3 移相器实验 ................................................ ................................ 9 实验4 相敏检波器实验 ................................................ ...................... 11 实验 5 差动变压器性...................... 13 实验 6 差动变压器的标定 ................................. 15 实验7 差动变压器的应用—振动测量 (16)实验8 差动螺管式电感传感器的静态位移性能 ............................. 17 实验9 差动螺管式电感传感器的动态性能 ..................................... 18 实验10 电涡流式传感器的静态标定...............................................19 实验11 电涡流式传感器的应用-振幅测量 ................................... 21 实验12 霍尔式传感器的特性—直流激励 ....................................... 22 实验13 霍尔式传感的特性—交流激励 ........................................... 23 实验14 霍尔式传感器的应用—振幅测量 ....................................... 24 实验15 磁电式传感器的性能 ................................................ ............ 25 实验16 压电传感器的动态响应实26 实验17 差动变面积式电容传感的静态及动态特性 ....................... 27 实验18 综合传感器——力平衡式传感器实验 ...............................28 实验19 双平行梁的动态特性——正弦稳态影响 (29)2第一章产品说明书一、 CSY传感器实验仪简介实验仪主要四部分组成: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。
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为电阻丝的电阻相对变化值,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,用它来转换被测部位的受力大小及状态,通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化,对单臂电桥而言,电桥输出电压,U01=EKε/4。
(E为供桥电压)。
三、需用器件与单元:应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码(每只约20g)、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。
加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值约为50Ω左右。
2、实验模板差动放大器调零,方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置,②将差放的正、负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档),完毕关闭主控箱电源。
3、参考图(1-2)接入传感器,将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂,它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入),检查接线无误后,合上主控箱电源开关,先粗调节Rw1,再细调RW2使数显表显示为零。
4、在传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码并读取相应的数显表数值,记下实验结果填入表(1-1)。
检测与转换(传感器)技术实训装置使用说明书上海天威教学实验设备有限公司实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。
2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。
3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。
二、实验所用单元电阻应变式传感器、电阻与霍尔式传感器转换电路板(调零电桥)、差动放大器、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其阻值发生变化,这就是电阻应变效应,其关系为:ΔR/ R =K ε,ΔR 为电阻丝变化值,K 为应变灵敏系数,ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L 。
通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。
传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁,四个电阻应变片贴在梁的根部,可组成单臂、半桥与全桥电路,最大测量范围为±3mm 。
1342+5VR RR5R1─外壳 2─电阻应变片 3─测杆 4─等截面悬臂梁 5─面板接线图图1-1 电阻应变式传感器3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示,图中R 1、R 2、R 3为固定,R 为电阻应变片,输出电压U O =EK ε,E 为电桥转换系数。
+5V R 2rR 1R R 1R 2R 4RP 2OP07R 3R 4RP 1R 5+15V-15V 调零电桥电 阻传感器差动放大器4321876RPR 3VA DB CE图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图四、实验步骤1、固定好位移台架,将电阻应变式传感器置于位移台架上,调节测微器使其指示15mm 左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处,将测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆磁钢吸合,然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态,两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将实验箱(实验台内部已连接)面板上的±15V 和地端,用导线接到差动放大器上;将放大器放大倍数电位器RP 1旋钮(实验台为增益旋钮)顺时针旋到终端位置。
实验四电涡流传感器位移特性实验一、实验目的:1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
3、了解电涡流传感器位移特性与被测体的形状和尺寸有关。
二、基本原理:电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。
电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体(导电体—金属涡流片)组成,如图4-1所示。
根据电磁感应原理,当传感器线圈(一个扁平线圈)通以交变电流(频率较高,一般为1MHz~2MHz)I1时,线圈周围空间会产生交变磁场H1,当线圈平面靠近某一导体面时,由于线圈磁通链穿过导体,使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2,而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈,这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感,最终原线圈反馈一等效电感,从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环,这样就可得到如图4-2的等效电路。
图中R1、L1为传感器线圈的电阻和电感。
短路环可以认为是一匝短路线圈,其电阻为R2、电感为L2。
线圈与导体间存在一个互感M,它随线圈与导体间距的减小而增大。
图4-1电涡流传感器原理图图4-2电涡流传感器等效电路图根据等效电路可列出电路方程组:通过解方程组,可得I1、I2。
因此传感器线圈的复阻抗为:线圈的等效电感为:线圈的等效Q值为:Q=Q0{[1-(L2ω2M2)/(L1Z22)]/[1+(R2ω2M2)/(R1Z22)]}式中:Q0—无涡流影响下线圈的Q值,Q0=ωL1/R1;Z22—金属导体中产生电涡流部分的阻抗,Z22=R22+ω2L22。
由式Z、L和式Q可以看出,线圈与金属导体系统的阻抗Z、电感L和品质因数Q值都是该系统互感系数平方的函数,而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发,可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。
因此Z、L、Q均是x的非线性函数。
虽然它整个函数是一非线性的,其函数特征为"S"型曲线,但可以选取它近似为线性的一段。
机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术罗烈雷编机械工程系机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术一、测试技术实验的地位和作用《传感器与检测技术》课程,在高等理工科院校机械类各专业的教学打算中,是一门重要的专业基础课,而实验课是完成本课程教学的重要环节。
其要紧任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的明白得,把握常用传感器的工作原理和使用方法,提高学生的动手能力和学习爱好。
其目的是使学生把握非电量检测的差不多方法和选用传感器的原则,培养学生独立处理问题和解决问题的能力。
二、应达到的实验能力标准1、通过应变式传感器实验,把握理论课上所讲授的应变片的工作原理,并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计,把握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施。
3、通过电涡流式传感器的静态标定和被测体材料对电涡流式传感器特性的阻碍实验,把握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能,验证不同性质被测体材料对电涡流式传感器性能的阻碍。
4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试,了解差动面积式电容传感器的工作原理及其特性。
5、通过磁电感应式传感器的性能和霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法,把握磁电感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理及其特能。
6、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的阻碍实验,把握压电式传感器的原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的阻碍,了解电荷放大器的原理和使用方法。
7、通过光敏三极管和光敏电阻的性能测试,把握光电传感器的原理与应用方法。
8、热电偶和热敏电阻的性能测试的方法,把握热电偶的原理和 NTC 热敏电阻的工作原理和使用方法,并对传感器灵敏度线性度进行分析。
9、通过差动放大器和低通滤波器设计和测试,把握差动放大器和滤波器的设计方法和性能测试方法。
实验一金属箔式应变片性能研究一、实验目的1、了解金属箔式应变片,单臂电桥的工作原理和工作情况。
2、了解金属箔式应变片,半桥的工作原理和工作情况。
3、了解金属箔式应变片,全桥的工作原理和工作情况。
4、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
二、实验原理电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成,一种利用电阻材料的应变效应工程结构件的内部变形转化为电阻变化的传感器。
此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的形变,然后由电阻应变片将弹性元件的形变转化为电阻的变化,再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或者电流变化信号输出。
它可用于能转化成形变的的各种物理量的检测。
本实验以金属箔式应变片为研究对象。
箔式应变片的基本结构:金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上,粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或者金属箔制成,如图所示:(a)丝式应变片(b) 箔式应变片图1-1金属箔式应变片结构金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,与丝式应变片工作原理相同。
电阻丝在外力的作用下发生机械形变时,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=Kε。
式中△R/R为电阻丝电阻的相对变化,K为应变灵敏系数,ε=△L/L为电阻丝长度相对变化。
为了将电阻应变式传感器的电阻变化转化成电压或者电流信号,在应用中一般采用电桥电路作为测量电路。
电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。
能较好地满足各种应变测量要求,因此在测量应变中得到了广泛的应用。
电路电桥按其工作方式分有单臂、半桥、全桥三种,单臂工作输出信号最小,线性、稳定性较差;双臂输出是单臂的两倍,性能比单臂有所改善;全桥工作时的输出是单臂的四倍,性能最好。
因此,为了得到较大的输出电压一般采用半桥或者全桥工作。
三、需用器件与单元:可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、电压/频率表、主、副电源。
宿迁泽达职业技术学院传感器及应用系列传感器及测试技术实验指导书电气教研室魏立国编二0一一年九月实验一 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、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、万用表(自备)。
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ε⋅=∆k RR(1-1) 式中RR∆为电阻丝电阻相对变化; k 为应变灵敏系数; ll∆=ε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,将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧,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。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图通过这些应变片转换弹性体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,如图1-2所示R5=R6=R7=R 为固定电阻,与应变片一起构成一个单臂电桥,其输出电压RR RR E U ∆⋅+∆⋅=211/40 (1-2)E 为电桥电源电压;式1-2表明单臂电桥输出为非线性,非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-RR 。
图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1.图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上,可用万用表测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω。
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连线,将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R1)接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。
传感器实验指导书(天煌)传感器实验指导书(天煌)一、实验目的本实验旨在帮助学生理解传感器的工作原理和应用场景,培养学生的实验操作能力和数据分析能力。
二、实验器材1:传感器模块 - 1个2: Arduino开发板 - 1个3:连接线 - 若干4:电阻 - 若干5: LED灯 - 若干6:温度计 - 1个三、实验步骤1:搭建电路连接:a:将传感器模块连接至Arduino开发板的数模转换口。
b:将Arduino开发板通过USB线与电脑连接。
c:根据传感器模块的数据手册接入合适的电源。
2:编写程序:a:在Arduino开发环境中创建新的项目。
b:导入传感器模块的库文件。
c:编写代码,初始化传感器模块并设置参数。
d:编写数据采集和数据处理的代码逻辑。
e:将编写好的代码烧录到Arduino开发板中。
3:实验数据采集:a:打开串口监视器,设定合适的波特率。
b:通过串口监视器输出传感器采集到的数据。
c:单独测试和观察每个传感器模块的输出。
d:记录实验数据。
4:数据处理和分析:a:根据传感器的特性和实验需求,对采集到的数据进行初步处理和筛选。
b:运用统计学方法对数据进行分析,计算平均值、标准差等统计量。
c:绘制数据分布直方图、折线图等可视化图表。
d:根据分析结果进一步讨论和解释实验现象。
四、实验注意事项1:在电路连接和编写程序时,务必参考传感器模块的数据手册,遵循正确的接线和设置流程。
2:实验过程中请注意安全,不得擅自改变电路接线或开关设置。
3:在实验数据采集时,应保持传感器模块与待测物理量之间的适当距离和相对位置。
4:在进行数据处理和分析时,遵循科学规范,严谨处理实验数据。
5:实验结束后,关闭所有设备,清理实验台面。
五、实验结果实验数据显示,传感器模块对待测物理量的测量准确性较高,且具有较好的稳定性。
通过数据分析,我们可以得出以下结论:::六、附件本文档涉及的附件包括:1:传感器模块数据手册2: Arduino开发板示例程序3:实验数据记录表七、法律名词及注释1:版权:著作权法规定的对具有独创性的文学、艺术和科技作品所享有的权利。
传感器技术实验指导书实验室名称:测控与传感器实验室(2)实验室房号:A区主教楼1109重庆大学光电工程学院2017.3实验一电容式传感器原理与使用一、实验目的:了解差动式同轴变面积电容式传感器的原理、结构、特点及应用。
二、基本原理:1、原理简述:电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件,将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。
电容传感器的输出是电容的变化量。
利用电容C=εA/d关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中,保持二个参数不变,而只改变其中一个参数,则可以有测干燥度(ε变)、测位移(d变)和测液位(A变)等多种电容传感器。
电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形,虽还有球面形和锯齿形等其它的形状,但一般很少用。
本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器,差动式一般优于单组(单边)式的传感器。
它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。
如图所示:它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。
设圆筒的半径为R;圆柱的半径为r;圆柱的长为x,则电容量为C=ε2πx/ln(R/r)。
图中C1、C2是差动连接,当图中的圆柱产生∆X位移时,电容量的变化量为∆C =C1-C2=ε2π2∆X/ln(R/r),式中ε2π、ln(R /r)为常数,说明∆C与∆X位移成正比,配上配套测量电路就能测量位移。
电容传感器结构图2、测量电路(电容变换器):测量电路画在实验模板的面板上。
其电路的核心部分是下图的二极管环路充放电电路。
二极管环形充放电电路在图中,环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和C X1、C X2(实验差动电容位移传感器)组成。
当高频激励电压(f>100kHz)输入到a点,由低电平E1跃到高电平E2时,电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。
充电电荷一路由a点经D3到b点,再对C X1充电到O点(地);另一路由由a点经C4到c点,再经D5到d点对C X2充电到O点。
传感器实验指导书(天煌)1000字
传感器实验指导书(天煌)
实验目的:
1.了解传感器的原理和应用
2.掌握传感器的工作原理和特性
3.学习传感器的调试和使用方法
实验器材:
1.电路板
2.传感器
3.电源
4.跳线
5.万用表
实验原理:
传感器是一种具有灵敏度的检测设备,它可以将非电信号转化为电信号。
传感器的工作原理是根据某物理量或化学量的变化而发生变化,通过一定的转换过程将检测到的信号转化为标准的电信号。
传感器可以将测量对象的感觉量转化为可以识别的电信号,常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、光传感器等。
实验步骤:
1.将电路板上的电源与传感器相连,使用跳线将两者连接起来。
2.使用万用表检测传感器的工作状态,表检测该传感器是否能够正常工作。
3.使用万用表进行电路调试,将电路连接正确,传感器的电压和电流等参数达到正常范围。
4.按照传感器的使用方法使用传感器,完成出数据。
可以用数据收集仪器对数据进行记录和分析。
实验结果:
通过本次实验,可以了解传感器的原理和应用,掌握传感器的工作原理和特性,学习传感器的调试和使用方法。
在实验中,还可以发现传感器的灵敏度可以通过调整电路参数进行变化,从而对测量对象的感受变化提供更具体的数值。
测试技术与传感器实验指导书罗志增、倪红霞、席旭刚编倪红霞校杭州电子科技大学自动化学院二○一○年五月前言本实验指导书是为了配合“测试技术与传感器”、“传感器原理及应用”“集成传感器与应用”等课程而编写的,实验仪器是杭州高联教学仪器设备有限公司生产的传感器综合实验仪CSY-910,实验过程中大部分实验需由双踪示波器配合测试完成。
本实验指导书中的实验编排基本按照教材《测试技术与传感器》讲课进程,每个实验从易到难,从静态测量到动态实验的规律安排。
全书共列四个实验,涉及七种不同传感器,计划每个实验2学时,教师可根据不同教学要求,按需要选做。
目录实验一、应变片与直流电桥(单臂、半桥、全桥比较) (3)实验二、应变片与交流电桥、应变片电桥的应用 (6)实验三、差动变压器性能、零残及补偿、标定实验 (9)实验四、涡流传感器、霍耳传感器、压电加速度、电容传感器实验 (12)附录A 实验报告格式、要求 (17)附录B 实验设备介绍 (17)实验一 应变片与直流电桥(单臂、半桥、全桥比较)一、金属箔式应变片性能——单臂单桥实验目的:了解金属箔式应变片,单臂单桥的工作原理和工作情况。
实验准备:预习实验仪器和设备:直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、应变片、电压表。
实验原理:当电桥平衡(或调整到平衡)时,输出为零,当桥臂电阻变化时,电桥产生相应输出。
实验注意事项:直流稳压电源打到4V 档,接线过程应关闭电源,电压表打到2V 档,如实验过程中指示溢出则改为20V 档,接线过程注意电源不能短接。
实验时位移起始点不一定在10mm 处,可根据实际情况而定。
为确保实验过程中输出指示不溢出,差动放大增益不宜过大,可先置中间位置,如测得的数据普遍偏小,则可适当增大,但一旦设定,在整个实验过程中不能改变。
实验内容:(1)观察双平行梁上的应变片、测微头的位置,每一应变片在传感器实验操作台上有引出插座。
(2)将差动放大器调零。
方法是用导线将差动放大器正负输入端相连并与地端连接起来,然后将输出端接到电压表的输入插口。
目录实验一电阻应变式传感器位移测量、温度补偿和性能比较 (4)实验二差动变压器的标定和振动测量 (9)实验三热电式传感器――热电偶 (11)实验四电容式传感器特性 (13)实验五光纤位移传感器――位移测量 (14)使用说明CSY10B传感器系统实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器。
其特点是集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体,可以组成一个完整的测试系统。
通过实验指导书所提供的数十种实验举例,能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验。
通过这些实验,实验者可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识,并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容。
实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。
一、位于仪器顶部的实验工作台部分,左边是一副平行式悬臂梁和一个称重台。
悬臂梁梁上装有半导体式应变片。
称重台平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片,受力工作片分别用符号和表示。
其中六片为金属箔式片(BHF-350)。
横向所贴的两片为温度补偿片,用符号和表示。
实验工作台右边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台。
圆盘周围一圈安装有(依逆时针方向)电感式(差动变压器)、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。
电感式(差动变压器):由初级线圈Li和两个次级线圈L。
绕制而成的空心线圈,圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间,测量范围>10mm。
电容式:由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容,线性范围≥3mm。
磁电式:由一组线圈和动铁(永久磁钢)组成,灵敏度0.4V/m/s。
霍尔式:半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中,线性范围≥3mm。
电涡流式:多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器,线性范围>1mm。
两副平行式悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢,右边圆盘式工作台由“激振I”带动,左边平行式悬臂梁由“激振II”带动。
为进行温度实验,左边悬臂梁之间装有电加热器一组,加热电源取自15V直流电源,打开加热开关即能加热,工作时能获得高于温度30℃左右的升温。
以上传感器以及加热器、激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排。
实验工作台上还装有测速电机一组及控制、调速开关以及激振转换开关。
测微头装在右边的支架上。
二、信号及仪表显示部分:位于仪器上部面板低频振荡器:1~30Hz 输出连续可调,Vp-p 值20V ,最大输出电流1.5A ,Vi 端插口可提供用作电流放大器。
音频振荡器:0.4KHz~10KHz 输出连续可调,Vp-p 值20V ,180°、0°为反相输出,Lv 端最大电流输出1.5A 。
直流稳压电源:±15V ,提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源,最大输出电流1.5A 。
电压输出档位为±2V~±10V ,档距2V ,分五档输出,提供直流信号源,最大输出电流1.5A 。
数字式电压/频率表: 位显示,电压分2V 、20V 两档,灵敏度≥50mV ,频率分2KHz 、20KHz 两档,频率显示5Hz~20KHz 。
数字式温度计:K 分度热电偶测温,精度±1℃。
三、处理电路:位于仪器下部面板电桥:用于组成应变电桥,面板上虚线所示电阻为虚设,仅为组桥提供插座。
R 1、R 2、R 3为350Ω标准电阻,W D 为直流调节电位器,W A 为交流调节电位器。
差动放大器:增益可调直流放大器,可接成同相、反相、差动结构,增益1-100倍。
光电变换器:提供光纤传感器红外发射、接收、稳幅、变换,输出模拟信号电压与频率变换方波信号。
四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤(一根接收,一根发射)组成的光强型光纤传感器。
电容变换器:由高频振荡、放大和双T 电桥组成。
移相器:允许输入电压20Vp-p ,移相范围±40°(随频率不同有所变化)。
相敏检波器:集成运放极性反转电路构成,所需最小参考电压0.5Vp-p ,允许最大输入电压≦20Vp-p 。
电荷放大器:电容反馈式放大器,用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号。
涡流变换器:变频式调幅变换电路,传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件。
温度变换器(信号变换器):根据输入端热敏电阻值、光敏电阻及P -N 结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变换电路。
低通滤波器:由50Hz 陷波器和RC 滤波器组成,转折频率35Hz 左右。
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控制处理电路的工作电源,进行实验时请勿关掉。
请用户注意,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,而非工程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,参考附图2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其阻值。
各接线图两个节点间即为一实验接插线,接插线可多根迭插,并保证接触良好。
2、半导体应变片,进行半导体应变片直流半桥实验。
3、热电偶,按附图4接线,加热器打开即可,观察随温度升高热电势的变化。
4、进行“移相器实验”,用双踪示波器观察两通道波形。
5、进行“相敏检波器实验”,相敏检波端口序数请参照附图6,其中4端为参考电压输入端。
6、将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端、输出端用示波器观察,注意根据低通输出幅值调节输入信号大小。
7、进行“差动变压器性能”实验,检查电感式传感器性能,实验前要找出次级线圈同名端,213次级所接示波器为悬浮工作状态。
8、如果仪器是带微机接口和实验软件的,请参阅数据采集及处理说明。
数据采集卡已装入仪器中,其中A/D转换是12位转换器,无漏码最大分辨率1/2048(即0.05%),在此范围内的电压值可视为容许误差。
所以建议在做小信号实验(如应变电桥单臂实验)时选用合适的量程(如200mv),以正确选取信号,减小误差。
仪器后部的RS232接口请接计算机串行口工作。
所接串口须与实验软件设置一致,否则计算机将收不到信号。
仪器工作时需良好的接地,以减小干扰信号,并尽量远离电磁干扰源。
仪器的型号不同,传感器种类不同,则检查项目也会有所不同,请自行根据仪器型号选择实验内容。
上述检查及实验能够完成则整台仪器各部分均为正常。
实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”,要在确认接线无误的情况下开启电源,尽量避免电源短路情况的发生,加热时“15V”电源不能直接接入应变片、热敏电阻和热电偶。
实验工作台上各传感器部分如相对位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整,原则上以按下振动梁松手,周边各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜。
附件中的称重平台是在实验工作台左边的悬臂梁旁的测微头取开后装于顶端的永久磁钢上方,铜质砝码做称重实验之用。
实验开始前请检查实验连接线是否完好,以保证实验顺利进行。
本实验仪需防尘,以保证实验接触良好,仪器正常工作温度-10℃~40℃。
实验一 电阻应变式传感器位移测量、温度补偿和性能比较一、实验目地:1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、在单臂情况下,利用箔式应变片测试应变梁变形的应变输出。
3、说明温度变化对应变测试系统的影响。
4、由于温度变化引入了测量误差,因此实用测试电路中必须进行温度补偿。
5、说明半导体应变计的灵敏度和温度效应。
6、通过实验比较两种应变电路的灵敏度与温度特性。
7、微机检测与转换课程中,数据采集和分析处理是最重要的两部分,通过实验仪用A/D 采集卡和实验软件对传感器测试系统测量到的电信号进行分析处理,可以得到这方面的初步知识。
二、实验原理:1、应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体表面,当测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化。
通过测量电路,转换成电信号输出显示。
2、电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种,当电桥平衡时,桥路对臂电阻乘积相等,电桥输出为零,在桥臂四个电阻R 1、R 2、R3、R 4中,电阻的相对变化率分别为△R 1/R 1、△R 2/R 2、△R 3/R 3、△R 4/R 4,当使用一个应变片时,RΔRR =ε;当二个应变片组成差动状态工作,则有R R R Δ2=ε;用四个应变片组成二个差动对工作,且R 1=R 2=R 3=R 4=R ,RRR Δ4=ε。
3、温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。
由此引起测试系统输出电压发生变化。
4、用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种,如图1所示。
在电桥中,R 1为工作片,R 2为补偿片,R 1=R 2。
当温度变化时两应变片的电阻变化△R 1与△R 2符号相同,数量相等,桥路如原来是平衡的,则温度变化后R 1R 4=R 2R 3,电桥仍满足平衡条件,无漂移电压输出,由于补偿片所贴位置与工作片成90°,所以只感受温度变化,而不感受悬臂梁的应变。
图15、由于材料的阻值s l R ρ=,则)μ21(ρρρρ++=-+=l dld s ds l dl d R dR , 当应变l l ∆=ε,灵敏度ερρμε/)21(/∆++=∆=RR K ; 对于箔式应变片,K 箔≈1+2μ,主要是由形变引起。
对于半导体应变计,K半≈(△ρ/ρ)/ε,主要由电阻率变化引起。
由于半导体材料的“压阻效应”特别明显,可以反映出很微小的形变,所以K半要大于K箔,,约为50~80倍,但是受温度影响大。
三、实验所需部件:直流稳压电源(±4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、半导体应变片、测微头、(或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表、加热器、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考),微型计算机、打印机。
将计算机与仪器的串行口RS232连接进行通讯。
启动CSY10B传感器系统实验仪的数据采集软件(实验前,实验软件已经安装成功,快捷方式放与桌面上)。
在“参数设置”界面中。
选择电压量程为1V或10V,采集模式选为单次;输入实验者姓名、班级和实验项目名称,否则实验结果将不被承认;其它设置为默认。
在“系统设置”界面中,将计算机与仪器的串行口RS232连接进行通讯,设置串口为:波特率2400,1位停止位,无奇偶校验;其它设置为默认。
以保证数据采集的正确进行。
在电阻应变式传感器位移测量数据采集实验中,只针对箔式应变片和半导体应变片单臂电桥采集数据,每放置一个砝码,点击一次“单次采集”按钮,单次采每次最多采100个点在坐标上显示,直到实验结束,坐标上最多可同时容纳四条曲线(对于其它数据采集实验,根据实际需要,在“参数设置”界面中选择采集模式选为连续或单次,点击“连续采集”或“单次采集”按钮进入数据采集,直到实验结束)。