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电气测试技术实验指导书


机械测试技术
实验指导书
编写:梁华琪

学号: 班级: 姓名:

安徽建筑工业学院机电系机械实验室 2007年9月

目录
CSY-3000 系列传感器与检测技术实验台说明书………………………2 实验一 实验三 实验四 实验五 实验七 实验八 实验九 实验十 金属箔式应变片—半桥性能实验

………………………………4 金属箔式应变片—全桥性能实验………………………………6 直流激励时霍尔式传感器位移特性实验………………………8 交流激励时霍尔式传感器的位移实验………………………10 霍尔转速传感器测电机转速实验……………………………12 磁电式转速传感器测速实验…………………………………13 光电转速传感器测速实验……………………………………14 差动变压器的应用—振动测量实验…………………………15 压电式传感器测振动实验……………………………………17 压阻式压力传感器的压力测量实验…………………………18

实验十一 扭短传感器静态性能实验……………………………………20 实验十二 超声波传感器测距实验………………………………………22

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CSY-3000 系列传感器与检测技术实验台
说 明 书 CSY-3000 系列传感器与检测技术实验台是在 2000 系列的基础上加常用的光电探测器实 验, 主要用于各大专院校、 中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工 业自动化控制” “非电量电测技术”“光电检测技术”等课程的教学实验。 它是采用最新推出的模块 化结构的产品。实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器(透明结构便于教学) ,但其结 构与线路是工业应用的基础。希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解,并在实验的 进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能 与动手能力。 一、实验台的组成 CSY-3000 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;直流恒流源 0.6mA-20mA 可调;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(开关置内为温度调节、置外为转速调节) ;计算机通信口;主 机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表;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一 下才能恢复正常工作。 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-150℃。 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、光照度探头、纯白高亮发光二极管、 红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六 个(其中二个光源) 。 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/低通滤波模板、光电器件(一)、光开关共十二块模板。增 强型增加与选配传感器配套的实验模板。 二、电路原理 实验模板电路原理已印刷在模板的面板上 ,实验接线图参见下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± 档;其余旋钮都打到中间位置。 2V

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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) ,检查无误后 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 ⑵ ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 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。 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。 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 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 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; 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

2、故障排除 中的保险丝是否烧断。如都正常,则更换主机箱中主机电源。 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。 如有输出,更换振动源的振荡线圈。 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。

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实验一 金属箔式应变片—半桥性能实验
一、实验目的:熟悉半桥的不同性能、了解其特点。 二、基本原理:不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,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 UO2=EKε /2。 U0=U①-U③ =〔(R1+△R1)/(R1+△R1+R2+△R2)-R4/(R3+R4)〕E =〔 (1+△R1/R1)/(1+△R1/R1+R2/R1+△R2/R1)-(R4/R3)/(1 +R4/R3) 〕E 设 R1=R2=R3=R4,且△R1/R1<<1。 △R1≈△R2 U0≈(1/2)(△R1/R1)E 电桥的电压灵敏度:S=U0/(△R1/R1)≈kE=(1/2)E 三、实验设备:传感器与检测技术实验台、主机箱、应变式传 感器实验模板、托盘、砝码。 四、实验步骤: 图 1 半桥原理

图 2 应变式传感器半桥接线图 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。

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2、拆去放大器输入端口的短接线,根据图 2 接线。注意 R2 应和 R3 受力状态相反,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。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 500 g)砝码加完。记 下实验数据填入表 1 画出实验曲线,计算灵敏度 S2=U/W,非线性误差δ 。实验完毕,关闭 电源。 表1 重量 电压 三、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。

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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Δ R1=Δ R2=Δ R3=Δ R4 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。 U0=U①-U③ =〔(R1+△R1)/(R1+△R1+R2+△R2)-(R4+△R4)/ (R3+△R3+R4+△R4)〕E 设 R1=R2=R3=R4,且△R1/R1<<1。 △R1≈△R2≈△R3≈△R4 U0≈(△R1/R1)E 电桥的电压灵敏度:S=U0/(△R1/R1)≈kE=E 三、实验设备:传感器与检测技术实验台、主机箱、应变式传感 器实验模板、托盘、砝码。 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 图 1 全桥原理

图 2 全桥性能实验接线图 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。

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2、拆去放大器输入端口的短接线,根据图 2 接线。实验方法与实验一相同,将实验数据填 入表 1 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1 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,如何利用这四 片应变片组成电桥,是否需要外加电阻。

图 2 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图

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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、实验设备:主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。 1、测微头的组成 如图 1,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。

图 1 测位头组成与读数 2、测微头读数 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 9—1 甲读数为3.678mm,不是3.17 8mm;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 9 —1 乙已过零则读2.514mm;如图 9—1 丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.98 0mm。 3、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。 三、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。

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四、实验步骤: 1、安装好霍尔传感器和测微头。 2、按图 2 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。 3、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 2 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图 4、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 1。 表1 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? 12.475mm X(mm)

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实验四 交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的:了解交流激励时霍尔式传感器的特性。 二、实验设备:主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器/相敏检波器/ 低通滤波器模板、双线示波器。 三、基本原理:交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样,基本工作原理相同,不同之处是测 量电路。 四、实验步骤: 1、传感器、测微头安装使用同实验三。 2、 实验模板接线见图 1 (千万注意: 暂时不要将主机箱中的音频振荡器Lv接入实验模板) 。

图1

交流激励时霍尔传感器位移实验接线图

3、首先检查接线无误后,合上主机箱总电源开关,调节主机箱音频振动器的频率和幅度旋 钮,用示波器、频率表监测 LV 输出频率为 1KHz,幅值为 4V 的峰-峰值;关闭主机箱电源, 再将 LV 输出电压(1KHz 、 、)作为传感器的激励电压接入图 1 的实验模板中 4V (注意电压幅值过 大会烧坏传感器) 。

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4、合上主机箱电源,调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中点,先用示波器观察 使霍尔元件不等位电势为最小,然后从数显表上观察,调节电位器 RW1、RW2 使显示为零。 5、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移,利用示波器观察相敏检波器输出,旋转移 相单元电位器 Rw 和相敏检波电位器 Rw,使示波器显示全波整流波形,且数显表显示相对值。 6、使数显表显示为零,然后旋动测微头记下每转动 0.2mm 时表头读数,填入表 1。 表 1 交流激励时输出电压和位移数据 X(mm) V(mv) 7、根据表 1 作出 V-X 曲线,计算不同量程时的非线性误差。实验完毕,关闭电源。

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实验五 霍尔转速传感器测电机转速实验
一、实验目的:了解霍尔转速传感器的应用。 二、实验设备:主机箱、霍尔转速传感器、转动源。 三、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。 四、实验步骤: 1、根据图 1 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 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); 表1 V(v) n(r/min) 5、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?

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实验六 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、实验设备:主机箱、磁电式传感器、转动源。 三、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:
e ? ? Nd ? / dt 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。 四、实验步骤:

图2 图 1 磁电转速传感器实验安装、接线示意图 1、根据图 2 将磁电式转速传感器安装于架上,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、按图 1 接线,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 16 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); 表1 V(v) n(r/min) 5、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。 注意:磁电式转速传感器测速实验中,传感器不用接电源。 。 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?

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实验七 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、实验设备: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)。 三、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。 四、实验步骤:

图 1 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 25 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); V(v) n(r/ min) 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。

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实验八 差动变压器的应用—振动测量实验
一、实验目的:了解差动变压器测量振动的方法。 二、实验设备:主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板、 振动源、示波器。 三、基本原理:由实验九差动变压器性能实验基本原理可知,当差动变压器的铁芯连接杆与被 测体连接时就能检测到被测体的位移或振动。 四、实验步骤: 1、将差动变压器按图 1 卡在传感器安装支架的 U 型槽上并拧紧差动变压器的夹紧螺母, 调整传感器安装支架使差动变压器的铁芯连杆与振动台中心点磁钢吸合并拧紧传感器安装支架 压紧螺帽,再调节升降杆使差动变压器铁芯大约处于线圈的中心位置。

图 1 差动变压器振动测量安装、接线图 2、按图 1 接线,并调整好有关部分,调整如下: (1)检查接线无误后,合上主机箱电源开 关,用频率表、示波器监测音频振荡器 LV 的频率和幅值,调节音频振荡器的频率、幅度旋钮使 Lv 输出 4—5KHz、Vop-p=2V 的激励电压。 (2)用示波器观察相敏检波器输出(图中低通滤波器 输出中接的示波器改接到相敏检波器输出),调节升降杆(松开锁紧螺钉转动升降杆的铜套)的高 度,使示波器显示的波形幅值为最小。 (3)仔细调节差动变压器实验模板的 RW1 和 RW2(交替调

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节)使示波器 (相敏检波器输出)显示的波形幅值更小, 基本为零点。 (4)用手按住振动平台 (让 传感器产生一个大位移)仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮,使示波器显示的波形为一个接 近全波整流波形。 (5)松手,整流波形消失变为一条接近零点线(否则再调节 RW1 和 RW2) 。(6) 振动源的低频输入接上主机箱的低频振荡器,调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮,使振动平 台振荡较为明显。用示波器观察放大器相敏检波器 Vo 及低通滤波器的 Vo 波形。 3、保持低频振荡器的幅度不变,改变振荡频率(频率与输出电压 Vp-p 的监测方法与实验 十相同)用示波器观察低通滤波器的输出,读出峰-峰电压值,记下实验数据,填入下表 1。 表1 F(Hz) Vp-p (V) 4、根据实验结果作出梁的振幅—频率特性曲线,指出自振频率的大致值,并与实验七用应 变片测出的结果相比较。 5、保持低频振荡器频率不变,改变振荡幅度,同样实验可得到振幅与电压峰峰值 Vp-p 曲 线(定性) 。 6、注意事项:低频激振电压幅值不要过大,以免梁在自振频率附近振幅过大。实验完毕, 关闭电源。 五、思考题: 1、如果用直流电压表来读数,需增加哪些测量单元,测量线路该如何? 2、利用差动变压器测量振动,在应用上有些什么限制?

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实验九 压电式传感器测振动实验
一、实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、实验设备:主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。 三、基本原理:压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。 (观察实验用压电加速度计 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晶 片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 四、实验步骤: 1、按图 1 所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合),振动源的低 频输入接主机箱中的低频振荡器,其它连线按图示意接线。

图1 器输出的波形。

压电传感器振动实验安装、接线示意图

2、合上主机箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察低通滤波 3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形;在振动台正常振动时用 手指敲击振动台同时观察输出波形变化。 4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器的频率),观察输出波形变化。实验完毕,

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关闭电源。

实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验
一、实验目的:了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、实验设备:主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。 三、基本原理 扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或 N 型电阻条,接成电桥。在压力 作用下根据半导体的压阻效应,基片产生应力,电阻条的电阻率产生很大变化,引起电阻的变 化,我们把这一变化引入测量电路,则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 四、实验步骤: 1、将压力传感器安装在实验模板的支架上,根据图 1 连接管路和电路(主机箱内的气源部 分,压缩泵、贮气箱、流量计已接好) 。引压胶管一端插入主机箱面板上气源的快速接口中(注 意管子拆卸时请用双指按住气源快速接口边缘往内压,则可轻松拉出) ,另一端口与压力传感器 相连。压力传感器引线为 4 芯线: 1 端接地线,2 端为 U0+,3 端接+4V 电源,4 端为 Uo-,接 线见图 8。

图1

压阻式压力传感器测压实验安装、接线图

2、实验模板上 RW2 用于调节放大器零位,RW1 调节放大器增益。按图 8 将实验模板的放大 器输出 V02 接到主机箱(电压表)的 Vin 插孔, 将主机箱中的显示选择开关拨到 2V 档, 合上主机 箱电源开关,RW1 旋到满度的 1/3 位置(即逆时针旋到底再顺时针旋 2 圈),仔细调节 RW2 使主 机箱电压表显示为零。 3、合上主机箱上的气源开关,启动压缩泵,逆时针旋转转子流量计下端调压阀的旋钮,此 时可看到流量计中的滚珠在向上浮起悬于玻璃管中,同时观察气压表和电压表的变化。 4、调节流量计旋钮,使气压表显示某一值,观察电压表显示的数值。 5、仔细地逐步调节流量计旋钮,使压力在 2-18KPa 之间变化,每上升 1KPa 气压分别读

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取电压表读数,将数值列于表 1。 表8 P(KPa) Vo(p-p) (1) 、画出实验曲线计算本系统的灵敏度和非线性误差。 (2) 、如果本实验装置要成为一个压力计,则必须对电路进行标定,方法采用逼近法:输 入 4KPa 气压,调节 Rw2(低限调节) ,使电压表显示0.25V(有意偏小),当输入 16KPa 气压, 调节 Rw1 (高限调节) 使电压表显示 1.2V(有意偏小); 再调气压为 4KPa, 调节 Rw2 (低限调节) , 使电压表显示0.3V(有意偏小),调气压为 16KPa,调节 Rw1(高限调节)使电压表显示 1.3V(有 意偏小);这个过程反复调节直到逼近自己的要求(4KPa—0.4V,16KPa—1.6V)即可。 6、实验完毕,关闭电源。

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实验十一 扭短传感器静态性能实验
一、实验目的:了解弹性体和应变式扭矩传感器的结构及工作原理。 二、实验设备:主机箱、扭矩传感器、祛码(50g×10) 、扭矩传感器实验模板、四位半数显万 用表(自备)、砝码盘。 三、基本原理:基于应变式传感器的工作原理,弹性 体采用轮幅式结构图 1,当轮幅式结构的十字梁的方 孔上受到外加力矩 M 作用时, 外圆周边固定的十字梁 中心点受到的力矩为 M=F×L, F 力作用下每根辐 在 射条受力后产生应变,使粘贴在二根辐射条(上、下表 面)上的四片电阻应变片的阻值发生变化。 当四片应变 片组成全桥时, 则桥路的输出量反应了被测的力矩值。 图 l 传感器结构图 四、实验步骤: 1、用万用表测量传感器引线四个端点之间的阻值来判断电桥(传感器内部应变片己组成桥 路)的对角点;设扭矩传感器电桥四端点为 a、b、c、d,若测得:ac、cb、bd、da 的阻值均为 262 欧姆左右,ab、cd 的阻值均为 350 欧姆左右,则对角点为 a 与 b、c 与 d 组成的电桥是正确 的。否则要重新判断(提示参考:一般引线标记 1、2 为 a、b;3、4 为 c、d) 。

2、扭矩传感器实验模板的放大器调零:将图 2 中放大器的输入端 g、h 短接(桥路输出 c、 d 暂时不接) ,其它连线根据图 2(包括⊥线)连接。合上主机箱电源,将增益电位器 Rw2 大致 调节到中间位置(逆时针到底副顿时针转 3 圈) ,再调节零位电位器 Rw3 使主机箱电压表(量 程 2V 档)显示为 0。 3、关闭主机箱电源,将传感器引线与实验模板上电桥模型的相应端点相连,如图 2 接线。

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桥路 a、b 两端工作电源接主机箱±4v,其它连线根据图 2(包括⊥线)连接。 4、将砝码盘置于扭矩传感器力杆的末端(L=100mm) ,合上主机箱电源开关,调节桥路 平衡电位器 Rwl 使电压显示为 0;再将砝码依次放入盘中并依次记录相应的数据如表 1。 表 l L=l00mm 时的实验数据 重量(g) 电压(mv) 5、 保持砝码盘内的重量, 依次将砝码盘从 100mm 处移到最内端 (杆每格间隔距离 10 mm) , 并依次记录数据如表 2。 表 2 F 为定值时的实验数据 L(mm) 电压(mv) 6、进行数据整理,作出实验曲线;计算灵敏度与线性度。

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实验十二 超声波传感器测距实验
一、实验目的:了解超声波在介质中的传播特性;了解超声波传感器测量距离的原理。 二、实验设备:主机箱、超声波传感器实验模板(装有超声波传感器) 、反射档板。 三、基本原理 超声波测距仪由超声波传感器(超声波发射探头 T 和接收探头 R)及相应的 测量电路 细成。超声波是听觉闭值以外的振动,其常用频率范围在 20KHz 一 60KHz 之间,超声波在介 质中可以产生三种形式的振荡波:横波、纵波、表面波。本实验为空气介质,用纵波测量距离。 超声波发射探头的发射频率为 40KHz,在空气中波速为 344m/S。当超声波在空气中传播时碰 到不同介面时会产生一个反射波和折射波,从介面反射回来的波由接收探头接收输入测量电路 放大处理。通过测量超声波从发射到接收之间的时间差Δ t,就能从 S=Uo×Δ t 算出相应的距 离。式中 Uo 为超声波在空气中传播速度。 四、实验步骤: 1、超声波传感器由发射头 T 和接收数 R 组成。超声探头己装在实验模板的右上端,它们 的引线 VT、公共端(⊥) R 在实验模板的左上端。 、V 2、将实验模板上的 VT 与 VT、VR 与 VR 及⊥相应连接,再将实验模板的±15V、⊥及输出 VO2 与主机箱的相应电源和电压表(量程 20V 档)相连,如图 l 所示。 3、离超声波传感器 20cm(0—20cm 左右为超声波测量盲区)处放置反射挡板,调节挡板 对准探头角度,合上主机箱电源。

图 l 超声波测距实验接线图 4、平行移动反射挡板,依此递增 5cm 并依此记录电压表数据填入表 1

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表 1 超声波传感器测距实验数据 X (mm) V(v) 5、进行数据整理,作出实验曲线;计算灵敏度与线性度。

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