《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
山东建筑大学信息与电气工程学院
第一章实验仪说明
一、SET-N型传感器实验仪简介:
实验仪主要由四部分组成: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。
1传感器安装台部分:装有双平行振动梁(梁上可增加动态应变式传感器、激振线圈、半导体扩散硅压阻式压力传感器、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线孔(Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、差动变压器传感器线圈、电容传感器静片、磁电式传感器线圈、测微头及支架、振动圆盘(上有圆盘磁钢、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器可动磁芯、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动磁钢、应变式传感器(电子秤、温度传感器安装盒(加热器、热电偶、PN结、热敏电阻、压电传感器、光电开关、扩展区(可安装气敏传感器、湿敏元件、热释电传感器、硅光电池、光敏电阻元件、光敏二极管、光敏三极管,具体安装部位参看附录三。
备注:SET系列传感器实验仪的传感器数量可根据需方要求增减。
2显示及激励源部分:主电源、激振开关、直流稳压稳压电源(±15V、5V、可调电流源、电机控制单元、可调直流稳压电源(±2V - ±10V分5档调节、音频振荡器、低频振荡器、F/V(频率/电压数字表2V、20V、2K、20K。
3单元面板上的符号含意是:所有传感器的引线都从内部已引到这个单元上的相应符号中,实验时传感器的输出信号按符号从这个单元插孔引线。
4处理电路单元:电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。
SET实验仪上配上一台双线(双踪通用示波器可做几十种实验.教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。
二、注意事项:
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为控制处理电路±15V的工作电源,进行实验时请勿关掉,为保证仪器正常工作,严禁±15V电源间的相互短路,建议平时将此两输出插口封住。
仪器装有RS232/USB接口,信号采集前请正确设置端口,否则计算机将收不到信号。仪器工作时需要良好的接地,以减小干扰信号,应尽量远离电磁干扰源。
实验时请注意实验指导书中的实验内容后的“注意事项”,要在确认接线无误的情况下
再开启电源,要尽量避免电源短路情况的发生,实验工作台上各传感器部分如位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整,用手按下振动梁再松手,各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜。
本实验仪器需防尘,以保证实验接触良好,仪器正常工作温度0℃-40℃
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,而非工业应用型的传感器定量测试。
第二章实验指导
实验一金属箔式应变片性能一单臂电桥
一、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。
二、实验原理:
本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。
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。
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R1、R2、R3、R4中,电阻的相对变化率分别为ΔR1/R1、
ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4,当使用一个应变片时,;当二个应变片组成差动状
态工作,则有;用四个应变片组成二个差对工作,且R1=R2=R3=R4=R,
。由此可知,单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、所需单元及部件:
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V 表、主电源。
四、旋钮初始位置:
直流稳压电源打到±2V档,F/V表打到2V档,差动放大增益最大。
五、实验步骤:
1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置,观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。
2、将差动放大器调零:用连线将差动放大器的正(+、负(-、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连;开启主电源;调节差动放大器的增益到最大位置,然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零,关闭主电源。
3、根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻;R4=Rx为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V档,F/V表置20V档。开启主电源,调节电桥平衡网络中的W1,使F/V表显示为零,等待数分分钟后将F/V表置2V档,再调电桥W1(慢慢地调,使F/V表显示为零。
4、在传感器上放上一只砝码,记下此时的电压数值,然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S= V/ W ,并作出V-W 关系曲线, V 为电压变化率, W 为相应的重量变化率。
重量(
电压(g m V
注意事项:
(1电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在,仅作为一标记,让学生组桥容易。
(2为确保实验过程中输出指示不溢出,可先将砝码加至最大重量,如指示溢出,适当减小差动放大增益,此时差动放大器不必重调零。
(3做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小,以减小其对直流电桥的影响。
(4电位器W1、W2,在有的型号仪器中标为Rw1、Rw2。
问题:
(1本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求?
(2根据所给的差动放大器电路原理图(见附表一,分析其工作原理,说明它既能作差动放大,又可作同相或反相放大器。
实验二金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较
(998A 、N 型
实验目的:验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
所需单元和部件:直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V 表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、主、副电源。
有关旋钮的初始位置:直流稳压电源打到±2V 档,F/V 表打到2V 档,差动放大器增益打到最大。
实验步骤:
(1按实验一方法将差动放大器调零后,关闭主、副电源。
(2根据图1接线,R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻;R4=Rx 为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V 档,F/V 表置20V 档。开启主、副电源,调节电桥平衡网络中的W1,使F/V 表显示为零,等待数分钟后将F/V 表置2V 档,再调电桥W1(慢慢地调,使F/V 表显示为零。
(3在传感器托盘上放上一只砝码,记下此时的电压数值,然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=△V/△W ,并作出V-W 关系曲线,△V 为电压变化率,△W 为相应的重量变化率。
重量(
电压(
g m V
(4保持放大器增益不变,将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片,形成半桥,调节电桥W1使F/V 表显示为零,重复(3过程同样测得读数,填入下表:
重量(电压(g m V
(5保持差动放大器增益不变,将R1,R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同,邻臂应变片的受力方向相反即可,否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥,调节测微头使梁到水平位置,调节电桥W1同样使F/V 表显示零。重复(3过程将读出数据填入下表:
重量(
电压(g m V
(6在同一座标上描出X-Y 曲线,比较三种接法的灵敏度。
注意事项:
(1在更换应变片时应将电源关闭。
(2在实验过程中如有发现电压表发生过载,应将电压量程扩大。
(3在本实验中只能将放大器接成差动形式,否则系统不能正常工作。
(4直流稳压电源±4V 不能打的过大,以免损坏应变片或造成严重自热效应。
(5接全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向。
实验报告
1 将半桥单臂、半桥双臂、全桥的实验电路分别画出;分别将实验数据列表表示。
2 将三组数据的输入—输出关系曲线画在同意直角坐标系中比较,说明三者之间的数量
关系。