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传感器实验

2009-5-7 23:22:26 5898

0 传感器实验实验 12 传感器综合实验能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应被测量转换成适于传输或测量的电信号部分。传感器是感知、获取、检测和转换信息的窗口，处于研究对象与传输处理系统的接口位置，被喻为计算机实现智能化的“五官” ，因此可以说，传感器是实现信息化时代的主要技术基础。在科学研究、民用新产品开发的各个领域，特别是在现代许多高科技应用中，传感器起着举足轻重的作用。传感器可以对声、压力、形变、转矩、转速、位移、液面、温度、加速度、光强等各种非电量转化为电测量。高精度的传感器对航空、航天、军事是不可缺少的。实验目的 1、了解传感器强大的生命力，了解它的工作原理和作用。 2、掌握某些传感器的测量方法和技术。 3、培养完成综合实验的能力。实验仪器介绍传感器综合系统如图6-12-1所示。本实验中使用的是DH—CG2000型综合传感器实验仪，是集以上各功能为一体的实验仪。仪器分为三大部分：顶面——实验台（各种传感器件）；直立面——各种激励和显示表；平台面——各单元处理电路。三大部分相互独立，彼此之间无连接，实验时根据实验内容的需要，用连接线在外部的平台部分连接。实验台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN 结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及小电机、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5 插孔、霍尔传感器的两个半圆磁钢、振动平台测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可用芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可用芯子）、扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒。显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V—±10V档位调节）、 F/V 数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV—500mV）及调零、音频振 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn荡器、低频振荡器、±10V不可调稳压电源。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。本实验仪器外配示波器可以做几十个实验。 6.12.1 相敏检波器实验所需单元及部件：相敏检波器，移相器，音频振荡器，双踪示波器，直流稳压电源，低通滤波器，F/V表，主、副电源。有关旋钮的初始位置： F/V表置20K 档；音频振荡器频率为4KHz，幅度置最小（逆时针旋到底）；直流稳压电源输出置±2V档；主、副电源关闭。实验步骤 1、了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。 2、根据图6-12-2连线，将音频振荡器的信号 0o 输出端输出至相敏检波器的输入端（1），把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端（5），把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端（1）和输出端（3）组成一个测量线路。 3、调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压峰峰值4V。观察输入和 4、改变参考电压的极性（除去直流稳压电源+2V输出端与相敏检波器的参考输入端（5）的连线，把直流稳压电源-2V 输出端接至相敏检波器的参考输入端（5）），观察输入和输出波的相位和幅度关系。当参考电压为正时，输入和输出（）相，当参考电压为负时，输入和输出（）相，此电路的放大倍数为（）倍。 5、关闭主、副电源，根据图 6-12-3 连线，将音频振荡器的信号 0o 输出端输出至相敏检波器的输入端（1），将 0o 输出端输出把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端（1）和输出端（3），将相敏检波器输出端（3）同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来组成一个测量线路（此时 F/V表置 20V档）。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn 6、开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度同时记录电压表的读数，填入表 6-12-1。 Vip-p 0.5 1 2 4 8 16 V0 7、关闭主、副电源，根据图 6-12-4 电路连线，将音频振荡器的信号 0o 输出端输出至相敏检波器的输入端（1），将 180o 输出端接至移相器的输入端，将从移相器的输出端接至相敏检波器的参考输入端（2），把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端（1）和输出端（3），将相敏检波器输出端（3）同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来组成一个测量线路。 8、开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器的显示波形及电压表的读数，使输出最大。 9、调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入表 6-12-2。 Vip-p 0.5 1 2 4 8 16 V0 思考题 1、相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？ 2、当相敏检波器的输入与开关信号相同时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的极大值？ PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn6.12.2 热敏电阻演示实验热敏电阻特性：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分为两类：PTC 热敏电阻（正温度系数）与 NTC 热敏电阻（负温度系数）。一般 NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量，而 PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。而 PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。一般NTC热敏电阻测量范围为：-50o C～+300 o C。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜等优点，并且本身阻值大，不需要考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点，一般适用于低精度的温度测量。所需单元及部件：加热器，热敏电阻，可调直流稳压电源，-15V稳压电源，F/V表，主、负电源实验步骤 1、了解热敏电阻在实验仪所在的位置及符号。 2、将F/V表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置±2V档，按图 6-12-5连线，开启主、负电源，调整W1电位器，使 F/V表指示为100mV左右。这时为室温时的 Vi。 3、将-15V电源接入加热器，观察电压表读数变化，电压表的输入电压： () IL iS T IH IL W VV R WW =· ++ 4、由此可见，当温度升高时，RT阻值（），Vi（）。 6.12.3 金属箔式应变片性能——单臂电桥金属箔式应变片在外力作用下，其阻值将明显变化。金属箔式应变片在工作区的阻值和外力成线性关系。应变片不仅可以用来测量外力，还可以测量位移、温度、振动性质等。使用中，一般将应变片粘固在金属片（金属梁）上，并使应变片作为测量臂构成非平衡电桥。当金属片（金属梁）受力时，应变片随之形变。金属片（金属梁）受力弯曲，粘固在金属片 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn上表面的应变片处于受拉状态，而粘固在金属片下表面的应变片也处于受压状态。不论 “拉” 或“压” ，应变片阻值都会发生改变，于是电桥输出不平衡的信号，通过计算分析就可以完成需要的测量。所需单元及部件：直流稳压电源，电桥，差动放大器、双孔旋臂梁称重传感器、砝码，一片应变片，F/V 表，主、负电源。有关旋钮的初始位置：直流稳压电源输出置±2V档；；差动放大增益最大。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。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正、负、极和地短接。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、副电源；调节差动放大器的增益位置，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、副电源。 3、根据图 6-12-6 连线。R1、R2、R3为电桥单元固定电阻；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，使F/V表显示为零，等待数分钟后将 F/V表置 2V档，再调节电桥 W1（慢慢调），使F/V表显示为零。 4、将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，并将这些数值填入表 6-12-3。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（g）电压（mV） Gbkf9fZj.pdf (120.59 KB, 下载次数: 26 ) 0
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