《自动检测技术实验指导书》(老设备)

传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第1页共25页传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第2页共25页目录[实验一]单臂电桥性能实验[实验二]半桥性能实验[实验三]全桥性能实验[实验四]电容式传感器的位移特性实验[实验五]直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验[实验六]电涡流传感器的位移特性实验[实验七]被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验[实验八]光纤传感器的位移特性实验[实验九]集成温度传感AD590温度特性实验[实验十]铂电阻温度特性实验[实验十一]铜电阻温度特性实验[实验十二]K型热电偶测温实验[实验十三]E型热电偶测温实验传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第3页共25页[实验一]单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。二、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。三、实验步骤1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=1K，加热丝阻值为25Ω。2、接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块±15V电源（从实验台可用快捷插座一次接入），检查无误后，合上实验台电源开关，实验模块±15V指示灯应亮，将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块增益电位器调节大致在W335左右、W4100（这时增益在100左右）位置，再进行差动放大器调零，将仪器放大器的正（Vin+）、负（Vin-）输入端与地短接，可用屏蔽线直接把输入端和调“O”端连接，V02输出端与实验台面板上数显表外接输入端量程为0-2V，调节实验模板上调零电位器W5和W6，使数显表显示为零,关闭实验台电源。传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第4页共25页3、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的其中一个应变片R1、R2、R3、R4（即1号实验模块下方的R1）接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块直流电桥作为一个桥臂与R14、R15、R16接成直流电桥（R14、R15、R16、在14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块内已连接好），接上桥路A、B两端电源电压±2V（从实验台±2V引入或14号模块板上引入）。检查接线无误后，合上实验台电源开关。重新微量调节14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块W5、W6，使数显表显示为零，（注意：当W3、W4、W5、W6的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止）具体见图1-1。4、在秤盘上放一只20g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砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）5、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。6、根据表1-1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量)和非线性误差：δ＝Δm/yF·S×100%式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。四、思考题单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。[实验二]半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、实验原理不同受力方向的两只应变片如图1-1中R1和R2或老R3和R4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U02＝EKε/2。三、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。四、实验步骤1、传感器安装、调试同实验1.3.1.3，14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块差动放大器调零。具体线路见图1-2。2、R1、R2为1号金属箔式应变片传感器实验模块上方的应变片为半桥，注意R2应和R1受力状态相反。R3传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第5页共25页和R4为另一组组成的另外半桥。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。1号金属箔式应变片传感器实验模块R1、R2作电桥的一半与14号实验模块R14、R15组成完整的直流电桥，然后在直流电桥A、B端接±2V直流电源C、D端，接入1号仪器放大器Vin+、Vin-输入端再重新调为“0”，调W5、W6使数显表为“0”。将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S2＝ΔU/ΔW,非线性误差δf2。3、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。表1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、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。传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第6页共25页[实验三]全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4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。三、所需器件及模块1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码20只、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤1、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的K1置于ON开的位置，R1、R2、R3、R4各作电桥的邻边，组成一个完整直流电桥。R1头和R3头连接并接电源+2V，R2尾与R4尾已相连接电源-2V。JK1用φ3.5插头屏蔽线与14号模块输入端连接。（见图1-3）2、将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块接上电源±15V，其差动放大输出端V02接数显表0-2V输入端，调节W5、W6使数显表为0.000V，W3、W4为增益调节电位器，保持和实验一、二相同增益，故不能调节。3、放一个20g砝码记录实验结果填入表1-3中，直至10枚砝码放完。然后进行灵敏度和非线性误差计算。传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第7页共25页4、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。表1-3重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、思考题1、全桥测量中，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，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。应变片传感器受接时传感器圆周面展开图传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第8页共25页[实验四]电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二、所需器件及模块4号电容式传感器实验模块、测微头、0-20V数显表、直流稳压源。三、实验步骤1、接入+15V、-15V电源或用快捷插座一次接入。2、按图4-1安装接好线，把测微头安装在测微头支架上，旋钮测微头使电容动片基本居中。3、将电容传感器实验模板的输出端OUT与数显表单元V+相接，W1调节数显表为零。4、旋动测微头推进向上或向下电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。表4-1电容传感器位移与输出电压值X（mm）0.20.40.60.811.21.41.61.82V（mv）5、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。电容式传感器的位移特性实验图4-1传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第9页共25页6、根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。四、思考题试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？[实验五]直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器原理与应用二、所需器件及模块5号霍尔式传感器实验模块、直流源±2V或±4V、测微头、0-2V数显单元。三、实验步骤1、将5号霍尔式传感器实验模块接上±15V电源或快捷插座与实验台连接。霍尔元件1、3为电源±4V，2、4为输出。（见图5-1）K1、K2选择在直流位置。2、开启电源，调节测微头使霍尔片在离霍尔元件10mm处，再调节W3、W4使数显表指示为零。3、测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。表5-1X（mm）V01（mv）传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第10页共25页作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。4、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。四、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？[实验六]电涡流传感器的位移特性实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、所需器件及模块7号电涡流传感器实验模板、直流电源、30-2V数显单元、测微头、铁圆片。三、实验步骤1、根据图7-1安装电涡流传感器。2、观察传感器结构，这是一个平绕的线圈。3、将电涡流传感器输出线已接入实验模板上标有TP1字的一端，另一端接地，作为振荡器的一个元件。4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5、将实验模板输出端V02与3数显表输入红端V+相接，V-端接地，数显表量程切换开关选择电压1212传感器与自动检测技术实验指导书红河学院工学院自动化系第11页共25页20V档。6、7号模块的±15V接入实验台±15V。7、测微头与传感器线圈端接触，开启实验台电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表7-1。表7-1电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0V02（mV）8、如果采用计算机采集数据，需把数显表0-2V换成0-20000mV数据采集输入。计算机RS232口接实验台面板RS232输出口，再参照本说明书软件说明部分操作。9、根据表7-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。四、思考题1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。[实验七]被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验一、实验目的了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二、实验原理涡流