自动化传感器实验汇总2011

应变片单臂电桥性能实验电容式传感器的位移特性实验直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验霍尔测速实验/磁电式转速传感器测速实验压阻式压力传感器的压力测量实验传感器为灵敏器件，注意爱护，损坏需赔偿，每次实验完成后需整理好实验台，放好实验设备，等待老师检查后方可离开！实验台上共分有气源模块（压力表），电源输入(2-24V)输出模块（电压表），转速/频率表等单元，电源模块中的黑色端口统一为GND端，且内部已经接好，如需要，任选其一。实验一应变片单臂电桥性能实验2011-10-2910个学时一、实验目的1.掌握应变片的布片及接桥方法；2.了解金属箔式应变片单臂桥的工作原理和测量电路。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为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε＝ΔL/L为电阻丝长度的相对变化。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元件，通过它转换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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压Uo1＝UiKε/4。三、需用器件与单元主机箱(±2V~±10V步进可调直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表数显单元)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。实验模块上的R1，R2，R3，R4为应变片已装入传感模块的桥梁比上，R5，R6，R7为固定电阻，各为350欧姆。四、实验步骤：1.实验模板中的差动放大器调零：按图1-1示意接线，将差动运放的两个输入端对地短接，输出接实验台的电压表的VI端。给实验模块供电（±15V及GND）。将主机箱的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主机电源开关。调节实验模块中放大器的增益电位器RW3到中间位置（先逆时针轻轻转到底，再顺时针回转2圈半，共约5圈）后，放上托盘，再调节实验模板放大器的调零电位器RW4,使实验台的电压表显示零。调好后，关闭主电源，拔出调零实验线。并保持RW3，RW4位置不变。图1-1差动放大电路调零2.应变片单臂电桥实验：根据图1-2安装接线，并将实验台上“电压选择处”的±2V~±10V可调电源调到±4V档位，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节桥路平衡电位器RW1,使主机箱电压表显示为0；在托盘上依次放入砝码（每个重20g，尽量放在中心位置），并读取相应的电压值，记下实验数据填入表1。图1-2单臂电桥实验接线表1应变片单臂电桥实验数据表重量（g）20406080100120140160180200电压（mv)3.实验要求根据表1记录的实验数据，画出加载实验曲线，计算应变片单臂测量电桥输出电压的灵敏度S＝ΔU/Δg（ΔU输出电压变化量，Δg重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S×100％，式中Δm为输出值（多次测量时的平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S满量程输出量（平均值）。实验完毕，关闭电源。ab段为实际曲线，虚线为拟合曲线，A为最大偏差，y0为满量程输出。线性误差：五、注意事项1.实验前应检查实验接线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线；2.接插线插入插孔时轻轻的做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时应轻轻把反方向转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂；3.认真检查实验接线，确认接线无误并经指导教师检查后才能启动仪器电源，仪器内部稳压电源（±2V、±4V、±6V、±8V、±10V、±15V）不能对地短路。4.接入半桥和全桥的应变片须注意其受力方向，使其接成差动式（一个压，一个拉）。六、思考题1.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。2.半桥测量时，二片不同受力状态的应变片接入电桥时应放在（1）对边、（2）邻边，为什么？3.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。4.比较单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较，阐述理由。半桥及全桥实验连线的差动调零部分同于单臂桥。其他部分，参见下图。实验十四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、基本原理：把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器。利用平板电容dAC/和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以测谷物干燥度（变）、测微小位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积，d为两电极之间的距离。d、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模块、螺旋测微器、数显单元、直流稳压源。螺旋测微器的精度：螺旋测微器是利用将直线距离转化为角位移的原理制成的.主尺上的固定刻度的最小分度值为0.5mm，螺旋尺的可动刻度共有50个分度，当可动刻度尺旋转一周时，它在主尺上前进或后退一个刻度0.5mm，则可动刻度每转过一个分格时，前进或后退0.01mm，所以它测量的长度可达到精度为0.01mm.四、实验步骤：1、将电容传感器连线一端接到传感器上；一端接入实验模块左下角插孔，注意安装方向，取出时需先按下卡扣，方可拔出。2、将传感器固定在实验模块上方的卡座上，装入测微头（千分尺），测微头初始刻度调到10左右。3、将实验模块的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置，实验模块接入±15V电源。4、接通主电源，通过推拉传感器上的端子（结合旋转测微头），使得电压表为0，并固定测微头。旋转测微头推进电容传感器动极板位置，每隔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）V（mv）5、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f。五、思考题：试设计利用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？实验十六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、基本原理：霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件，当霍尔元件位于由两个环形磁钢组成的梯度磁场中时就成了霍尔位移传感器。接主控箱电源输出接主控箱数显表Vi地图4-1电容传感器位移实验接线图霍尔元件通以恒定电流时，就有霍尔电势输出，霍尔电势的大小正比与磁场强度（磁场位置），当所处的磁场方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。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，它就可以进行位移测量。三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源±4V、±15V、测微头、数显单元。四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模块的连接按图5-2进行。1、3为电源±4V，2、4为输出。2、开启电源，调节测微头，使霍尔片处于两磁钢的中间位置，并固定测微头，再调节Rw1使数显表指示为零。3、旋转测微头沿轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近主控箱数显表3124图5-2霍尔传感器位移直流激励接线图1234连线插座编号1、3为电源线2、4为信号输出Vi图5-1霍尔传感器安装示意图霍尔元件模块测量架测微头磁钢似不变，将读数填入表5-1。表5-1X（mm）V（mv）画出V-X曲线，计算在不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。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？实验二十霍尔测速实验*一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理：利用霍尔效应表达式UH=KHIB，当被测圆盘上装上N个磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，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。霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。三、需用器件与单元：霍尔转速传感器、转速调节电源2-24V（实验台）、转动单元、数显单元的转速显示部分。四、实验步骤：1、根据图5-4安装，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，蓝色探头对准磁钢，与磁钢之间的间隙大约位2-3mm。测量模式调为手动。电机电机转盘平台图5-4霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图霍尔、光电工作平台支架2~3mm2、连线部分：将霍尔转速传感器输出端的红（+）接实验平台的+5V，黑（┴）接地。3、将霍尔转速传感器输出端（蓝）插入数显单元Fin端。4、将转速振动单元的2-24V输入电源引到实验平台的2-24V插孔（红正黑地）。并将实验平台电源调整旋钮指示调到最左端（电压最小处），以免电压过高。5、将频率/转速表数显单元上的开关拨到转速档，此时数显表显示转速。6、将实验平台2-24v电源正端连接到实验平台的电压表输入端vi处，显示当前电压值。7、合上主控箱电源开关，在小于16v范围内（电压表监测），缓慢调节实验平台的2-24v电压值，使转盘转动速度变化，观察数显表转速显示值。8、从2v开始记录每增加1v相应电机转速的数据，画出v-n（电机电压与转速的特性曲线）。电机电源（V）2V3V4V5V6V7V8V10V12V14V16V转速（转/分）9、实验完毕，拆线，关电源。五、思考题：1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？实验二十一磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式传感器测量转速的原理。二、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：dtdNe发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。三、需用器件与单元：磁电传感器、数显单元测转速档、转速调节2-24V，转动源模块。四、实验步骤：1、根据图5-4安装磁电式转速传感器到支架上，传感器端面对准磁钢，与磁钢之间的间隙大约位2-3mm。2、将磁电式传感器输出端（红）接入实验平台频率/转速数显单元Fin端，（黑）接地。4、（以下接线同霍尔传感器接线方式）将转速调节单元中的2-24V转速电源引到实验平台的2-24V插孔（红正黑地）。并将实验平台电源调整旋钮指示调到最左端（电压最小处），以免电压过高。5、将频率/转速表数显单元上的开关拨到转速档，此时数显表显示转速。6、将实验平台2-24v电源正端连接到实验平台的电压表输入端vi处，显示当前电压值。7、合上主控箱电源开关，在小于16v范围内（电压表监测），缓慢调节实验平台的2-24v电压值，使转盘转动速度变化，观察数显表转速显示值。8、从2v开始记录每增加1v相应电机转速的数据，画出v-n（电机电压与转速的特性曲线）。电机电源（V）2V3V4V5V6V7V8V10V12V14V16V转速（转/分）9、实验完毕，拆线，关电源。五、思考题：为什么说磁电式转速传感器不能测低速的转动，能说明理由吗？实验八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、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，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元：压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模块、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。四、实验步骤：1、根据图2-1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。将硬管一端插入主控板上的气源快速插座