THSRZ-1實訓指導書

1、THSRZ-1型傳感器技術實訓裝置 簡介一、概述“THSRZ-1型傳感器技術實訓裝置”是根據(jù)中華人民共和國教育行業(yè)標準電工電子類實訓基地儀器設備配備標準，教育部“振興21世紀職業(yè)教育課程改革和教材建設規(guī)劃”要求，按照職業(yè)教育的教學和實訓要求研發(fā)的產品。適合高職院校、職業(yè)學校的儀器儀表、自動控制、電子技術與機電技術等專業(yè)的實訓教學。二、設備構成實訓裝置主要由實訓臺、三源板、傳感器和變送模塊組成。1. 實訓臺部分1k10kHz  音頻信號發(fā)生器、130Hz 低頻信號發(fā)生器、四組直流穩(wěn)壓電源：±15V、+5V、±2±10V、224V可調、&

2、#160; 數(shù)字式電壓表、頻率/轉速表、定時器以及高精度溫度調節(jié)儀組成。2. 三源板部分 熱源：0220V交流電源加熱，溫度可控制在室溫120 oC，控制精度±1 oC。 轉動源：224V直流電源驅動，轉速可調在04500 rpm。 振動源：振動頻率1Hz30Hz（可調）。3. 傳感器及變送模塊部分 傳感器包含金屬應變傳感器，差動變壓器傳感器，磁電傳感器，Pt100溫度傳感器，K型熱電偶，光電開關，霍爾開關。變送模塊包括電橋、電壓放大器、差動放大器、電荷放大器、低通濾波器、相敏檢波器、移相器、溫度檢測與調理等共五個模塊。 本實訓臺，作為教學實訓儀器，傳感器基本上都采用工業(yè)應

3、用的傳感器，以便學生有直觀的認識，變送模塊上附有變送器的原理框圖，測量連接線用定制的接觸電阻極小的迭插式聯(lián)機插頭連接。三、實訓內容本裝置的實訓項目共34項，包括基本技能實訓項目25項，應用型實訓項目9項。涉及壓力、振動、位移、溫度、轉速等常見物理量的檢測。通過這些實訓項目，使學生能夠更全面的學習和掌握信號傳感、信號處理、信號轉換、的整個過程。目 錄傳感器基本技能實訓一、 金屬箔式應變片單臂電橋搭建二、 金屬箔式應變片半橋搭建三、 金屬箔式應變片全橋搭建四、 擴散硅壓阻壓力傳感器差壓測量五、 差動變壓器的性能測試六、 激勵頻率對差動變壓器特性的影響測試七、 差動變壓器零點殘余電壓補償八、 電容式

4、傳感器的位移特性測試九、 電容傳感器動態(tài)特性測試十、 直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性測試十一、 交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性測試十二、 霍爾式傳感器振動測量十三、 磁電式傳感器轉速測量十四、 壓電式傳感器振動測量十五、 電渦流傳感器的位移特性測試十六、 被測體材質、面積大小對電渦流傳感器的特性影響測試十七、 電渦流傳感器測量振動十八、 光纖傳感器的位移特性測試十九、 光纖傳感器測量振動二十、 PT100溫度控制的應用二十一、 集成溫度傳感器的溫度特性測試二十二、 鉑電阻溫度特性測試二十三、 熱電偶的冷端溫度補償二十四、 氣敏傳感器測試酒精濃度二十五、 濕敏傳感器濕度測量傳感器應用實訓二十

5、六、 直流全橋的應用電子秤定標二十七、 交流全橋的應用振動測量二十八、 差動變壓器的應用振動測量二十九、 光電轉速傳感器的應用轉速測量三十、 開關型霍爾傳感器的應用轉速測量三十一、 光纖傳感器的應用轉速測量三十二、 K型熱電偶的應用測量溫度三十三、 E型熱電偶的應用測量溫度三十四、 智能調節(jié)儀應用轉速控制傳感器基本技能實訓一 金屬箔式應變片單臂電橋搭建一、實訓目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，掌握單臂電橋的接線方法和用途。二、實訓儀器：實訓臺、應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、萬用表（自備）。三、相關原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應

6、的關系式為：R/R=K，式中R/R為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數(shù)，=l/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件，如圖1-1所示，四個金屬箔應變片分別貼在彈性體的上下兩側，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。 圖1-1 應變傳感器安裝圖圖1-2 單臂電橋接線圖通過這些應變片轉換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示R5、R6、R7為固定電阻，與應變片一起構成一個單臂電橋，其輸出電壓Uo= （1-1）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L=。四、實

7、訓內容與操作步驟1應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動放大器調零。從實訓臺接入±15V電源，檢查無誤后，合上實訓臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw3調到增益最大位置（順時針轉到底），調節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關閉實訓臺電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動）3按圖1-2連線，將應變式傳感器的其中一個應變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構成一個單臂直流電橋。4加托盤后電橋調零。電橋輸出接到差動放

8、大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，預熱五分鐘，調節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。5在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計下數(shù)顯表值，填入下表1-1，關閉電源。表11重量(g)電壓(mV)五、實訓報告根據(jù)表11計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差f1=m/yF.S ×100，式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yF·S為滿量程（200g）輸出平均值。六、注意事項加在應變傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的損壞！二 金屬箔式應變片半橋搭

9、建一、實訓目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能，掌握其接線方法。二、實訓儀器：同項目一三、相關原理：不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，如圖2-1。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當兩只應變片的阻值相同、應變數(shù)也相同時，半橋的輸出電壓為 Uo=EK/2 = （2-1）E為電橋電源電壓，式2-1表明，半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。四、實訓內容與操作步驟1應變傳感器已安裝在應變傳感器實驗模塊上，可參考圖1-1。2差動放大器調零，參考實訓項目一步驟2。3按圖2-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應變片接入電橋的鄰邊。4加托盤后電橋調零，參考實訓項目一步驟4。5在應變傳感器

10、托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計下數(shù)顯表值，填入下表，關閉電源。表2-1重量(g)電壓(mV)五、實訓報告根據(jù)表2-1的數(shù)據(jù)，計算靈敏度L=U/W，非線性誤差f2六、思考題引起半橋測量時非線性誤差的原因是什么？ 圖2-1 雙臂電橋接線圖三 金屬箔式應變片全橋搭建一、實訓目的：了解全橋測量電路的性能，掌握其接線方法。二、實訓儀器：同項目一。三、相關原理：全橋測量電路中，將受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出：Uo=KE （3-1） E為電橋電源電壓，式3-1

11、表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。四、實訓內容與操作步驟1應變傳感器已安裝在應變傳感器實驗模塊上，可參考圖1-1。2差動放大器調零，參考實訓項目一步驟2。3按圖 3-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應變片分別接入電橋的鄰邊。4加托盤后電橋調零，參考實訓項目一步驟4。 圖3-15在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計下數(shù)顯表值，填入下表3-1，關閉電源。 圖3-1 全橋電路接線圖表3-1重量(g)電壓(mV)五、實訓報告根據(jù)記錄表3-1的數(shù)據(jù)，計算靈敏度L=U/W，非線性誤差f3 四

12、 擴散硅壓阻壓力傳感器差壓測量一、實訓目的：了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理與方法。二、實訓儀器壓力傳感器模塊、溫度傳感器模塊、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源+5V、±15V。三、相關原理在具有壓阻效應的半導體材料上用擴散或離子注入法，摩托羅拉公司設計出X形硅壓力傳感器如下圖所示：在單晶硅膜片表面形成4個阻值相等的電阻條。并將它們連接成惠斯通電橋，電橋電源端和輸出端引出，用制造集成電路的方法封裝起來，制成擴散硅壓阻式壓力傳感器。擴散硅壓力傳感器的工作原理：在X形硅壓力傳感器的一個方向上加偏置電壓形成電流，當敏感芯片沒有外加壓力作用，內部電橋處于平衡狀態(tài)，當有剪切力作用時，在垂直電流方向

13、將會產生電場變化，該電場的變化引起電位變化，則在端可得到被與電流垂直方向的兩測壓力引起的輸出電壓Uo。 （4-1）式中d為元件兩端距離。實驗接線圖如圖4-2所示，MPX10有4個引出腳，1腳接地、2腳為Uo+、3腳接+5V電源、4腳為Uo-；當P1>P2時，輸出為正；P1<P2時，輸出為負。圖4-1 擴散硅壓力傳感器原理圖四、實訓內容與操作步驟1接入+5V、±15V直流穩(wěn)壓電源，模塊輸出端Vo2接控制臺上數(shù)顯直流電壓表，選擇20V檔，打開實訓臺總電源。4調節(jié)Rw2到適當位置并保持不動，用導線將差動放大器的輸入端Ui短路，然后調節(jié)Rw3使直流電壓表200mV檔顯示為零，取下

14、短路導線。5氣室1、2的兩個活塞退回到刻度“17”的小孔后，使兩個氣室的壓力相對大氣壓均為0，氣壓計指在“零”刻度處，將MPX10的輸出接到差動放大器的輸入端Ui，調節(jié)Rw1使直流電壓表200mv檔顯示為零。6保持負壓力輸入P2壓力零不變，增大正壓力輸入P1的壓力到0.01MPa，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力達到0.095Mpa；填入下表。P(kP) Uo2（V）7保持正壓力輸入P1壓力0.095Mpa不變，增大負壓力輸入P2的壓力，從0.01MPa每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力達到0.095Mpa；填入下表。P(kP) Uo2

15、（V）8保持負壓力輸入P2壓力0.095Mpa不變，減小正壓力輸入P1的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P1的壓力為0.005Mpa；填入下表。P(kP) Uo2（V）9保持負壓力輸入P1壓力0Mpa不變，減小正壓力輸入P2的壓力，每隔0.005Mpa記下模塊輸出Uo2的電壓值。直到P2的壓力為0.005Mpa；填入下表。P(kP) Uo2（V）10實驗結束后，關閉實訓臺電源，整理好實驗設備。五、實訓報告1根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，計算壓力傳感器輸入P（P1-P2）輸出Uo2曲線。計算靈敏度L=U/P，非線性誤差f。圖4-2 擴散硅壓力傳感器接線圖五 差動變壓器性能測試一、實

16、訓目的掌握差動變壓器位移測量的方法二、實訓儀器實訓臺、差動變壓器模塊、測微頭、差動變壓器、示波器（自備）三、相關原理差動變壓器由一只初級線圈和兩只次級線圈及一個鐵芯組成。鐵芯連接被測物體，移動線圈中的鐵芯，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈的感應電動勢發(fā)生變化，一只次級感應電動勢增加，另一只感應電動勢則減小，將兩只次級線圈反向串接（同名端連接）引出差動輸出。輸出的變化反映了被測物體的移動量。四、實訓內容與操作步驟1根據(jù)圖5-1將差動變壓器安裝在差動變壓器模塊上。 圖5-1 圖5-22將傳感器引線插頭插入模塊的插座中，音頻信號由振蕩器的“00”處輸出，打開主控臺電源，調節(jié)音頻信

17、號輸出的頻率和幅度（用示波器監(jiān)測），使輸出信號頻率為4-5KHz，幅度為Vp-p=2V，按圖5-2接線（1、2接音頻信號，3、4為差動變壓器輸出，接放大器輸入端）。3用示波器觀測Uo的輸出，旋動測微頭，使示波器上觀測到的波形峰峰值Vp-p為最小，這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，另一個方向位稱為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表51，再從Vp-p最小處反向位動測微頭，在操作過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關系。五、實訓報告1操作過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表61畫出Vop-p

18、X曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。表（5-1）差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表。V(mV)X(mm)六 差動變壓器零點殘余電壓補償一、實訓目的：掌握差動變壓器零點殘余電壓補償?shù)姆椒ǘ嵱杻x器：實訓臺、差動變壓器模塊、測微頭、差動變壓器、示波器（自備）三、相關理論：由于差動變壓器兩只次級線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列不均勻性，次級線圈的不均勻，不一致性，鐵芯的B-H特性非線性等，因此在鐵芯處于差動線圈中間位置時其輸出并不為零，稱其為零點殘余電壓。四、實訓內容與操作步驟1安裝好差動變壓器，利用示波器觀測并調整音頻振蕩器“00”輸出為4KHz

19、，2V峰峰值；按圖6-1接線。2模塊R1、C1、RW1、RW2為電橋單元中調平衡網(wǎng)絡。3用示波器監(jiān)測放大器輸出；4調整測微頭，使放大器輸出信號最小。5依次調整RW1、RW2，使示波器顯示的電壓輸出波形幅值降至最小。6此時示波器顯示即為零點殘余電壓的波形。7記下差動變壓器的零點殘余電壓值峰峰值（Vop-p）。（注：這時的零點殘余電壓經放大后的零點殘余電壓V零點 p-pK，K為放大倍數(shù)）。8可以看出，經過補償后的殘余電壓的波形是一不規(guī)則波形，這說明波形中有高頻成分存在。圖6-1 五、實訓報告 1分析經過補償?shù)牧泓c殘余電壓波形。 七 激勵頻率對差動變壓器特性的影響測試一、實訓目的：了解初級線圈激勵頻

20、率對差動變壓器輸出性能的影響二、實訓儀器：同實訓項目五三、相關理論：差動變壓器輸出電壓的有效值可以近似表示為： 式7-1式7-1中Lp、Rp為初級線圈的電感和損耗電阻，Ui、為激勵信號的電壓和頻率，M1、M2為初級與兩次級線圈的互感系數(shù)，由關系式可以看出，當初級線圈激勵頻率太低時，RP22LP2，則輸出電Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當2LP2RP2時輸出Uo與無關，當然過高會使線圈寄生電容增大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。四、實訓內容與操作步驟1按照實訓五安裝傳感器和接線。開啟實訓臺電源開關。2選擇音頻信號的頻率為1KHz，Vp-p=2V。（用示波器監(jiān)測）。3用上示波器觀察Uo輸出波形，移

21、動鐵芯至中間位置即輸出信號最小時的位置。固定測微頭。4旋動測微頭，向左（或右）旋到離中心位置1mm處，使Uo有較大的輸出。5分別改變激勵頻率從1KHZ9KHZ，幅值不變，頻率由頻率/轉速表監(jiān)測。將測試結果記入表71表7-1激勵頻率與輸出電壓的關系。F(Hz)1KHz2 KHz3 KHz4 KHz5 KHz6 KHz7 KHz8 KHz9 KHzV0(V)五、實訓報告1根據(jù)表7-1作出幅頻特性曲線。八 電容式傳感器的位移特性測試一、實訓目的：了解電容傳感器的結構及特點二、實訓儀器：電容傳感器、電容傳感器模塊、測微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護套三、相關原理：電容式傳感器是指能將被測物理

22、量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器它實質上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理： （8-1）式中，S為極板面積，d為極板間距離，0真空介電常數(shù)，r介質相對介電常數(shù)，由此可以看出當被測物理量使S、d或r發(fā)生變化時，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖11-1兩只平板電容器共享一個下極板，當下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導線引出，

23、形成差動電容輸出。 圖8-1四、實訓內容與操作步驟1按圖8-2將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實驗模塊插座中。圖8-2 電容傳感器安裝圖2將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。3接入±15V電源，合上主控臺電源開關，將電容傳感器調至中間位置，調節(jié)Rw，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（選擇2V檔）。（Rw確定后不能改動）4旋動測微頭推進電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表8-1X(mm) V(mV)五、實訓報告：1根據(jù)表8-1的數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。九 電容傳感器動態(tài)特性測試一、實訓目

24、的：了解電容傳感器的動態(tài)性能的測量原理與方法。二、實訓儀器：電容傳感器、電容傳感器模塊、相敏檢波模塊、振蕩器頻率/轉速表、直流穩(wěn)壓電源、振動源、示波器。三、相關原理：與電容傳感器位移特性實驗原理相同四、實訓內容與操作步驟：1將電容傳感器的安裝到振動源傳感器支架上，傳感器引線接入傳感器模塊，輸出端Uo接相敏檢波模塊低通濾波器的輸入Ui端，低通濾波器輸出Uo接示波器。調節(jié)Rw到最大位置（順時針旋到底），通過“緊定旋鈕”使電容傳感器的動極板處于中間位置，Uo輸出為0。2主控臺振蕩器“低頻輸出”接到振動臺的“激勵源”，振動頻率選“5-15Hz”之間，振動幅度初始調到零。3將實驗臺±15V的電

25、源接入實驗模塊，檢查接線無誤后，打開實驗臺電源，調節(jié)振動源激勵信號的幅度，用示波器觀察實驗模塊輸出波形。4保持振蕩器“低頻輸出”的幅度旋鈕不變，改變振動頻率（用數(shù)顯頻率計監(jiān)測），用示波器測出Uo輸出的峰-峰值。保持頻率不變，改變振蕩器“低頻輸出”的幅度，測量Uo輸出的峰-峰值。填入下表振動頻率(Hz)56789101112131415182022242630Vp-p(V)五、實訓報告：1分析差動電容傳感器測量振動的波形，作F-Vp-p曲線，找出振動源的固有頻率十 直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性測試一、實訓目的：了解霍爾傳感器的原理與應用。二、實訓儀器：霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、測微頭、直流

26、電源、數(shù)顯電壓表。三、相關原理：根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，其中KH為靈敏度系數(shù)，由霍爾材料的物理性質決定，當通過霍爾組件的電流I一定，霍爾組件在一個梯度磁場中運動時，就可以用來進行位移測量。四、實訓內容與操作步驟1將霍爾傳感器安裝到霍爾傳感器模塊上，傳感器引線接到霍爾傳感器模塊9芯航空插座。按圖10-1接線。2開啟電源，直流數(shù)顯電壓表選擇“2V”檔，將測微頭的起始位置調到“10mm”處，手動調節(jié)測微頭的位置，先使霍爾片大概在磁鋼的中間位置（數(shù)顯表大致為0），固定測微頭，再調節(jié)Rw1使數(shù)顯表顯示為零。3分別向左、右不同方向旋動測微頭，每隔0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀

27、數(shù)填入下表X（mm）U(mV) 表10-1 圖10-1 霍爾傳感器直流激勵接線圖五、實訓報告作出UX曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。十一 交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性測試一、實訓目的：了解交流激勵時霍爾傳感器的特性二、實訓儀器：霍爾傳感器模塊、移相相敏檢波模塊、霍爾傳感器、測微頭、直流電源、數(shù)顯電壓表。三、相關原理：交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。四、實訓內容與操作步驟：1將霍爾傳感器的安裝到霍爾傳感器實驗模塊上，接線如下圖。圖11-12調節(jié)振蕩器的音頻調頻和音頻調幅旋鈕，使音頻振蕩器的“00”輸出端輸出頻率為1K，Vp-p=4V的

28、正弦波（注意：峰峰值不應過大，否則燒毀霍爾組件）。3開啟電源，直流數(shù)顯電壓表選擇“2V”檔，將測微頭的起始位置調到“10mm”處，手動調節(jié)測微頭的位置，使霍爾片大概在磁鋼的中間位置（數(shù)顯表大致為0），固定測微頭，再調節(jié)Rw1，Rw2，用示波器檢測使霍爾傳感器模塊輸出Uo為一條直線。4移動測微頭，使霍爾傳感器模塊有較大輸出，調節(jié)移相器旋鈕，使檢波器輸出為一全波。4退回測微頭，使數(shù)字電壓表顯示為0，以此作為0點，每隔0.2mm記一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入下表。X（mm）U(mV) 表11-1五、實訓報告 作出UX曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。十二 霍爾式傳感器振動測量實

29、驗一、實訓目的：了解霍爾組件的應用測量振動二、實訓儀器：霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、振動源、直流穩(wěn)壓電源、通信接口三、相關原理：這里采用直流電源激勵霍爾組件，原理參照實驗十三四、實訓內容與操作1將霍爾傳感器安裝在振動臺上。傳感器引線接到霍爾傳感器模塊的9芯航空插座。按下圖接線。打開主控臺電源。 圖12-12先將傳感器固定在傳感器支架的連橋板上，調節(jié)“緊定旋鈕”和“微動升降旋鈕”使霍爾傳感器大致處于磁芯的中間位置，調節(jié)Rw1使輸出Uo為0；調節(jié)“低頻調幅”旋鈕到中間位置，調節(jié)“低頻調頻”旋鈕使低頻輸出為5Hz，將實驗臺上的“低頻輸出”接到三源板的“激振源輸入”，使振動梁振動。3通過通信接口的CH

30、1通道用上位機軟件觀測其輸出波形?？烧{節(jié)“低頻調幅”和“低頻調頻”旋鈕，觀測振動源在不同振幅和頻率的波形。（避免在“低頻調幅”最大的時候使振動臺達到共振，共振頻率13Hz左右，以免損壞傳感器）五、實訓報告1選擇不同的中心點測量振動，比較霍爾輸出波形的變化，并分析其原因2考慮用交流激勵霍爾組件，輸出應是什么波形。十三 磁電式傳感器轉速測量一、實訓目的：掌握磁電式傳感器測量轉速的方法。二、實訓儀器：實訓臺、轉動源、磁電感應傳感器三、相關原理：磁電感應式傳感器是以電磁感應原理為基礎，根據(jù)電磁感應定律，線圈兩端的感應電動勢正比于線圈所包圍的磁通對時間的變化率，即 其中W是線圈匝數(shù)，線圈所包圍的磁通量。

31、若線圈相對磁場運動速度為v或角速度w，則上式可改為e=-WBlv或者e=-WBSw，l為每匝線圈的平均長度；B線圈所在磁場的磁感應強度；S每匝線圈的平均截面積。四、實訓內容與操作步驟1按下圖安裝磁電感應式傳感器。傳感器底部距離轉動源45mm（目測），“轉動電源”接到224V直流電源輸出（注意正負極，否則燒壞電機）。磁電式傳感器的兩根輸出線接到頻率/轉速表。2調節(jié)224V電壓調節(jié)旋鈕，每間隔0.5V，記錄轉動源的轉速值，并可通過示波器觀測其輸出波形。圖13-1五、實訓報告1分析磁電式傳感器測量轉速原理。 2根據(jù)記錄的驅動電壓和轉速，作V-RPM曲線。十四 壓電式傳感器振動測量一、實訓目的：了解壓

32、電式傳感器測量振動的原理和方法。二、實訓儀器：振動源、信號源、直流穩(wěn)壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊三、相關原理：壓電式傳感器由慣性質量塊和壓電陶瓷片等組成（觀察實驗用壓電式加速度計結構）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應，壓電陶瓷產生正比于運動加速度的表面電荷。四、實訓內容與操作步驟1將壓電傳感器安裝在振動梁的圓盤上。2將振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”，并按下圖14-1接線，合上主控臺電源開關，調節(jié)低頻調幅到最大、低頻調頻到適當位置，使振動梁的振幅逐漸增大。3將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端

33、Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相檢波低通模塊低通濾波器輸入Ui，輸出Uo接示波器，觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。圖14-1五、實訓報告1改變低頻輸出信號的頻率，記錄振動源不同振動幅度下壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值。并由此得出振動系統(tǒng)的共振頻率。振動頻率(Hz)56789101112131415182022242630Vp-p(V)十五 電渦流傳感器的位移特性測試一、實訓目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、實訓儀器：電渦流傳感器、鐵圓盤、電渦流傳感器模塊、測微頭、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表、測微頭。三、相關原理：通過高頻電流的線圈產生磁場，當有導電體接近時，因導電體渦流效

34、應產生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。四、實訓內容與操作步驟1按下圖15-1安裝電渦流傳感器。 圖15-12在測微頭端部裝上鐵質金屬圓盤，作為電渦流傳感器的被測體。調節(jié)測微頭，使鐵質金屬圓盤的平面貼到電渦流傳感器的探測端，固定測微頭。圖15-23傳感器連接按圖15-2，將電渦流傳感器連接線接到模塊上標有“”的兩端，實驗范本輸出端Uo與數(shù)顯單元輸入端Ui相接。數(shù)顯表量程切換開關選擇電壓20V檔，模塊電源用連接導線從主控臺接入+15V電源。 4合上主控臺電源開關，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂⒔Y果列入下表15-1。X（mm）

35、UO(V)表15-1五、實訓報告1根據(jù)表15-1數(shù)據(jù)，畫出UX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進行正、負位移測量時的最佳工作點，并計算量程為1mm、3 mm及5mm時的靈敏度和線性度（可以用端點法或其它擬合直線）。十六 被測體材質、面積大小對電渦流傳感器的特性影響測試一、實訓目的：了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。二、實訓儀器：電渦流傳感器、鐵、銅和鋁圓盤、電渦流傳感器模塊、測微頭、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表、測微頭。三、相關原理：渦流效應與金屬導體本身的電阻率和磁導率有關，因此不同的材料就會有不同的性能。在實際應用中，由于被測體的材料、形狀和大小不同會導致被測體上渦流效應的不充分，

36、會減弱甚至不產生渦流效應，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須針對具體的被測體進行靜態(tài)特性標定。四、實訓內容與操作步驟：1安裝圖及接線圖與實訓十五相同。2重復實訓十五的步驟，將鐵質金屬圓盤分別換成銅質金屬圓盤和鋁質金屬圓盤。將實驗資料分別記入下面表16-1、16-2。表16-1 銅質被測體X（mm）V(V) 表16-2 鋁質被測體X（mm）V(V)3重復實訓十五的步驟，將被測體換成比上述金屬圓片面積更小的被測體，將實驗資料記入下表16-3。表16-3 小直徑的鋁質被測體X（mm）V(V)五、實訓報告1根據(jù)表16-1、表16-2和表16-3分別計算量程為1mm和3mm時的靈

37、敏度和非線性誤差（線性度）。十七 電渦流傳感器測量振動一、實訓目的：了解電渦流傳感器測量振動的原理與方法。二、實訓儀器：電渦流傳感器、振動源、低頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、電渦流傳感器模塊、通信接口（含上位機軟件）、鐵質圓片。三、相關原理：根據(jù)電渦流傳感器動態(tài)特性和位移特性，選擇合適的工作點即可測量振幅。四、實訓內容與操作步驟1將鐵質被測體平放到振動臺面的中心位置，根據(jù)圖17-1安裝電渦流傳感器，注意傳感器端面與被測體振動臺面（鐵材料）之間的安裝距離即為線形區(qū)域。2將電渦流傳感器的連接線接到模塊上標有“”的兩端，模塊電源用連接導線從主控臺接入+15V電源。實驗模板輸出端與通信接口的CH1相連。將振

38、蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”端，“低頻調頻”調到最小位置、“低頻調幅”調到最大位置，合上主控臺電源開關。3調節(jié)“低頻調頻”旋鈕，使振動臺有微小振動（不要達到共振狀態(tài)）。從上位機觀察電渦流實驗模塊的輸出波形。（注意不要達到共振，共振時，幅度過大，振動面可能會面?zhèn)鞲衅鹘佑|，容易損壞傳感器） 圖17-1五、實訓報告：1有一個振動頻率為10KHz的被測體需要測其振動參數(shù)，你是選用壓電式傳感器還是電渦流傳感器或認為兩者均可？十八 光纖傳感器的位移特性測試一、 實訓目的：了解反射式光纖位移傳感器的原理與應用。二、實訓儀器：光纖位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、測微頭、反射面、直流電源、數(shù)顯電壓

39、表。三、相關原理：反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖18-1所示：光纖采用型結構，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最后由光電轉換器接收，轉換器接收到的光源與反射體表面的性質及反射體到光纖探頭距離有關。當反射表面位置確定后，接收到的反射光光強隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當光纖探頭緊貼反射面時，接收器接收到的光強為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強逐漸增加，到達最大值點后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測

40、量，具有探頭小，響應速度快，測量線性化（在小位移范圍內）等優(yōu)點，可在小位移范圍內進行高速位移檢測。 圖18-1 反射式光纖位移傳感器原理 圖18-2 光纖位移傳感器安裝示意圖四、實訓內容與操作步驟1光纖傳感器的安裝如圖18-2所示，將Y型光纖安裝在光纖位移傳感器實驗模塊上。探頭對準鍍鉻反射板，調節(jié)光纖探頭端面與反射面平行，距離適中；固定測微頭。接通電源預熱數(shù)分鐘。2將測微頭起始位置調到14cm處，手動使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測微頭。3實驗模塊從主控臺接入±15V電源，合上主控臺電源。4將模塊輸出“Uo”接到直流電壓表（20V檔），仔細調節(jié)電位器Rw使電壓表顯示為零。5旋動

41、測微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔.1讀出一次輸出電壓值，填入下表18-1X（mm）Uo(V)五、實訓報告 1根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù)，確定光纖位移傳感器大致的線性范圍，并給出其靈敏度和非線性誤差。十九 光纖傳感器測量振動一、實訓目的：了解光纖傳感器動態(tài)位移性能。二、實訓儀器：光纖位移傳感器、光纖位移傳感器實驗模塊、振動源、低頻振蕩器、通信接口（含上位機軟件）。三、 相關原理：利用光纖位移傳感器的位移特性和其較高的頻率響應，用合適的測量電路即可測量振動。四、實訓內容與操作步驟1光纖位移傳感器安裝如圖19-1所示，光纖探頭對準振動平臺的反射面，并避開振動平臺中間孔。 圖19-12根據(jù)實訓十八

42、的結果，找出線性段的中點，通過調節(jié)安裝支架高度將光纖探頭與振動臺臺面的距離調整在線性段中點（大致目測）。3將光纖傳感器的另一端的兩根光纖插到光纖位移傳感器實驗模塊上（參考圖18-2），接好模塊±15V電源，模塊輸出接到通信接口CH1通道。振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”端，并把低頻調幅旋鈕打到最大位置，低頻調頻旋鈕打到最小位置。4合上主控臺電源開關，逐步調大低頻輸出的頻率，使振動平臺發(fā)生振動，注意不要調到共振頻率，以免振動梁發(fā)生共振，碰壞光纖探頭，通過通信接口CH1用上位機軟件觀察輸出波形，并記下幅值和頻率。二十 PT100溫度控制的應用一、實訓目的：了解PID智能模糊+

43、位式調節(jié)溫度控制原理。二、實訓儀器：智能調節(jié)儀、PT100、溫度源。三、相關原理：位式調節(jié)位式調節(jié)（ON/OFF）是一種簡單的調節(jié)方式，常用于一些對控制精度不高的場合作溫度控制，或用于報警。位式調節(jié)儀表用于溫度控制時，通常利用儀表內部的繼電器控制外部的中間繼電器再控制一個交流接觸器來控制電熱絲的通斷達到控制溫度的目的。PID智能模糊調節(jié)PID智能溫度調節(jié)器采用人工智能調節(jié)方式，是采用模糊規(guī)則進行PID調節(jié)的一種先進的新型人工智能算法，能實現(xiàn)高精度控制，先進的自整定（AT）功能使得無需設置控制參數(shù)。在誤差大時，運用模糊算法進行調節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當誤差趨小時，采用PID算法進行調節(jié)，

44、并能在調節(jié)中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化，具有無超調、高精度、參數(shù)確定簡單等特點。溫度控制基本原理由于溫度具有滯后性，加熱源為一滯后時間較長的系統(tǒng)。本實驗儀采用PID智能模糊+位式雙重調節(jié)控制溫度。用報警方式控制風扇開啟與關閉，使加熱源在盡可能短的時間內控制在某一溫度值上，并能在實驗結束后通過參數(shù)設置將加熱源溫度快速冷卻下來，可節(jié)約實驗時間。當溫度源的溫度發(fā)生變化時，溫度源中的熱電阻Pt100的阻值發(fā)生變化，將電阻變化量作為溫度的反饋信號輸給PID智能溫度調節(jié)器，經調節(jié)器的電阻-電壓轉換后與溫度設定值比較再進行數(shù)字PID運算輸出可控硅觸發(fā)信號（加熱）和繼電器觸發(fā)信號（冷卻），

45、使溫度源的溫度趨近溫度設定值。PID智能溫度控制原理框圖如圖20-1所示。圖20-1 PID智能溫度控制原理框圖四、 實訓內容與操作步驟1在控制臺上的“智能調節(jié)儀”單元中“控制對象”選擇“溫度”，并按圖20-2接線。 2將224V輸出調節(jié)調到最大位置，打開調節(jié)儀電源。3按住3秒以下，進入智能調節(jié)儀A菜單，儀表靠上的窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設置的設定值。當LOCK等于0或1時使能，設置溫度的設定值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的設定值。否則提示“”表示已加鎖。再按3秒以下，回到初始狀態(tài)。4按住3秒以上，進入智能調節(jié)儀B菜單，靠上窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設置的上限偏差報警值

46、。按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的上限報警值。上限報警時儀表右上“AL1”指示燈亮。（參考值0.5）5繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“”，靠下窗口顯示待設置的自整定開關，按、設置，“0”自整定關，“1”自整定開，開時儀表右上“AT”指示燈亮。6繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“dP”，靠下窗口顯示待設置的儀表小數(shù)點位數(shù)，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的比例參數(shù)值。（參考值1）7繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“P”，靠下窗口顯示待設置的比例參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的比例參數(shù)值。8繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“I”，靠下窗口顯示待設置的積分參

47、數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的積分參數(shù)值。9繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“d”，靠下窗口顯示待設置的微分參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的微分參數(shù)值。10、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“T”，靠下窗口顯示待設置的輸出周期參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的輸出周期參數(shù)值。11、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“SC”，靠下窗口顯示待設置的測量顯示誤差休正參數(shù)值，按“”可改變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的測量顯示誤差休正參數(shù)值。（參考值0）12、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“UP”，靠下窗口顯示待設置的功率限制參數(shù)值，按“”可改

48、變小數(shù)點位置，按或鍵可修改靠下窗口的功率限制參數(shù)值。（參考值100%）13、繼續(xù)按鍵3秒以下，靠上窗口顯示“LCK”，靠下窗口顯示待設置的鎖定開關，按或鍵可修改靠下窗口的鎖定開關狀態(tài)值，“0”允許A、B菜單，“1”只允許A菜單，“2”禁止所有菜單。繼續(xù)按鍵3秒以下，回到初始狀態(tài)。14、設置不同的溫度設定值，并根據(jù)控制理論來修改不同的P、1、D、T參數(shù)，觀察溫度控制的效果。五、實訓報告1簡述溫度控制原理并畫出其原理框圖。二十一 集成溫度傳感器的溫度特性測試一、 實訓目的： 了解常用的集成溫度傳感器（AD590）基本原理、性能與應用。二、 實訓儀器： 智能調節(jié)儀、PT100、AD590、溫度源、溫

49、度傳感器實驗模塊。三、 相關原理： 集成溫度傳感器AD590是把溫敏器件、偏置電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。其特點是使用方便、外圍電路簡單、性能穩(wěn)定可靠；不足的是測溫范圍較小、使用環(huán)境有一定的限制。AD590能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，在一定溫度下，相當于一個恒流源，一般用于50150之間溫度測量。溫敏晶體管的集電極電流恒定時，晶體管的基極-發(fā)射極電壓與溫度成線性關系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產時的離散性、均采用了特殊的差分電路。本實驗儀采用電流輸出型集成溫度傳感器AD590，在一定溫度下，相當于一個恒流源。因此不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，具有很好的線性特性。AD590的靈敏度（標定系數(shù)）為1A/K，只需要一種4V30V電源（本實驗儀用+5V），即可實現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為傳感器調理電路單元中R2=100）即可實現(xiàn)電流到電壓的轉換，使用十分方便。電流輸出型比電壓輸出型的測量精度更高。四