河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院

1、河 南 建 筑 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院傳 感 器 技 術(shù) 實(shí) 訓(xùn)指導(dǎo)書實(shí) 訓(xùn) 注 意 事 項(xiàng)1、遵守實(shí)訓(xùn)室紀(jì)律，實(shí)訓(xùn)時(shí)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，注意力集中，不嬉戲，不打鬧，要注意安全。2、聽從實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師安排，按規(guī)操作。3、愛護(hù)實(shí)訓(xùn)期間所使用的工具、儀表及相關(guān)設(shè)備，要妥善保管自己實(shí)訓(xùn)所需的實(shí)驗(yàn)元件。4、注意用電安全，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)上報(bào)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)老師。5、實(shí)訓(xùn)時(shí)要認(rèn)真對照電路原理圖，遇到不明白的地方要向?qū)嵱?xùn)指導(dǎo)老師請教。6、不遲到，不早退，不缺勤。7、實(shí)訓(xùn)完畢后要收拾好實(shí)訓(xùn)器材并打掃實(shí)訓(xùn)室衛(wèi)生。8、每個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目結(jié)束后要按照實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書中的要求認(rèn)真完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告，并按時(shí)上交。 指導(dǎo)教師：張羨林 部 門：信息工程系 適用

2、專業(yè): 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 日 期： THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置 簡介一、概述THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置適應(yīng)不同類別、不同層次專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)、考核的需求，是一套多功能、全方位、綜合性、動(dòng)手型的實(shí)驗(yàn)裝置，可以與普教中的“物理”，職教、高教中的“傳感器技術(shù)”、“工業(yè)自動(dòng)化控制”、“非電測量技術(shù)與應(yīng)用”、“工程檢測技術(shù)與應(yīng)用”等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)配套。二、設(shè)備構(gòu)成實(shí)驗(yàn)臺主要由試驗(yàn)臺部分、三源板部分、處理（模塊）電路部分和數(shù)據(jù)采集通訊部分組成。1. 實(shí)驗(yàn)臺部分這部分設(shè)有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：&#

3、177;15V、+5V、±2±10V、224V可調(diào)、  數(shù)字式電壓表、頻率/轉(zhuǎn)速表、定時(shí)器以及高精度溫度調(diào)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(zhuǎn)動(dòng)源：224V直流電源驅(qū)動(dòng)。 振動(dòng)源：振動(dòng)頻率1Hz30Hz（可調(diào)）。3. 處理（模塊）電路部分 包括電橋、電壓放大器、差動(dòng)放大器、電荷放大器、電容放大器、低通濾波器、渦流變換器、相敏檢波器、移相器、溫度檢測與調(diào)理、壓力檢測與調(diào)理等共十個(gè)模塊。4. 數(shù)據(jù)采集、分析部分 為了加深對自動(dòng)檢測系統(tǒng)的認(rèn)識，本實(shí)驗(yàn)臺增設(shè)了USB數(shù)據(jù)采集卡及

4、微處理機(jī)組成的微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（含微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件）。12位A/D轉(zhuǎn)換、采樣速度達(dá)100kHz，利用該系統(tǒng)軟件，可對學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)或靜態(tài)處理和分析，并在屏幕上生成十字坐標(biāo)曲線和表格數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行求平均值、列表、作曲線圖以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存盤、打印等處理，實(shí)現(xiàn)軟件為硬件服務(wù)、軟件與硬件互動(dòng)、軟件與硬件組成系統(tǒng)的功能。更注重考慮根據(jù)不同數(shù)據(jù)設(shè)定采集的速率。詳見THSRZ軟件使用手冊。 本實(shí)驗(yàn)臺，作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，大多傳感器基本上都做成透明，以便學(xué)生有直觀的認(rèn)識，測量連接線用定制的接觸電阻極小的迭插式聯(lián)機(jī)插頭連接。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 結(jié)合本裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以完成大部分常

5、用傳感器的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用，個(gè)別涉及頻率特性測試的實(shí)驗(yàn)需要普通20MHz帶寬示波器完成。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括金屬箔應(yīng)變傳感器、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)電容、霍耳位移、霍耳轉(zhuǎn)速、磁電轉(zhuǎn)速、擴(kuò)散硅壓力傳感器、壓電傳感器、電渦流傳感器、光纖位移傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、集成溫度傳感器（AD590）、K型、E型熱電偶、PT100鉑電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共17種，三十多個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±4V電源、萬用表（自備）。三、實(shí)驗(yàn)原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到

6、電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出：Uo=KE （3-1） E為電橋電源電壓，式3-1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(jìn)一步改善。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。2差動(dòng)放大器調(diào)零，從主控臺接入±15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動(dòng)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Rw4調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）圖3-13按圖3

7、-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4加托盤后電橋調(diào)零，電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。 5在應(yīng)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(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表3-1，關(guān)閉電源。表3-1重量(g)電壓(mV)五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)記錄表3-1的實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算靈敏度L=U/W，非線性誤差f3六、思考題比較單臂、半橋、全橋測量電路的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)二 霍爾式傳感器振動(dòng)測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柦M件的應(yīng)用

8、測量振動(dòng)二、實(shí)驗(yàn)儀器：霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、振動(dòng)源、直流穩(wěn)壓電源、通信接口三、實(shí)驗(yàn)原理：這里采用直流電源激勵(lì)霍爾組件，原理參照實(shí)驗(yàn)十三四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1將霍爾傳感器按圖10-1安裝在振動(dòng)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16-12先將傳感器固定在傳感器支架的連橋板上，調(diào)節(jié)“緊定旋鈕”和“微動(dòng)升降旋鈕”使霍爾傳感器大致處于磁芯的中間位置，調(diào)節(jié)Rw1使輸出Uo為0；調(diào)節(jié)“低頻調(diào)幅”旋鈕到中間位置，調(diào)節(jié)“低頻調(diào)頻”旋鈕使低頻輸出為5Hz，將實(shí)驗(yàn)臺上的“低頻輸出”接到三源板的“激振源輸入”，使振動(dòng)梁振動(dòng)。3通過通信接口的CH1通道用上位機(jī)軟件觀測

9、其輸出波形。可調(diào)節(jié)“低頻調(diào)幅”和“低頻調(diào)頻”旋鈕，觀測振動(dòng)源在不同振幅和頻率的波形。（避免在“低頻調(diào)幅”最大的時(shí)候使振動(dòng)臺達(dá)到共振，共振頻率13Hz左右，以免損壞傳感器）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1選擇不同的中心點(diǎn)測量振動(dòng)，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(lì)霍爾組件，輸出應(yīng)是什么波形。實(shí)驗(yàn)三 壓電式傳感器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘娛絺鞲衅鳒y量振動(dòng)的原理和方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：振動(dòng)源、低頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊三、實(shí)驗(yàn)原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和壓電陶瓷片等組成（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的

10、交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1壓電傳感器已安裝在振動(dòng)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18-1接線，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻調(diào)幅到最大、低頻調(diào)頻到適當(dāng)位置，使振動(dòng)梁的振幅逐漸增大（直到共振）。3將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相檢波低通模塊低通濾波器輸入U(xiǎn)i，輸出Uo接通信接口CH1，用上位機(jī)觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。圖18-1五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1改變低頻輸出信號的頻率，記錄振動(dòng)源不同振幅下壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值。實(shí)驗(yàn)四 電渦流傳感

11、器測量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量振動(dòng)的原理與方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：電渦流傳感器、振動(dòng)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(jī)軟件）、鐵質(zhì)圓片。三、實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)電渦流傳感器動(dòng)態(tài)特性和位移特性，選擇合適的工作點(diǎn)即可測量振幅。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1將鐵質(zhì)被測體平放到振動(dòng)臺面的中心位置，根據(jù)圖21-1安裝電渦流傳感器，注意傳感器端面與被測體振動(dòng)臺面（鐵材料）之間的安裝距離即為線形區(qū)域（可利用實(shí)驗(yàn)二十中鐵材料的特性曲線找出）。2將電渦流傳感器的連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺接入+15V電源。實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆伺c通信接口的CH1相連。將振蕩器

12、的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”端，“低頻調(diào)頻”調(diào)到最小位置、“低頻調(diào)幅”調(diào)到最大位置，合上主控臺電源開關(guān)。3調(diào)節(jié)“低頻調(diào)頻”旋鈕，使振動(dòng)臺有微小振動(dòng)（不要達(dá)到共振狀態(tài)）。從上位機(jī)觀察電渦流實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出波形。（注意不要達(dá)到共振，共振時(shí)，幅度過大，振動(dòng)面可能會面?zhèn)鞲衅鹘佑|，容易損壞傳感器） 圖21-1五、思考題：1有一個(gè)振動(dòng)頻率為10KHz的被測體需要測其振動(dòng)參數(shù)，你是選用壓電式傳感器還是電渦流傳感器或認(rèn)為兩者均可？實(shí)驗(yàn)五 集成溫度傳感器的溫度特性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解常用的集成溫度傳感器（AD590）基本原理、性能與應(yīng)用。二、 實(shí)驗(yàn)儀器： 智能調(diào)節(jié)儀、PT100、AD590、溫度源

13、、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。三、 實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(dāng)于一個(gè)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(shí)，晶體管的基極-發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時(shí)的離散性、均采用了特殊的差分電路。本實(shí)驗(yàn)儀采用電流輸出型集成溫度傳感器AD590，在一定溫度下，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。因此不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干

14、擾，具有很好的線性特性。AD590的靈敏度（標(biāo)定系數(shù)）為1A/K，只需要一種4V30V電源（本實(shí)驗(yàn)儀用+5V），即可實(shí)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(shí)驗(yàn)中為傳感器調(diào)理電路單元中R2=100）即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)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、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1重復(fù)實(shí)驗(yàn)二十六，將溫度控制在500C，在另一個(gè)溫度傳感器插孔中插入集成溫度傳感器AD590。2將±15V直流穩(wěn)壓電源接至溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)電位器Rw3使直流電壓表顯示為零。

15、4拿掉短路線，按圖27-1接線，并將AD590兩端引線按插頭顏色（一端紅色，一端綠色）插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中（紅色對應(yīng)a、綠色對應(yīng)b）（a、b兩端分別標(biāo)有+、-）。 5將R6兩端接到差動(dòng)放大器的輸入U(xiǎn)i，記下模塊輸出Uo2的電壓值。6改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表。T（）Uo2（V） 表27-1五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1由表27-1記錄的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算在此范圍內(nèi)集成溫度傳感器的非線性誤差。圖27-1實(shí)驗(yàn)六 濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉂衩魝鞲衅鞯脑砑皯?yīng)用范圍。二、實(shí)驗(yàn)儀器：濕敏傳感器、濕敏座、干燥劑、棉球（自備）。三、實(shí)驗(yàn)原理：濕度是指大氣

16、中水份的含量，通常采用絕對濕度和相對濕度兩種方法表示，濕度是指單位窨體積中所含水蒸汽的含量或濃度，用符號AH表示，相對濕度是指被測氣體中的水蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸汽壓的百分比，用符號RH表示。濕度給出大氣的潮濕程度，因此它是一個(gè)無量綱的值。實(shí)驗(yàn)使用中多用相對濕度概念。濕敏傳感器種類較多，根據(jù)水分子易于吸附在固體表面滲透到固體內(nèi)部的這種特性（稱水分子親和力），濕敏傳感器可以分為水分子親和力型和非水分子親和力型，本實(shí)驗(yàn)所采用的屬水分子親和力型中的高分子材料濕敏元件。高分子電容式濕敏元件是利用元件的電容值隨濕度變化的原理。具有感濕功能的高分子聚合物，例如，乙酸丁酸纖維素和乙酸丙酸比纖維素等，做成薄膜，它們具有迅速吸濕和脫濕的能力，感濕薄膜覆在金箔電極（下電極）上，然后在感濕薄膜上再鍍一層多孔金屬膜（上電極），這樣形成的一個(gè)平行板電容器就可以通過測量電容的變化來感覺空氣濕度的變化。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)裝置如圖33-1所示，紅色接線端接+5V電源，黑色接線端接地，藍(lán)色接線端和黑色接線端分別接頻率/