1、 1测试技术实验指导书工程与技术系二 O 一二年三月2CSY3000 型传感器与检测技术实验台说 明 书CSY3000 型传感器与检测技术实验台是本公司为适应不同类别、不同层次的专业需要，在 2000 系列传感器与检测技术实验台的基础上，增加了一些光电传感器而最新推出的模块化的新产品。CSY3000 型传感器与检测技术实验台，主要用于各大专院校、中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工业自动化控制” “非电量电测技术”等课程的教学实验。它是采用最新推出的模块化结构的产品。实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学） ，但其结构与线路是工业应用的基础
2、。希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。一、 实验台的组成CSY3000 型传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。1、主机箱：提供高稳定的15V、5V、5V、2V10V（步进可调） 、2V24V（连续可调）直流稳压电源；直流恒流源 0.6mA20mA 可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz10KHz（连续可调） ；低频信号源（低频振荡器）1Hz30Hz（连续可调） ；气压源 020KPa（可调） ；智能调节
3、仪(器)；计算机通信口；主控箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。2、振动源：振动台振动频率 1Hz30Hz 可调（谐振频率 9Hz 左右） 。3、转动源：手动控制 02400 转分；自动控制 3002200 转分。4、温度源：常温200。5、气压源 020KPa（可调） ；6、传感器：基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光
4、电转速传感器（光电断续器） 、集成温度传感器、K 型热电偶、E 型热电偶、Pt100 铂电阻、Cu50 铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白3高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个（其中二个发光源） 。增强型：基本型基础上可选配扭矩传感器、超声位移传感器、PSD 位置传感器、CCD 电荷耦合器件、光栅位移传感器、红外热释电传感器、红外夜视传感器、指纹传感器、色敏传感器。7、调理电路(实验模板)：基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相相敏检波低通滤波共十块模板。增强型还增加与
5、选配传感器配套的实验模板。8、数据采集卡及处理软件，另附。二、 电路原理实验模板电路原理已印刷在面板上(实验模板上) ，实验接线图参见下文中的具体实验内容。三、 使用方法1、开机前将电压表显示选择旋钮打到 2V 档；电流表显示选择旋钮打到 200mA 档；步进可调直流稳压电源旋钮打到2V 档；其余旋钮都打到中间位置。2、将 AC 220V 电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示 0000，表示实验台已接通电源。3、做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中） ，检查无误后方可接通
6、电源。4、合上调节仪(器)电源开关，在参数及状态设置好的情况下，调节仪的 PV 窗口显示测量值；SV 窗口显示给定值。5、合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。6、数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。四、仪器维护及故障排除1、维护 防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面损坏。 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。2、故障排除 开机后数显表都无显示，应查 AC 220V 电源有否接通；主控箱侧面 AC 220V 插4座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主控箱中主机电源。转动源不工作，则手动输入12V(024V 可调)电压，如不工作，更换转动源；如工作正
7、常，应查调节仪设置是否准确；控制输出 Vo 有无电压(将可调 24V 电源调节到电机相应的工作电压情况下)，如无电压，更换主控箱中的转速控制板。否则更换智能调节仪。 振动源不工作，检查主控箱面板上的低频振荡器有无输出(调节较大幅度后调节频率)，如无输出，更换信号板；如有输出，更换振动源的振荡线圈。 温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪设置是否准确。如都正常，则更换温度源。五、注意事项1、在实验前务必详细阅读实验指南。2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主控箱的面板和实验模板面板。3、严禁将主控箱的电源、信号源输出端与地（）短接，因短接时间长易造成
8、电路故障。4、严禁将主控箱的电源引入实验模板时接错。5、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。6、实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。7、如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。5实验一 应变片电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电
9、阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应” 。以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为 r、材料的电阻率为 时，根据电阻的定义式得（11）当导体因某种原因产生应变时，其长度 L、截面积 A 和电阻率 的变化为 dL、dA、d 相应的电阻变化为 dR。对式（11）全微分得电阻变化率 dR/R 为
10、：（12）式中：dL/L 为导体的轴向应变量 L; dr/r 为导体的横向应变量 r 由材料力学得： L=-r (13)式中： 为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为 0.30.5 左右；负号表示两者的变化方向相反。将式（13）代入式（12）得：（14）式（14）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性6能（压阻效应） 。2、应变灵敏度 它是指电阻应变片在单位应变作用下所产生的电阻的相对变化量。(1)、金属导体的应变灵敏度 K：主要取决于其几何效应；可取（15）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向
11、应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在 2 左右。(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R100kHz)输入到点，由低电平 E1 跃到高电平 E2 时，电容 CX1和CX2两端电压均由 E1 充到 E2。充电电荷一路由点经 D3 到 b 点，再对 CX1充电到 O 点(地)；另一路由由点经 C4 到 c 点，再经 D5 到 d 点对 CX2充电到 O 点。此时，D4 和 D6 由于反偏置而截止。在 t1 充电时间内，由到 c 点的电荷量为：Q1CX2(E2-E1) （21）当高频激励电压由高电平 E2 返回到低电平 E1 时，电容 CX1和 CX2均放电。CX1 经 b
12、点、D4、c 点、C4、点、L1 放电到 O 点；CX2 经 d 点、D6、L1 放电到 O 点。在 t2 放电时间内由c 点到点的电荷量为：Q2CX1(E2-E1) （22）当然， （21）式和（22）式是在 C4 电容值远远大于传感器的 CX1和 CX2电容值的前提下得到的结果。电容 C4 的充放电回路由图 22 中实线、虚线箭头所示。在一个充放电周期内（t1t2） ，由 c 点到点的电荷量为：Q2-Q1(CX1-CX2)(E2-E1)CXE （23）式中：CX1 与 CX2的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式） 。设激励电压频率 f1/T，则流过 ac 支路输出的平均电流 i
13、 为：iffCXE （24） 式中：E激励电压幅值；CX传感器的电容变化量。由（24）式可看出：f、E 一定时，输出平均电流 i 与CX 成正比，此输出平均电流 i 经电路中的电感 L2、电容 C5 滤波变为直流 I 输出，再经 Rw 转换成电压输出 Vo1I Rw。由传感器原理已知C 与X 位移成正比，所以通过测量电路的输出电压 Vo1 就可知X位移。2、 电容式位移传感器实验原理方块图如图 23图 23 电容式位移传感器实验方块图三、需用器件与单元：主机箱15V 直流稳压电源、电压表；电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。13四、实验步骤：1、按图 24 示意安装、接线。图 24 电容传
14、感器位移实验安装、接线示意图2、将实验模板上的 Rw 调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传圈)。3、将主机箱上的电压表量程切换开关打到 2V 档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示 0V ，再转动测微头(同一个方向)6 圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头 1 圈即X=0.5mm 位移读取电压表读数(这样转 12 圈读取相应的电压表读数)，将数据填入表 2(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差)。表 2 电容传感器位移实验数据X (mm)V(mV)3、 根据表 2 数据作出XV 实验曲线并截取
15、线性比较好的线段计算灵敏度 S=VX和非线性误差 及测量范围。实验完毕关闭电源开关14实验三 开关式霍尔传感器测转速实验一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。二、基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图191 所示。当被测圆盘上装上 6 只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化 6 次，开关式霍尔传感器就同频率 f 相应变化输出，再经转速表显示转速 n。图 31 开关式霍尔传感器测转速原理框图三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节 024V 直流稳压电源、+5V 直流稳压电源、电压表
16、、频率转速表；霍尔转速传感器、转动源。四、实验步骤：1、根据图 192 将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为 23。2、将主机箱中的转速调节电源 024V 旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到 20V 档)；其它接线按图 192 所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号） ；将频频 转速表的开关按到转速档。3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于 12V 范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。15图 32 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图4、从 2V 开始记录每增加 1V 相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)；画出电机的 V-(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。表 3 开关式霍尔传感器实验数据V(V)n ()五、思考题：利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么条件？
