传感器与检测技术实验指导书98227692.doc

1、传感器与检测技术实验指导书南京邮电大学自动化学院2007 年 7 月目录实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 1实验二金属箔式应变片半桥性能实验 2实验三金属箔式应变片全桥性能实验 3实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 4实验五金属箔式应变片全桥温度影响实验 5实验六直流全桥的应用 电子秤实验 5实验七交流全桥的应用 振动测量实验 6实验八压阻式压力传感器压力测量实验 8实验九扩散硅压阻式压力传感器差压测量*9实验十差动变压器的性能实验 9实验十一激励频率对差动变压器特性的影响 11实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验 12实验十三差动变压器的应用 振动测量实验 13实验十四电容式

2、传感器的位移实验 14实验十五电容式传感器的动态特性实验 15实验十六直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验 16实验十七交流激励时霍尔式位移传感器特性实验 17实验十八霍尔位移传感器振动测量 18实验十九霍尔式位移传感器的应用电子秤实验 19实验二十霍尔转速传感器测速实验 19实验二十一磁电式转速传感器测速实验 20实验二十二用磁电式传感器测量振动实验*20实验二十三压电式传感器振动测量实验 21实验二十四电涡流传感器位移实验 21实验二十五被测体材质对电涡流传感器特性影响实验 23实验二十六被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 23实验二十七电涡流传感器测量振动实验 24实验二十八电

3、涡流传感器的应用电子秤实验 25实验二十九电涡流转速传感器*25实验三十光纤位移传感器（半圆分部）的特性实验 25实验三十一光纤传感器测量振动实验 27实验三十二光纤传感器测量转速实验 27实验三十三光电转速传感器的转速测量实验 28实验三十四利用光电传感器测转速的其它方案*28实验三十五热电偶测温性能实验 28实验三十六热电偶冷端温度补偿实验 29实验三十七热电阻测温特性实验 30实验三十八集成温度传感器温度特性实验 31实验三十九气体流量的测定实验*32实验四十气敏（酒精）传感器气体浓度测量实验 33实验四十一湿度传感器湿度测量实验 34实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：

4、了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。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：R/R=K式中 R/R 为电阻丝的电阻相对变化值，K 为应变灵敏系数， =l/l 为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压 U0=EK（E 为供桥电压） ，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EK/4。 （E 为供桥电压） 。三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约 20g） 、数显表

5、、15V 电源、4V 电源、万用表(自备) 。四、实验步骤：1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的 R1、R2、R3、R4 标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，加热丝阻值约为 50 左右。图 1-1 应变式传感器安装示意图2、实验模板差动放大器调零，方法为:接入模板电源15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器 Rw3 顺时针调节到大致中间位置，将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端 Vi 相连，调节实验模板上调零电位器 RW4

6、，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到 2V 档)，完毕关闭主控箱电源。3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片 R1(即模板左上方的 R1)接入电桥作为一个桥臂，它与 R5、R6 、R7 接成直流电桥(R5、R6、R7 在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器 Rw1，接上桥路电源4V( 从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节 Rw1，再细调 RW4 使数显表显示为零。图 1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表（1-1） 。表 1-1：单臂测量时，

7、输出电压与负载重量的关系：重量（g）电压(mv)5、根据表（1-1）计算系统灵敏度 S：S=V/W(V 为输出电压平均变化量；W重量变化量)，计算非线性误差： f1=m/yF S100%，式中 m 为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yFS 为满量程时电压输出平均值。五、思考题：单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(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 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二、基本原理：不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善

8、。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02=EK/2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。三、器件与单元：同实验一。四、实验步骤：1、保持实验（一）的各旋钮位置不变。2、根据图 1-3 接线，R1、R2 为实验模板左上方的应变片，注意 R2 应和 R1 受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压) 的电阻应变片。接入桥路电源4V ，先粗调 Rw1，再细调 Rw4，使数显表指示为零。注意保持增益不变。3、同实验一（4）步骤，将实验数据记入表（1）-2，计算灵敏度 S=V/W，非线性误差 f2。若实验时数值变化很小或不变化，说明 R2 与 R1 为受力状态相同的

9、两片应变片，应更换其中一片应变片。图 1-3 应变式传感器半桥实验接线图表 1-2，半桥测量时，输出电压与负载重量的关系重量（g）电压(mv)五、思考题：1、 半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？2、 桥路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误差？ (2)应变片应变效应是非线性的？(3)零点偏移？实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、基本原理：全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是 R1= R2= R3=R4，当其变化值R1=R2

10、=R3= R4 时，桥路输出电压 U03=KE，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。三、器件和单元：同实验一。四、实验步骤：1、保持实验（二）的各旋钮位置不变。 。2、根据图 1-4 接线，将 R1、R2、R3 、R4 应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮 Rw1，并细调 Rw4 使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。将实验结果填入表 1-3；进行灵敏度和非线性误差计算。图 1-4 全桥性能实验接线图表 1-3，全桥测量时,输出电压与负载重量的关系重量（g）电压(mv)六、思考题：1、 全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即 R1= R3, R

11、2= R4,而 R1R2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。图 1-5 应变式传感器受拉时传感器圆平面展开图实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性误差，得出相应的结论。二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性误差，从理论上进行分析比较，阐述理由。(注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同)。实验五 金属箔式应变片全桥温度影响实验一、实验目的：了解温度对应变片测试系统的

12、影响。二、基本原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面:敏感栅丝电阻温度系敏感丝的线膨胀系数与弹性体的线膨胀系数不一致。因此当温度变化时，在被测体受力状态及大小不变时，输出电压会有一定的变化。三、器件与单元：应变传感器实验模板、数显表单元、直流源、加热器(已贴在应变片底部)四、实验步骤：1、保持实验三实验结果。2、将 200g 砝码加于砝码盘上，在数显表上读取某一数值 U01。3、将主控箱上+5V 直流稳压电源接于实验模板的加热器插孔，数分钟后待数显电压表显示基本稳定后，记下读数 Uot，Uot-Uo1 即为温度变化对全桥测量的影响。计算这一温度变化产生的相对误差。五、思考题：1、 金属箔

13、式应变片温度影响有哪些消除方法？2、 应变式传感器可否用于测量温度？实验六 直流全桥的应用电子秤实验一、实验目的：了解应变片直流全桥的应用及电路标定。二、基本原理：电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、15V 电源、4V电源。四、实验步骤：1、按图 1-4 全桥接线，电压表置 2V 档，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡电位器Rw1，并细调 Rw4 使数显表显示 0.00V。2、将 10 只砝码全部置于传感器的托盘上，调节增益电位器 Rw

14、3(即满量程调整) ，使数显表显示为 0.200V 或-0.200V。3、拿去所有砝码,再次调零。4、重复 2、3 步骤的标定过程，一直到满量程显示 0.200V，空载时显示 0.000V 为止，把电压量纲 V 改为重量量纲 g，即成为一台原始的电子秤。5、把砝码依次放在托盘上，将相应的电压表数值填入下表：重量（g）电压(mv)6、根据上表计算非线性差值。7、分析误差来源，比较一下这个实验结果与实验三结果有什么不同点？8、在托盘上放上一未知重量的物体（2L2P，则输出电压 U0 受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2L2P Rp2 时输出 U0 与 无关，当然 过高会使线圈寄生电容增大，对

15、性能稳定不利。三、器件与单元：与实验十相同。四、实验步骤：1、差动变压器安装及接线参考实验十。2、选择音频信号输出频率为 1KHz，幅度调节在 25Vp-p 内，从 LV 端输出，移动传感器铁芯至中间位置（即输出信号最小时的位置） 。3、旋动测微头，每间隔 0.2mm 在示波器第二通道上读取信号电压的 Vp-p 值，填入表（3-2） 。4、保持输入信号幅度不变，分别改变激励频率为 3KHz、5KHz 、7KHz、9KHz 重复实验步骤，将结果记入表（3-2 ）表 3-2：不同激励频率时输出电压( 峰-峰值) 与位移 X 的关系。作出每一频率时的 Vp-p-X 曲线，并计算其灵敏度 S，并作出灵

16、敏度与不同激励频率的关系曲线。实验十二 差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的：了解差动变压器零点残余电压的补偿方法。二、基本原理：由于受到差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称、线圈的排列不均匀、不一致、铁芯 B-H 特性的非线性等因素的影响，因此在铁芯处于差动变压器线圈中间位置时，实际输出电压并不为零。这个电压称为零点残余电压。三、器件与单元：音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。四、实验步骤：1、按图 3-1 安装好差动变压器并按图 3-3 接线，音频信号源从 Lv 插口输出，实验模板 R1、C1 、Rw1 、Rw2 为电桥平衡网络。图 3-3 零点残余电压补偿

17、电路2、利用示波器调整音频振荡器输出幅度为 2V5V 峰- 峰值，频率为 4-5KHz 之间。3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。4、依次调整 Rw1、Rw2，使输出电压降至最小。5、将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与第一通道激励电压相比较。6、从示波器上观察并记录下，差动变压器的零点残余电压值。(注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压)。7、拆去 R1、C1 与电路的联线观察并记录下示波器的信号值，比较一下与上述（ 6）的结果有什么不同？五、思考题：1、 请分析经过补偿后的零点残余电压波形。2、 本实验也可用图 3-4 所示线路，请分析原理。图 3-4 零点

18、残余电压补偿电路之二实验十三 差动变压器的应用振动测量实验一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。二、基本原理：与测量位移的原理相同。三、器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、差动变压器实验模板、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、示波器、直流稳压电源，振动源(2000 型) 或振动测量控制仪（9000 型） 。四、实验步骤：1、将差动变压器按图 3-5 安装在振动台上，并用手按压振动台，不能使差动变压器的活动杆有卡死的现象，否则必须调整安装位置。图 3-5 差动变压器振动测量安装图2、按图 3-6 接线，并按以下步骤操作： (1)检查接线无误后，合上主控箱电源开关，用示波器观察音频振荡器

19、Lv 端的 Vp-p 值，调整音频振荡器幅度旋钮使 Vp-p=4V,频率调整在 5KHz。(2)用示波器观察相敏检波器的输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小。(3)仔细调节 Rw1 和 Rw2 使示波器( 相敏检波输出)显示的波形幅值更小，基本为零。 (4)用手按住振动平台(让传感器产生一个大位移)仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波的整流波形。(5)松手后，整流波形消失变为一条接近零点的直线 (否则再调节 Rw1和 Rw2)。 （6）将低频振荡器信号接入振动源的输入端，调节振动幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振动较为明显，用示波器观察放大器、

20、相敏检波器及低通滤波器的输出端波形。图 3-6 差动变压器振动测量实验接线图3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（3Hz20Hz） ，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入表（3-3 ）：表 3-3F(Hz) 3 4 5 6 7 25 8 10 12 20Vp-p(V)4、根据实验结果作出振动梁的幅频特性曲线，指出梁的自振频率范围值，并与实验九用应变片测出的结果相比较。5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，可得到梁的振动振幅值大小。注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。五、思考题：1、 利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限

21、制？2、 如需确定梁的振动位移量（y） ，还要增加哪一项实验？参考图 3-6，接入数显电压表，完成该项实验。3、 用差动变压器测量较高频率的振幅，例如 1KHz 的振动幅度，可以吗？差变压器测量频率的上限受到什么影响？实验十四 电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器的结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容 C=A/d 的关系,在 （介电常数） 、A（极板面积） 、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：变 的湿度电容传感器。变 d 的电容

22、式压力传感器。变 A 的电容式位移传感器。本实验采用第种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。图 4-1 电容传感器位移实验接线图三、器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/ 滤波模板、数显单元、直流稳压电源。四、实验步骤：1、按图 3-1 将电容传感器装于电容传感器实验模板上。2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图 4-1。3、将电容传感器实验模板的输出端 V01 与数显电压表 Vi 相接，电压表量程置 2V 档，Rw 调节到中间位置。4、接入15V 电源，将测微头旋至 10mm 处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表

23、指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm 记下输出电压值(V)，填入表 4-1。将测微头回到 10mm 处，反向旋动测微头，重复实验过程。表 4-1 电容式传感器位移与输出电压的关系X(mm) - 20mm +V(mv) 最小5、根据表 4-1 数据计算电容传感器的灵敏度 S 和非线性误差 f，分析误差来源。五、思考题：试设计一个利用 的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验十五 电容式传感器的动态特性实验一、实验目的：了解电容式传感器的动态性能及测量原理与方法。二、基本原理：利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量

24、。三、器件与单元：电容式传感器、电容传感器实验模板、低通滤波模板、数显单元、直流稳压电源、双线示波器，振动台（2000 型）或振动测量控制仪（9000 型） 。四、实验步骤：1、按图 3-5 安装传感器，并按图 4-1 接线。实验模板输出端 V01 接低通滤波器输入端、低通滤波器输出端。接示波器一个通道（示波器轴为 20ms/div、Y 轴示输出大小而变） 。调节传感器连接支架高度，使01 输出在零点附近。2、将低频信号接入振动源，振动频率选 612Hz 之间，幅度旋钮置最小。3、将15V 电源接到实验模板上，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。4、

25、保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，从示波器上读出传感器实验模板输出电压01 峰峰值。5、作出幅频特性曲线，考虑一下这条曲线是传感器的特性还是振动梁的特性?五、思考题：1、 为了进一步提高电容传器的灵敏度，本实验用的传感器可作何改进？2、 本实验采用的是差动变面积式电容传感器，根据下面提供的电容传感器尺寸，计算在移动 0.5mm 时的电容变化量(C)，传感器外圆筒半径 R=8mm，内圆筒半径r=7.25mm，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度 L=16mm。实验十六 直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验一、实验目的：了解霍尔式位移传感器原理与应用。二、基本原理：根据霍尔效应

26、，霍尔电势 UH=KHIB，保持 KH、I 不变，若霍尔元件在梯度磁场 B 中运动，且 B 是线性均匀变化的，则霍尔电势 UH 也将线性均匀变化，这样就可以进行位移测量。三、器件与单元：霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电,源4V、15、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板的连接按图 5-2 进行。、为电源4，、为输出,R1 与之间联线可暂时不接。图 5-1 霍尔传感器安装示意图2、 开启电源，接入15V 电源，将测微头旋至 10mm 处，左右移动测微头使霍尔片处在磁钢中间位置，即数显表电压指示最小，拧紧测量架顶部的固定镙钉,接入

27、R1 与之间的联线，调节 RW2 使数显电压表指示为零（数显表置 2V 档） 。图 5-2 霍尔位移传感器 直流激励实验接线图3、旋转测微头，每转动 0.2mm 或 0.5mm 记下数字电压表读数，并将读数填入表 5-1，将测微头回到 10mm 处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表 5-1。表 5-1：霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系：X(mm) - 10 +V(mv) 0作出 V-X 曲线，计算不同线性范围时的灵敏度 S 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？实验十七 交流激励时霍尔式位移传感器特性实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式

28、位移传感器的特性。二、基本原理：交流激励与直流激励时的霍尔式位移传感器的基本工作原理相同，不同之处是测量电路。三、器件与单元：在实验十六基础上增加相敏检波/移相/滤波模板、双线示波器。 四、实验步骤：1、传感器安装同实验十六，实验模板连线见图 5-3，平衡网络 C1、R1 与霍尔传感器输出端之间的联线可暂时不接。图 5-3 交流激励时霍尔传感器位移接线图2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从 LV 输出端用示波器测量，使输出信号频率为1KHZ、 Vp-p 值达 4V 并接入电路中。 （注意：激励电压必须从音频 LV 端输出，电压过大会烧坏霍尔元件） 。3、先用示波器观察放大器的输出端信号，移动测

29、微头使霍尔传感器处于磁钢中点，即示波器指示值最小，接入平衡网络 C1、R1 与霍尔传感器输出之间的联线，调节电位器 RW1、RW2 使示波器显示值更小。4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，用示波器观察相敏检波器输出波形，调节移相电位器和相敏检波器电位器，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示-相对值（数显表置 2V 档） 。5、调节测微头使霍尔传感器回到磁钢中点，微调 RW1、RW2 与移相/相敏检波器中的RW，使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动 0.2mm 或 0.5mm 时电压表的读数，并填入表 5-2。表 5-2：交流激励时输出电压和位移的关系X(mm) - 10 -V(

30、mv) 06、根据表 5-2 作出 V-X 曲线，计算灵敏度 S 和非线性误差 。六、思考题：利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？实验十八 霍尔位移传感器振动测量（注：如您的霍尔位移传感器无活动杆，即为非接触式，请按最后附录实验进行）请参考实验十三图（3-5） ，将差动变压器换成霍尔传感器，根据实验十七，动手组织。霍尔实验模板 移相相敏低通模板音频振荡器 L 端4321-15V +15V实验十九 霍尔式位移传感器的应用电子秤实验（注：如您的霍尔位移传感器无活动杆，即为非接触式，请按最后附录实验进行）一、实验目的：了解霍尔式传感器用于称重的原理。二、基本原理：当振动台加载时悬臂梁会产生

31、一相应的位移量，通过霍尔式位移传感器测量位移可将重量转换成电压。三、器件与单元：霍尔传感器实验模板、振动台（2000 型）或振动测量控制仪（9000型） 、直流电源、砝码、数显单元。 四、实验步骤：1、传感器安装参照实验十三图（3-5） ，线路接法参照实验十六图（5-2 ） 。2、在霍尔实验模板上加上直流电压4和15，电压表量程置 2档 。3、利用实验十六的结果（V-X 曲线）当振动台无重物时，调节传感器高度活动杆在位移线性段的起点，调 RW2 使数显表指示为零，用手按压振动台，传感器活动杆不应有卡住现象，否则需重新调整传感器的安装位置。4、在振动台面上分别加砝码：20g、40g、60g、80

32、g、100g，读出数显表指示的相应值，依次填入表 5-2。表 5-2重量（g）电压(mv)5、根据表 5-2 计算该称重系统的灵敏度 S 及非线性误差 。6、放上未知重物，读出数显表显示的电压值。7、计算出未知重物大约为 g。8、注：因传感器活动杆存在一定的摩擦力，同时振动梁又是一个简易弹性体，它的非线性形变较大。所以该实验精度误差较大,只做为原理性演示。五、思考题：1、该电子称重系统所加重量受到什么限制？2、试分析本称重系统的误差。实验二十 霍尔转速传感器测速实验一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理：根据霍尔效应表达式：UH=KHIB, 当 KHI 不变时,在转速圆盘上装上只

33、磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场 B 从无到有就变化 N 次，霍尔电势也相应变化 N 次，此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。三、器件与单元：霍尔转速传感器、转动源（2000 型）或转速测量控制仪（9000 型） 。四、实验步骤：1、根据图 5-4，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢。图 5-4 霍尔光电转速传感器安装示意图2、将主控箱上的+5V 直流电源加于霍尔转速传感器的电源输入端，红（） 、绿（） ，不要接错。3、将霍尔转速传感器输出端（黄线）插入数显单元 fin 端，转速/频率表置转速档。4、将

34、主控台上的+2V+24V 可调直流电源接入转动电机的+2V+24V 输入插口（2000 型） 。调节电机转速电位器使转速变化，观察数显表指示的变化。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，能否只用一只磁钢。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：基于磁电感应原理，当一个 n 匝的线圈在穿过线圈的磁通量() 发生变化时，线圈中的感应电势 e=n/t 。因此在电机转盘上嵌入 N 个磁钢，并在磁钢上方放置一磁电式转速传感器（线圈） ，电机转盘每转一周，线圈中的磁通量（）就发生了 N 次变化，而

35、产生 N 次感应电势 e ,该电势通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。三、器件与单元：磁电传感器、转速电机（2000 型）或转速测量控制仪（9000 型） 。四、实验步骤：1、参照实验十三图 3-5 安装磁电式转速传感器，传感器端面离转动盘面约 2mm 左右，并且对准转盘内的磁钢。将磁电式传感器的输出线插入主控台 fim 输入端，并将转速/频率表置转速档。2、将主控台上的+2V+24V 可调直流电源接入转动电机的+2V+24V 插口（2000 型），调节电机转速电位器使转速变化。观察数显表指示的变化。五、思考题： 为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？ 磁电式传感器需

36、要供电吗？实验二十二 用磁电式传感器测量振动实验*磁电式传感器是一种绝对测量值的传感器，因此它可以做成一个测振仪，直接放在地面上来测量地震，而不用找其它相对静止点。试设计一个简易的测振仪来测量车床的床身振动（或其他对象） 。实验二十三 压电式传感器振动测量实验一、实验目的：了解压电传感器测量振动的原理和方法。二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成（观察实验用压电加速度计结构） 。工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷经电荷放大器转换成电压，即可测量物体的运动加速度。

37、三、器件与单元：振动台（2000 型）或振动测量控制仪（9000 型） 、压电传感器、检波/移相/低通滤波器模板、压电式传感器实验模板、双线示波器。四、实验步骤：1、将压电传感器吸装在振动台面上。2、将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入插孔（2000 型） 。图 7-1 压电式传感器性能实验接线图3、将压电传感器两输出端插入压电传感器实验模板的两输入端，见图 7-1，屏蔽层接地。将压电传感器实验模板电路输出端 V01（如增益不够大则 V01 接入 IC2, V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端 VI，低通滤波器输出 V0 与示波器相连。4、合上主控箱电源开关，调节 Rw 使低通滤波器输

38、出 Vo 为零。调节低频振荡器的频率及幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化，比较一下频率不同时的输出有什么不同？6、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，试比较一下有什么区别？低通滤波器的作用是什么？7、比较一下低通滤波器的输出信号与低频振荡器的输出信号的相位有什么不同？实验二十四 电涡流传感器位移实验低通滤波器示波器Vo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、基本原理：通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的

39、强弱即可以进行位移测量。三、用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。四、实验步骤：1、根据图安装电涡流传感器。2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。、将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管 T1 组成振荡器的一个电感元件。、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。、将实验模板输出端 V0 与数显单元输入端 Vi 相接。数显电压表量程置 20V 档。、用连接导线从主控箱接入15V 直流电源到模板上标有+15V 的插孔中。图 8-1 电涡流传感器安装示意图图 8-2 电涡

40、流传感器位移实验接线图、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，旋转测微头每隔 0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表 8-1。表 8-1：电涡流传感器位移与输出电压数据：（如用示波器观测 T1 集电极信号，可得到振荡信号 Vp-p 值）X（ mm）Vp-p（ v）V（ v）8、根据表 8-1 数据，画出 V-X 曲线，根据曲线找出线性区域及选择位移测量时的最佳工作点，试计算量程为 1mm、3mm 及 5mm 时的灵敏度和非线性误差（可以用端基法或其它拟合直线）五、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3mm 的量程应如何设计

41、传感器处理电路？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据被测体材料选用传感器？实验二十五 被测体材质对电涡流传感器特性影响实验一、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、基本原理：影响涡流效应的强弱除了上面提及的因素外，与金属导体本身的电阻率和磁导率也有关系，因此不同的材料就会有不同的涡流效应，从而改变电涡流传感器的测量性能。三、器件与单元：与实验二十四相同，另加铜和铝的被测体圆盘。四、实验步骤：1、传感器安装与实验二十四相同。2、将原铁圆片换成铝或铜圆片。3、重复实验二十四步骤将被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性，分别记入表 8-2 和表 8-3。表 8-2：被测

42、体为铝圆片时的位移与输出电压数据X(mm)V(v)表 8-3：被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据X(mm)V(v)4、根据表 8-2 和表 8-3 分别计算量程为 1mm 和mm 时的灵敏度和非线性误差。 5、分别比较实验二十四和本实验所得的结果，并进行小结。五、思考题：若被测体为非金属材料，是否可利用电涡流传感器进行位移测试？实验二十六 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验一、实验目的：了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。二、基本原理：电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的距离、材料不同会导致被测体表面涡流效应的不同（减弱甚至不产生涡流效应） ，而被测体面

43、积的大小也会影响电涡流传感器的位移测量特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体面积进行静态特性标定。三、器件与单元：直流电源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同面积的铝被测体。四、实验步骤：1、传感器安装见实验二十四图（8-1） 。2、按照实验二十四图（8-2）要求连接好测量线路。3、在测微头上分别装上两种不同的被测铝（小圆盘、小圆柱体） ，重复位移特性实验，分别将实验数据记入表 8-5。表 8-5：不同尺寸时的被测体实验数据X( mm)被 测 体 被 测 体 4、根据表 8-5 数据计算二种被测体 1 号、2 号的灵敏度、并说明理由。实验二十七 电涡流传感器测量振动实验

44、一、实验目的：了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。二、基本原理：根据电涡流传感器的位移特性，选择合适的线性工作点，可进行振动测量。三、需用器件与单元：电涡流传感实验模板、电涡流传感器、振动台（2000 型）或振动测量控制仪（9000 型） 、直流电源、移相/检波/ 滤波模块、数显单元、测微头、示波器。四、实验步骤：1、参考实验十三图 3-5 安装电涡流传感器。注意传感器端面与被测体振动台面之间的安装距离应为线性区域的中点（利用实验二十四中铁材料的线性范围） 。将电涡流传感器输出插头插入实验模板相应的插孔中，接入+15V 电源，实验模板输出端接示波器 Y1 通道并与低通滤波器 Vi 端相联，低

45、通滤波器输出 Vo 接示波器 Y2 通道。2、将主控台上的低频信号接入振动台，振荡频率设置在 612HZ 之间。3、低频振荡器幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，使振动台面振动但不能与传感器端面碰撞。4、用示波器观察电涡流实验模板输出端波形（Y1 ） ，和低通滤波器输出波形（Y2 ） ，调节传感器安装支架高度，读取正弦波失真最小时的 Y2 电压峰峰值。5、保持振动台的振动频率幅度不变，改变振动频率测出不同频率下相应的传感器输出电压峰峰值。五、思考题：1、有一个振动频率为 10K 的被测体需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流传感器或认为两者均可？2、否用本系统上的数显电压表或频率表，显示

46、振动参数？如何实现？实验二十八 电涡流传感器的应用电子秤实验一、实验目的：了解电涡流传感器用于称重的原理与方法。二、基本原理：利用电涡流传感器位移特性和振动台加载时产生的线性位移，可以组合成一个称重测量系统。三、器件与单元：电涡流传感器、电涡流传感器实验模板、直流电源、数显表单元、振动台（2000 型）或振动测量控制仪（9000 型） 、砝码。四、实验步骤：1、传感器安装与实验二十七相同。2、利用实验二十五中铝材料的线性范围，调节传感器安装支架高度，使振动台面与探头之间距离为线性区域的起点，并且使探头尽量远离振动台的中心磁钢，将线性段距离最近的一点作为重量的零点，记下此时数显电压表读数。3、在

47、振动台上逐一加上砝码从 20g 起到 200g，再逐一取下（砝码应尽量远离传感器） ，分别读取数显表读数，并记入表 8-4。表 8-4: 电涡流传感器称重时的电压与重量数据 (g)V(v)4、根据表 8-4，计算出的该称重系统的灵敏度、注意比较一下加载与卸载的数据，即可知道梁的重复性能。5、在振动台面上放置一未知物记下数显表读数。6、根据表 8-4 的结果，计算一下未知物重量，注：测量中的准确度与传感器的安装位置有很大的关系。实验二十九 电涡流转速传感器*一、实验目的：了解电涡流传感器测转速的原理与组成。二、基本原理：利用电涡流传感器的位移特性，当被测旋转体的端面或径向有明显的位移变化（齿轮，

48、凸台）时，就可以得到相应的电压变化量，配上相应电路就可测量转速。本实验请实验人员自己利用电涡流传感器和转动源、数显单元组建。实验三十 光纤位移传感器（半圆分部）的特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、 基本原理：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的 Y 型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距时由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距有关，因此可用于测量位移。三、器件与单元：光纤

49、传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流电源15V、铁测片。四、实验步骤：1、根据图 9-1 安装光纤位移传感器，二束光纤分别插入实验板上光电变换座内，其内部装有发光管及光电转换管 T。图 9-1 光纤传感器安装示意图2、将光纤实验模板输出端 V0 与数显单元相连，见图 9-2。图 9-2 光纤传感器位移实验接线图3、在测微头顶端装上铁质圆片，作为反射面，调节测微头使探头与反射面轻微接触,数显表置 20V 档。4、实验模板接入15V 电源，合上主控箱电源开关，调节 RW2 使数显表显示为零。5、旋转测微头,使被测体离开探头,每隔 0.1mm 读出数显表显示值 ,将其填入 9-1。注：电压变化范围从 0最大最小必须记录完整。表 9-1：光纤位移传感器输出电压与位移数据X(mm)V(v)6、根据表 9-1 数据，作出光纤位移传感器的位移特性图，并加以分析、计算出前坡和后坡的灵敏度及两坡段的非线性误差。五、思考题：光纤位移传感器测量位移时，对被测