傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)解讀

1、電工電子實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教程目錄實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用一電子秤實(shí)驗(yàn) -1 -實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn) -9 -實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器測(cè)位移和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)-15 -實(shí)驗(yàn)四 電渦流傳感器測(cè)位移和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)-19 -實(shí)驗(yàn)五 光電傳感器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)-25 -實(shí)驗(yàn)六 K熱電偶測(cè)溫性 能實(shí)驗(yàn) -29 -實(shí)驗(yàn)七 氣敏傳感器實(shí)驗(yàn) -36 -實(shí)驗(yàn)八 濕敏傳感器實(shí)驗(yàn) -38 -附錄A CSY 2000型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書(shū)-41 -附錄B智能調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)介 -44 -實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用一電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、實(shí)驗(yàn)基本原理電阻應(yīng)變式傳感器

2、是在彈性元件上通過(guò)特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來(lái)組成。一 種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。 此類(lèi)傳感器主要是通過(guò)一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由 電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電阻的變化 轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號(hào)輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢 測(cè)，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測(cè)量等行業(yè) 應(yīng)用十分廣泛。1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下 產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱(chēng)為電阻應(yīng)變效應(yīng)” 以圓柱形導(dǎo)體

3、為例：設(shè)其長(zhǎng)為：L、半徑為 r、材料的電阻率為p時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度L、截面積A和電阻率p的變化為 dL、dA、d p相應(yīng)的電阻變化為dR。對(duì)式（1 1）全微分得電阻變化率dR/R 為：dR_亙一 2dr丄必？RLf * P(1 2)式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量&L dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量 r由材料力學(xué)得:e L=- r(1 3)式中：卩為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.30.5 左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（1 3）代入式（1 2）得:2逬式（1 4 ）說(shuō)明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身 特有的導(dǎo)電性能（壓

4、阻效應(yīng)）2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。（1）、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K:主要取決于其幾何效應(yīng)；可取dR(1 + 2)(1 5)其靈敏度系數(shù)為：K= ”丨金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。（2）、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R疋d p 2 p半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因?yàn)樗羞h(yuǎn)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)之為半導(dǎo)

5、體的壓阻效應(yīng)。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也就是說(shuō)，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半 導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片 （溫漂、穩(wěn)定性、線(xiàn)性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò) 散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。4、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變

6、片是在用苯酚、環(huán)氧樹(shù)脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm 左右(b)箔式應(yīng)變片的金屬絲或金屬箔制成，如圖1 1所示。(a) 絲式應(yīng)變片圖11應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：R/R= K 式中：R/ R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)， = L/L為電阻 絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。5、測(cè)量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，在應(yīng)用中一般 采用電橋電路作為其測(cè)量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬

7、、 線(xiàn)性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿(mǎn)足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng) 變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號(hào)最小、線(xiàn)性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí) 的輸出是單臂時(shí)的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號(hào)一般都 采用雙臂或全橋工作。基本電路如圖1 2 ( a)、( b)、( c)所示。QUOQOU0Q(a)單臂(b)半橋(c)全橋圖1 2應(yīng)變片測(cè)量電路(a)、單臂Uo = UU=(R1 + R1) / (R1 + R1 + R5) R7 / (R7 + R6)E=( R7 + R6) ( R1

8、 + R1 ) R7 ( R5 + R1 + R1 )/( R5 + R1 + R1 ) (R7 + R6 ) E設(shè) R1 = R5 = R6 = R7 ,且厶 R1 / R1 = A R/ Rvv 1 , R/ R = K , K 為靈 敏度系數(shù)。貝U Uo (1 / 4)( R1 / R1)E = (1 / 4)( R/ R)E = (1 / 4)K E(b) 、雙臂(半橋)同理：Uo (1 / 2)( R/ R)E = (1 / 2)K E(c) 、全橋同理:Uo ( R/ R)E = K E常用的稱(chēng)重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測(cè)量電路。數(shù)字電子秤實(shí)驗(yàn)原理如圖 1 3。本實(shí)驗(yàn)只做

9、放大器輸出Vo實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)電路的標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成為一臺(tái)原始電子秤。廡幾Hit 、圖1 3數(shù)字電子稱(chēng)原理框圖三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、土15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f(shuō)明：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱(chēng)重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測(cè)量電路、差動(dòng)放大器組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1（傳感器的左下 ）、R2（傳感器的右下 八R3（傳感器的右上）、R4（傳感器的左上 ）為稱(chēng)重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒(méi)有文

10、字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號(hào)是空的無(wú)實(shí)體，其中4個(gè)電阻符號(hào)組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋接線(xiàn)方便而設(shè)；R5、R6、R7是350 Q固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口，做應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)時(shí)用。多芯插頭是振動(dòng)源的振動(dòng)梁上的應(yīng)變片輸 入口，做應(yīng)變片測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)用。1、將托盤(pán)安裝到傳感器上，如圖1 4所示。-5 -圖1 4傳感器托盤(pán)安裝示意圖2、測(cè)量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤(pán)上無(wú)重物時(shí)，分別測(cè)量應(yīng)變片R1、R2、R3、R4的阻值。在傳感器的托盤(pán)上放置 10只砝碼后再分別測(cè)量R1、R2、R3、R4的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力

11、情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）。4（1/2） ft數(shù)顯萬(wàn)用表2k檔測(cè)阻值屈斐傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)O圖15測(cè)量應(yīng)變片的阻值示意圖3、實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖1 6示意接線(xiàn)，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開(kāi)關(guān)切換到2V檔，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈）后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。Bj. Ra Rd Rflo 0 o o o應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０錼直流穩(wěn)壓電游 咖JTO夏應(yīng)QT盟電壓表*s?2IIi Is.8.8.kJ iI ISB*1? 7 2OTVi圖1 6差動(dòng)放在

12、器調(diào)零接線(xiàn)示意圖4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1 7 （應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)示意圖）示意接線(xiàn)，將土 2V土 10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到土4V檔。檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1,使主機(jī)箱電壓表顯示為零；圖1 7應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)示意圖5、將10只砝碼全部置于傳感器的托盤(pán)上，調(diào)節(jié)電位器RW3（增益即滿(mǎn)量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）。6、拿去托盤(pán)上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器RW4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.000V。V改為重量綱7、重復(fù)3、4步驟的標(biāo)定過(guò)程，一直到精確為止，把電壓量綱 g，將砝碼依次放在托盤(pán)上稱(chēng)重；放上筆、鑰匙之類(lèi)的小東西稱(chēng)一下重

13、量。實(shí)驗(yàn)完 畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康奈灰频姆椒?。了解差?dòng)變壓器的工作原理和特性，掌握差動(dòng)變壓器測(cè)量實(shí)驗(yàn)基本原理差動(dòng)變壓器的工作原理電磁互感原理。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖 2 1所示，由一個(gè)一次繞組 1和二個(gè)二次繞組2、3及一個(gè)銜鐵 4組成。差動(dòng)變壓器 一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移改變而變化。由 于把二個(gè)二次繞組反向串接（*同名端相接），以差動(dòng)電勢(shì)輸出，所以把這種傳感器稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱(chēng)差動(dòng)變壓器。動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影當(dāng)差響），它的等效電路如圖2 2所示。圖中U1為一次繞組激勵(lì)電

14、壓;互感：L1、R1分別為的電感；R21、R22M1、次繞組的電感和有效電阻；分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。圖22差動(dòng)變壓器的等效電路圖M2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的L21、L22分別為兩個(gè)二次繞組對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組L21，這時(shí)互感M1大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移 越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L22 一邊移動(dòng)差動(dòng)輸出電動(dòng)

15、勢(shì)仍不為零，但由于移動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此通過(guò)差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。% +帆二次繞組的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為:必1二-抑Mji屁r咖ji由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動(dòng)勢(shì)為:2D懸由圖2 2可以看出一次繞組的電流為:其有效值為：3囲+ （血差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線(xiàn)如圖2 3所示.圖中E21、E22分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E2為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)，X表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實(shí)線(xiàn)表示理想的輸出特性，而虛線(xiàn)部分表示實(shí)際的輸出特性。E0為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對(duì)稱(chēng)以及鐵心位置等因素所造成的。零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的存在

16、，使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，給測(cè)量帶來(lái)誤差，此值的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)可采取以下方法：1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線(xiàn)圈電氣參數(shù)及磁路的對(duì)稱(chēng)。磁性材料要經(jīng) 過(guò)處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可 改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。3、采用補(bǔ)償線(xiàn)路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。圖2 4是其中典型的幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償電路。 在差動(dòng)變壓器的線(xiàn)圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件,當(dāng)調(diào)整 W1 W2時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。（a）（b）（c）圖2 4減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)電路差動(dòng)

17、變壓器在應(yīng)用時(shí)要想法消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)和死區(qū)，選用合適的測(cè)量電 路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動(dòng)（位移）方向又可改善輸出特性， 消除測(cè)量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖25是差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖。圖2 5差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、土15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒁葡嗥?相敏檢波器/ 低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；測(cè)微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將土 2V土 10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到土2V檔，再按圖 2 6示意接線(xiàn)，

18、檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰峰值Vp-p=5V （用示波器測(cè)量。提示：正確選擇雙蹤示波器的觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV 在0.1mS10S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇 AUTO ;垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC靈敏度 VOLTS/DIV在1V5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對(duì)地短接時(shí)移動(dòng)光跡線(xiàn)居中后再去測(cè)量波形。）。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。關(guān)閉電源。相嫌心波器低血池波器移相器蹤

19、示波莽圖26相敏檢波器電路調(diào)試接線(xiàn)示意圖2、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的 0刻度值與軸套上的10mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。按圖2 7示意圖安裝、接線(xiàn)。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)切到20V檔。檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)。圖2 7差動(dòng)變壓器測(cè)位移組成測(cè)微頭至差動(dòng)變壓卷n5lSfe*1W?直陸殆圧電源Ot5Y、接線(xiàn)示意圖aanB ?帽K* Loneil禺而罔主|機(jī)IffiiVp-p+ L5VCH和敏檢波器差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)楔板低迺濾波器1L1 cAC DC電丿卞衣呂 W.3、 調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值 Vp-p=2V （用示波器監(jiān)測(cè)）。4、 松開(kāi)

20、測(cè)微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動(dòng)變壓器銜鐵的位移方向移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動(dòng)變壓器銜鐵明顯偏離L1初級(jí)線(xiàn)圈的中點(diǎn)位置，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度 VOLTS/DIV在1V50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測(cè)）。再慢悠悠仔細(xì)移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級(jí)線(xiàn)圈的中點(diǎn)位置）并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺釘。5、 調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W1、RW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線(xiàn)（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。6、 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔 X=0.2m

21、m從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入下表2-1。表2-1差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)-0.200.2V(mV)07、根據(jù)表 2-1數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)并截取線(xiàn)性比較好的線(xiàn)段計(jì)算靈敏度S= V/X與線(xiàn)性度及測(cè)量范圍。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。五、思考題：差動(dòng)變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點(diǎn)殘余電壓和死區(qū)？從實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎？實(shí)驗(yàn)三霍爾傳感器測(cè)位移和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用，掌握霍爾式傳感器測(cè)位移和轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)基本原理1、霍爾式傳感器的基本原理霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測(cè)量的磁場(chǎng)變化（或以磁場(chǎng)為媒體

22、）轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出?；魻栃?yīng)是具有載流子的半導(dǎo)體同時(shí)處在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中而產(chǎn)生電勢(shì)的一種現(xiàn)象。如圖3 1 （帶正電的載流子）所示，把一塊寬為 b，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流 I。圖31霍爾效應(yīng)原理此時(shí)在板的橫向兩側(cè)面A, A 之間就呈現(xiàn)出一定的電勢(shì)差，這一現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來(lái)解釋?zhuān)?，所產(chǎn)生的電勢(shì)差 Uh稱(chēng)霍爾電壓?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U H = Rh 世=kh IBd式中：Rh = -1 / （ne）是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱(chēng)為霍 爾系數(shù)；Kh = Rh/ d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。具有上述霍爾

23、效應(yīng)的元件稱(chēng)為霍爾元件，霍爾元件大多采用N型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度n很高，因此Rh很小，使輸出 U h極小，不宜作霍爾元件），厚度d只有1 m左右?；魻杺鞲衅饔谢魻栐图苫魻杺鞲衅鲀煞N類(lèi)型。集成霍爾傳感器是把霍 爾元件、放大器等做在一個(gè)芯片上的集成電路型結(jié)構(gòu)，與霍爾元件相比，它具有 微型化、靈敏度高、可靠性高、壽命長(zhǎng)、功耗低、負(fù)載能力強(qiáng)以及使用方便等等 優(yōu)點(diǎn)。2、霍爾傳感器測(cè)位移原理1mmr 2mm)傳感器是由線(xiàn)性霍爾元件、永本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾式位移(小位移 久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機(jī)械振動(dòng)等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來(lái)測(cè)量?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯墓ぷ髟砗蛯?shí)驗(yàn)電路原

24、理如圖3 2 (a)、(b)所示。將磁場(chǎng)強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鋼同極性相對(duì)放置著，線(xiàn)性霍爾元件置于兩塊磁鋼間的中點(diǎn)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為Y(b)實(shí)驗(yàn)電路原理(a)工作原理圖32霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個(gè)位置為位移的零點(diǎn)，即X= 0,因磁感應(yīng)強(qiáng)度 B= 0,故輸出電壓 Uh= 0。當(dāng)霍爾元件沿 X軸有位移時(shí)，由于BM 0,則有一電壓 UH輸出，UH經(jīng)差動(dòng)放大器放大輸出為 V。V與X有一一對(duì)應(yīng)的特性關(guān)系。注意：線(xiàn)性霍爾元件有四個(gè)引線(xiàn)端。涂黑二端是電源輸入激勵(lì)端，另外二端 是輸出端。接線(xiàn)時(shí)，電源輸入激勵(lì)端與輸出端千萬(wàn)不能顛倒，否則霍爾元件就損 壞。3、霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器是線(xiàn)性霍爾元件

25、的輸出信號(hào)經(jīng)放大器放大，再經(jīng)施密特電路整形成矩形波(開(kāi)關(guān)信號(hào))輸出的傳感器。開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速的原理框圖33所示。當(dāng)被測(cè)圓盤(pán)上裝上6只磁性體時(shí)，圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化6次,開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器就同頻率f相應(yīng)變化輸出，再經(jīng)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速n。圖3 3開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理框圖三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)024V直流穩(wěn)壓電源、土15V直流穩(wěn)壓電源、 +5V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、測(cè)微頭、頻率轉(zhuǎn)速表、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟霍爾傳感器測(cè)位移步驟：1、 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的

26、 0刻度線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm刻度線(xiàn)。按圖3 4示意圖安裝、接線(xiàn)，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到土 4V檔。2、檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，開(kāi)啟主機(jī)箱電源，松開(kāi)安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使傳感器的PCB板（霍爾元件）處在兩園形磁鋼的中點(diǎn)位置（目測(cè)）時(shí)，擰緊緊固螺釘。再調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示0。監(jiān)Je式件啻器弓I頤O霊爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０釳g直瀟薩圧克瀝主機(jī)箱:t . fl. H p S.圖3 4霍爾傳感器（直流激勵(lì)）位移實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)示意圖3、測(cè)位移使用測(cè)微頭時(shí)，當(dāng)來(lái)回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過(guò)程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可

27、用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微 頭的微分筒 3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。以后，反方向（逆時(shí)針?lè)较颍┱{(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔 X=0.1mm（總位移可取34mm）從電壓表上讀出輸出電壓 Vo值，將讀數(shù)填入表3 1（這樣可以消除測(cè)微頭的機(jī)械回差）。表3 1霍爾傳感器（直流激勵(lì)）位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) X( mmV(mV)4、根據(jù)表3 1數(shù)據(jù)作出 V X實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，分析曲線(xiàn)在不同測(cè)量范圍（土 0.5mm、-17 - 1mm 2mm）時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差。實(shí)驗(yàn)元畢，關(guān)閉電源?；魻杺鞲衅鳒y(cè)轉(zhuǎn)速步驟1、根據(jù)圖 35將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤(pán)上的磁鋼并調(diào)節(jié)

28、升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為23mm。2、 將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源024V旋鈕調(diào)到最小 （逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)到底 ）后接入電壓表（電壓表量程切換開(kāi)關(guān)打到20V檔）；其它接線(xiàn)按圖 3 5所示連接（注意霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的三根引線(xiàn)的序號(hào)）；將頻頻 轉(zhuǎn)速表的開(kāi)關(guān)按到轉(zhuǎn)速檔。3、檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，在小于12V范圍內(nèi)（電壓表監(jiān)測(cè)）調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào)節(jié)電壓改變直流電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。r電壓表FDthVO轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)握X8.頻率/轉(zhuǎn)速表Vi直流穩(wěn)壓電源QO轉(zhuǎn)獄L十耀爾捷邃升陣桿工惟平臺(tái)圖3 5霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線(xiàn)示意圖4、從2V開(kāi)始記錄每增加1V

29、相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)（待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)）；畫(huà)出電機(jī)的 V- n （電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：利用開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速時(shí)被測(cè)對(duì)象要滿(mǎn)足什么條件？實(shí)驗(yàn)四 電渦流傳感器測(cè)位移和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器的原理，了解電渦流傳感器測(cè)量位移和振動(dòng)的工作原理和特性。二、實(shí)驗(yàn)基本原理電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器 由傳感器線(xiàn)圈和被測(cè)物體（導(dǎo)電體一金屬渦流片）組成，如圖4-1所示。根據(jù) 電磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線(xiàn)圈（一個(gè)扁平線(xiàn)圈）通以交變電流（頻 率較高，一般為1MHz2MHz） I i時(shí)，線(xiàn)圈周?chē)臻g會(huì)產(chǎn)生交變

30、磁場(chǎng)Hi ,當(dāng)線(xiàn)圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線(xiàn)圈磁通鏈穿過(guò)導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行閉合的 電流I 2,而I 2所形成的磁通鏈又穿過(guò)傳感器線(xiàn)圈，這樣線(xiàn)圈 與渦流“線(xiàn)圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線(xiàn)圈反饋一等效電感，從而導(dǎo)致傳感器 線(xiàn)圈的阻抗Z發(fā)生變化。我們可以把被測(cè)導(dǎo)體上形成的電渦等效成一個(gè)短路環(huán),這樣就可得到如圖4-2的等效電路。圖4-2電渦流傳感器等效電路圖圖中Ri、Li為傳感器線(xiàn)圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線(xiàn)圈，其電阻為 艮、電感為 L2。線(xiàn)圈與導(dǎo)體間存在一個(gè)互感M,它隨線(xiàn)圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。根據(jù)等效電路可列出電路方程組:R2婦+丿曲21廠jM = 0

31、盡厶+je厶Z2 二 E應(yīng)2十丿曲1 一用+(%尸1 1R； +（爲(wèi)）實(shí)驗(yàn)四電渦流傳感器測(cè)位移和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)解方程組，可得I 1、I 20因此傳感器線(xiàn)圈的復(fù)阻抗為：線(xiàn)圈的等效電感為:aPM2尺十(泌線(xiàn)圈的等效 Q值為:2 2 2 2 2 2Q= Q01-( L 2 3 M )/( L 1 Z 2 ) / 1+(R2 3 M )/(Ri Z 2 門(mén)式中：Qo 無(wú)渦流影響下線(xiàn)圈的Q值，G =w L i / Ri;2 2 2 2 2Z 2 金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流部分的阻抗，Z 2 = R +3 L2。由式Z、L和式Q可以 看出，線(xiàn)圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗Z、電感L和品質(zhì)因數(shù)Q值都是該系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函

32、數(shù)，而從麥克斯韋互感系數(shù)的基本公式出發(fā)，可得互感系數(shù)是線(xiàn)圈與金屬導(dǎo)體間距離x(H)的非線(xiàn)性函數(shù)。因此Z、L、Q均是x的非線(xiàn)性函數(shù)。雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線(xiàn)性的，其函數(shù)特征為S型曲線(xiàn)，但可以選取它近似為線(xiàn)性的一段。其實(shí)Z、L、Q的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線(xiàn)圈的幾何參數(shù)、激勵(lì)電流頻率以及線(xiàn)圈到被測(cè)導(dǎo)體間的距離有關(guān)。如果控制上述參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)改變，而其余參數(shù)不變，則阻抗就成為這個(gè)變化 參數(shù)的單值函數(shù)。當(dāng)電渦流線(xiàn)圈、金屬渦流片以及激勵(lì)源確定后，并保持環(huán)境溫 度不變，則只與距離x有關(guān)。于此，通過(guò)傳感器的調(diào)理電路(前置器)處理，將線(xiàn)圈阻抗 Z、 L、Q的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化輸出。輸出信

33、號(hào)的大小隨探頭 到被測(cè)體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物 體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)電渦流位移測(cè)量，必須有一個(gè)專(zhuān)用的測(cè)量電路。這一測(cè)量電路(稱(chēng)之 為前置器，也稱(chēng)電渦流變換器)應(yīng)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個(gè)檢波 電路等。電渦流傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)框圖如圖4 3所示：圖4 3電渦流位移特性實(shí)驗(yàn)原理框圖根據(jù)電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測(cè)體間的距離變換為傳感器的 Q值、等效阻抗 Z和等效電感 L三個(gè)參數(shù)，用相應(yīng)的測(cè)量電路（前置器）來(lái)測(cè)量。本實(shí)驗(yàn)的渦流變換器為變頻調(diào)幅式測(cè)量電路，電路原理如圖44所示。電路組成： Q1、C1、C2、C3組成電容三點(diǎn)式振蕩

34、器，產(chǎn)生頻率為1MHz左右的正弦載波信號(hào)。電渦流傳感器接在振蕩回路中，傳感器線(xiàn)圈是振蕩回路的一個(gè)電感元 件。振蕩器作用是將位移變化引起的振蕩回路的Q值變化轉(zhuǎn)換成高頻載波信號(hào)的幅值變化。 D1、C5、L2、C6組成了由二極管和LC形成的n形濾波的檢波器。檢波器的作用是將高頻調(diào)幅信號(hào)中傳感器檢測(cè)到的低頻信號(hào)取出來(lái)。Q2組成射極跟隨器。射極跟隨器的作用是輸入、輸出匹配以獲得盡可能大的不失真輸出的 幅度值。電渦流傳感器是通過(guò)傳感器端部線(xiàn)圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來(lái) 測(cè)物體的振動(dòng)相對(duì)位移量和靜位移的，它與被測(cè)物之間沒(méi)有直接的機(jī)械接觸，具 有很寬的使用頻率范圍（從010Hz ）。當(dāng)無(wú)被測(cè)導(dǎo)體時(shí)，振

35、蕩器回路諧振于fo,傳感器端部線(xiàn)圈Q）為定值且最高，對(duì)應(yīng)的檢波輸出電壓V。最大。當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體接近傳感器線(xiàn)圈時(shí)，線(xiàn)圈Q值發(fā)生變，振蕩器的諧振頻率發(fā)生變化，諧振曲線(xiàn)變得平坦，檢波出的幅值Vo變小。Vo變化反映了位移x的變化。電渦流傳感器在位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、探傷、厚度測(cè)量上得到應(yīng)用。Vc +157efYYYXe01Tcs-fix2IEB-3Eve-圖4 4電渦流變換器原理圖三、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主機(jī)箱中的土 15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表 、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)?板、電渦流 傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體 （鐵圓片）、示波器、低頻振蕩器、移相器/相敏檢波器/濾波器模板、振動(dòng)源、升降桿、傳感器連接橋架四、實(shí)驗(yàn)步驟1、電渦流

36、傳感器測(cè)位移步驟1 ）、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線(xiàn)圈。調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的5mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。按圖4 5安裝測(cè)微頭、被測(cè)體鐵圓片、電渦流傳感器（注意安裝順序：首先將測(cè)微頭的安裝套插入安裝架的安裝孔內(nèi)， 再將被測(cè)體鐵圓片套在測(cè)微頭的測(cè)桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測(cè)微頭安裝套使被測(cè)體與傳感器端面相帖并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺 釘），再按圖 4 5示意接線(xiàn)。測(cè)蘿.加去慌TL安渥毒測(cè)纖頭電渦流傳感器真臉模板tiM12Ak-n口 P:C4:aX-jin *15T & 乂 D2再_+mr圖4 5電渦流傳感器安裝、按線(xiàn)示意圖2）、將電壓表量程切換開(kāi)關(guān)切換到20

37、V檔，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)箱電源，記下電壓表讀數(shù)，然后逆時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出V0變化很小為止并將數(shù)據(jù)列入表4-1 （在輸入端即傳感器二端可接示波器觀測(cè)振蕩波形）。表4-1電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X ( mm)Vo(V)3 ）、根據(jù)表4-1數(shù)據(jù)，畫(huà)出V X實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)找出線(xiàn)性區(qū)域比較好的范圍計(jì)算靈敏度和線(xiàn)性度（可用最小二乘法或其它擬合直線(xiàn)）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。2、電渦流傳感器測(cè)位移步驟1 ）、將被測(cè)體（鐵圓片）放在振動(dòng)源的振動(dòng)臺(tái)中心點(diǎn)上，按圖4-6安裝電渦流傳感器（傳感器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體）并按圖接線(xiàn)。苴福紺電視.+15Tf-L5V2| CEL電陽(yáng)逐傳

38、務(wù)昭,并動(dòng)臺(tái)升聲桿嶄瞰r苦期s跚調(diào)調(diào) 帀甥母解壓粕調(diào)升降桿I GII nr?也調(diào)鎖I 傘舞紂!|主機(jī)箱低頻振薪雪fl度卄降撲級(jí)緊攙匸應(yīng)變輻出再:圖4-6電渦流傳感器測(cè)振動(dòng)安裝、接線(xiàn)示意圖11. EJ. L!. 3.I g；電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０錖:11甌梁彼測(cè)鐵）r2 ）、將主機(jī)箱上的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底（低頻輸出幅度為零）； 電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)切到20V檔。仔細(xì)檢查接線(xiàn)無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)箱電源。調(diào)節(jié)升降桿高度，使電壓表顯示為2V左右即為電渦流傳感器的最佳工作點(diǎn)安裝高度（傳感器與被測(cè)體鐵圓片靜態(tài)時(shí)的最佳距離）。3）、調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率為8Hz左右，再順時(shí)針慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕，使

39、振動(dòng)臺(tái)小幅度起振（振動(dòng)幅度不要過(guò)大，電渦流傳感器非接觸式測(cè)微小位移）。用示波器正確選擇示波器的“觸發(fā)”方式及其它（TIME/DIV :在50mS20mS范圍內(nèi)選擇； VOLTS/DIV : 0.5V50mV范圍內(nèi)選擇）設(shè)置監(jiān)測(cè)渦流變換器的 輸出波形；再分別改變低頻振蕩器的振蕩頻率、幅度，分別觀察、體會(huì)渦流變換 器輸出波形的變化。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)五光電傳感器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤怆妭鞲衅?（光電斷續(xù)器一光耦）的應(yīng)用。學(xué)會(huì)智能調(diào)節(jié)器的使用。二、實(shí)驗(yàn)基本原理光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的 （光電斷續(xù)器也稱(chēng)光耦），傳感器端部二內(nèi)側(cè)分別裝有發(fā)光管和光電管，

40、發(fā)光管發(fā)出的光源透過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)上通孔后由光電管接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤(pán)上有均勻間隔的6個(gè)孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速有關(guān)的脈沖數(shù)，脈沖經(jīng)處理由頻率表顯示f,即可得到轉(zhuǎn)速n =10f。實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖5 1所示。圖5 1光耦測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)原理框圖利用光電傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速頻率信號(hào)經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換后作為轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)，該反饋信號(hào)與智能人工調(diào)節(jié)儀的轉(zhuǎn)速設(shè)定比較后進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算，調(diào)節(jié)電壓驅(qū)動(dòng)器改變直流電機(jī)電樞電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速趨近設(shè)定轉(zhuǎn)速（設(shè)定值：400轉(zhuǎn)/分 2200轉(zhuǎn)/分）。轉(zhuǎn)速控制原理框圖如圖5 2所示。圖5-2轉(zhuǎn)速控制原理框圖、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主機(jī)箱中的智能調(diào)節(jié)器單元、+ 5V直流穩(wěn)壓電源；轉(zhuǎn)動(dòng)源、光電轉(zhuǎn)速傳感器

41、光電斷續(xù)器（已裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、設(shè)置調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速控制參數(shù)：按圖53示意接線(xiàn)。檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，合上主機(jī)箱上的總電源開(kāi)關(guān)；將控制對(duì)象開(kāi)關(guān)撥到Fin位置后再合上調(diào)節(jié)器電源開(kāi)關(guān)，儀表上電后，儀表的上顯示窗口（PV）顯示隨機(jī)數(shù)或HH或LL ;下顯示窗口 （SV）顯示控制給定值 （實(shí)驗(yàn)值）。按SET鍵并保持約3秒鐘，即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)下按SET鍵，儀表將按參數(shù)代碼120依次在上顯示窗顯示參數(shù)符號(hào)參數(shù)代碼及符號(hào) 見(jiàn)附錄，下顯示窗顯示其參數(shù)值，此時(shí)分別按啕、三鍵可調(diào)整參數(shù)值，長(zhǎng)按或可快速加或減，調(diào)好后按 SET鍵確認(rèn)保存數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)到下一參數(shù)繼續(xù)調(diào)完為止，長(zhǎng)按SET將快捷退出，也可按

42、SET + *直接退出。如設(shè)置 中途間隔10秒未操作，儀表將自動(dòng)保存數(shù)據(jù)，退出設(shè)置狀態(tài)。智能調(diào)節(jié)器控制對(duì)尊RS4S5A4B-OO-O-+轉(zhuǎn)迪驅(qū)動(dòng)電叛 輸入電機(jī)騙出0-5V恙 幵+ OV.n+E調(diào)節(jié)器邑源RS232oO轉(zhuǎn)動(dòng)源核主機(jī)雀+曲（1）、首先設(shè)置置狀態(tài)，PV窗顯示 AL-1（按、鍵可調(diào)整參數(shù)，使SV窗顯示值，使、再按 SET鍵,SV窗顯示 5。PV窗顯示oP-A （主控輸出方式），按、鍵修改參數(shù)、再按 SET鍵,PV窗顯示oP-b （副控輸出方式 ），按、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示 1 。圖5 3控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)示意圖具體設(shè)置轉(zhuǎn)速控制參數(shù)方法步驟如下:Sn （輸入方式）：按住SET鍵保

43、持約 3秒鐘，儀表進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)、再按SET鍵,PV窗顯示 ALP （報(bào)警方式），按、鍵修改參數(shù)值，使上限報(bào)警）。再按SET鍵11次，PV窗顯示 Sn （輸入方式）,SV窗顯示 1 。（5）、再按SET鍵,0。（6）、再按 SET鍵, SV窗顯示 9999。（7）、再按 SET鍵,SV窗顯示 0。（8）、再按 SET鍵, 數(shù)值，使 SV窗顯示1。（9）、再按 SET鍵, 參數(shù)值，使 SV窗顯示PV窗顯示 CooL （正反控制選擇PV窗顯示 P-SH （顯示上限）PV窗顯示 P-SL （顯示下限）PV窗顯示 Addr （ 通訊地址）PV窗顯示bAud （通訊波特率9600。），按鍵，使 SV窗顯示，

44、長(zhǎng)按鍵修改參數(shù)值，使，長(zhǎng)按鍵修改參數(shù)值，使，按、三鍵調(diào)整參），按*、三鍵調(diào)整（10）、長(zhǎng)按 SET鍵快捷退出，再按住SET鍵保持約3秒鐘，儀表進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)， PV窗顯示 AL-1（上限報(bào)警）；按*、三鍵可調(diào)整參數(shù)值，使SV窗顯示2500。（11）、再按SET 鍵，PV窗顯示Pb （傳感器誤差修正），按、鍵可調(diào)整參數(shù)值，使 SV窗顯示0。（12）、再按SET 鍵，PV窗顯示P （速率參數(shù)），按対、鍵調(diào)整參數(shù)值，使SV窗顯示 1。（13）、再按SET 鍵，PV窗顯示I (保持參數(shù)），按福、三鍵調(diào)整參數(shù)值，使SV窗顯示950。（14）、再按SET 鍵，PV窗顯示d（滯后時(shí)間），按v、鍵調(diào)整參數(shù)值

45、，使SV窗顯示 10 0（15）、再按SET 鍵，PV窗顯示FILt（濾波系數(shù)），按、鍵可修改參數(shù)值，使SV窗顯示1。（16）、再按SET 鍵，PV窗顯示dp (小數(shù)點(diǎn)位置），按、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯0。（17）、再按SET 鍵，PV窗顯示outH（輸出上限），按、三鍵調(diào)整參數(shù)值，使 SV窗顯示200。(18)、再按SET 鍵，PV窗顯示outL （輸出下限），長(zhǎng)按鍵，使SV窗顯示0后釋放鍵。(19)、再按SET 鍵，PV窗顯示At （自整定狀態(tài) ），按鍵，使SV窗顯示 0。（20）、再按 SET鍵，PV窗顯示 Lock （密碼鎖），按鍵，使SV窗顯示 0。（21）、長(zhǎng)按 SET鍵快捷退出

46、，轉(zhuǎn)速控制參數(shù)設(shè)置完畢。2、按鍵約 3秒，儀表進(jìn)入“SP” 設(shè)定值（實(shí)驗(yàn)給定值）設(shè)置，此時(shí)可按上述方法按四、三鍵在4002200轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)任意設(shè)定實(shí)驗(yàn)給定值（SV窗顯示給定值，如1000轉(zhuǎn)/分鐘），觀察PV窗測(cè)量值的變化過(guò)程（最終在SV設(shè)定值調(diào)節(jié)波動(dòng)）。做其它任意一個(gè)轉(zhuǎn)速值控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，只要重新設(shè)置“SP”給定值（其它參數(shù)不要改變）。設(shè)置方法：按住鍵約3秒，儀表進(jìn)入“ SP”給定值（實(shí)驗(yàn)值）設(shè)置，此時(shí)可按 、三鍵修改給定值，使SV窗顯示值為新做的轉(zhuǎn)速控制實(shí)驗(yàn)值，進(jìn)入控制電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)程，觀察PV窗測(cè)量值的變化過(guò)程。五、思考題按SET鍵并保持約 3秒鐘，即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，只大范圍改變控制參數(shù)P或I

47、或d的其中之一設(shè)置值 （注：其它任何參數(shù)的設(shè)置值不要改動(dòng)），觀察 PV窗測(cè)量值的變化過(guò)程。這說(shuō)明了什么問(wèn)題？實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)六 K熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄犭娕紲y(cè)溫原理及方法和應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)基本原理1821年德國(guó)物理學(xué)家賽貝克（T J Seebeck ）發(fā)現(xiàn)和證明了兩種不同材料的導(dǎo)體A和B組成的閉合回路，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這 種物理現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)（塞貝克效應(yīng)）。熱電偶測(cè)溫原理是利用熱電效應(yīng)。熱電偶就是將A和B二種不同金屬材料的一端焊接而成，如圖5 1所示：AToC熱電勢(shì)測(cè)量T:BToC圖6 1熱電偶A和B稱(chēng)為熱電極，焊接的一端是接觸熱場(chǎng)的T端稱(chēng)為工

48、作端或測(cè)量端，也稱(chēng)熱端；未焊接的一端處在溫度To稱(chēng)為自由端或參考端，也稱(chēng)冷端（接引線(xiàn)用來(lái)連接測(cè)量?jī)x表的兩根導(dǎo)線(xiàn)C是同樣的材料，可以與A和B不同種材料）。T與To的溫差愈大，熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)愈大；溫差為0時(shí)，熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)為0;因此，可以用測(cè)熱電動(dòng)勢(shì)大小衡量溫度的大小。國(guó)際上，將熱電偶的A、B熱電極材料不同分成若干分度號(hào)，如常用的K （鎳鉻-鎳硅或鎳鋁）、E （鎳鉻-康銅）、T （銅-康銅）等等，并且有相應(yīng)的分度表即參考端溫度為0C時(shí)的測(cè)量端溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系表；可以通過(guò)測(cè)量熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)值再查分度表得到相應(yīng)的 溫度值。熱電偶一般應(yīng)用在冶金、化工和煉油行業(yè)，用于測(cè)量、控制較高的

49、溫度。熱電偶使用說(shuō)明：熱電偶由A、E熱電極材料及直徑（偶絲直徑）決定其測(cè)溫范圍，如K （鎳鉻-鎳硅或鎳鋁）熱電偶，偶絲直徑3.2mm時(shí)測(cè)溫范圍 01200 C,本實(shí)驗(yàn)用的K熱電偶偶絲直徑為0.5mm ,測(cè)溫范圍0 800 C；E （鎳鉻-康銅），偶絲直徑 3.2mm時(shí)測(cè)溫范圍-200+750 C,實(shí)驗(yàn)用的E熱電偶偶絲直徑為0.5mm,測(cè)溫范圍-200+350 C。由于溫度源溫度v200 C,所以，所有熱電偶實(shí)際測(cè)溫實(shí)驗(yàn)范圍V 180 C。從熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電偶測(cè)量的是測(cè)量端與參考端之間的溫度差，必須保證參考端溫度為0 c時(shí)才能正確測(cè)量測(cè)量端的溫度，否則存在著參考端所處環(huán)境溫度值誤差。熱

50、電偶的分度表（見(jiàn)附錄）是定義在熱電偶的參考端（冷端）為0 C時(shí)熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)與熱電偶測(cè)量端（熱端）溫度值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。熱電偶測(cè)溫時(shí)要對(duì)參考端（冷端）進(jìn)行修正（補(bǔ)償），計(jì)算公式：E（t,t 0）=E（ t ,t 0 / ）+E（t 0 / ,t 0）式中：E（t , t 0）-熱電偶測(cè)量端溫度為t ,參考端溫度為t0=0 C時(shí)的熱電勢(shì)值；E（ t, t。/ ）-熱電偶測(cè)量溫度t，參考端溫度為t。/不等于0C時(shí)的熱電勢(shì)值；E（t 0 7 , t 0）-熱電偶測(cè)量端溫度為t0 /，參考端溫度為 t0 = 0 C時(shí)的熱電勢(shì)值。例：用一支分度號(hào)為K（鎳鉻-鎳硅）熱電偶測(cè)量溫度源的溫度，工作時(shí)的參考端溫度（室溫）t0 / =20 C,而測(cè)得熱電偶輸出的熱電勢(shì)（經(jīng)過(guò)放大器放大的信號(hào)，假設(shè)放大器的增益A=10）32.7mv ，貝U E（ t , t 0/ ）=32.7mV/10=3.27mV，那么熱電偶測(cè)得溫度源的溫度是多少呢？解：由附表查得：E(t0 /,t )=E(20,0)=0.798mV已測(cè)得E(t, t0 / )=32.7mV/10=3.27mV故E(t, t0)=E( t , t 0/ )+E(t 0/ , t 0)= 3.27