機自---傳感器原理實驗指導(dǎo)書-1

1、傳感器原理實驗指導(dǎo)書實驗一 電阻傳感器一 實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂電橋的工作原理和工作情況。驗證單臂電橋的輸出特性。二 實驗設(shè)備CSY998B傳感器系統(tǒng)實驗儀所需電路單元：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益最大。三 實驗原理本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測試體受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路

2、，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，當(dāng)使用一個應(yīng)變片時，RR/R；當(dāng)二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有R2R/R；用四個應(yīng)變片組成二個差動狀態(tài)工作，且R1R2R3R4R, R4R/R。四 實驗步驟1 解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表各貼二片受力應(yīng)變片。2 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（）、負(fù)（）、地短接。將差動放大器的輸出端

3、與F/V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。3 根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；R4RX為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，等待數(shù)分分鐘后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。圖14 在傳感器上放上一只砝碼，記下此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計算系統(tǒng)靈敏度SV/W，并作V-W關(guān)系曲線，V為電壓變化率，W為

4、相應(yīng)的重量變化率。重 量（Q）電壓（mv）五 實驗報告1. 畫出單臂的V-W曲線，計算出靈敏度。2. 分析討論本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？六 注意事項：1. 電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。2. 為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當(dāng)減小差動放大增益，此時差動放大器不必重調(diào)零。3. 做此實驗時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減少其對直流電橋的影響。4. 電位器W1、W2，在有的型號儀器中標(biāo)為RD、RA。實驗二 線性霍耳傳感器位移特性實驗一、實驗?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砑疤匦远?、實驗設(shè)備CSY998B傳感器

5、系統(tǒng)實驗儀，雙線示波器所需電路單元：霍爾片、磁路系統(tǒng)、差動放大器、電橋、V/F表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭。三、實驗內(nèi)容1.霍耳傳感器的特性直流激勵 有關(guān)旋鈕的初始位置：差動放大器的增益旋到適中，電壓表置20V檔，直流穩(wěn)壓源為±2V。實驗步驟:將差動放大器調(diào)零，方法是用導(dǎo)線將正負(fù)輸入端連接起來，然后將輸出端接到電壓表的輸入插口，調(diào)整差動放大器上的調(diào)零旋鈕使表頭指示為零。按下圖接線。W1、r為電橋單元中的直流平衡網(wǎng)絡(luò)。將測微頭調(diào)至以霍耳片居中為準(zhǔn)（1012mm）。調(diào)整電橋單元上的電位器W1，使電壓表為零。 在傳感器處于線性范圍的起始處，先將測微頭順時針旋轉(zhuǎn)兩周（此時位移為1mm）再逆時針旋

6、轉(zhuǎn)測微頭，每0.2mm讀一個電壓值，并記錄后填入下表中。X(mm)1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0V(mv) 注意事項：（1）激勵電壓不能任意過大，以免損霍耳片。四、實驗報告1.繪制V/X曲線，并求出靈敏度；實驗三 傳感器綜合實驗一 實驗?zāi)康牧私鉁y振傳感器的測振原理及在實際中的應(yīng)用。二 實驗設(shè)備CSY998B傳感器系統(tǒng)實驗儀、示波器等所需電路單元：根據(jù)所選擇的傳感器自己確定后續(xù)電路獨立單元及部件。此過程需經(jīng)老師檢查并認(rèn)可后才能進(jìn)行下面的步驟。旋鈕初始位置：參照CSY系列傳感器系列實驗指南中后續(xù)電路獨立單元 的初始位置進(jìn)行。三 實驗原理明確自己所選擇的測振

7、傳感器的測振原理、結(jié)構(gòu)及在實驗設(shè)備中的安裝位置，如何正確操作。四 實驗步驟1. 畫出測振系統(tǒng)框圖，并在框圖上標(biāo)明連線方式，經(jīng)老師檢查并認(rèn)可接線。2. 調(diào)整好示波器，用示波器觀察各單元輸出波形。3. 讀出峰-峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入下表：F（HZ）VP-P（V）4. 進(jìn)行誤差分析和數(shù)據(jù)處理，求出此系統(tǒng)的精度。5. 提出減小實驗誤差的措施及對策。五 分析與討論你所選用的傳感器的特點？背景資料：一、交流全橋-（振幅測量一）實驗原理：當(dāng)梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應(yīng)變片的應(yīng)力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時電橋輸出為最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有

8、頻率。所需單元及部件：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、低頻振蕩器、電壓表、示波器、主、副電源、激振線圈。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5KHz，低頻振蕩器頻率旋鈕置5Hz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副電源關(guān)閉。實驗步驟：1. 差動放大器調(diào)整為零：將差動放大（+）（-）輸入端與地短接，輸出端與F/V輸入端Vi相連，F(xiàn)/V表選20V檔，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，再將F/V表切換開關(guān)置2V檔，細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關(guān)閉主、副電源。2. 按圖接線，圖中R1、R2、R3、R4為應(yīng)變片；W1、W2、C、r為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)

9、絡(luò)，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入，音頻振蕩器幅度旋鈕置中間位置。3. 用手按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭脫離振動梁自由端并遠(yuǎn)離，將F/V表的切換開關(guān)置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.10.5ms（以合適為宜），Y軸CH1或CH2切換開關(guān)置5V/div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置5KHz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的W1和W2，使F/V表和示波器顯示最小，再把F/V表和示波器Y軸的切換開關(guān)分別置2V檔和50mv/div，細(xì)調(diào)W1和W2及差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表的顯示值最小，示波器的波形大致為一條水平線（F/V表顯示值與示波器圖形不完全

10、相符時二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器和移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后，梁復(fù)原，示波器圖形基本成一條直線。4. 關(guān)閉主副電源，將低頻振蕩器的輸出Vo引入激振線圈的一端，激振線圈的另一端接地，低頻振蕩器的幅度旋鈕置中間位置，開啟主、副電源，雙平行梁在振動，慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率旋鈕，使梁振動比較明顯，如梁振動幅度不夠大，可調(diào)大低頻振蕩器的幅度。5. 將示波器的X軸掃描旋鈕切換到10ms/div級檔，Y軸切換到50mv/div或0.1v/div，分別觀察差放輸出端、相敏檢波輸出端、低通輸出端波形，并描出各級波形。改變低頻振蕩器頻率f(320Hz)，測得相

11、應(yīng)的電壓峰峰值（低通濾波器輸出Vp-p），填入下表：畫出幅度f-Vp-p曲線。f(Hz)3571012151720Vp-p(mv) 做完以上實驗，可反復(fù)調(diào)節(jié)線路中的各旋鈕，用示波器觀察各輸出環(huán)節(jié)波形的變化，加深實驗體會并了解各旋鈕的作用。6. 實驗完畢關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。二、差動變壓器（互感式）-（振幅測量二）所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、激振器、測微頭、電橋、F/V表、示波器、主、副電源。有關(guān)旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz - 8KHz，差動放大器增益最大，低頻振蕩器頻率旋鈕置最小，幅度旋鈕置中。實驗步驟：（1） 按圖接線，

12、調(diào)節(jié)測微頭遠(yuǎn)離振動臺（不使用測微頭），將低頻振蕩器輸出Vo接入激振振動臺線圈一段，線圈另一端接地，開啟主副電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕置中，頻率從最小慢慢調(diào)大，讓振動臺起振并幅度適中（如振動幅度太小可調(diào)大幅度旋鈕）。（2） 將音頻旋鈕置5KHz，幅度旋鈕置2Vp-p。用示波器觀察各單元，即：差放、檢波、低通輸出的波形（示波器X軸掃描為5-10ms/div，Y軸CH1或CH2旋鈕打到0.2-2V）。（3） 保持低頻振蕩器幅度不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率，用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入下表：F(Hz)34567810122025Vp-p(V)（4） 根據(jù)實驗結(jié)果作出梁

13、的振幅頻率曲線，指出振動平臺自振頻頻率（諧振頻率）的大致值，并與用應(yīng)變片測量振幅的結(jié)果相比較。實驗完畢，關(guān)閉主、副電源。注意事項：適當(dāng)選擇低頻激振電壓，以免振動平臺在自振頻率附近振幅過大。三、差動螺管式（自感式）-(振幅測量三）所需單元和部件：差動螺管式電感傳感器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、相敏檢波器、移相器、低通濾波器、F/V表、低頻振蕩器、雙蹤示波器、振動平臺。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器頻率為5KHz，LV輸出幅度為峰峰值2V，差動放大器的增益旋鈕旋至中間，F(xiàn)/V表置于2KHz檔，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小。注意事項：（1） 音頻振蕩器信號必須從LV輸出端輸出。（2） 差動螺管式

14、電感的兩個線圈注意接法。（3） 實驗中，電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的電位器W1和W2要配合調(diào)整。（4） 實驗中，為了便于觀察，需要調(diào)整示波器的靈敏度。實驗步驟：（1） 根據(jù)下圖接線，組成一個測量電路，將示波器探頭分別接至差動放大器的輸出端和相敏檢波器的輸出端。（2） 轉(zhuǎn)到測微頭，脫離振動平臺并遠(yuǎn)離（使振動平臺振動時不至于被吸住，此時刻振動平臺處于自由靜止?fàn)顟B(tài)），開啟主、副電源。（3） 調(diào)整電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的電位器W1和W2，使差動放大器的輸出端輸出阻的信號最小，這時差動放大器的增益旋鈕置最大。（如果電橋平衡網(wǎng)絡(luò)調(diào)整不過零，則需要調(diào)整電感中鐵芯上下的位置。）（4） 為了使相敏檢波器輸出端的兩個半波的基準(zhǔn)一致，可調(diào)整差動放大器的調(diào)零電位器。將低頻振蕩器輸出接入激振線圈。（