檢測與轉(zhuǎn)換試驗指導書

1、jZY-in型檢測與轉(zhuǎn)換技術實驗箱實驗指導書山東農(nóng)業(yè)大學機電學院實驗一電阻式傳感器的全橋性能實驗一、實驗目的1、了解電阻應變式傳感器的根本結(jié)構(gòu)與使用方法.2、掌握電阻應變式傳感器放大電路的調(diào)試方法.3、掌握全橋電路的工作原理和性能.二、實驗所用單元電阻應變式傳感器、調(diào)零電橋、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、 位移臺架.三、實驗原理及電路將四個應變片電阻分別接入電橋的四個橋臂, 兩相鄰的應變片電阻的受力方 向不同,組成全橋形式的測量電路,轉(zhuǎn)換電路的輸出靈敏度進一步提升,非線性 得到改善.實驗電路圖見圖1-1,全橋的輸出電壓Uo = 4EKe四、實驗步驟1、固定好位移臺架,將電阻應變式傳感

2、器置于位移臺架上,調(diào)節(jié)測微器使 其指示15mm左右.將測微器裝入位移臺架上部的開口處,旋轉(zhuǎn)測微器測桿使 其與電阻應變式傳感器的測桿適度旋緊,然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母使電阻式應變傳 感器上的兩個懸梁處于水平狀態(tài),兩個滾花螺母固定在開口處上下兩側(cè).2、將放大器放大倍數(shù)電位器 RP1旋鈕實驗臺為增益旋鈕逆時針旋到終 端位置.3、用導線將差動放大器的正負輸入端連接,再將其輸出端接到數(shù)字電壓表 的輸入端；將電壓量程撥到 20V檔；接通電源開關,旋動放大器的調(diào)零電位器 RP2旋鈕,使電壓表指示向零趨近,然后換到 2V量程,旋動調(diào)零電位器 RP2旋 鈕使電壓表指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié),根據(jù)實驗

3、適當調(diào)節(jié)增 益電位器RR.4、按圖1-1接線,將四個應變片接入電橋中,注意相鄰橋臂的應變片電阻 受力方向必須相反.R323差動放大器R5RPi圖1-1電阻式傳感器全橋?qū)嶒炿娐?、調(diào)節(jié)平衡電位器RP,使數(shù)字電壓表指示接近零,然后旋動測微器使表頭 指示為零,此時測微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位.分別上旋和下旋測微器,每次 0.4mm,上下各2mm,將位移量X和對應的輸出電壓值U.記入下表中.表1-1X(mm)0Uo(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表1-1 ,畫出輸入/輸出特性曲線Uo =f(X),并且計算靈敏度和非 線性誤差.2、全橋測量時,四個應變片電阻是否必須全部一樣？實驗二變面積式電容傳感器特性實驗一

4、、實驗目的1、了解變面積式電容傳感器的根本結(jié)構(gòu).2、掌握變面積式電容及二極管環(huán)形電橋的工作原理3、掌握變面積式電容傳感器的調(diào)試方法.二、實驗所用單元電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架三、實驗原理及電路1、實驗電路框圖如圖2-1所示.電容的變化通過電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓 信號,經(jīng)過差動放大器放大后,用數(shù)字電壓表顯示出來.數(shù)字電壓表圖2-1電容式傳感器實驗電路框圖2、圖2-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖2-2所示.圖中的信號發(fā)生器用于產(chǎn)生 方波信號.電容轉(zhuǎn)換由二極管環(huán)形電橋完成,二極管環(huán)電橋工作原理如圖2-3所 小0固定頻率的方波脈沖由 A點輸入,在方

5、波的上升沿,C0被充電,充電途徑 是VD3一C0；與此同時,Cx1也被充電,具充電途徑是 C9一VD5一CX1.在方波的 下降沿,C0和CX1都放電,C0的放電途徑是C0一VD4一C9； CX1的放電途徑是CX1 一VD6.由于C9在一個周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為：Iu = fVpCx1和Id= fVpCo,式中f是脈沖頻率,Vp為方波峰值電壓,因此 AB間的平均電流I = Id Iu=fVp(C0-Cx1).從該式中可以看出電容的變化與 AB間的電路成正比.在圖2-2中,增加了 L1、L2、Go和區(qū).L和L2對高頻方波的阻抗很大,而 直流電阻很小,與R6一起形成了 AB間的直流通路,使

6、充放電流的直流分量得以 通過.Go用作濾波.這樣在R6兩端就有與電容變化量成正比的直流電壓輸出.信號發(fā)生器圖2-2電容轉(zhuǎn)換電路原理圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架,將電容式傳感器置于位移臺架上,調(diào)節(jié)測微器使其指 示12mm左右.將測微器裝入位移臺架上部的開口處,再將測微器測桿與電容 式傳感器動極旋緊.然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母,使電容式傳感器的動極上外表與靜 極上外表根本平齊,且靜極能上下輕松滑動,這時將兩個滾花螺母旋緊.2、差動放大器調(diào)零(參見實驗一).3、按圖2-2接線,將可變電容Cxi與固定電容C0接到實驗板上,位移臺架 的接地孔與轉(zhuǎn)換電路板的地線相連.4、接通電源,調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓 Uo

7、接近零,并以此為系統(tǒng)零位,分別 上旋和下旋測微器,每次0.5mm ,上下各2.5mm ,將位移量X與對應的輸出電 壓Uo記入下表中.表2-1X(mm)0Uo(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表2-1 ,畫出輸入/輸出特性曲線Uo =f(X),并且計算靈敏度和非 線性誤差.2、本實驗的靈敏度和線性度取決于哪些因素？實驗三差動式電容傳感器特性實驗一、實驗目的1、了解差動式電容傳感器的根本結(jié)構(gòu).2、掌握差動式電容傳感器的調(diào)試方法.二、實驗所用單元電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù) 字電壓表、位移臺架.三、實驗原理及電路實驗電路框圖如圖3-1所示.與實驗七不同之處在于接入電

8、容轉(zhuǎn)換電路的兩 個電容都為可變電容,當電容傳感器的動極移動時,兩個電容的電容量都發(fā)生變 化,但變化方向相反,這樣就構(gòu)成差動式的電容傳感器.圖3-1電容式傳感器實驗電路框圖四、實驗步驟根據(jù)實驗二的步驟進行實驗,注意接入電路板的兩個電容為Cxi和CX2.將實驗結(jié)果記入下表中.表3-1X(mm)0Uo(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表3-1 ,畫出輸入/輸出特性曲線Uo =f(X),并且計算靈敏度和非 線性誤差.2、試比擬差動式和變面積式兩種電容傳感器的優(yōu)劣實驗四差動變壓器的特性實驗一、實驗目的i、了解差動變壓器的根本結(jié)構(gòu).2、掌握差動變壓器及整流電路的工作原理3、掌握差動變壓器的調(diào)試方法.二、實驗所

9、用單元電感式傳感器、電感式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù) 字電壓表、位移臺架.三、實驗原理及電路i、差動變壓器由一個初級線圈和兩個次級線圈及一個鐵芯組成,當鐵芯移 動時,由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化使次級線圈的感應電勢產(chǎn)生 變化,一個次級線圈的感應電勢增加,另一個那么減少,將兩個次級線圈反向申接, 就可以引出差值輸出,其輸出電勢反映出鐵芯的位移量.2、差動變壓器實驗電路圖如圖4-i所示.1KHz05VVp-p NiB 圖4-1差動變壓器實驗電路圖傳感器的兩個次級線圈N2、N3電壓分別經(jīng)URi、UR2兩組橋式整流電路變 換為直流電壓,然后相減,經(jīng)過差動放大器放大后,由

10、電壓表顯示出來.Ri、R2為兩橋臂電阻,RPi為調(diào)零電位器,R3、&、Ci組成濾波電路,R5為負載電阻, 采用這種差動整流電路可以減少零點剩余電壓.四、實驗步驟i、固定好位移臺架,將電感式傳感器置于位移臺架上.調(diào)節(jié)測微器使其指 示i2mm左右,將測微器裝入臺架上部的開口處,再將測微器的測桿與電感式 傳感器的可動鐵芯旋緊.然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母,使鐵芯離開底面i0mm ,注意 要使鐵芯能在傳感器中輕松滑動,再將兩個滾花螺母旋緊.2、差動放大器調(diào)零參見實驗一.3、按圖4-1將信號源的兩輸出端A、B接到傳感器的初級線圈Ni上,傳感 器次級線圈N2、N3分別接到轉(zhuǎn)換電路板的C、D與H、I上,并將

11、F與L用導線 連接,將差動放大器與數(shù)字電壓表連接好.這樣構(gòu)成差動變壓器實驗電路.4、接通電源,調(diào)節(jié)信號源輸出幅度電位器 RP2到較大位置,平衡電位器RPi 處于中間位置,調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓接近零,然后上移或下移測微器1mm,調(diào)節(jié)差動放大器增益使輸出電壓的值為 300mV左右,再回調(diào)測微器使輸出電壓 為0mVo此為系統(tǒng)零位,分別上旋和下旋測微器,每次0.5mm ,上下各2.5mm , 將位移量X和對應的輸出電壓Uo記入下表.表4-1X(mm)0Uo(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表4-1,畫出輸入/輸出特性曲線,并且計算靈敏度和非線性誤差2、分析為什么采用差動整流電路可以減少零點剩余電壓？實驗五

12、光電式傳感器的轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗目的1、了解光電式傳感器的根本結(jié)構(gòu).2、掌握光電式傳感器及其轉(zhuǎn)換電路的工作原理.3、掌握差動變壓器的調(diào)試方法.二、實驗所用單元光電式傳感器、光電式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位 移臺架.三、實驗原理及電路1、光斷續(xù)器原理如圖5-1所示,一個開口的光耦合器,當開口處被遮住時, 光敏三極管接收不到發(fā)光二極管的光信號,輸出電壓為0,否那么有電壓輸出.2、圖5-2為測速裝置示意圖,其中微型電動機帶動轉(zhuǎn)盤在兩個成 90度的光 繼續(xù)器的開口中轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)盤上一半為黑色,另一半透明,轉(zhuǎn)動時,兩個光繼續(xù)器 將輸出不同相位的方波信號,這兩個方波信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路中的四

13、個運放器, 可 輸出相位差分別為0°、90°、180°、270°的方波信號,它們的頻率都是相 同的,其中任意一個方波信號均可輸出至頻率表顯示頻率.方波信號經(jīng)整形電路后可轉(zhuǎn)換為電壓信號進行顯示.原理如圖 5-3所示.3、微型電動機的轉(zhuǎn)速可調(diào),電路圖如圖5-4所示,調(diào)節(jié)電位器RP可輸出0 12V的直流電壓.圖5-4電機調(diào)速電路圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架,將光電式傳感器置于位移臺架上,將傳感器上的A、B點與轉(zhuǎn)換電路板上的A、B點相連；轉(zhuǎn)換電路板上的012V輸出接到傳感器和 數(shù)字電壓表上；0°輸出端接至頻率表.2、接通電源,調(diào)節(jié)電位器 RP使輸出

14、電壓從最小逐漸增加到最大,觀察數(shù) 字電壓表上顯示的電壓以及頻率表上顯示的頻率的變化情況.五、實驗報告怎樣根據(jù)顯示的頻率換算出電動機的轉(zhuǎn)速?實驗六接近式霍爾傳感器實驗一、實驗目的1、掌握開關型集成霍爾傳感器及其轉(zhuǎn)換電路的工作原理.2、了解利用開關型集成霍爾傳感器制作接近開關的方法.二、實驗所用單元霍爾傳感器、霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、霍爾電路配套磁鋼和鐵片、直流穩(wěn) 壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架.三、實驗原理及電路1、實驗電路如圖6-1所示.電路主要由三局部組成,第一局部是霍爾集成 電路,第二局部是觸發(fā)器,第三局部是兩個非門.當發(fā)光二極管亮時,表示有輸 出信號.圖6-1霍爾傳感器實驗原理圖2、對于普

15、通的霍爾接近開關,當磁體靠近時輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn),磁體離開后狀態(tài)立即復原.而對于鎖存開關,由于增加了數(shù)據(jù)鎖存器,輸出狀態(tài)可以保持,直 到有復位信號或磁體再次觸發(fā)接近開關,開關的狀態(tài)才會恢復.四、實驗步驟1、根據(jù)圖6-1接線.2、普通接近開關實驗(1)將Si斷開,霍爾集成電路、R1與VDi構(gòu)成普通接近開關,用磁鋼的 S 極接近霍爾集成電路的有字面,VD1亮,磁鋼遠離有字面,VD1滅.如果用磁鋼的N極去觸發(fā)霍爾集成電路,VD1不亮,說明霍爾集成電路要求 磁路系統(tǒng)有方向性.(2)將磁鋼吸附于裝在測微器測桿頂端的鐵片上,S面向下,正對霍爾集成電路.下旋測微器,使磁鋼慢慢接近霍爾電路,當 VD1亮時,讀出測微

16、器數(shù)值X 和輸出電壓Uo,填入下表中；然后再上旋測微器,使磁鋼慢慢遠離霍爾電路, 直到VD1滅,再讀出此時的X和Uo,填入下表中,共測5組,分析傳感器的復 現(xiàn)性.表6-1VD1亮滅亮滅亮滅亮滅亮滅X(mm)Uo(V)3、鎖存式接近開關實驗將&接通,S2斷開(S2用于提供復位信號),整個系統(tǒng)即構(gòu)成鎖存開關.先 將S2接通,再斷開,使觸發(fā)器復位,用磁鋼接近霍爾電路,觀察VD1和VD2的亮滅情況,再使磁鋼離開霍爾電路,觀察 VD1和VD2的亮滅情況,了解鎖存開 關是怎樣鎖住狀態(tài)的.五、實驗報告1、對于霍爾集成電路,是磁鋼接近時觸發(fā)還是遠離時觸發(fā)？2、根據(jù)表6-1中的一組數(shù)據(jù),畫出霍爾集成電路

17、的輸入/輸出特性曲線Uo =f(X),并說明這種曲線表示了開關型霍爾傳感器的什么特性,該特性具有 什么優(yōu)點？3、鎖存開關與普通接近開關相比有什么優(yōu)缺點？實驗七渦流傳感器的位移特性實驗、實驗目的1、了解渦流式傳感器的根本結(jié)構(gòu).2、掌握渦流式傳感器的工作原理及性能.二、實驗所用單元渦流式傳感器和鐵片、渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓 表、位移臺架.三、實驗原理及電路通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場,當有導電體接近時,因?qū)щ婓w渦流效應產(chǎn)生 渦流損耗,引起線圈的電感發(fā)生變化.而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關, 因此可以進行位移測量.實驗電路如圖7-1所示,采用電容式三點式振蕩器,用 于產(chǎn)生高

18、頻電流,電流的大小與電感 L2 即渦流感應頭中的線圈的大小有關, 濾波后輸出直流信號.+ 15Vn-Ci圖7-1渦流式傳感器實驗原理圖四、實驗步驟1、將渦流式傳感器裝在位移臺架上,并與轉(zhuǎn)換電路板連接起來.2、將測微器測桿與鐵片連接在一起.3、接通電源,適當調(diào)節(jié)測微器的高度,使鐵片與渦流感應頭剛剛接觸,記下此時測微器讀數(shù)和輸出電壓,并從此點開始向上移動鐵片,將位移量X與輸出 電壓Uo記入下表中.建議每隔0.2mm讀一次數(shù)值,共讀取20組數(shù)據(jù).表7-1X(mm)Uo(V)X(mm)Uo(V)五、實驗報告1、根據(jù)表7-1的數(shù)據(jù),畫出渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線Uo =f(X), 并求出擬合曲線的

19、方程.2、渦流式傳感器的量程與哪些因素有關？實驗八溫度傳感器及溫度限制實驗(AD590)一、實驗目的1、熟悉半導體型溫度傳感器AD590的根本性能.2、應用AD590實現(xiàn)對溫度的檢測和簡單限制.二、實驗所用單元保溫盒(內(nèi)附溫度傳感器)、溫度傳感器轉(zhuǎn)換電路板、溫度限制電路板、玻 璃管水銀溫度計、直流穩(wěn)壓電源、低壓交流電源、數(shù)字電壓表、位移臺架三、實驗原理及電路1、溫度傳感器電路如圖8-1所示.AD590能把溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c絕對溫度 值成正比的電流信號I.,比例因子為1pA/K.通過運算放大器實現(xiàn)電流運算I2 =I° -I1 ,在運算放大器輸出端得到與溫度成線性關系的電壓Uo.通過調(diào)節(jié)電

20、位器RP1和R巳,可以使Uo在被測溫度范圍內(nèi)具有適宜數(shù)值. 例如被測溫度范圍為0100C,那么可在0c時,調(diào)節(jié)RP1使Uo為0V;在100c 時,調(diào)節(jié)R巳使Uo為5V,這樣被測溫度每變化1 C對應Uo變化50mV.|+5VR2+ RP2O+15VRP3RPiI0AD590-5VD2E二 C2.43OR3-15V二 C1圖8-1溫度傳感器實驗原理圖在本實驗中,由于0 c和100 c這兩個溫度不便得到,因此溫度/電壓的標定 采用理論值推算的方法.在 0c下AD590的電流理論值為273.2叱A,要使輸出 電壓Uo為0V,那么Io與I1相等：5V5V11 = 10 = = 273.2 RA 那么 R

21、 + RP = = 18.31 KQR1 RP1273 .2A100 c下AD590的電流理論值為373.2 pA,此時要使Uo為5V,那么：I2 =UO =I-I1 =100 班,那么 R2 +RP2 = 5V =50KQR2 RP2100 A2、如果將轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓連接到加熱及溫度限制電路中圖 8-2的 電壓比擬器,通過繼電器限制保溫盒電熱元件的通電或斷電, 這樣根據(jù)電壓比擬 器調(diào)溫端的基準電壓大小,就能使保溫盒內(nèi)的溫度保持在某一數(shù)值范圍內(nèi).K1220VFU1圖8-2加熱及溫度限制電路圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架,將內(nèi)裝溫度傳感器的保溫盒置于位移臺架上,將水銀 溫度計插入保溫盒內(nèi),輕靠在溫度傳感器上.2、在此實驗