傳感器與檢測技術(shù)實驗報告

.z.西華大學(xué)實驗報告西華大學(xué)實驗報告〔理工類〕開課學(xué)院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室實驗時間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱傳感器與檢測技術(shù)課程代碼106088009實驗工程名稱實驗一：箔式應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導(dǎo)體應(yīng)變片性能比較實驗項目代碼指導(dǎo)教師林艷、陳高燕項目學(xué)分一、實驗?zāi)康?．觀察了解箔式應(yīng)變片的構(gòu)造及粘貼方式；2．測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；3．比較各橋路間的輸出關(guān)系；4．比較金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的各種的特點。二、實驗原理應(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)變片要結(jié)實地粘貼在測試體外表，當(dāng)測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。三、實驗設(shè)備、儀器及材料直流穩(wěn)壓電源〔±4V檔〕、電橋、差動放大器、箔式應(yīng)變片、測微頭、〔或雙孔懸臂梁、稱重砝碼〕、電壓表。四、實驗步驟〔按照實際操作過程〕1．調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍〔順時針方向旋到底〕，"＋、－〞輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用"調(diào)零〞電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化，調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2．按圖1.1將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為金屬箔式應(yīng)變片〔可任選上、下梁中的一片工作片〕。直流鼓勵電源為±4V。＋4VRR2－＋4VRR2－4VR3R1WD＋－V圖1.1單臂電橋測試原理圖4．旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零為起點，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動05．直流半橋：保持差動放大器增益不變，將R2換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應(yīng)變片，〔假設(shè)R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片〕形成半橋。重復(fù)單臂電橋的步驟；6．直流全橋：保持差動放大器增益不變，將R1換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應(yīng)變片，〔假設(shè)R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片〕，將R3換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)一樣的另一金屬箔式應(yīng)變片，形成全橋。重復(fù)單臂電橋的步驟。五、實驗過程記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)六、實驗結(jié)果分析及問題討論指導(dǎo)教師簽字：西華大學(xué)實驗報告〔理工類〕開課學(xué)院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室實驗時間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱傳感器技與檢測技術(shù)課程代碼106088009實驗工程名稱實驗二：熱電式傳感器——熱電偶、熱敏電阻測溫試驗項目代碼指導(dǎo)教師林艷、陳高燕項目學(xué)分一、實驗?zāi)康?、觀察了解熱電偶的構(gòu)造；2、熟悉熱電偶的工作特性；3、學(xué)會查閱熱電偶分度表；4、了解熱敏電阻的特性；5、比較熱電偶和熱敏電阻的特性。二、實驗原理1．熱電偶測溫：熱電偶是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化成電勢的變化，其工作原理是建立在熱電效應(yīng)的根底上的。即將兩種不同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路，如果兩個結(jié)點的溫度不同，回路中將產(chǎn)生一定的電流〔電勢〕，其大小與材料的性質(zhì)和結(jié)點的溫度有關(guān)。因此只要保持冷端溫度t0不變，當(dāng)加熱結(jié)點時，熱電偶的輸出電勢E會隨溫度t變化，通過測量此電勢即可知道兩端溫差，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅—康銅熱電偶〔K型〕。2．熱敏電阻測溫：熱敏電阻是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化以到達(dá)測量溫度的目的。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的熱敏元件，它具有靈敏度高，可以應(yīng)用于各領(lǐng)域的優(yōu)點。熱電偶一般測高溫線性較好，熱敏電阻則用于200℃本實驗中所用熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)。其定義為熱敏電阻在其自身溫度變化1℃式中B為熱敏電阻常數(shù)。本實驗所用的熱敏電阻B=3200K。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻其特性可以表示為：式中RT、RT0分別為溫度T和T0時的電阻值。因此當(dāng)溫度變化時，熱敏電阻阻值的變化將導(dǎo)致由運放組成的壓/阻變換電路的輸出電壓變化，其關(guān)系可表示為： 式中UT、UT0分別為溫度T和T0時的壓/阻變換電路的輸出電壓值。根據(jù)上面兩式：三、實驗設(shè)備、儀器及材料熱電偶、熱敏電阻RT、溫度變換器、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計〔自備〕。四、實驗步驟〔按照實際操作過程〕1．熱電偶的測溫試驗步驟〔1〕調(diào)節(jié)差動放大器輸出為零。開啟儀器總電源并將儀器左下角的±15V電源開關(guān)置于"開〞的位置。差動放大器增益置100倍〔順時針方向旋到底〕"+、-〞輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用"調(diào)零〞電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后，差動放大器的兩個電位器的位置不要變化；〔2〕將熱電偶接入差動放大器的雙端輸入，記錄數(shù)字表顯示的電壓值Ut；〔3〕翻開加熱開關(guān)，觀察差動放大器輸出電壓的變化，每隔1-2分鐘記錄一次電壓值，待溫度不再上升時〔到達(dá)相對的熱穩(wěn)定狀態(tài)〕，記錄電壓表讀數(shù)，并求出溫度值；〔4〕本儀器上熱電偶是由兩支銅－康銅熱電偶串接而成，熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計算熱電勢時均應(yīng)考慮進(jìn)去。用溫度計讀出熱電偶參考端所處的室溫t1；E〔t,to〕=E〔t,t1〕+E〔t1,to〕實際電動勢測量所得電勢溫度修止電動勢式中E為熱電偶的電動勢，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0℃，t1為熱電偶參考端所處的溫度。查閱銅－康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t2.熱敏電阻的測溫試驗步驟〔1〕觀察裝于懸臂梁上封套內(nèi)的熱敏電阻，將熱敏電阻接入溫度變換器RT端口，調(diào)節(jié)"增益〞旋鈕，使加熱前電壓輸出U0端的輸出電壓值盡可能大但不超量程，記錄URT0值；〔2〕用溫度計測出環(huán)境溫度，記錄T0值?！灿脟H溫標(biāo)〕；〔3〕翻開加熱器，觀察溫度變換器輸出電壓的變化情況。每隔1分鐘，盡可能同時測出熱電偶、熱敏電阻傳感器的輸出電壓，記入數(shù)據(jù)表。直至電壓穩(wěn)定；〔4〕根據(jù)計算熱電偶的穩(wěn)定溫度值T,計算第5點的溫度值T1。五、實驗過程記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)六、實驗結(jié)果分析及問題討論指導(dǎo)教師簽字：西華大學(xué)實驗報告〔理工類〕開課學(xué)院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室實驗時間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱傳感器與檢測技術(shù)課程代碼106088009實驗工程名稱實驗三：基于上位機檢測的光電測速、測頻率綜合實驗項目代碼指導(dǎo)教師林艷、陳高燕項目學(xué)分一、實驗?zāi)康脑诠I(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，轉(zhuǎn)速測量是一個很重要的問題。通過該試驗，到達(dá)以下綜合目的：1．了解光電轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理；2．掌握光電測速的系統(tǒng)構(gòu)造；3．學(xué)會通過測量脈沖計算轉(zhuǎn)速；4．了解計算機測速的根本環(huán)節(jié)；5．了解光電轉(zhuǎn)速中環(huán)境光對測速的影響。二、實驗原理1.采用光電轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)展測速；2.采用頻率計通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；3.采用示波器通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；4.通過數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)過RS232與計算機通信進(jìn)展速度的測量與顯示。5.采用人為干擾的方法，觀察環(huán)境光對光電測速的影響。三、實驗設(shè)備、儀器及材料光電傳感器、光電變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓/頻率表2KHZ檔、示波器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機。四、實驗步驟〔按照實際操作過程〕光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強度變化的電子器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時，則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號。光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成，通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時，傳感器輸出信號。信號構(gòu)造盤是反射式構(gòu)造，將信號盤與電機安裝在一起，使其隨電機轉(zhuǎn)動；傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速盤，當(dāng)轉(zhuǎn)速盤旋轉(zhuǎn)時，光電傳感器就輸出矩形脈沖信號，每6個脈沖對應(yīng)電動機1轉(zhuǎn)。信號盤旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。采用頻率計通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；采用示波器測轉(zhuǎn)速。五、實驗過程記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)六、實驗結(jié)果分析及問題討論指導(dǎo)教師簽字：西華大學(xué)實驗報告〔理工類〕開課學(xué)院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室實驗時間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱傳感器與檢測技術(shù)課程代碼106088009實驗工程名稱實驗四：基LABVIEW的霍爾式傳感器的直流鼓勵特性綜合實驗項目代碼指導(dǎo)教師林艷、陳高燕項目學(xué)分一、實驗?zāi)康?.了解霍爾式傳感器的工作原理；2.熟悉霍爾式傳感器的構(gòu)造；3.學(xué)會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試；4.了解基于LABVIEW的測試系統(tǒng)構(gòu)成。二、實驗原理在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和片子外表垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，VH稱為霍爾電壓：VH＝KHIB霍爾元件一旦制成，KH為常數(shù)?；魻柶骷且环N磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作根底?；魻杺鞲衅魇怯蓛蓚€環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成，當(dāng)霍爾元件通以恒定的電流時，霍爾元件就有電勢輸出。如圖4.1(a)所示的兩塊永久磁鐵一樣極性相對放置，將霍爾元件置于中間，其磁感應(yīng)強度為零，這個位置可以作為位移的零點。當(dāng)霍爾器件在Z軸方向位移Z時，霍爾器件有一電壓UH輸出，其輸出特性如圖9-20(b)所示。圖4.1霍爾位移測量－－＋WDR2V差放電壓表圖4.2測量原理圖只要測出UH值，即可得到位移的數(shù)值。位移傳感器的靈敏度與兩塊磁鋼間距離有關(guān)，距離越小，靈敏度越高。一般要求其磁場梯度大于0.03T／mm，這種位移傳感器的分辨率優(yōu)于106mVH＝KHIBB=kB*VH＝KHIkB*K=KHIkBVH=K*三、實驗設(shè)備、儀器及材料直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表、測微頭。四、實驗步驟〔按照實際操作過程〕1.調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍〔順時針方向旋到底〕，"＋、－〞輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用"調(diào)零〞電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整"調(diào)零〞電位器，使指針居"零〞位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源；2.按圖4.2接線；裝上測微頭，調(diào)節(jié)振動圓盤上、下位置，使霍爾元件位于梯度磁場中間位置；3.將差動放大器增益放在適度的位置〔認(rèn)真理解"適度〞的含義〕；4.開啟電源，調(diào)節(jié)電橋WD，使差放輸出為零；5.上、下移動振動臺，使差放正負(fù)電壓輸出對稱；6.上、下移動測微頭各3.5mm，每變化0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值。7.如所測的數(shù)據(jù)不對稱，應(yīng)重新調(diào)整零點再測；8.最后將測微頭的移動范圍超過3.5mm，觀察將出現(xiàn)什么現(xiàn)象；9.觀察教師做基于LABVIEW的測試的演示實驗：將CSY實驗儀器的通信電纜與PC機的COM口相連接，在PC機上翻開LABVIEW的測試界面，調(diào)出如圖4.4所示虛擬電壓表進(jìn)展測試。五、實驗過程記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計算等)六、實驗結(jié)果分析及問題討論指導(dǎo)教師簽字：西華大學(xué)實驗報告〔理工類〕開課學(xué)院及實驗室：自動檢測及自動化儀表實驗室實驗時間：年月日學(xué)生姓名學(xué)號成績學(xué)生所在學(xué)院電氣信息學(xué)院年級/專業(yè)/班課程名稱傳感器與檢測技術(shù)課程代碼106088009實驗工程名稱實驗五：電子計數(shù)器測頻和測周實驗項目代碼指導(dǎo)教師林艷、陳高燕項目學(xué)分一、實驗?zāi)康?.了解頻率測量的根本原理。2.了解電子計數(shù)器測頻/測周的根本功能。頻率測量，并了解測頻方式下：閘門時間與測量分辨率關(guān)系。周期測量，并了解測周方式下：時標(biāo)、周期倍增與測量分辨率關(guān)系。3.熟悉電子計數(shù)器的使用方法。二、實驗原理1.測頻原理所謂"頻率〞，就是周期性信號在單位時間變化的次數(shù)。電子計數(shù)器是嚴(yán)格按照f＝N/T的定義進(jìn)展測頻，其對應(yīng)的測頻原理方框圖和工作時間波形如圖5-1所示。從圖中可以看出測量過程：輸入待測信號經(jīng)過脈沖形成電路形成計數(shù)的窄脈沖，時基信號發(fā)生器產(chǎn)生計數(shù)閘門信號，待測信號通過閘門進(jìn)入計數(shù)器計數(shù)，即可得到其頻率。假設(shè)閘門開啟時間為T、待測信號頻率為f*，在閘門時間Ｔ內(nèi)計數(shù)器計數(shù)值為N，則待測頻率為f*=N/T(5-1)假設(shè)假設(shè)閘門時間為1s，計數(shù)器的值為1000，則待測信號頻率應(yīng)為1000Hz或1.000kHz，此時，測頻分辨力為1Hz。圖5-1測頻原理框圖和時間波形2.測周原理由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測頻的原理中對換一下待測信號和時基信號的輸入通道就能完成周期的測量。其原理如圖5-2所示。圖5-2測周原理圖待測信號T*通過脈沖形成電路取出一個周期方波信號加到門控電路，假設(shè)時基信號(亦稱為時標(biāo)信號)周期為To，電子計數(shù)器讀數(shù)為N，則待測信號周期的表達(dá)式為〔5-2〕例如：f*=50Hz，則主門翻開1/50Hz〔=20ms〕。假設(shè)選擇時基頻率為fo=10MHz，時基To＝0.1us，計數(shù)器計得的脈沖個數(shù)為=200000個，如以ms為單位，則計數(shù)器可讀得20.0000(ms)，此時，測周分辨力為0.1us。三、實驗設(shè)備、儀器及材料1.計算機１臺2.SJ-8002B電子測量實驗箱１臺3.Q9連接線１根四、實驗步驟〔按照實際操作過程〕1．實驗準(zhǔn)備〔1〕按照圖5-3所示的方法連線，S602接"no〞端?！?〕先翻開實驗箱電源，電源指示燈"亮〞。然后在PC機上運行主界面程序，如圖5－8所示，再從主界面進(jìn)入"電子測量實驗室〞，其界面如圖5－4所示，最后選擇實驗二，軟件則自動翻開了電子計數(shù)器測頻和測周的界面。圖5－3實驗連接框圖圖5－4主程序界面2.按如圖5-6所示,連接實驗系統(tǒng)。圖5-6實驗平臺及實驗器材連接圖說明：被測輸入信號有兩種接法，一種是如圖5-6所示的①，由外接信號發(fā)生器連接實驗箱測頻輸入f*的BNC插座；一種是如圖5-6所示的②，由實驗箱上的信號源Aout1(或Aout2)連接實驗箱測頻輸入f*的BNC接頭，并用示波器監(jiān)測輸入信號的幅度和頻率大小。然后按照電子計數(shù)器測頻/測周實驗運行電子計數(shù)器程序進(jìn)展測量。4.電子計數(shù)器的面板如圖5-7所示。圖5-7虛擬電子計數(shù)器面板使用說明：〔1〕中選擇測頻/測周按鈕置"測頻〞時，可選"閘門時間〞分別為：1ms,10ms,100ms,1s,10s，時標(biāo)選擇旋鈕不使能；〔2〕中選擇測頻/測周按鈕置"測周〞時，可選"周期倍乘〞分別為：×1，×10，×100，×1000，×10000。時標(biāo)選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz?！?〕中選擇"自動