传感器原理与应用实验指导书

《传感器原理及应用》实验指导书

朱蕴璞王芳编写

孔德仁审定

南京理工大学

二〇〇九年九月

实验须知

1．传感器实验仪是贵重实验设备，请在每个实验前认真阅读实验指导书,尤其是每个实验最后的实验注意事项.

2．实验仪器电源的开关原则:

连接测量线路,确认准确无误后,开启仪器电源；

实验完毕，关闭仪器电源，拆除测量线路。

3．稳压电源不可对地短路。

4．实验过程中,心要细、动作要轻,不可有强制性机械动作出现。5．实验严格按操作规程进行,否则，出现损坏责任自负。

6．实验完毕，请一切恢复到实验前的状态,然后离开实验室。

目录

实验一传感器静态标定实验 (3)

实验二应变式传感器特性实验 (10)

实验三电感式、涡流式、电容式、霍尔式位移传感器特性实验 (14)

实验四重量测量实验（选做） (25)

实验五转速测量实验 (29)

实验六温度实验 (34)

实验一 传感器静态标定实验

（注：“压力传感器的静态标定及特性指标的求取”及“光纤位移传感器静态标定及特性指标求取“两实验取其一.）

压力传感器的静态标定及特性指标的求取

1、实验目的

掌握压力传感器静态标定的基本方法以及压力传感器的静态特性指标的求取。 2、实验内容

（1）组建压力测试系统；

(2）学习压力测试系统的标定过程； (3）计算压力测试系统静态特性指标。 3、实验原理及方法

4活塞压力计一台，数字万用表一只，动态电阻应变仪一台，压力表一只.

5、实验步骤

（1）反复排除活塞压力计油腔内的空气，最后将压力泵手轮摇出。 (2)把压力传感器装在活塞压力计的联接螺帽上,关闭油杯。

（3）传感器输出接入可调零的桥盒，电桥输出接入数字万用表。当输出量很小,无法直接用万用表测得时，可先将传感器接入动态电阻应变仪桥盒（注意电桥的连接），桥盒的另一端连线接应变仪输入（选择一个通道)；将应变仪专用电源接好；电阻应变仪电压输出接数字万用表.（说明:后者标定是整个系统标定，所求得的指标也为系统指标）

(4）压力表指示为零时，开启仪器电源（注意：开启仪器电源前应变仪各通道应处于关闭状态），将应变仪灵

图 1 压力传感器标定系统原理框图

敏度旋钮放在适中位置，按照动态电阻应变仪调零规则（应变仪衰减档从大到小），各档分别调节电阻、电容平衡旋钮将系统输出调整为零，最后将应变仪衰减档放在适中位置上。

（5)按活塞压力计的操作规程，转动压力泵的手轮，使托盘上升到规定的刻线位置，并转动托盘.

（6）按所要求的压力间隔，逐点增加砝码重量，使压力计产生所需要的压力（等间隔6~8个点至满量程），用数字万用表记录传感器在相应压力下的电压输出,数据记录于表1。(此过程称为升程）

(7）在满量程处逐点减少砝码重量，使压力计产生所需要的压力(等间隔6～8个点至零点）。用数字万用表记录传感器在相应压力下的电压输出，数据记录于表1。（此过程称为回程)

（8)重复4次实验步骤6、7，数据记录于表1。

（9）计算压力传感器的灵敏度、迟滞、非线性度及重复性。

表1 数据记录、计算平均值及子样标准偏差表

实验报告含如下内容：

（1）实验目的

（2）实验内容

（3）实验原理及方法（包括实验系统框图）

（4）实验仪器设备及条件（包括仪器状况、环境温度、环境湿度）

（5）实验步骤

（6）实验结果记录

（7）实验信息处理及分析

（8）实验心得体会

7、实验注意事项

（1）在整个标定过程中，系统只允许开始为零压力时的1次调零。

（2)压力表的量程必须稍大于被标传感器的量程，所加压力不要超过传感器满量程的10％。

光纤位移传感器静态标定及特性指标求取

1、实验目的

掌握光纤位移传感器静态标定的基本方法以及静态特性指标的求取方法.

2、实验内容

（1）组建光纤位移传感器测试系统；

（2）学习光纤位移传感器测试系统的标定过程;

（3)计算光纤位移传感器测试系统的静态特性指标.

3、实验原理

反射式光纤位移传感器的工作原理如图3、4所示,光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分成两束,分别作为接受光纤和光源光纤,光纤只起传输信号的作用。当光发射器发出的红外光经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接受光纤至光电转换元件将接受到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。输出电信号（电压）同输入（位移)之间关系必须通过标定来得到，本系统由测微头产生标准位移,数字电压表记录输出电压。

4、实验仪器设备

CSY 传感器综合实验仪，光纤、光电变换器、支架、反射片、测微头、电压表

5、实验步骤

（1）观察光纤结构：本仪器中光纤探头为圆型结构,由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接受光纤。

（2）将原装电涡流线圈上得电涡流线圈取下，装上光纤探头,探头对准度铬反射片。

（3）振动台上装上测微头，开启电源，光电变换器V O 端接电压表。旋转测微头,带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时V O 输出为最小。

(4）旋动测微头，使反射面离开探头，每隔0.2mm 取一V O 电压值填入下表3，至5mm 结束。（此过程称为升程）

（5）探头返回，同样每隔0.2mm 取一V O 电压值填入下表4。(此过程称为回程） （6）重复2次实验步骤4、5。

(7）按平均值作出V O —x 曲线，分析并找出传感器前波段和后波段的线性段。 （8）计算你所找出的前波段的线性段的灵敏度、非线性、重复性及迟滞。 6、实验报告要求 实验报告含如下内容： （1） 实验目的 （2） 实验内容

（3） 实验原理及方法（包括实验系统框图）

（4） 实验仪器设备及条件(包括仪器状况、环境温度、环境湿度) （5） 实验步骤 （6） 实验结果记录 （7） 实验信息处理及分析 （8） 实验心得体会 7、实验注意事项

(1）光电变换器工作时V O 最大输出电压以2V 左右为好,可通过调节增益电位器控制，调节好后，在整个标定

x 接受光纤

光源光纤 输出电压

位移 前波

后波

图3 反射式光纤位移传感器原理图 图4 输出特性曲线