CSY2000传感器实验书

CSY2000实验指南 第1页 共48页 前 言

CSY2000系列传感器与检测技术实验台是本公司多年生产传感技术教学实验装置的基础上，为适应不同类别、不同层次的专业需要，最新推出的模块化的新产品。 其优点在于： 1、能适应不同专业的需要，不同专业可以有不同的菜单。 2、能适应不断发展的形势，作为信息拾取的工具，传感器发展很快，可以不断补充新型的传感器模板。 3、指导教师和学生自己可以开发与组织新实验。 4、可以利用主控台的共用源用于学生课程设计、毕业设计和自制装置。 CSY2000系列传感器与检测技术实验台主要用于各大、中专院校及职业院校开设的“传感器原理与技术”“自动化检测技术”“非电量电测技术”“工业自动化仪表与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。 CSY2000系列传感器与检测技术实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中，通过信号的拾取，转换，分析，掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。 本实验指导书，由于编写时间，水平所限，又是初次试用，难免有疏漏之处，热切期望实验指导 老师与学生们，能提出宝贵的意见，谢谢。 CSY2000实验指南 第2页 共48页 实 验 目 录

实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验 实验三 金属箔式应变片――全桥性能实验 实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 实验五 金属箔式应变片――温度影响实验 实验六 直流全桥的应用――电子秤实验 实验七 交流全桥的应用――振动测量实验 实验八 扩散硅压阻压力传感器的压力测量实验 实验九 扩散硅压阻压力传感器差压测量实验＊ 实验十 差动变压器的性能实验 实验十一 激励频率对差动变压器特性的影响实验 实验十二 差动变压器零点残余电压补偿实验 实验十三 差动变压器的应用――振动测量实验 实验十四 电容式传感器的位移特性实验 实验十五 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 电容传感器动态特性实验 实验十六 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 实验十七 霍尔测速实验 实验十八 磁电式转速传感器的测速实验 霍尔式传感器振动测量实验 实验十九 用磁电式原理测量地震＊ 霍尔式传感器的应用――电子秤实验 实验二十 压电式传感器振动实验 实验二十一 电涡流传感器的位移特性实验 实验二十二 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验 CSY2000实验指南 第3页 共48页 实验二十三 被测体面积大小对电涡流式传感器的特性影响实验 实验二十四 电涡流传感器测量振动实验 实验二十五 电涡流测转速实验＊ 实验二十六 光纤传感器的位移特性实验 实验二十七 光电转速传感器的转速测量实验 实验二十八 利用光电传感器测转速的其它方案＊ 实验二十九 集成温度传感器的温度特性实验 实验三十 铂电阻温度特性实验 实验三十一 铜电阻温度特性实验 光纤传感器测量振动实验 实验三十二 K型热电偶测温实验 光纤传感器的测速实验 实验三十三 E型热电偶测温实验 实验三十四 热电偶冷端温度补偿实验＊ 实验三十五 气敏传感器实验 实验三十六 温度传感器实验 热电阻温度特性实验 实验三十七 数据采集系统实验――静态举例 实验三十八 数据采集系统实验－－动态举例 实验三十九 PSD位置传感器测定位移实验 实验四十 PSD位置传感器测量振动＊ 实验四十一 扭矩传感器的不同的信号传输方式＊ 实验四十二 超声波传感器测量距离实验 实验四十三 超声波传感器的方位角测定实验＊ 实验四十四 超声自动开闭门的实验＊ 实验四十五 CCD电荷耦合器体测定直径实验 实验四十六 光学系统对CCD测径系统的影响＊ CSY2000实验指南 第4页 共48页 实验四十七 光栅位移传感器位移测量实验 备注：带＊号实验为思考实验，由学生自己动手组建。实验一至实验四十三为普通型、增强型共用实验，实验四十四至实验五十三为增强型实验。

实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。

二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描

述电阻应变效应的关系式为： ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化 、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、

±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤：

1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3

＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右

图1－1 应变式传感器安装示意图 CSY2000实验指南 第5页 共48页 2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。 3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节RW1，使数显表显示为零。

图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图 4、在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表1－1，关闭电源。 重量(g) 电压(mv) 5、根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·SCSY2000实验指南 第6页 共48页 满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。 五、思考题：

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验

一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。 三、需用器件与单元：同实验一。

四、实验步骤： 1、传感器安装同实验一。做实验（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零。 2、根据图1－3接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器RW1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1－2，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δf2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。

图1－3应变式传感器半桥实验接线图 表1－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值 CSY2000实验指南 第7页 共48页 重量 电压 五、思考题： 1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。 2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。 实验三 金属箔式应变片――全桥性能实验

一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝

R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、需用器件和单元：同实验一

四、实验步骤： 1、传感器安装同实验一。 2、根据图1－4接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表1－3；进行灵敏度和非线性误差计算。

1－4全桥性能实验接线图 表1－3全桥输出电压与加负载重量值 CSY2000实验指南 第8页 共48页 重量 电压 五、思考题： 1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。 2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

图1－5应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图 实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。

二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进

行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。 实验五 金属箔式应变片的温度影响实验

一、实验目的：了解温度对应变片测试系统的影响。

二、基本原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系

数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态

R3 R1 R4 R2 R3 R4 R1 R2

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