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    JGZJ-A型传感器与检测技术实验台

  • 所在地:湖南-长沙市
  • 产品价格:面议
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  • 行业分类: 机械类
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JGZJ-A型传感器与检测技术实验台

JGZJ-A型传感器与检测技术实验台

一、实验台的组成

CSY-2000 系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。

1、主机箱:提供高稳定的±15V、±5V、+5V、±2V-±10V(步进可调)、+2V-+24V(连续可调)直流稳压电源;音频信号源(音频振荡器)1KHz~10KHz(连续可调);低频信号源(低频振荡器)1Hz~30Hz(连续可调);气压源0-20KPa(可调);温度(转速)智能调节仪;计算机通信口;主机箱面板上装有电压、频率转速、气压、计时器数

显表;漏电保护开关等。其中,直流稳压电源、音频振荡器、低频振

荡器都具有过载切断保护功能,在排除接线错误后重新开机恢复正常

工作。

2、振动源:振动台振动频率1Hz-30Hz 可调(谐振频率9Hz 左右)。

   转动源:手动控制0-2400 转/分;自动控制300-2400 转/分。

   温度源:常温-180℃。

3、传感器:基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器(光电断续器)、集成温度(AD590)传感器、K 型热电偶、E型热电偶、Pt100 铂电阻、Cu50 铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。

增强型:基本型基础上可选配扭矩传感器、超声位移传感器、PSD位置传感器、CCD 电荷耦合器件、光栅位移传感器、红外热释电传感器、红外夜视传感器、指纹传感器等。

4、实验模板:基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/低通滤波共十块模板。增强型增加与选配传感器配套的实验模板。

5、数据采集卡及处理软件,另附。

6、实验台:尺寸为1600×800×750mm,实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。

二、电路原理

实验模板电路原理已印刷在模板的面板上 ,实验接线图参见文中的具体实验内容。

三、使用方法

1、开机前将电压表显示选择旋钮打到 2V 档;电流表显示选择旋钮打到200mA档;步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V 档;其余旋钮都打到中间位置。

2、将AC 220V 电源线插头插入市电插座中,合上电源开关,数显表显示0000,表示实验台已接通电源。

3、做每个实验前应先阅读实验指南,每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线(实验中用到可调直流电源时,应在该电源调到实验值后再接到实验线路中),检查无误后方可接通电源。

4、合上调节仪(温度开关)电源开关,调节仪的PV 显示测量值;SV显示设定值。

5、合上气源开关,气泵有声响,说明气泵工作正常。

6、数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。

四、仪器维护及故障排除

1、维护

⑴ 防止硬物撞击、划伤实验台面;防止传感器及实验模板跌落地面。

⑵ 实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。

2、故障排除

⑴ 开机后数显表都无显示,应查AC 220V 电源有否接通;主机箱侧面AC220V 插座中的丝是否烧断。如都正常,则更换主机箱中主机电源。

⑵ 转动源不工作,则手动输入+12V 电压,如不工作,更换转动源;如工作正常,应查调节仪设置是否准确;控制输出Vo 有无电压,如无电压,更换主机箱中的转速控制板。

⑶ 振动源不工作,检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出,如无输出,更换信号板;如有输出,更换振动源的振荡线圈。

⑷ 温度源不工作,检查温度源电源开关有否打开;温度源的丝是否烧断;调节仪设置是否准确。如都正常,则更换温度源。

五、注意事项

1、在实验前务必详细阅读实验指南。

2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。

 

3、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地(⊥)短接,因短接时间长易造成电路故障。

4、请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。

5、在更换接线时,应断开电源,只有在确保接线无误后方可接通电源。

6、实验完毕后,请将传感器及实验模板放回原处。

7、如果实验台长期未通电使用,在实验前先通电十分钟预热,再检查按一次漏电保护按钮是否有效。

8、实验接线时,要握住手柄插拔实验线,不能拉扯实验线。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             实验一金属箔式应变片―单臂电桥性能实验

 

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

 

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:

主机箱(±4V、±15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、4 21位数显万用表(自备)。

 

四、 实验步骤:

应变传感器实验模板说明:

实验模板中的R1、R2、R3、R4 为应变片,没有文字标记的5 个电

阻符号下面是空的,其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设,图中的粗黑曲线表示连接线。

1、根据图1〔应变式传感器(电子秤传感器)已装于应变传感器模板上。传感器中4 片应变片和加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加热器上。传感器左下角应变片为R1;右下角为R2;右上角为R3;左上角为R4。当传感器托盘支点受压时,R1、R3 阻值增加,R2、R4 阻值减小,可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω,加热丝电阻值为50Ω左右。〕安装接线。

2、放大器输出调零:将图1实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开,再用导线将两输入端短接(Vi=0);调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底,再顺时针旋转2圈);将主机箱电压表的量程切换开关打到2V 档,合上主机箱电源开关;调节实验模板放大器的调零电位器RW4,使电压表显示为零。

3、应变片单臂电桥实验:拆去放大器输入端口的短接线,将暂时脱开的引线复原(见图1 接线图)。调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1,使主机箱电压表显示为零;在应变传感器的托盘上放置一只砝码,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 画出实验曲线。

 

              图1 应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图

表 1

重量(g)

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

电压(mv)

4

7

11

14

17

21

24

28

31

35

 

4、根据表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δ,δ=Δm/yFS ×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:yFS 满量程输出平均值,此处为200g(或500g)。实验完毕,关闭电源。

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。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  实验六差动变压器的性能实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、实验目的:

了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理:

差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成,根据

内外层排列不同,有二段式和三段式,本实验采用三段式结构。当差

动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移,从而

使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化,一只次级感应电势增加,另一只感应电势则减少,将两只次级反向串接(同名端连接),就引出差动电势输出。其输出电势反映出被测体的移动量。

三、需用器件与单元:

主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验步骤:

附:测微头的组成与使用

测微头组成和读数如图9—1 测微头读数图

 

             

                  图9-1 测位头组成与读数

测微头组成: 测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。

测微头读数与使用:测微头的安装套便于在支架座上固定安装,

轴套上的主尺有两排刻度线,标有数字的是整毫米刻线(1mm/格),

另一排是半毫米刻线(0.5mm/格);微分筒前部圆周表面上刻50

等分的刻线(0.01mm/格)。

    用手旋转微分筒或微调钮时,测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1 格,测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米,这也叫测微头的分度值。测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值,注意半毫米刻线;再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1/10 分度,如图9—1 甲读数为3.678mm,不是3.178mm;遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时,应看微分筒的示值是否过零,如图9—1 乙已过零则读2.514mm;如图9—1 丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.980mm。

   测微头使用:测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的

工具。一般测微头在使用前,首先转动微分筒到10mm处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量),再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上,移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时,被测体就会随测杆而位移。

1、将差动变压器和测微头(参照附:测微头使用)安装在实验模板的支架座上,差动变压器的原理图已印刷在实验模板上,L1 为初级线圈;L2、L3 为次级线圈;*号为同名端,如下图9-2。

2、按图9—2 接线,差动变压器的原边L1的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv 端子引入,检查接线无误后合上总电源开关,调节

音频振荡器的频率为4-5KHz(可用主机箱的频率表输入Fin来监测);调节输出幅度峰峰值为Vp-p = 2V (可用示波器监测: X 轴为0.2ms/div)。

3、松开测微头的安装紧固螺钉,移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p 为较小值(变压器铁芯大约处在中间位置),拧紧紧固螺钉,仔细调节测微头的微分筒使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小值(零点残余电压)并定为位移的相对零点。这时可以左右位移,假设其中一个方向为正位移,另一个方向位移为负,从Vp-p 最小开始旋动测微头的微分筒,每隔0.2mm(可取10—25 点)从示波器上读出输出电压Vp-p 值,填入下表9,再将测位头退回到Vp-p 最小处开始反方向做相同的位移实验。在实验过程中请注意:⑴从Vp-p 最小处决定位移方向后,测微头只能按所定方向调节位移,中途不允许回调,否则,由于测微头存在机械回差而引起位移误差;所以,实验时每点位移量须仔细调节,绝对不能调节过量,如过量则只好剔除这一点继续做下一点实验或者回到零点重新做实验。⑵当一个方向行程实验结束,做另一方向时,测微头回到Vp-p 最小处时它的位移读数有变化(没有回到原来起始位置)是正常的,做实验时位移取相对变化量△X为定值,只要中途测微头不回调就不会引起位移误差。      

               图9-2 差动变压器性能实验安装、接线图

       4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表9 画出Vop-p-X 曲线,作出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。实验完毕,关闭电源。

表  9

正行程

编号

1

2

>

4

5

6

7

8

9

10

V(mv)

420

560

700

850

950

1100

1250

1400

1500

1650

X(mm)

10.200

10.400

10.600

10.800

11.000

11.200

11.400

11.600

11.800

12.000

编号

11

12

1>

14

15

16

17

18

19

20

V(mv)

1800

1900

21000

23000

24000

25000

26000

27000

29000

30000

X(mm)

12.200

12.400

12.600

12.800

13.000

13.200

13.400

13.600

13.800

14.000

 

反行程

编号

1

2

>

4

5

6

7

8

9

10

V(mv)

160

25

110

260

400

520

660

800

950

1100

X(mm)

9.800

9.600

9.400

9.2000

9.000

8.800

8.600

8.400

8.200

8.000

编号

11

12

1>

14

15

16

17

18

19

20

V(mv)

1200

1350

1500

1650

1750

1900

11000

12000

13000

15000

X(mm)

7.800

7.600

7.400

7.200

7.000

6.800

6.600

6.400

6.200

6.000

 

五、思考题:

1、用差动变压器测量振动频率的上限受什么影响?

2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同?

 

        实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、实验目的:

了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理:

根据霍尔效应,霍尔电势UH=KHIB,当霍尔元件处在梯度磁场中运

动时,它的电势会发生变化,利用这一性质可以进行位移测量。

三、需用器件与单元:

主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。

四、实验步骤:

1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14 示意图接线(实验模板的输出VO1接主机箱电压表的Vin),将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2v档。

2、检查接线无误后,开启电源,调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置,再调节RW1 使数显表指示为零。

                 图14 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图

3、以某个方向调节测微头2mm位移,记录电压表读数作为实验起始

点,再反方向调节测微头每增加0.2mm 记下一个读数(建议做4mm位

移),将读数填入表14。

表 14

正向行程

编号

1

2

>

4

5

6

7

8

9

10

X(mm)

10.000

10.100

10.200

10.300

10.400

10.500

10.600

10.700

10.800

10.900

V(mv)

0

0.00>

0.007

0.010

0.01>

0.017

0.020

0.024

0.027

0.031

编号

11

12

1>

14

15

16

17

18

19

20

X(mm)

11.000

11.100

11.200

11.300

11.400

11.500

11.600

11.700

11.800

11.900

V(mv)

0.035

0.038

0.042

0.047

0.051

0.055

0.059

0.064

0.068

0.07>

编号

21

22

2>

24

25

26

27

28

29

30

X(mm)

12.000

12.100

12.200

12.300

12.400

12.500

12.600

12.700

12.800

12.900

V(mv)

0.079

0.08>

0.088

0.09>

0.096

0.100

0.10>

0.105

0.107

0.109

反向行程

编号

1

2

>

4

5

6

7

8

9

10

X(mm)

10.000

9.900

9.800

9.700

9.600

9.500

9.400

9.300

9.200

9.100

V(mv)

0

-0.37

-0.100

-0.164

-0.217

-0.285

-0.356

-0.424

-0.48>

-0.554

编号

11

12

1>

14

15

16

17

18

19

20

X(mm)

9.000

8.900

8.800

8.700

8.600

8.500

8.400

8.300

8.200

8.100

V(mv)

-0.624

-0.671

-0.759

-0.817

-0.891

-0.977

-1.046

-1.11>

-1.18>

-1.266

编号

21

22

2>

24

25

26

27

28

29

30

X(mm)

8.000

7.900

7.800

7.700

7.600

7.500

7.400

7.300

7.200

7.100

V(mv)

-1.34>

-1.414

-1.48>

-1.565

-1.634

-1.69>

-1.745

-1.795

-1.842

-1.920

 

作出V-X 曲线,计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。实

验完毕,关闭电源。

五、思考题:

本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?

 

 

实验十压电式传感器测振动实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(选修)

一、 实验目的:

了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、 基本原理:

压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元:

主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。

四、实验步骤:

1、按图18 所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合),振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器,其它连线按图示意接线。

2、合上主机箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察低通滤波器输出的波形。

3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形;在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。

4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器的频率),观察输出波形变化。实验完毕,关闭电源。

       图18 压电传感器振动实验安装、接线示意图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验十一电涡流传感器位移实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、实验目的:

了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理:

通过交变电流的线圈产生交变磁场,当金属体处在交变磁场时,根据电磁感应原理,金属体内产生电流,该电流在金属体内自行闭合,

并呈旋涡状,故称为涡流。涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、

厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距离x等参数有关。

电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量,从而改变激磁线线圈阻抗,涡流传感器就是基于这种涡流效应制成的。电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接触),当线圈与金属体表面的距离x以外的所有参数一定时可以进行位移测量。

三、需用器件与单元:

主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测

体(铁圆片)。

四、实验步骤:

1、观察传感器结构,这是一个平绕线圈。测微头的读数与使用可参阅实验九;根据图19 安装测微头、被测体、电涡流传感器并接线。

2、调节测微头使被测体与传感器端部接触,将电压表显示选择开关切换到20V 档,检查接线无误后开启主机箱电源开关,记下电压表读数,然后每隔0.1mm 读一个数,直到输出几乎不变为止。将数据列入表19。

表19 电涡流传感器位移X 与输出电压数据

X(mm)

5.000

5.100

5.200

5.300

5.400

5.500

5.600

5.700

5.800

5.900

V(v)

5.31

5.51

5.66

5.81

5.96

6.10

6.2>

6.36

6.47

6.60

X(mm)

6.000

6.100

6.200

6.300

6.400

6.500

6.600

6.700

6.800

6.900

V(v)

6.71

6.82

6.9>

7.02

7.12

7.21

7.30

7.40

7.47

7.55

X(mm)

7.000

7.100

7.200

7.300

7.400

7.500

7.600

7.700

7.800

7.900

V(v)

7.6>

7.70

7.69

7.76

7.84

7.90

7.96

8.02

8.07

8.1>

X(mm)

8.000

8.100

8.200

8.300

8.400

8.500

8.600

8.700

8.800

8.900

V(v)

8.19

8.2>

8.28

8.32

8.37

8.41

8.45

8.49

8.52

8.55

X(mm)

9.000

9.100

9.200

9.300

9.400

9.500

9.600

9.700

9.800

9.900

V(v)

8.58

8.61

8.64

8.67

8.70

8.72

8.74

8.76

8.78

8.81

X(mm)

10.00

10.10

10.20

10.30

10.40

10.50

10.60

10.70

10.80

10.90

V(v)

8.8>

8.85

8.86

8.88

8.90

8.92

8.9>

8.95

8.96

8.97

X(mm)

11.00

11.10

11.20

11.30

11.40

11.50

11.60

11.70

11.80

11.90

V(v)

8.99

9.00

9.02

9.0>

9.04

9.05

9.06

9.07

9.08

9.08

X(mm)

12.00

12.10

12.20

12.30

12.40

12.50

12.60

12.70

12.80

12.90

V(v)

9.09

9.09

9.10

9.11

9.11

9.12

9.1>

9.1>

9.14

9.15

X(mm)

13.00

13.10

13.20

13.30

13.40

13.50

13.60

13.70

13.80

13.90

V(v)

9.15

9.16

9.17

9.17

9.18

9.18

9.19

9.19

9.20

9.20

X(mm)

14.00

14.10

14.20

14.30

14.40

14.50

14.60

14.70

14.80

14.90

V(v)

9.20

9.21

9.21

9.22

9.22

9.22

9.22

9.2>

9.2>

9.2>

X(mm)

15.00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V(v)

9.24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   3、根据表19 数据,画出V-X 曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点(即曲线线性段的中点),试计算测量范围为1mm与3 mm 时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。

实验完毕,关闭电源。

                    图19 电涡流传感器安装、按线示意图

五、思考题:

1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量±5mm 的量程应如何设计传感器?

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         实验十三光纤传感器的位移特性实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、 实验目的:

了解光纤位移传感器的工作原理和性能。

二、基本原理:

本实验采用的是传光型光纤,它由两束光纤混合后,组成Y 型光纤,半园分布即双D 分布,一束光纤端部与光源相接发射光束,另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相距X,由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来,另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量,而光电转换器转换的电量大小与间距X 有关,因此可用于测量位移。

三、器件与单元:

主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。

四、实验步骤:

1、根据图24 示意安装光纤位移传感器和测微头,二束光纤分别插入

实验模板上的光电座(其内部有发光管D 和光电三极管T )中;测微头

的安装、使用可参阅实验九附:测微头的组成与使用。其它接线接图

24。

                   图24 光纤传感器位移实验接线图

2、检查接线无误后,合上主机箱电源开关。调节测微头,使光反射面与Y型光纤头轻触;再调实验模板上的RW、使主机箱中的电压表(显示选择开关打到20V档)显示为0V。

3、旋转测微头,被测体离开探头,每隔0.1mm 读取电压表显示值,将数据填入表24。根据表24 数据画出实验曲线,计算测量范围1mm 时的灵敏度和非线性误差。实验完毕,关闭电源。

表24 光纤位移传感器输出电压与位移数据

编号

1

2

>

4

5

6

7

8

9

10

X(mm)

5.000

5.100

5.200

5.300

5.400

5.500

5.600

5.700

5.800

5.900

V(v)

0.20

0.51

0.79

1.08

1.36

1.68

1.94

2.22

2.49

2.75

编号

11

12

1>

14

15

16

17

18

19

20

X(mm)

6.000

6.100

6.200

6.300

6.400

6.500

6.600

6.700

6.800

6.900

V(v)

3.00

3.2>

3.45

3.68

3.8>

4.08

4.26

4.44

4.61

4.77

编号

21

22

2>

24

25

26

27

28

29

30

X(mm)

7.000

7.100

7.200

7.300

7.400

7.500

7.600

7.700

7.800

7.900

V(v)

4.91

5.02

5.16

5.16

5.28

5.37

5.46

5.54

5.59

5.65

编号

31

32

3>

34

35

36

37

38

39

40

X(mm)

8.000

8.100

8.200

8.300

 

 

 

 

 

 

V(v)

5.67

5.72

5.7>

5.78

 

 

 

 

 

 

      

五、思考题:

光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求?

 

 

 

实验十五 Pt100 铂电阻测温特性实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(选修)

一、 实验目的:

了解铂热电阻的特性与应用。

二、基本原理:

利用导体电阻随温度变化的特性,可以制成热电阻,要求其材料

电阻温度系数大,稳定性好,电阻率高,电阻与温度之间最好有线性

关系。常用的热电阻有铂电阻(650℃以内)和铜电阻(150℃以内)。铂

电阻是将0.05~0.07mm的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管

等保护管内构成。在0-650℃以内,它的电阻Rt 与温度t 的关系为:

Rt=Ro(1+At+Bt2),式中: Ro系温度为0℃时的电阻值(本实验的铂电阻Ro=100Ω)。A=3.9684×10-3/℃,B=-5.847×10-7/℃2。铂电阻一般是三线制,其中一端接一根引线另一端接二根引线,主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制,导线电阻忽略不计。)。实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出,再经放大器放大后直接用电压表显示。

三、需用器件与单元:

主机箱、温度源、Pt100 热电阻(二支)、温度传感器实验模板、万

用表(自备)。

温度传感器实验模板简介:图28B 中的温度传感器实验模板是由

三运放组成的差动放大电路、调零电路、ab传感器符号、传感器信号转换电路(电桥)及放大器工作电源引入插孔构成;其中RW2 为放大器的增益电位器,RW3 为放大器电平移动电位器;ab传感器符号<接热电偶(K热电偶或E热电偶),双圈符号接AD590 集成温度传感器,Rt 接热电阻(Pt100 铂电阻或Cu50 铜电阻)。具体接线参照具体实验。

四、实验步骤

1、用万用表欧姆档测出Pt100 三根线中其中短接的二根线(同种颜色的线)设为1、2,另一根设为3,并测出它在室温时的大致电阻值。

2、在主机箱总电源、调节仪电源都关闭的状态下,再根据图28B 示意图接线,温度传感器实验模板中a、b(Rt)两端接传感器,这样传感器(Rt)与R3、R1、Rw1、R4 组成直流电桥,是一种单臂电桥工作形式。

3、放大器调零:将图28B 中的温度传感器实验模板的放大器的两输入端引线(一根传感器引线、另一根桥路输出即Rw1 活动触点输出)暂时不要引入,而用导线直接将放大器的两输入端相连(短接);将主机箱上的电压表量程(显示选择)切换开关打到2V档,合上主机箱电源开关,调节温度传感器实验模板中的RW2(逆时针转到底)增益电位器,使放大器增益最小;再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为0。

4、关闭主机箱电源开关,将实验模板中放大器的输入端引线按图28B连接,检查接线无误后,合上主机箱电源开关。

5、将主机箱上的转速调节旋钮(2—24V)顺时针转到底(24V),合上温度源电源开关和调节仪电源开关,将调节仪控制方式(控制对象)开关按到内(温度)位置;在常温基础上,可按Δt=5℃增加温度并且小于160℃范围内设定温度源温度值(设定方法参阅实验二十七,重复6、7、8、9 步骤),待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表28B。

        图28BPt100 铂电阻测温特性实验接线示意图

表28B 铂电阻温度实验数据

t(℃)

40

60

80

100

120

 

 

 

 

V(mv)

-1.828

-1.776

-1.725

-1.67>

-1.629

 

 

 

 

6、根据表28B 数据值画出实验曲线并计算其非线性误差。实验结束,

关闭所有电源。

 

 

 

 

 

 

实验十六气敏传感器实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、 实验目的:

了解气敏传感器原理及应用。

二、基本原理:

气敏传感器(又称气敏元件)是指能将被测气体浓度转换为与其成一定关系的电量输出的装置或器件。它一般可分为:半导体式、接触燃烧式、红外吸收式、热导率变化式等等。本实验所采用的SnO2(氧化锡)半导体气敏传感器是对酒精敏感的电阻型气敏元件;该敏感元

件由纳米级SnO2 及适当掺杂混合剂烧结而成,具微珠式结构,应用电路简单,可将传导性变化改变为一个输出信号,与酒精浓度对应。传感器对酒精浓度的响应特性为:

三、需用器件与单元:

主机箱、气敏传感器、酒精棉球(自备)。

四、实验步骤:

1、注意传感器的引线号码,按图34 接线并将主机箱电压表(20V档)

输入Vin 的⊥与可调电源(切换开关打到±6v档)+6V 的⊥相连。

2、合上主机箱电源开关,传感器通电较长时间(至少5 分钟以上,因

传感器长时间不通电的情况下,内阻会很小,上电后VO 输出很大,不

能即时进入工作状态)后才能工作。

3、等待传感器输出VO 较小(小于1.5V)时,用自备的酒精小棉球靠近传感器端面,并吹2 次气,使酒精挥发进入传感器金属网内,观察电

压表读数变化。

                    图34 气敏(酒精)传感器与实验接线示意图

实验数据

V(v)

1.78

2.12

2.31

2.9>

3.61

3.70

3.84

 

五、思考题:

酒精检测报警,常用于交通检查有否酒后开车,若要制作这样的仪器还需考虑哪些环节与因素?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验十八 光敏电阻特性实验

实验学时:2 学时

实验类型:(验证)

实验要求:(必修)

一、实验目的:

了解光敏电阻的光照特性和伏安特性。

二、基本原理:

在光线的作用下,电子吸收光子的能量从键合状态过渡到自由状态,引起电导率的变化,这种现象称为光电导效应。光电导效应是半

导体材料的一种体效应。光照愈强,器件自身的电阻愈小。基于这种

效应的光电器件称光敏电阻。光敏电阻无极性,其工作特性与入射光

实光强、波长和外加电压有关。

三、需用器件与单元:

主机箱、 光电器件实验(一)模板 、光敏电阻、发光二极管、4 21位数显万用表DC20mA 电流档(自备)。

  四、 实验步骤:

1、亮电阻和暗电阻测量

(1)图39—1 是光敏电阻实验原理图

(2)按图39—2 安装接线(注意插孔颜色对应相连),检查接线无误

后,打开主机箱电源。调节主机箱的2-24V 的可调电源使电压表显示U 测=10V(光敏电阻工作电压),根据实验三十八的标定结果,缓慢调节恒流源为光照度100Lx 所对应的电流值(万用表监测),使发光二极管的光照度为100Lx。

                       图39-1 光敏电阻测量原理

(3)经10 秒钟左右读取主机箱电流表(可选择电流表合适的档位20mA档)的值为亮电流I 亮。

(4)拆除主机箱可调恒流源的其中一根引线,经10 秒钟左右读取主

机箱电流表(20μA 档)的值为暗电流I 暗。

(5)根据以下公式,计算亮阻和暗阻(照度100Lx 、U 测10V)

  R 亮=U 测 /I 亮 ; R 暗=U 测 /I 暗

                               图39-2 光敏电阻特性实验

2、光照特性测量

恢复图39—2 的接线。光敏电阻的测量电压(U测)为+10V 时,光敏电阻的光电流随光照强度变化而变化,它们之间的关系是非线性的。

调节光源不同的光照度(根据实验三十八的标定结果),测得数据填入

表39—1,并作出图39—3 光敏电阻的光电流与光照度I—Lx 曲线图。

表39—1 在给定工作电压下光敏电阻的I—Lx 数据:

光源电压(V)

00

2.52

2.56

2.58

2.59

2.62

2.6>

2.64

2.65

2.67

2.68

光照度(Lx)

00

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

光电流(mA)

00

0.08

0.21

0.26

0.28

0.41

0.47

0.49

0.52

0.62

0.65

 

3、伏安特性测量

在一定的光照强度下,光电流随外加电压的变化而变化,测量时,在给定光照强度(如100Lx)时,给光敏电阻输入可调工作电压(图39-2 光电器件实验(一)模板中的Vcc+0-5v 接主机箱的2-24V的可调电源),测得光敏电阻上的电流值填入表39—2,并作图39—4不同照度的三条伏安特性曲线。

表39—2 在给定照度下光敏电阻的V-I 数据:

光敏电阻

工作电(V)

10

光照强度

Lx

10Lx

电流(mA)

0.00

0.01

0.02

0.04

0.06

0.08

50Lx

电流(mA)

0.00

0.06

0.14

0.22

0.30

0.39

100Lx

电流(mA)

0.00

0.00

0.10

0.23

0.36

0.63

 

 

五、思考题:

为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10 秒钟后读数,它只能应用于什么状态?

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