傳感器與檢測技術綜合實驗實驗指導書doc66頁-資料下載頁

【導讀】和亂丟紙屑雜物。未經許可不得動用與本實驗無關的儀器設備及其他物品。不準敷衍，不準抄襲別組數據，不得。擅自離開操作崗位。六、實驗時必須注意安全，防止人身和設備事故的發生。若出現事故，應立即切斷電源，及時向實驗教師報告，并保護現場，不得自行處理。定的時間內交實驗教師批改。報，并接受檢查，由領導根據情況進行處理。和損失的，肇事者必須寫出書面檢查，視情節輕重和認識程度，按章予以賠償。(或采用標準雙孔懸

　　

【正文】 驗步驟： （ 1）根據圖 7 的結構將差動螺管式傳感器，音頻振蕩器，電橋平衡網絡，差動放大器，相敏檢波器、移相、低通濾波器連接起來，組成一個測量電路，將示波器探頭分別接至差動放大器的輸出端和相敏檢波器的輸出端。 （ 2）轉動測微頭，脫離振動平臺并遠離，（使振動臺振動時不至于再被吸住，這時振動平臺處于自由靜止狀態）開啟主、副電源。 （ 3）調整電橋平衡網絡的電位器 W1和 W2，使差動放大器的輸出端輸出阻的信號最小，這時差動放在器的增益旋鈕旋至最大。（如果電橋平衡網絡調整不過零，則需要調整電感中鐵芯上下的位置） （ 4）為了使相敏檢波器輸出端的兩個半波的基準一致，可調整差動放大器的調零電位器。將低頻振蕩器輸出接入激振線圈。 （ 5）調節低頻振蕩器的頻率旋鈕、幅度旋鈕固定至某一位置 ,使梁產生上下振動。 （ 6）調整移相器上的移相電位器，使得相敏檢波器輸出端的波形如圖 8 所示。 （ 7）將示波器探頭換接至低通濾波器的輸出端。 （ 8）調節頻率，調節時可用頻率表監測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表， 并作應變梁的幅頻特性曲線，關閉主、副電源。 f ( H z ) 3 4 5 6 7 8 9 1 0 2 0 3 0 V o ( p p )F 0 F圖 8 B 圖 8A 思考： 本實驗與實驗二 四、（一） 比較相似，請指出它們的各自特點？ 四、 激勵頻率對差動螺管式傳感器的影響 實驗目的： 說明在不同的激勵頻率影響下差動螺管式電感傳感器的不同特性。 實驗所需部件： 差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、差動放大器、雙蹤示波器、測微頭。 實驗步驟： 示 波 器L v+差 動 放 大 器R 2R 3L 0L 0 圖 9 （ 1）按圖 9 接線，音頻振蕩器 5KHz 幅值居中，差動放大器增益 100 倍 (即最大 )。 （ 2）裝上測微頭，調整銜鐵處于線圈中間位置，調節電橋使系統輸出為最小。 （ 3）旋轉測微頭，調整銜鐵，每隔 從示波器讀出 Vpp 值，填入表格 XmmV p p ( V (4)改變音頻振蕩器頻率，并重新調好零位，重復 23 步驟，將結果填入下表。 1K2K4K6K8K1 0 KXmmV p pf(Hz) （ 5）根據所測數據在同一坐標上做出 VX 曲線，計算靈敏度，并做出靈敏度 與頻率的關系曲線。 由此可以看出，差動螺管式電感傳感器的靈敏與頻率特性密切相關，在某一個特定頻率時，傳感器最 為靈敏，在其兩邊，靈敏度都有所下降，故測試系統中應選用這個激勵頻率。 實驗四 差動變面積電容傳感器實驗 差動變面積電容傳感器靜態、動態特性 實驗目的：了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性。 實驗原理：電容式傳感器有多種形式，本儀器中差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化，極間電容也發生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為 Cx1,下層定片與動片形成的電容定為 Cx2,當將 Cx1 和 Cx2 接入 橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。 所需單元及部件： 電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、 F/V 表、激振器、示波器。 有關旋鈕的初始位置： 差動放大器增益旋鈕置于中間， F/V 表置于 2V 檔， 實驗步驟： (1)按圖 10 接線 ，并將差放調零 。 示波器+差動放大器低通濾波器電壓表V5電容放大器12電容傳感器1 2電容放大器5增益V0C2C1 圖 10 （ 2） F/V 表打到 20V，調節測微頭，使輸出為零。 （ 3）轉動測微頭，每次 ，記下此時測微頭的讀數及電壓表的讀數，直至電容動片與上（或 下）靜片復蓋面積最大為止。 X （ m m ） V （m v ） 退回測微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動，同上法，記下 X（ mm）及 V(mv)值。 （ 4）計算系統靈敏度 S。 S=△ V/△ X（式中△ V 為電壓變化，△ X 為相應的梁端位移變化），并作出 VX 關系曲線。 X （m m ） V （m v ） （ 5）卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。 實驗五 霍爾式傳感器實驗 一、 霍爾式傳感器的直流激勵特性 實驗目的：了解霍爾式傳感器的原理與特性。 實驗原理：霍爾式傳感器是由兩個環形磁鋼組成梯 度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通過恒定電流時，霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V 取決于其在磁場中的位移量 X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。 所需單元及部件： 霍爾片、磁路系統、電橋、差動放大器、 F/V 表、直流穩壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。 有關旋鈕初始位置： 差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置 20V 檔，直流穩壓電源置 2V 檔，主、副電源關閉。 實驗步驟： （ 1）了解霍爾式傳感器的結構及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。霍爾片安 裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。 （ 2）開啟主、副電源將差動放大器調零后，增益最小，關閉主電源，根據圖 11 接線，W r 為電橋單元的直流電橋平衡網絡。 （ 3）裝好測微頭，調節測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。 （ 4）開啟主、副電源，調整 W1 使電壓表指示為零。 +差 動 放 大 器電 壓 表VW 1r直 流 穩 壓 電 源+ 2 V 2 V霍 爾 式 傳 感 器電 橋 平 衡 網 絡NNSS環 形 磁 鐵霍 爾 元 件霍 爾 元 件 運 動 方 向 圖 11 （ 5）上下旋動測微頭，記下 電壓表的讀數，建議每 讀一個數，將讀數填入下表： X（ m m）V（ v）X ( m m )V ( v ) 作出 VX 曲線指出線性范圍，求出靈敏度，關閉主、副電源。 可見，本實驗測出的實際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場與磁場分布有很大差異，位移測量的線性度，靈敏度與磁場分布有很大關系。 （ 6）實驗完結關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。 注意事項： （ 1）由于磁路系統的氣隙較大，應使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。 （ 2）一旦調整好后，測量過程中不能移動磁路系統。 （ 3）激勵電壓不能過 2V，以免損壞霍爾片。 二、霍爾 式傳感器的交流激勵特性 實驗目的：了解交流激勵霍爾片的特性 所需單元及部件： 霍爾片、磁路系統、音頻振蕩、差動放大器、測微頭、電橋、移相器、相敏檢敏、低通濾波器、主、副電源、 F/V 表、示波器、振動平臺。 有關旋鈕初始位置： 音頻振蕩器 1KHz，放大器增益最大，主、副電源關閉。 實驗步驟： （ 1）開啟主、副電源將差放調零，關閉主、副電源。 （ 2）調節測微頭脫離振動平臺并遠離振動臺。按圖 12 接線，開啟主、副電源，將音頻振蕩器的輸出幅度調到 5Vpp 值，差放增益值最小。根據實驗七（ 3）的方法利用示波器和F/V 表（ F/V 表置 20V 檔）。按照實驗十一的方法調整好 W W2 及移相器。再轉動測微頭，使振動臺吸合并繼續調節測微頭使 F/V 表顯示零。 霍 爾 式 傳 感 器示 波 器216。 2216。 1音頻振蕩器L v+電 橋 平 衡 網 絡差 動 放 大 器CWW12r移 相 器相 敏 檢 波 器 低 通 濾 波 器 電 壓 表V 圖 12 （ 3）旋動測微頭，每隔 記下表頭讀數填入下表： X（ m m ) V ( v ) X ( m m ) V ( v ) 找出線性范圍，計算靈敏度。 注意事項： 交流激勵信號必須從電壓輸出端 0 或 LV 輸出，幅度應限制在峰 峰值 5V 以下，以免霍爾產片產生自熱現象。 三、霍爾式傳感器的應用 （ — ）、電子秤 實驗目的：了解霍爾式傳感器在靜態測量中的應 用。 所需單元及部件： 霍爾片、磁路系統、差動放大器、直流穩壓電源、電橋、砝碼、 F/V 表（電壓表）、主、副電源、振動平臺。 有關旋鈕初始位置： 直流穩壓電源置177。 2V 檔， F/V 表置 2V 檔，主、副電源關閉。 實驗步驟： （ 1）開啟主、副電源將差動放大器調零，關閉主、副電源。 （ 2）調節測微頭脫離平臺并遠離振動臺。 （ 3）按圖 11 接線，開啟主、副電源，將系統調零。 （ 4）差動放大器增益調至最小位置，然后不再改變。 （ 5）在稱重平臺上放上砝碼，填入下表： W （g ）V （v ）（ 6）在平面上放一個未知重量之物 ，記下表頭讀數。根據實驗結果作出 VW 曲線，求得未知重量。 注意事項： （ 1）此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應太重。 （ 2）砝碼應置于平臺的中間部分。 （二）、振幅測量 實驗目的：了解霍爾式傳感器在振動測量中的應用。 所需單元及部件： 1 霍爾片、磁路系統、差動放大器、電橋、移相器、相敏檢波器、低通濾波、低頻振蕩器、音頻振蕩、振動平臺、主、副電源、激振線圈、雙線式波器。 有關旋鈕初始位置： 差動放大器增益旋最大，音頻振蕩器 1KHz。 實驗步驟： （ 1）開啟主、副電源，差動放大器輸入短接 并接地，調零后，關閉主、副電源。 （ 2）根據電路圖 13 結構，將霍爾式傳感器，電橋平衡網絡，差動放大器，電壓表連接起來，組成一個測量線路（電壓表應置于 20V 檔，基本保持 上一 實驗電路），并將差放增益置最 大 。 00霍 爾 式 傳 感 器216。 2216。 1音頻振蕩器+電 橋 平 衡 網 絡差 動 放 大 器CWW12r移 相 器示 波 器相 敏 檢 波 器 低 通 濾 波 器 電 壓 表V 圖 13 （ 3）開啟主、副電源轉動測微頭，將振動平臺中間的磁鐵與測微頭分離并遠離，使梁振動時不至于再被吸住（這時振動臺處于自由靜止狀態）。 （ 4）調整電橋平衡電位器 W1 和 W2，使 F/V 表指示為零。 （ 5）去除 低通濾波器與 電壓表的連線，將 低通濾波器 的輸 出與示波器相連，將 F/V 表置 2KHz 檔，并將低頻振蕩器的輸出端與激振線圈相連后再用頻率表監測頻率。 （ 6）低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調節低頻振蕩頻率（頻率表監測頻率），用示波器讀出低通濾波器輸出的峰峰值填入下表： F 5 7 9 10 11 12 13 15 20 Vpp 思考： （ 1）根據實驗結果，可以知道振動平臺的自振頻率大致為多少。 （ 2）在某一頻率固定時，調節低頻振蕩器的幅度旋鈕，改變梁的振動幅度，通過示波器讀出的數據是否可以推算出梁振動時的位移距離。 （ 3）試想一下，用其他方法來測振動平臺振動時的位移范圍，并與本實驗結果進行比較驗證。 注意事項： 應仔細調整磁路部分，使傳感器工作在梯度磁場中，否則靈敏度將大大下降。 實驗六 電渦流式傳感器實驗 一、電渦流式傳感器的靜態標定 實驗目的：了解渦流式傳感器的原理及工作性能 實驗原理：電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成 ，當線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗 Z，而渦流的大小與金屬渦流片的 電阻率、導磁率、厚度、溫度以及線圈的距離 X 有關。當平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環境溫度不變，阻抗 Z 只與 X 距離有關。將阻抗變化經渦流變換成電壓 V 輸出，則輸出電壓是距離 X 的單值函數。 所需單元及部件： 渦流變換器、 F/V 表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、示波器、振動平臺、主、副電源。 實驗步驟： （ 1）裝好傳感器（傳感器對準鐵測片安裝）和測微頭。 （ 2）觀察傳感器的結構，它是一個扁平線圈。 （ 3）用導線將傳感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至 F/V 表，電壓置 于 20V 檔，見圖 14，開啟主、 副電