实验二十四霍尔式传感器的应用——电子秤之四（可编辑）

实验二十四霍尔式传感器的应用——电子秤之四（可编辑） 实验二十四霍尔式传感器的应用——电子秤之四 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 可见,本实验测出的实际上是磁场情况,磁场分布为梯度磁场,位移测量的线性 度,灵敏度与磁场分布有很大关系。 6、实验完毕后关闭主、副电源,各旋钮置初始位置。 注意事项: 1、由于磁路系统的气隙较大,应使霍尔片尽量靠近极靴,以提高灵敏度。 2、一旦调整好后,测量过程中不能移动磁路系统。 3、激励电压不能超过 2V,以免损坏霍尔片。实验二十四霍尔式传感器的应用??电子秤之四 一、实验目的:了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。 二、需用器件与单元:霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、 砝码、F/V表(电压表)、主、副电源、振动平台。 三、旋钮初始位置:直流稳压电源置?2V档,F/V表置 2V档,主、副电源关闭。 四、实验步骤: 1、开启主、副电源,将差动放大器调零,关闭主、副电源。 2、调节测微头脱离平台并远离振动台。 3、按图 23接线,开启主、副电源,将系统调零。 4、差动放大器增益调至最小位置,然后不再改变。 5、在称重平台上放上砝码,填入下表: Wg Vv 6、在平台上放一个未知重量之物,记下表头读数。根据实验结果作出 V-W 曲线, 求得未知重量。 注意事项: 1、此霍尔传感器的线性范围较小,所以砝码和重物不应太重。 2、砝码应置于平台的中间部分。 实验二十五霍尔式传感器的交流激励特性 一、实验目的:了解交流激励霍尔片的特性。 二、所需单元及部件:霍尔片、磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、 电 36 杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、主、副电源、F/V表、示波器、振 动平台。 三、旋钮初始位置:音频振荡器 1KH,放大器增益最大,主、副电源关闭。 Z 四、实验步骤: 1、开启主、副电源将差放调零,关闭主、副电源。 2、调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图 25接线。 移相器 0 Ф1 Ф2 音 频 C振 r +1 V荡 器 W W2 1 差动放大器 相敏检波器 示波器 霍尔式传感器 低通滤波器 电压表电桥平衡网络 图 25开启主、副电源,将音频振荡器的输出幅度调到 5V 值,差动增益值最 小。根 P-P 据实验七(3)的方法利用示波器和 F/V表(F/V表置 20V档)。按照实验十一 的方法 调整好 W、W及移相器。再转动测微头,使振动台吸合并继续调节测微头使 F/V表 1 2 显示零。 3、旋动测微头,每隔 0.1mm记下表头读数填入下表: XmmVvXmm Vv 找出线性范围,计算灵敏度。 注意事项:交流激励信号必须从电压输出端 0或 LV输出,幅度应限制在峰-峰值 5V 以下,以免霍尔片产生自热现象。 实验二十六霍尔式传感器的应用??振幅测量之四 一、实验目的:了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。 二、需用器件与单元:霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检 波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双 37YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 线示波器。 三、旋钮初始位置:差动放大器增益旋到最大,音频振荡器 1KH。 Z 四、实验步骤: 1、开启主、副电源,差动放大器输入短接并接地,调零后,关闭主、副电源。 2、根据电路图 26结构,将霍尔式传感器,电桥平衡网络,差动放大器,电压 表 移相器 0 Ф1 Ф2 音 频 振 Cr +1 荡 器 W W2 1 差动放大器 相敏检波器霍尔式传感器 低通滤波器 示波器电桥平衡网络 图 26连接起来,组成一测量线路(电压表应置于 20V档,基本保持实验 25 电路),并将差 放增益置最小。3、开启主、副电源,转动测微头,将振动平台中间的磁铁与 测微头分离并远离, 使梁振动时不至于再被吸住(这时振动台处于自由静止状态)。 4、调整电桥平衡电位器 W和 W,使 F/V表指示为零。 1 2 5、去除差动放大器现有电压表的连线,将差动放大器的输出与示波器相连,将 F/V表置 2KH 档,并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用频率表监测频率。 Z 6、低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置,调节低频振荡频率(频率表监测频率), 用示波器读出低通滤波器输出的峰-峰值填入下表: fH Z V p-p 五、思考题: 1、根据实验结果,可以知道振动平台的自振频率大致为多少。 2、在某一频率固定时,调节低频振荡器的幅度旋钮,改变梁的振动幅度,通过示 波器读出的数据是否可以推算出梁振动时的位移距离。 3、试想一下,用其它方法测振动平台振动时的位移范围,并与本实验结果进行比 较验证。 注意事项: 38杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 应仔细调整磁路部分,使传感器工作在梯度磁场中,否则灵敏度将大大下降。 实验二十七 磁电式传感器的性能 一、实验目的:了解磁电式传感器的原理及性能。 二、基本原理:磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器, 所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律,ω匝线圈中的感应电动势 e的大小决 dy 定于穿过线圈的磁通Ψ的变化率:e -ω 。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线 dt 圈组成,永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场,当动铁与线圈有相运动时,线圈 与磁场中的磁通交链产生感应电势,e与磁通变化率成正比,是一种动态传感器。 三、需用器件与单元:差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感 器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。 四、旋钮初始位置:差动放大器增益旋钮置于中间,低频振荡器的幅度旋钮置于 最小,F/V表置 2KHz档。 五、实验步骤: 1、观察磁电式传感器的结构,根据图 27的电路结构,将磁电式传感器、差动放 大器、低通滤波器、双线示波器连接起来,组成一个测量线路,并将低频振荡器的输 出端与频率表(F/V表置 2K档)的输入端相连,开启主、副电源。 N+S 磁电式传感器 差动放大器 低通滤波器 示波器 图 272、调整好示波器,低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置,调节频率,调节时用 频率表监测频率,用示波器读出峰-峰值填入下表: f Hz 3 4 5 6 7 8 9 10 20 Vp-p 3、拆去磁电传感器的引线,把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器,再用 示波器观察输出波形(波形好坏与涡流传感器的安装位置有关,参照涡流传感器实验) 39 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 并与磁电传感器的输出波形相比较。 六、思考题: 1、试回答磁电式传感器的特点。 2、比较磁电式传感器与涡流传感器输出波形的相位差异,为什么? 实验二十八压电式传感器的动态响应实验 一、实验目的:了解压电式传感器的原理、结构及应用。 二、基本原理:压电式传感器是一种典型的有源传感器(发电型传感器)。压电传 感器元件是力敏感元件,在压力、应力、加速等外力作用下,在电介质表面产生电荷, 从而实现非电量的电测。 三、需用器件与单元:低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压 电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。 四、旋钮初始位置:低频振荡器的幅度旋钮置于最小,F/V表置于 2K档。 五、实验步骤: 1、观察压电式传感器的结构,根据图 28的电路结构,将压电式传感器,电荷放 大器,低通滤波器,双踪示波器连接起来,组成一个测量线路。并将低频振荡器的输 出端与频率表的输入端相连。 电荷放大器低通滤波器示波器 压电传感器图 282、将低频振荡器信号接入振动台的激振线圈。 3、调整好示波器,低频振荡器的幅度旋钮固定至最大,调节频率,调节时用频 率表监测频率,用示波器读出峰-峰值填入下表。F(H) 5 7 12 15 17 20 25 Z V P-P 4、示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形,并与压电波形相比较观察其 波形相位差。 40杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 六、思考题 1、根据实验结果,可以知道振动台的自振频率大致是多少? 2、试回答压电式传感器的特点。比较磁电式传感器输出波形的相位差ΔΨ大致为 多少,为什么? 实验二十九 压电传感器引线电容对 电压放大器的影响、电荷放大器 一、实验目的:验证引线电容对电压放大器的影响,了解电荷放大器原理和使用。 二、需用器件与单元:低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相 敏检波器、F/V表、单芯屏蔽线、差动放大器、直流稳压电源、双踪示波器。 三、旋钮初始位置:低频振荡器的幅度旋钮置于最小,F/V表置于 20V档,差 动 放大器增益旋钮至最小,直流稳压电源置于 4V档。 四、实验步骤: 1、按图 29接线,相敏检波器参考电压应从直流输入插口输入,差动放大器 的增 益旋钮到适中。直流稳压电源打到?4V档。 直流稳压电源W1+4V -4V移相器 低频振荡器 r 电桥平衡网络 + V差动放大器 电压放大器 低通滤波器 相敏检波器 电压表 压电式传感器 图 29 2、示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。 3、开启电源、观察示波器上显示的波形,适当调节低频振荡器的幅度旋钮, 使差 动放大器的输出波形较大,且没有明显失真。 4、观察相敏检波器输出波形,解释所看到的现象。调整电位器,使差动放大 器的 直流成分减少到零,这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到,为什么? 5、适当增大差动放大器的增益,使电压表的指示值为某一整数值。 6、将电压放大器与压电加速度计间的屏蔽线换成实验线,读出电压表的读数。 41 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 7、将电压放大器换成电荷放大器,重复(5)(6)两步骤。 注意事项: 1、低频振荡器的幅度要适当,以免引起波形失真。 2、梁振动时不应发生碰撞,否则将引起波形畸变,不再是正弦波。 3、由于梁的相频特性影响,压电式传感器的输出与激励信号一般不为 180?,故表 头有较大跳动,此时,可以适当改变激励信号频率,使相敏检波输出的两个半波尽可 能平衡,以减少电压表的跳动。 五、思考题: 1、相敏检波器输入含有直流成分与不含直流成分对电压表读数是否有影响?为什 么? 2、根据实验数据,计算灵敏度的相对变化值,比较电压放大器和电荷放大器受引 线电容的影响程度,并解释原因。 3、根据所得数据,结合压电传感器原理和电压、电荷放大器原理,试回答引线分 布电容对电压放大器和电荷放大器性能有什么影响? 实验三十 差动面积式电容传感器的静态及动态特性 一、实验目的:了解差动变面积式电容传感器的原理及特性。 二、基本原理:电容式传感器有多种形式,本仪器中为差动变面积式。传感器由 两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置,与两组静片之 间的重叠面积发生变化,极间电容也发生相应的变化,成为差动电容。如将上层定片 与动片形成的电容定为 Cx1,下层定片与动片形成的电容定为 Cx2,当将 Cx1和 Cx2 接入桥路作为相邻两臂时,桥路的输出电压与电容量的变化有关,即与振动台的位移 有关。 三、需用器件与单元:电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、 示波器。 四、旋钮初始位置:差动放大器增益旋钮置于中间,F/V表置于 2V档。 五、实验步骤: 1、按图 30接线。 2、F/V表打到 20V,调节测微头,使输出为零。42杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 电电容容变变换换器器1 2 1 5+ V电容变换器 C1C2 2 5 V o 电容传感器 差动放大 电压表 低通滤波 增益 图 303、转动测微头,每次 0.1mm,及下此时测微头的读数及电压表的读数, 直至电容 动片与上(或下)静片覆盖面积最大为止。 Xmm VmV 退回测微头至初始位置,并开始以相反方向旋动,同上法,记下 Xmm及 VmV 值。 4、计算系统灵敏度 S。SΔV/ΔX(式中 ΔV为电压变化,ΔX为相应的梁端位移 变化),并作出 V-X关系曲线。 Xmm VmV 5、卸下测微头,断开电压表,接通激振器,用示波器观察输出波形。 实验三十一 双平行梁的动态特性??正弦稳态响应 (910型 998B型) 一、实验目的:本实验说明如何用传感器来测量系统的动态特性。 二、需用器件与单元:低频振荡器、激振线圈、示波器、前述实验用过的适当的 传感器系统。 三、旋钮初始位置:低频振荡器的幅度旋钮置于最小,F/V表置 2V档。 四、实验步骤: 1、低频振荡器接通激振线圈,使双平行梁振动,幅度适中,用合适的传感器测量 系统,作出梁的幅频和相频特性曲线。 2、由于梁的振幅变化很大,为了提高测量准确度,不同的振幅可以用不同的传感 器来测量。 3、相位差可用示波器测量,如用双踪示波器直接比较或用李萨育图形来进行。当 然精确的专用仪器更好。 43 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 4、由于低频振荡器频率不很正确,请用频率计来测量。 5、输出电压幅值用示波器测量。如需精确,可用峰值电压表或低频交流电压表进 行测量。 注意事项: 1、低频振荡器的幅度旋钮要适当控制,以免在自振频率附近振幅过大。 2、所选用的传感器应按前面实验的方法正确使用。 五、思考题: 1、在本实验仪中所用的集中传感器中,哪些传感器灵敏度高?哪种可测位移最 大? 2、为了得出相频特性和幅频特性,在实验中应读上哪些数据? 实验三十二综合传感器??力平衡式传感器 (910型 998B型) 一、实验目的:掌握利用多种传感器和电路单元测试系统的原理 二、基本原理:图 32A是一带有反馈的闭环系统传感器,它与一般传感器的区别 在于它有一个“反向传感器”的反馈回路,把系统的输出信号反馈到系统输入进行比 较和平衡。由于此系统中所用的传感器主要是力或力矩平衡的方式,所以称 为力平衡 传感器。力平衡式传感器主要用于能将测量值转换成敏感元件的微小位移的场合,如 力、压力、加速度、振动等。 三、需用器件与单元:电涡流传感器、涡流变换器、电桥、稳压电源、差动放大 器、低频振荡器(作为电流放大器用)、激振?线圈、电压表、测微头。 四、实验步骤: 1、图 32B是系统示意图。在此系统中用电涡流传感器、差动放大器、电流放大 器和激振器组成一个负反馈测量系统。 涡流变换器 差放 电流放大器传感器放大差值 测量值 I F+ F1 F- F2 反向传感器 激振器 III 非电量 电量图 32A 图 32B2、按实验二十一的方法安装和调试好电涡流传感器,使差动放大器输出为零。差 44杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 动放大器还是作为电平移动单元使用。差动放大器输出用所提供的 Φ3.5mm 插头的实 验芯线接出,Φ3.5mm插头插入低频振荡器 Vi插座,另一头连接屏蔽层的插头接地。 电流放大器的输出端即低频振荡器的输出端 V 分别接电压表的“激振”线圈的一端, O “激振”线圈另一端接地。 3、确认接线无误后开启电源,如发现振动平台偏向一边或成正反馈震荡,将“激 振”两线端接线对换,使其形成负反馈。 4、用手提压振动台,如系统输出电压能正负两方向过零变化,则说明系统接线正 确。此时可装上测微头带动振动台作测试实验。 5、调节系统(电桥、测微头)使输出为零且正负变化对称。分别向上、下各移动 1.5mm,每隔 0.2mm记录一数据并填入下表,做出 V-X曲线,求出灵敏度和线性度。 X mm Vv 6、将力平衡式传感器与前述几种传感器做性能比较。 五、注意事项: (1)差动放大器不能和激振器直接连接,因为差动放大器无电流放大作用。 (2)实验后?3.5mm的插头应及时拨出低频振荡器的 Vi插座,如 ?3.5mm拨出 后低频振荡器 V端无输出,则可能是?3.5mm的插座中的静合接点分开,可松开面板 0 固定螺丝,调整这对静合接点,使之接触良好。 实验三十三半导体扩散硅压阻式压力传感器实验 一、实验目的:了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。 二-基本原理:扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件,也 就是应变元件,当它受到压力作用时,应变元件的电阻发生变化,从而使输出电压变 化。 三、需用器件与单元:主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V表、压阻 式传感器(差压)、压力表及加压配件。 四、旋钮初始位置:直流稳压电源?4V档,F/V表切换开关置于 2V档,差放增 益适中或最大,主、副电源关闭。 五、实验步骤: 1、了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。 45 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 2、如图 33A将传感器及电路连好,注意接线正确,否则容易损坏元器件,差 放 接成同相反相均可。 +4V 压阻式+ + V o + V S + 差放 F/V表 V S V o + V - - V V - o S - V o V S压阻式差压传感器 图 33A 3、如图 33B接好传感器供压回路,传感器具有两个气咀,一个高压咀一个低 压咀, 当高压咀接入正压力时(相对于低压咀)输出为 传感器 正,反之为负。 引压咀 三通管 皮管H 4、将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧 松。 L单向 压力表 调节阀 5、开启主、副电源,调整差放零位旋钮,使 电压表指示尽可能为零,记下此时电压表读数。 气 压 皮 6、拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝,轻按 囊 加压皮囊,注意不要用力太大,当压力表达到 4Kpa 左右时,记下电压表读数,然后每隔这一刻度差, 图 33B 记下读数,并将数据填入下表: 压力 4 8 12 16 20 24 28 32 „ 电压mV 根据所得的结果计算系统灵敏度 SΔV/ΔP关系曲线,找出线性区域。当作为压力 计使用时,请进行标定。 标定方法:拧松皮囊上的锁紧螺丝,调差放调零旋钮使电压表的读数为零,拧紧 锁紧螺丝,手压皮囊使压力达到所需的最大值 40Kpa,调差动放大器的增益使电压表 的指示与压力值的读数一致,这样重复操作,零位、增益调试几次直到满意。 注意事项: 1、如在实验中压力不稳定,应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调 节阀的锁紧螺丝是否拧紧。 2、如读数误差较大,应检查气管是否有折压现象,造成传感器的供气压力不均匀。 3、如觉得差动放大器增益不理想,可调整其“增益”旋钮,不过此时应重新调整 46V 杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。 4、实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。(拆去实验连接线时要注 意手要拿住连接线头部拉起,以免拉断实验连接线。) 六、思考题: 差压传感器是否可用作真空度以及负压测试? 实验三十四光纤位移传感器静态实验 一、实验目的:了解光纤位移传感器的原理结构、性能。 二、基本原理:反射式光纤位移传感器的工作原理如图 34A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,另一端分为两束,分别作为光源光纤和 接收光纤,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 接收光纤 ? ? 输 ?X 出 电 压? 反 ? 射 光源光纤 体 位移 0 1 2X5 6 73 4mm 图 34 A 反射面,被反射的光经接收光纤至光电转换器将接收到的光转换为电信号。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 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 而得到的位移量如图 34A所 示。 三、需用器件与单元:主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。 四、实验步骤: 1、观察光纤位移传感器结构,它由两束光纤混合后,组成 Y形光纤,探头固定 在 Z型安装架上,外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。 2、了解振动台在实验仪上的位置(实验仪台面上右边的圆盘,在振动台上贴有反 射纸作为光的反射面。) 3、如图 34B接线;因光/电转换器内部已安装好,所以可将电信号直接经差 动放 大器放大。F/V显示表的切换开关置 2V档,开启主、副电源。 47 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 光纤传感器 差放 F/V表 + V o +?? ?? V ?? - V o 图 34B 4、旋转测微头,使光纤探头与振动台面接触,调节差动放大器增益最大,调节 差 动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零,旋动测微头使贴有反射纸的被测 体慢慢离 开探头,观察电压表读数由小-大-小的变化。 5、旋转测微头使 F/V电压表指示重新回零;旋转测微头,每隔 0.05mm读出 电压 表的读数,并将其填入下表: ΔX(mm) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 „ 指示V 6、关闭主、副电源,把所有旋钮复原到初始位置。 7、作出 V- X曲线,计算灵敏度 SΔV/ΔX及线性范围。 实验三十五 光纤位移传感器的动态实验(一) 一、实验目的:了解光纤位移传感器的动态应用。 二、需用器件与单元:主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤 波器、 振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器。 三、实验步骤: 1、了解激振线圈在实验仪上所在的位置及激振线圈的符号。 2、在实验三十四的电路中接入低通滤波器和示波器,如图 35接线。 光纤传感器 差放 低通滤波 示波器+ Vo +?? ?? ?? - Vo 图 35 3、将测微头与振动台面脱离,测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射纸的 距离调整在光纤传感器工作点即线性段中点上(利用静态特性实验中得到的特性曲线, 选择线性中点位置为工作点,目测振动台的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即 48杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 线性区ΔX的中点) 4、将低频振荡信号接入振动台的激振线圈上,开启主、副电源,调节低频振荡器 的频率与幅度旋钮,使振动台振动且振动幅度适中。 5、保持低频振荡器输出的 V 值幅值不变,改变低频振荡器的频率(用示波器观 p-p 察低频振荡器输出的 V 值为一定值,在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度 p-p 旋钮使 V 相同),将频率和示波器上所测的峰-峰值(此时的峰-峰值 V 是指 经低通 p-p p-p 后的 V ,填入下表,并作出幅频特性图。 p-p 幅度(Vp-p) 频率Hz 6、关闭主、副电源。把所有的旋钮复原到原始最小位置。 实验三十六光纤位移传感器的动态实验(二) 一、实验目的:了解光纤位移传感器的测速应用。 二、需用器件与单元:电机控制、差动放大器、小电机、F/V表、光纤位移 传感 器、直流稳压电源、主、副电源、示波器。 三、实验步骤: 1、了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。 2、按图 36接线,将差动放大器的增益置最大,F/V表的切换开关置 2V,开启 主、 副电源。 光纤传感器 差放 F/V 表+ 示波器V o +?? f o ?? V ?? - V o 图 363、将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸,调节光纤传感器的 高度,使 F/V表显示最大。再用手稍微转动电机,让反光面避开光纤探头。调节差动 放大器的 调零旋钮,使 F/V表显示接近零。 4、将直流稳压电源置?10V档,在电机控制单元的 V+处接入+10V电压,调节 转 速旋钮使电机运转。 5、F/V表置 2K档显示频率,用示波器观察 F。输出端的转速脉冲信号 V 4V。 p-p 49 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 6、根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 7、实验完毕,关闭主、副电源,拆除接线,把所有旋钮复原。 注意:如示波器上观察不到脉冲波形而实验(三十四)又正常,请调整探头与电 机间的距离,同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适(建议使用不带衰减 的探头)。 实验三十七PN结温度传感器测温实验 一、实验目的:了解 PN结温度传感器的特性及工作情况。 二、基本原理:晶体二极管或三极管的 PN结电压是随温度变化的。例如硅管的 PN结的结电压在温度每升高 1?C时,下降约 2.1mV,利用这种特性可做成各种各样 的 PN结温度传感器。它具有线性好、时间常数小(0.2~2秒),灵敏度高等优点,测 温范围为-50?C~+150?C。其不足之处是离散性大,互换性较差。 三、需用器件与单元:主、副电源、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、差动放 大器、电压放大器、F/V表、加热器、电桥、水银温度计(自备)。 四、旋钮初始位置:直流稳压电源?6V档,差放增益最小(逆时针到底,1倍)、 电压放大器幅度最大 4.5倍。 五、实验步骤: 1、了解 PN结、加热器、电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。 2、观察 PN结传感器结构,用数字万用表“二极管”档,测量 PN结正反向的 结 电压,得出其结果。 3、把直流稳压电源 V+插口用所配的专用电阻线(51K)与 PN结传感器的正向 端相连,并按图 37接好放大电路,注意各旋钮的初始位置,电压表置 2V档。 4、开启主、副电源,调节 W电位器,使电压表指示为零,同时记下此时水银温 1 度计的室温值Δt。 5、将-15V接入加热器(-15V在低频振荡器右下角),观察电压表读数的变化, 因 PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为-2.1Mv/?C。随着温度的升高,其 PN结电 压将下降ΔV,该ΔV电压经差动放大器隔离传递(增益为1),至电压放大器放大4.5 倍,此时的系统灵敏度 S?10mV/?C。待电压表读数稳定后,即可利用这一结果,将 电压值转换成温度值,从而演示出加热器在 PN结温度传感器处产生的温度值(ΔT)。 此时,该点的温度为ΔT+Δt。 50杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 51K 电阻线 4V + + PN结 Vr 差放 电压放大F/V表W1电桥平衡网络图 37 注意事项: 1、该实验仅作为一个演示性实验。 2、加热器不要长时间的接入电源,此实验完成后应立即将-15V电源拆去,以免 影响梁上的应变片性能。 五、思考题: 1、分析一下该测温电路的误差来源。 2、如要将其作为一个 0~100?C的较理想的测温电路,你认为还必须具备哪些条 件? 实验三十八热敏电阻演示实验 一、实验目的:了解 NTC热敏电阻现象。 二、基本原理:热敏电阻的温度系数有正有负,因此分成两类:PTC热敏电阻(正 温度系数)与 NTC热敏电阻(负温度系数)。一般 NTC热敏电阻测量范围较宽,主要 用于温度测量;而 PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄,一般用于恒温加热 控制或温 度开关,也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率 PTC也作为发热元件用。PTC缓变 型热敏电阻可用于温度补偿或作温度测量。 一般的 NTC热敏电阻测温范围为:-50?C ~ +300?C。热敏电阻具有体积小、重量 轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜,并且本身阻值大,不需要考虑引线长度带来 的误差,适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有:非线性大、稳定性差、有老化 现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。 三、需用器件与单元:加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、 F/V表、主、副电源。 四、实验步骤: 51 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号,它是一个蓝色或棕色元件,封装在 双平行梁上片梁的表面。 2、将 F/V表切换开关置 2V档,直流稳压电源切换开关置?2V档,按图 38接线, 开启主、副电源,调整 W RD电位器,使 F/V表指示为 100mV左右,这时为室 温时 1 的 V。 i 3、将-15V电源接入加热器,观察电压表的读数变化,电压表的输入电压: W IL V ?V i S 热 R + W + W 敏 T IH IL 电 R阻 t 4、由此可见,当温度 时,RT 阻值 , F/V表 V 。 i W r H VW 1 五、思考题: VW iL如果你手上有这样一个热敏电阻,想把它作为一个 电桥平衡网络 图 38 0~50?C的温度测量电路,你认为该怎样实现? 实验三十九气敏传感器(MQ-3)实验 一、实验目的:了解气敏传感器的原理与应用。 二、需用器件与单元:直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ-3气敏传 感器、主、副电源。 三、旋钮初始位置:直流稳压电源?4V档、F/V表置 2V档、差动放大器增益置 最小、电桥单元中的 W逆时针旋到底、主、副电源关闭。 1 四、实验步骤: 1、仔细阅读后面附上的“使用说明”,差动放大器的输入端(+)、(-)与地短接, 开启主、副电源,将差动放大器输出调零。 2、关闭主、副电源,按图 39接线。 3、开启主、副电源,预热约 5分钟,用浸有酒精的棉球靠近传感器,并轻轻吹气 使酒精挥发,并进入传感器金属网内,同时观察电压表的数值变化,此时电压 表读 数。它反映了传感器 AB 两端间的电阻随着发生了变化。说明 MQ-3检测到了酒精气体的存在与否,如果电压表变化不够明显,可适当调大 “差动 放大器”增益。 五、思考题: 52杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 如需做成一个酒精气体报警器,你认为还需采取哪些手段? 提示:1、需进行浓度标定;2、在电路上还需增加„„ 附:MQ系列器敏元件使用说明 一、特点: 1、具有很高的灵敏度和良好的选择性。 r A2、具有长期的使用寿命和可靠的稳定 BA B 性。 rr二、结构、外形、元件符号 A r B1、 MQ系列器敏元件的结构和外形如图 图 39A 39A所示,由微型 AL O陶瓷管、SnO敏感 2 3 2 r 层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定 AB 在塑料或不锈钢网的腔体内,加热器为气敏 V h 元件的工作提供了必要的工作条件。 RL r V RL 2、好的气敏元件有6只针状管脚,其中 V V C C 4个脚用于信号取出,2个脚用于提供加热电 图 39B流。 三、性能 1、标准回路:如图 39B所示,MQ气敏元件的标准测试回路由两部分组成。其 一 为加热回路,其二为信号输出回路,它可以准确反映传感器表面电阻的变化。 2、传感器的表面电阻 R 的变化,是通过与其串连的负载电阻RL上的有效电 压信 S 号 V 输出而获得的。二者之间的关系表述为 R /R V -V / V 。 RL S L C RL RL 3、标准工作条件: 标准工作条件 符号 参数名称 技术条件 备注 V 5V?0.1 AC OR DC 回路电压 c V 加热电压 5V?0.1 AC OR DC H R 负载电阻 可调 0.5-200K L R 33Ω?5% 加热电阻 室温 H P 加热功耗 小于 800毫瓦H 53 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 4、灵敏度特性: 符号 参数名称 技术条件 探测浓度范围(ppm) 适用气体 丁烷、丙烷、 敏感体表面电 10KΩ-1000KΩ 300-1000 R MQ-2 烟雾、氯气液 S 阻 洁净空气中 I-C H 4 10 化石油气 MQ-3 AC H OH 酒精 2 5 50-2000 标准测试 温度:20?C?2? Vc:5V?0.1 MQ-4 1000-20000 CH 甲烷、天然气 4 相对湿度:55%?5% Vh: 5V?0.1 条件 800-5000 H 氢气、煤气 2 MQ-6 300-10000LGP 液化石油气 预热时间 大于 24小时 一氧化碳、氢 30-1000 CO 气 实验四十 湿敏电阻(RH)实验 一、实验目的:了解湿敏传感器的原理与应用。 二、基本原理:湿敏膜是高分子电解质,其电阻值的对数与相对湿度是近似线性 关系。在电路中用字母“RH”表示。 测量范围:10%-95%工作精度:3% 阻值:几兆欧?几千欧寿命:一年以上 3 响应时间:脱湿小于10秒传感器尺寸:4×6×0.5mm 工作温度:0??50? 电源:AC:1KH,2-3V或 DC 2V Z 温度系数:0.5RH%/? 三、需用器件与单元:电压放大器、F/V表、电桥、RH湿敏电阻、直流稳压电源、 主、副电源。 四、旋钮初始位置:直流稳压电源置?2V档、F/V表置2V档。 五、实验步骤: 1、观察湿敏电阻结构,它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形 成的,按图 40接线。 2、取两种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。分别轻轻地与传感器接触,观 察电压表数字变化,此时电压表的指示,也就是 RH阻值变,说明 RH检测 54 杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 到了湿度的变化,而且随着湿度的不同,阻值变化也不一样。注意取湿材料不要太湿, 有点潮就行了。否则会产生湿度饱和现象,延长脱湿时间。 差放 RH湿敏电阻 +2VF/V表 直流稳压电源? V r+W 1 图 403、RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。这点请实验者注意。 六、思考题:你能用 RH做成一个湿度测量仪吗?请画出电路图并加以说明。 实验四十一热释电传感器实验 一、实验目的:了解热释电传感器的性能、构造与工作原理。 二、基本原理:热释电传感器是利用热电效应的热电型红外传感器。所谓热电效 应就是随温度变化产生电荷的现象。热释电传感器在温度没有变化时不产生信号,称 为积分型传感器,多用于人体红外辐射温度检测。 热释电传感器的输出是电荷,这并不能使用,要附加电阻,用电压形式输出。但 因电阻值非常大(1-100G)要用场效应晶体管进行阻抗变换,该传感器内部已进行阻 抗变换。 三、需用器件与单元:热释电传感器、差动放大器、直流稳压电源、数字电压表、 示波器。 四、实验步骤: 1、按图 41接线,观察传感器的圆形感应端面,中间黑色小方孔是滤色片,内装 有敏感元件及阻抗变换电路。 低通滤波器 差动放大器 热 F/V表 释 示波器 +电 传 感 器 图 41 55 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 2、直流稳压电源置 4V档,将 4V引入仪器顶部光电类传感器盒 4V端口。差动 放大器增益适中。 3、开启主、副电源,注意周围人体尽量不要晃动,调整差动放大器零位,使输出 指示最小,并调整好示波器(Y:0.1V/div;X:0.1s/div)。 4、观察现象(一):用手掌在距离约 10mm处晃动,注意数显表及示波器的波形 变化。停止晃动,重新观察数显表及示波器的波形变化。 5、观察(二)用手掌靠近传感器晃动,注意数显表及示波器的波形变化。 6、通过上述(4)(5)实验可得出如图 41A所示波形。 10mm晃动 V 10mm晃动 t 0静止时图 41A 7、通过实验验证:热释电传感器的三个工作特性:(1)只检测温度的变化;(2) 当温度不变时无输出;(3)温度越高(变化)输出越大。 注意事项: 因传感器灵敏度较高,对周围较远的红外辐射也能接收,数字表有些跳动是正常 现象,所以实验时最好不要有人走动。 实验四十二光电开关的转速测量实验 一、实验目的:了解光电式传感器(反射式)测量转速的原理与方法。 二、基本原理:光电式传感器有反射型和直射型两种,本实验是装置反射型,传 感器端部装有发光管和接收管,发光管发射的光在转盘上反射后被接收管接收转换成 电信号,由于转盘上有黑白相间的 2个间隔(与实验三十六共用),转动时将获得与黑 白间隔数有关的脉冲,将脉冲信号计数处理后即可得到转速值。 三、需用器件与单元:光电传感器、直流电源、测速小电机、电机控制、主、副 电源、示波器。 四、实验步骤: 1、参见实验三十六步骤(1)。 56杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 2、光电开关探头装至电机上方对准电机的反光纸,调节高度,使传感器端面离反 光纸表面 2-3mm,将传感器引线分别插入相应插孔,其中红色接入直流电源,黑色为 接地端,蓝色接入数显表置 2K档。 3、将直流稳压电源置 10V档,在电机控制单元的 V+处接入+10V电压,调节 转 速旋钮使电机运转。 4、F/V表置 2K档,用示波器观察 f输出端的转速脉冲信号。(V 4V)。 o p-p 5、根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 6、实验完毕,关闭主、副电源,拆除接线,把所有旋钮复原。 注意:如示波器上观察不到脉冲波形,请调整探头与电机间的距离,同时检查一 下示波器的输入衰减开关位置是否合适(建议使用不带衰减的探头)。 实验四十三硅光电池实验 一、实验目的:了解硅光电池的原理、结构、性能。 二、基本原理:在光照作用下,由于元件内部产生的势垒作用,在结合部使光激 发的电子-空穴分离,电子与空穴分别向相反方向移动而产生电势的现象,称为光伏效 应。硅光电池就是利用这一效应制成的光电探测器件。 三、需用器件与单元:硅光电池、直流稳压电源、数字电压表。 四、实验步骤: 1、按图 43接线。 硅光电池 F/V表 图 43 2、电压表置 2V档,直流稳压电源?4V档。 3、将+4V接入仪器顶部光敏类传感器盒+4V端口。 4、将光强调节旋钮关至最小。记录下此时电压表读数,这是外界自然光对硅光电 池的影响。 57 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 5、慢慢调节光强旋钮,发光二极管亮度增加,注意观察电压表数字变化。 6、电位器每旋转 20?记录一个数据。 光强 1 2 3 4 5 6 7 8 输出 根据数据表格,作出实验曲线。 实验四十四光敏电阻实验 一、实验目的:了解光敏电阻的工作原理、结构、性能。 二、基本原理:入射光子使物质的导电率发生变化的现象,称为光电导效应。硫 化镉(Cds)光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。根据制造方法, 其光敏面大致可分为单晶型、烧结型、蒸空镀膜型。器结构如图 44A所示,就是将 Cds粉末烧结于陶瓷基片上,并在基片上作蛇形电极。通过这样的方法,可增加电极 和光敏面的结合部分的长度,从而可以得到大电流。另外,其封装也有种种方 法,可 根据其可靠性和价格来进行分类。 三、需用器件与单元:光敏电阻、直流稳压电源、电桥平衡网络中 W 电位器、 1 F/V表。 四、实验步骤: 1、按图 44B接线。 电极 光敏电阻+4VF/V表 r W 1 光导体 图 44A 图 44B 2、将直流稳压电源?4V接入仪器顶部光敏类传感器盒?4V端口。 3、将光强调节旋钮置小位,F/V表置 2V档,调节 W电位器使 F/V示值最小。 1 4、慢慢调节光强旋钮,发光二极管亮度增加,注意观察 F/V表数字变化。 5、电位器每旋转约 20?记录一个数据。 光强 1 2 3 4 5 6 7 8 输出 58杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 根据数据表格,作出实验曲线。 注意事项: 1、因外界光对光敏元件也会产生影响,实验时应尽量避免外界光干扰。 2、如果实验数据不稳,应检查周围是否由人员走、物体移动产生影响所造成 的。 59 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 附录一电路原理图电压放大器 相敏检波器60杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南R11 +5V R10 R4 R6 R8 R1 R2 C2K f LM324id i 20KH C1 2KHz LM324R5 z R12 R3 K V ib o R7 4 R98 2 3 R13555 6 47kC47 C3F/V变换器R5 +15V +C5 R1 R6 741C1 C2 + C4 R3 W1 R2 +C6 R4 C3 -15V W2 低通滤波器 61 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司R3+15VC133μF + R1 2 27 R63 741 R2 34 + 1 5W11 510K W210KC2 R4 R5 +-15V差动放大器 (2) (1) (3) R1R1350350r1W122K(7) (5) (4) W222KC300P(6) 电桥平衡网络62杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 毫伏表移相器原理图 63 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司64杭州英联科技 有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 附录二 传感器安装示意图 65 YL-9XX系列传感器实验指南 杭州英联科技有限公司 66 杭州英联科技有限公司 YL-9XX系列传感器实验指南 附录三 《微机数据采集系统软件》使用说明 一、 系统概述 1、配套实验仪器 与本软件配套使用的实验仪是杭州英联科技有限公司生产的 YL系列测控 系统实 验仪。该类实验仪、实验台或模块部分设有应变式、电容式、电涡流式、差 动螺管电 感式、霍尔式、压电式、磁电式、热电偶、热电阻、光纤、光电等各类传感 器,并提 供电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、电荷放大器、光电转换器等测量电路, 能做几十种传感器及相关实验。实验仪内置嵌入式小系统,具有实时采样和数据通信 功能。其微处理器为 89C51单片机,A/D芯片为 AD574,模拟量输入信号最大值为 10V。 2、微机 硬件要求机器的 CPU速度在奔腾 500以上,128M以上内存,显示器分辨率最好 是 1024×768。软件操作系统为 WINDOWS 2000、 WINDOWS XP。 3、主要功能 1)软件为用户提供了灵活多样的可选操作界面。实验内容可以根据需要由用户进 行选择。实验方式有 5种可设置,分别是单向单步、双向单步、定时单步、低频扫描、 高频扫描。采样速率 8档可选。采样点数可以根据实验需要从 1?100点之间选择。单 位格 X值根据用户需要可以由 0.1到 10变化。X量纲可根据所做的实验由用户设定。 2)可以根据需要调整 Y轴上限电压,当采样信号越界时,会自动调整到合适 的 量程。 3)用户需根据实际情况设置端口号,设置完成后,软件会自动测试,如果端口号 和端口波特率正确的话,程序启动后会自动识别。另外,在实时采样时,软件还有通 讯监控功能,当计算机和实验仪器通讯失败,程序会自动报警,提醒用户检测通讯口。 4)数据文件存取功能。在文件菜单中实现数据文件的打开、保存操作。文件默认 保存在当前安装程序目录下的 Database文件夹中。数据文件的格式是特定的,当文件 被打开后,程序会自动识别文件中的数据的采样点数、采样速度、实验设置、实验名 称、单位 X值、X量纲等