传感器实验2012

实验三电阻式传感器的全桥性能实验、实验目的掌握全桥电路的工作原理和性能。二、实验所用单元同实验一。三、实验原理及电路将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受 力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高, 非线性得到改善。实验电路图见图3-1,全桥的输出电压UO=4EKs四、实验步骤1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片 电阻受力方向必须相反。+5V差动放大器图3-1电阻式传感器全桥实验电路3、调节平衡电位器RP,使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使 表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器， 每次0.4mm,上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值UO记入下表 中。表3-1X(mm)0U(mV)0五、实验报告1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线UQ f(X)，并且计算灵敏度和 非线性误差。2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？实验二十二 涡流式传感器的转速测量实验、实验目的了解涡流式传感器用于测量转速的方法。二、实验所用单元涡流传感器探头（内附转换电路）、电机（光电传感器中）、电机调速装 备（光电传感器转换电路中）、差动放大器、位移台架、直流稳压电源、数 字电压表三、实验原理及电路利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路 处理即可测量转速。四、实验步骤1、固定好位移台架，将涡流传感器探头装于传感器支架上，将电机放 入位移台架的圆孔中，使探头对准电机转盘磁极。2、将涡流传感器探头的两根输出信号线接至差动放大器的输入端，差 动放大器的输出接至数字电压表的输入端。3、将数字电压表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转 动，观察实验现象。实验二十三温度传感器及温度控制实验（AD590）、实验目的1、熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。二、实验所用单元保温盒（内附温度传感器）、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、 玻璃管水银温度计、直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架三、实验原理及电路1、温度传感器电路如图23-1所示。AD590能把温度信号转变为与绝对 温度值成正比的电流信号10,比例因子为1“A/K。通过运算放大器实现电 流运算I二I -1 ,在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO。通过调节电位器RP1和RP2，可以使U。在被测温度范围内具有合适数值。 例如被测温度范围为0100C，则可在0C时，调节RP1使U0为0V；在 100C时，调节RP2使U0为5V,这样被测温度每变化1C对应U0变化50mV。+5VR2R1RP1A 1I2AD590i i0-5V.一,4耳L图23-1温度传感器实验原理图在本实验中，由于oc和100C这两个温度不便得到，因此温度/电压的 标定采用理论值推算的方法。在Oc下AD590的电流理论值为273.2p A, 要使输出电压U。为0V,则I。与I1相等：I = I = 5V= 273.2pA，那么 R + RP = 罠=18.31KQi o R + RP广i i273.2hA11广100C下AD590的电流理论值为373.2m A,此时要使U。为5V,贝U：1 = Uo = I -1 = 100叨，那么 R + RP =料 =50KQ2 R + RP 01 广22100mA22广2、如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（图23-2） 的电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电 压比较器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范 围内。图23-2加热及温度控制电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将内装温度传感器的保温盒置于位移台架上，将 水银温度计插入保温盒内，轻靠在温度传感器上。2、在此实验中，我们用输出电压U。反映实测温度，用温度计作为校核 标准。根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和 RP2的阻值。3、按照图23-1和图23-2接线，将实验箱面板、转换电路板和温度传 感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于 20V档，转换电路板上K2打在B2 （低温）侧。4、接通电源（加热电源开关匕断开），经过几分钟，等待电路工作稳 定，此时实验系统所测量的温度为室温t。细调RP1使输出电压U。与室温 相对应，其数值的关系为UO 0.05t。5、调节电位器RP4,使温度给定电压为2.5V，即表示设定温度为50C, 接通加热电源开关，观察升温过程。在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590在，因此温度计指示值 要慢于UO的变化。此时转换电路板上的红色指示灯VD灭，继电器J断开， 传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。当UO达到2.5V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍 有上升，然后下降。当UO降到2.5V是，继电器J断开，接通加热电源，温 度仍会继续稍有下降，然后上升。经过几次这样的循环，温度变化范围会稳 定下来。如果温度计的平均指示值小于50C，应适当减小RP2的阻值，反之则要 增加。调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近50C。6、调节RP4，使给定电压为3V，设定温度为60C，重复上一步骤。五、实验报告1、实验内容中所采用的调节方法：先调节室温下的RP1，再调节50C 下的RP2，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最合适的？为什么？2、说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？实验三十二光纤传感器的位移特性实验、实验目的1、了解光纤位移传感器的基本结构。2、掌握光纤传感器及其转换电路的工作原理。二、实验所用单元光纤传感器、光纤传感器转换电路板、反射面、位移台架、直流稳压电 源、数字电压表三、实验原理及电路本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合成Y型光纤，探头 为半圆分布，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即探头。由光源发出的光通过 光纤传到端部射出后再被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号经光电转 换器转换成电压量，该电压的大小取决于反射面与探头的距离。光纤传感器转换电路如图32-1所示。四、实验步骤1、固定好位移台架，将测微器测杆与反射面连接在一起。2、按照图32-2安装光纤位移传感器，将传感器的插头与转换电路板上的插座相连，并将转换电路板的输出连接至数字电压表上。3、调节测微器，使探头与反射面平板接触。接通电源，调节转换电路 板上的RP使数字电压表指示为零，并记录此时的测微器读数。4、旋转测微器，反射面离开探头，每隔0.1mm读取一次输出电压值, 将电压与位移记入下表中，共记10组数据。表 32-1X(mm)u（v）五、实验报告1、根据表32-1中的实验数据，画出光纤位移传感器的位移特性，并求 出拟合曲线的方程。2、本实验中光纤位移实验系统的灵敏度与哪些因素有关？实验三十五 压阻式压力传感器的特性实验、实验目的1、了解扩散硅压阻式传感器测量压力的方法。2、掌握扩散硅压阻式传感器及其转换电路的工作原理。二、实验所用单元压阻式压力传感器、压阻式压力传感器转换电路板、橡皮气囊、储气箱、 三通连接导管、压力表、位移台架、直流稳压电源、数字电压表三、实验原理及电路扩散硅式压阻式压力传感器，在单晶硅的基片扩散出P型或N型电阻条， 接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的 电阻率产生变化，引起电阻的变化，将这一变化引入测量电路，通过输出电 压可以测量出其所受的压力大小。测量电路图35-1所示，其中RP1用于调 节放大倍数，RP2用于调节零点。+5VRPi斗1R1ARR3R4图35-1压力传感器实验电路图四、实验步骤1、固定好位移台架，将压力传感器放在台架的圆孔中。2、将压力传感器上的插头连接至转换电路板上的插座。转换电路板的 输出连接至数字电压表。3、按照图35-2连接管路。期器图35-2压力传感器实验系统示意图4、打开橡皮囊上的单向阀，接通电源，调节转换电路板上的RP2使输 出电压为零。5、拧紧单向阀，轻按加压皮囊，注意不要用力过大，使压力表显示 100mmHg，调节RP1使输出电压为10V。6、重复步骤4和步骤5,使得压力为0时输出电压为0V,压力为 100mmHg时，输出电压为10V。7、打开单向阀，开始加压，每上升10mmHg读取输出电压，并记入下 表中。表 35-1P(mmHg)u（V）五、实验报告1、根据表35-1的实验数据，画出压力传感器的特性曲线，并计算精度 与非线性误差。2、如果测量真空度，需要对本实验装置进行怎样的改进？实验三十七超声波传感器的位移特性实验、实验目的1、了解超声波在介质中的传播特性。2、了解超声波传感器测量距离的原理与结构。3、掌握超声波传感器及其转换电路的工作原理。二、实验所用单元超声波发射探头、超声波接收传感器、超声波传感器转换电路板、反射 挡板、振动台、直流稳压电源、数字电压表三、实验原理及电路超声波传感器由发射探头与接收传感器及相应的测量电路组成。超声波 是在听觉阈值以外的声波，其频率范围在20KHZ至60KHZ之间，超声波在 介质中可以产生三种形式的振荡波：横波、纵波和表面波。本实验以空气为 介质，用纵波测量距离。发射探头发出40KHZ的超声波，在空气中传播速度 为344m/s,当超声波在空气中碰到不同介面时会产生一个反射波和折射波， 其中反射由接收传感器输入测量电路，测量电路可以计算机超声波从发射到 接收之间的时间差，从而得到传感器与反射面的距离。本实验原理图如图37-1所示。+5VVO1 图37-1超声波传感器实验原理图四、实验步骤1、按照图37-1连线。2、在距离超声波传感器2030cm （020cm左右为超声波测量盲区） 处放置反射挡板，接通电源，调节发射探头与接收传感器间的距离（约10 15cm）与角度，使得在改变挡板位置时输出电压能够变化。3、平行移动反射挡板，每次增加5cm，读取输出电压，记入下表中。表 37-1X(cm)u（v）五、实验报告1、根据表37-1的实验数据画出超声波传感器的特性曲线，并计算机其 灵敏度。2、本实验中的超声波传感器的特性是否是线性的？为什么？其线性度 受到什么因素的影响？