检测技术试验 (2).doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流检测技术试验 (2).精品文档.前 言本实验指导书是在原CSY传感器系统实验仪说明书的基础上改编的。在编写上我们力求有较大的适应面便于学生独立操作而深入思考。CSY传感器系统实验仪上采用的大部分传感器虽是教学传感器（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深理解课本知识，从实验得到的结果、现象分析中学会作为一个科技工作者应具有的动手能力与操作技能，加强动手能力培养。当然，由于编写者时间、水平、精力所限，难免有疏漏谬误之处，热切期望您的赐教！目 录第一章 产品说明书 （2）第二章 实验指导 （5）一、 应变片

2、性能研究 （5）二、 差动变压器性能研究 （7）三、 霍尔传感器的直流激励静态位移特性 （8）四、 热电偶的原理及现象 （9） 五、 热敏电阻测温演示实验 （11）六、 扩散硅压阻式压力传感器实验 （12） 第一章 产品说明书一、 CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台

3、（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，具体安装部位参看附录三。备注：CSY系列传感器实验仪的传感器具体配置根据需方的合同安装。 显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（2V10V档位调节）、FV数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-500mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、15V不可调稳压电源。实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（

4、包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。CSY实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。二、主要技术参数、性能及说明传感器安装台部分： 双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。传感器：1、差动变压器量程:5mm 直流电阻：510由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，

5、铁芯为软磁铁氧体. 2、电涡流位移传感器量程:1mm直流电阻：12 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 3、霍尔式传感器量程: 2mm直流电阻：激励源端口：8001.5K 输出端口：300500 日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。 4、热电偶直流电阻：10左右由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。5、电容式传感器量程：2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。6、热敏电阻由半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25时为10K。7、光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。红外线发射、接收、直流

6、电阻：5001.5k260股丫形、半圆分布。8、压阻式压力传感器量程：10Kpa(差压) 供电：6V 直流电阻：Vs+-Vs- ：350450 Vo+-Vo- ：3K3.5K美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器，具有温度自补偿功能，先进的X型工作片（带温补）。9、压电加速度计PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KHZ，电荷灵敏度：q20pc/g。10、应变式传感器箔式应变片阻值：350、应变系数：211、PN结温度传感器：利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/。12、磁电式传感器0 .211000直流电阻：3

7、040 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s13、气敏传感器MQ3：酒精：测量范围：502000ppm。14、湿敏电阻高分子薄膜电阻型：RH：几兆几K 响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。湿度系数：0.5RH%/ 测量范围：1095 工作温度：050二、信号及变换：1、电桥： 用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2、差动放大器 通频带010kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。3、电容变换器 由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4、电压放大器增益约为5倍 同相输入 通频带010KHz5、移相器 允许最大输入电压10Vp-

8、p移相范围20(5kHz时)6、相敏检波器 可检波电压频率010kHz允许最大输入电压10Vp-p 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路7、电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。8、低通滤波器 由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右9、涡流变换器 输出电压|8|V(探头离开被测物变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件10、光电变换座 由红外发射、接收组成。三、二套显示仪表1、 数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围02V、020V，频率范围3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度50mV。2、 指针式毫伏表：85c1表，分500mV、

9、50mV、5mV三档，精度2.5%。四、二种振荡器音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，V-p-p值20V，180、0反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。低频振荡器：130Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。五、二套悬臂梁、测微头双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。六 电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温。七 测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速实验。八

10、二组稳压电稳直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。九计算机联接与处理数据采集卡：十二位A/D转换，采样频率2025000次/秒，采样速度可控制，分单次采样与连续采样。标准RS-232接口，与计算机串行工作。良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。第二章 实验指导实验一 金属箔式应变片性能研究实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、FV表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。有关旋钮

11、的初始位置：直流稳压电源打到2V档，FV表打到2V档，差动放大器增益打到最大。实验步骤：(1) 将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（）、负（）、地短接。将差动放大器的输出端与FV表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使FV表显示为零，关闭主、副电源。(2) 按下图接线，图中R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx为应变片；r及W1为调平衡网络。(3) 将稳压电源的切换开关置4V档，FV表置20V档。调节测微头脱离双平行梁（目测使梁到水平位置），开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使FV表显示为零，然后将FV表置2V档，

12、再调电桥W1（慢慢地调），使FV表显示为零。(4) 分别上下旋转测微头，使梁分别上下移动，每隔0 .5mm（转一圈）读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源：位移（mm）电压（mv）(5) 保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与Rx工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使FV表显示表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：位移（mm）电压（mv）(6) 保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成 ，R2换成 ，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方

13、向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使FV表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表：位移（mm）电压（mv）(7) 在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。注意事项：(1) 在更换应变片时应将电源关闭。(2) 在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。(3) 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。(4) 直流稳压电源4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。实验二 差动变压器性能研究实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。所需单元及部件：音频

14、振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。有关旋钮初始位置：音频振荡器之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。实验步骤：（） 根据图1接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。图1（） 转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头mm，使振动平台往上位移。（） 往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变

15、压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度。（式中为电压变化，为相应振动平台的位移变化），作出关系曲线。（mm）5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p)思考：（） 根据实验结果，指出线性范围。（） 当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（） 用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？实验三 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性实验目的： 了解霍尔式传感器的原理与特性。所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、FV表

16、、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置档，直流稳压电源置档，主、副电源关闭。实验步骤：（） 了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。（） 开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭主电源，根据图2接线，、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。图2（） 装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。（） 开启主、副电源调整使电压表指示为零。（） 上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0

17、.1mm读一个数，将读数填入下表：X(mm)V(V)X(mm)V(v)作出曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。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与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。（6）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。注意事项：（） 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。（） 一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。（） 激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。实验四 热电偶原理及现象实验目的：了解热电偶的原理及现象 所需单元及附件：15V不可调直流稳压电源、差动放大器、FV表、加热器、热电偶、水银温度

18、计（自备）、主副电源旋钮初始位置：FV表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。实验步骤：（） 解热电偶原理：二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。（） 了解热电偶在实验仪上的位置及符号，（参见附录）实验仪所配的热电偶是由铜康铜组成的简易热电偶，分度号为T。它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里面（不可见）。（） 按图接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使FV表显示零，记录下自备温度计的室温。（） 将15V直流电源接入加热器的一端，

19、加热器的另一端接地，观察FV表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下FV表显示的读数E。（） 用自备的温度计测出下梁表面加热器处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头要触及热电偶处附近的梁体即可）。（） 根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t -热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。 tn-热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。to-01 热端温度为t,冷端温度为室温时热电势：Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100，100为差动放大器的放大倍数。2 热端温度为室温，冷端温度为0，铜康铜的热电势：Ea

20、b(tn,to):查以下所附的热电偶自由端为0时的热电势和温度的关系即铜康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。3 计算：热端温度为t，冷端温度为0时的热电势：Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。铜康铜热电偶分度表 （自由端温度0）工作端温 度0123456789de/dt00.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.74939.5200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321

21、.0731.1141.15540.4301.1961.2271.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.56941.3401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.99242.4502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.9442.3372.3802.42443.0602.4672.5112.5552.5992.6632.6872.7312.7752.8192.86443.8702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.31244.580

22、3.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.76745.3903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.24446.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.8 （）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）。 （8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线）其它旋钮置原始位置。 思考：（1

23、）为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，为什么？实验五 热敏电阻演示实验热敏电阻特性： 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作温度补偿或作温度测量。 一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50+300。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

24、身阻值大，不需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。实验目的：了解NTC热敏电阻现象。所需单元及部件：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、15V稳压电源、FV表、主副电源。实验步骤：(1) 了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个兰色或棕色元件，封装在双平行振动梁上片梁的表面。(2) 将FV表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置2V档，按图接线，开启主副电源，调整W1(RD)电位器，使FV表指示为100mV左右。这时为室温时的Vi。图(1) 将-15V电源接入加热器，观察

25、电压表的读数变化，电压表的输入电压：(4) 由此可见，当温度 时，RT阻值 ，Vi 。思考题： 如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个050的温度测量电路，你认为该怎样来实现？实验六 扩散硅压阻式压力传感器实验一、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，也就是在单晶硅的基片上用 扩散工艺(或离子注入及溅射工艺)制成一定形状的应变元件，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。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。所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器(差压)、“U”形管 及其加

26、压配件或压力计。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。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。（见附录三）(2) 如图A将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反 相均可；图A(3) 将清洁的自来水小心地倒入“U”形管内，直至20cm度处(少一点也可)；(4) 如图B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)输出为正，反之为负；图B(5) 将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。将“U”形管直立于观察方便的地方，尽量保持“U”形 管

27、平直；（）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(7) 拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，否则水会从“U”形管中冲出，当“U”形管中的液面刻度差4cm(0.4kp)，且电压表有压力指示时，记下此时的读数 ，然后每隔这一刻度差。记下读数，并将数据填入下表：压力（kpa）电压（Mv）注：1kpa=10cm水柱高。根据所得的结果计算系统灵敏度S= VP，并作出V-P关系曲线，找出线性区域。作为液面计时使用，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U型管的液位差较大，调差动

28、放大器的增益使电压表的指示与U型管的液位差读数一致，这样重复操作零位、增益调试几次到满意为止。注意事项：（1） 如在实验中“U”形管内液面刻度不稳定，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，造成传感器与“U”管之间的供气压力 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。）问题： 差压传感器是否可用作真空度以及负压测试?