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1、传感器原理与应用传感器原理与应用实实验验指指导导书自动化工程学院目目录录实验一实验一应变片单臂电桥性能实验应变片单臂电桥性能实验实验二实验二应变片半桥性能实验应变片半桥性能实验实验三实验三应变片全桥性能实验应变片全桥性能实验实验四实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验压阻式压力传感器测量压力特性实验实验五实验五差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验实验六实验六差动变压器测位移特性实验差动变压器测位移特性实验实验七实验七电容式传感器测位移特性实验电容式传感器测位移特性实验实验八实验八线性霍尔传感器测位移特性实验线性霍尔传感器测位移特性实验实验实验九九开关式霍尔传感器测转速实验开关式霍尔传感器测
2、转速实验实验十实验十磁电式转速传感器测转速实验磁电式转速传感器测转速实验实验十一实验十一光电传感器测量转速实验光电传感器测量转速实验实验十二实验十二电涡流传感器测量位移特性实验电涡流传感器测量位移特性实验实验十三实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验被测体面积对电涡流传感器特性影响实验*实验实验十五十五气敏传感器实验气敏传感器实验实验实验十六十六湿度传感器实验湿度传感器实验CSYCSY20002000 型传感器与检测技术实验台型传感器与检测技术实验台说说明明书书一、实验台的组成CSY2000 型传感器
3、与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。1、主机箱：提供高稳定的15V、5V、5V、2V10V（步进可调）、2V24V（连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率
4、 3Hz30Hz 可调（谐振频率 9Hz12Hz 左右）；3、转动源：手动控制 0 转/分2400 转分、自动控制 3002200 转分。4、温度源：常温200。5、气压源：020Kpa（连续可调）。6、传感器：基本型有箔式应变片(350)传感器(秤重 200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(4mm)、电容式位移传感器(2.5mm)、霍尔式位移传感器(1mm)、霍尔式转速传感器(2400 转/分)、磁电转速传感器(250 转/分2400 转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400 转/分)、集成温度(AD590)传感器(室
5、温120)、K 热电偶(室温150)、E 热电偶(室温150)、Pt100 铂电阻(室温150)、Cu50 铜电阻(室温100)、湿敏传感器(1095RH)、气敏传感器(502000ppm)等。7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加相应的配套实验模板。8、实验台：尺寸为 1600800750mm。实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。二、电路原理实验电路原理已印刷在面板上(实验模板上)，实验接线图参见具体实验内容。三、使用方法1、开机前将电压表显示选择
6、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 AC220V 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导书，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(器)电源开关，设置调节仪(器)参数；调节仪(器)的 PV 窗显示测量值；SV 窗显示设定值(具体内容参见实验指导书)。四、仪器维护及故障排除五、注意事项1、在实验前务必详细了解
7、实验设备使用注意事项。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及面板。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电路时接错。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，请将传感器及附件放回原处。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。8、实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。实验一实验一应变片单臂电桥性能实验应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：二、基本原理：电阻应变式传感器
8、是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。1、应变片的电阻应变效应所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例：设其长
9、为：L、半径为 r、材料的电阻率为时，根据电阻的定义式得（11）当导体因某种原因产生应变时，其长度 L、截面积 A 和电阻率的变化为 dL、dA、d相应的电阻变化为 dR。对式（11）全微分得电阻变化率 dR/R 为：（12）式中：dL/L 为导体的轴向应变量L;dr/r 为导体的横向应变量r由材料力学得：L=-r(13)式中：为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为 0.30.5 左右；负号表示两者的变化方向相反。将式（13）代入式（12）得：（14）式（14）说明电阻应变效应主要取决于它的几何应变（几何效应）和本身特有的导电性能（压阻效应）。2、应变灵敏度它是指电阻应变片在单位应变作用下所
10、产生的电阻的相对变化量。(1)、金属导体的应变灵敏度 K：主要取决于其几何效应；可取（15）其灵敏度系数为：K=金属导体在受到应变作用时将产生电阻的变化，拉伸时电阻增大，压缩时电阻减小，且与其轴向应变成正比。金属导体的电阻应变灵敏度一般在 2 左右。(2)、半导体的应变灵敏度：主要取决于其压阻效应；dR/R100kHz)输入到点，由低电平 E1跃到高电平 E2时，电容 CX1和CX2两端电压均由 E1充到 E2。充电电荷一路由点经 D3到 b 点，再对 CX1充电到 O 点(地)；另一路由由点经 C4到 c 点，再经 D5到 d 点对 CX2充电到 O 点。此时，D4和 D6由于反偏置而截止。
11、在t1充电时间内，由到 c 点的电荷量为：Q1CX2(E2-E1)（71）当高频激励电压由高电平 E2返回到低电平 E1时，电容 CX1和 CX2均放电。CX1经 b 点、D4、c 点、C4、点、L1放电到 O 点；CX2经 d 点、D6、L1放电到 O 点。在t2放电时间内由c 点到点的电荷量为：Q2CX1(E2-E1)（72）当然，（71）式和（72）式是在 C4电容值远远大于传感器的 CX1和 CX2电容值的前提下得到的结果。电容 C4的充放电回路由图 72 中实线、虚线箭头所示。在一个充放电周期内（t1t2），由 c 点到点的电荷量为：Q2-Q1(CX1-CX2)(E2-E1)CX E
12、（73）式中：CX1与 CX2的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式）。设激励电压频率f1/T，则流过 ac 支路输出的平均电流 i 为：iffCX E（74）式中：E激励电压幅值；CX传感器的电容变化量。由（74）式可看出：f、E 一定时，输出平均电流 i 与CX成正比，此输出平均电流 i 经电路中的电感 L2、电容 C5滤波变为直流 I 输出，再经 Rw转换成电压输出 Vo1I Rw。由传感器原理已知C 与X 位移成正比，所以通过测量电路的输出电压 Vo1就可知X 位移。3、电容式位移传感器实验原理方块图如图 73图 73 电容式位移传感器实验方块图三、需用器件与单元：三、需用器
13、件与单元：主机箱15V 直流稳压电源、电压表；电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤：四、实验步骤：1、按图 74 示意安装、接线。图 74 电容传感器位移实验安装、接线示意图2、将实验模板上的 Rw 调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传圈)。3、将主机箱上的电压表量程切换开关打到 2V 档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示 0V，再转动测微头(同一个方向)6圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头 1圈即X=0.5mm 位移读取电压表读数(这样转 12 圈读取相应的电压表读数)，将数据填
14、入表7(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差)。表 7 电容传感器位移实验数据（请同学们记录两组实验数据）X(mm)V(mV)4 根据表 7 数据作出实验曲线，实验完毕关闭电源开关。实验八实验八线性霍尔传感器位移特性实验线性霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图 81（带正电的载流子）所示，把一块宽为 b，厚为 d 的导电板放在磁
15、感应强度为 B 的磁场中，并在导电板中通以纵向电流 I，此时在板图 81 霍尔效应原理的横向两侧面A,A之间就呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电势差 UH称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为：UHRHdIBKHIB式中：RH-1(ne)是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；KH RHd 灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用 N 型半导体材料（金属材料中自由电子浓度很高，因此 RH很小，使输出 UH极小，不宜作霍尔元件），厚度 d 只有 1m左右。霍尔传感器有霍尔元件和集
16、成霍尔传感器两种类型。集成霍尔传感器是把霍尔元件、放大器等做在一个芯片上的集成电路型结构，与霍尔元件相比，它具有微型化、灵敏度高、可靠性高、寿命长、功耗低、负载能力强以及使用方便等等优点。本实验采用的霍尔式位移（小位移 1mm2mm）传感器是由线性霍尔元件、永久磁钢组成，其它很多物理量如：力、压力、机械振动等本质上都可转变成位移的变化来测量。霍尔式位移传感器的工作原理和实验电路原理如图 82(a)、(b)所示。将磁场强度相同的两块永久磁钢同极性相对放置着，线性霍尔元件置于两块磁钢间的中点，其磁感应强度为 0，(a)工作原理(b)实验电路原理图 82 霍尔式位移传感器工作原理图设这个位置为位移的
17、零点，即 X0，因磁感应强度 B0，故输出电压UH0。当霍尔元件沿 X 轴有位移时，由于 B0，则有一电压UH输出，UH经差动放大器放大输出为 V。V 与 X 有一一对应的特性关系。注意：线性霍尔元件有四个引线端。涂黑二端是电源输入激励端，另外二端是输出端。接线时，电源输入激励端与输出端千万不能颠倒，否则霍尔元件就损坏。三三、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的2V10V（步进可调）直流稳压电源、15V 直流稳压电源、电压表；霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。四、实验步骤：四、实验步骤：1、调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的 0 刻度线对准轴套的 10mm 刻度线
18、。按图 83 示意图安装、接线，将主机箱上的电压表量程切换开关打到 2V 档，2V10V（步进可调）直流稳压电源调节到4V 档。2、检查接线无误后，开启主机箱电源，松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套，使传感器的 PCB 板（霍尔元件）处在两园形磁钢的中点位置(目测)时，拧紧紧固螺钉。再调节 RW1使电压表显示。图 83霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图3、测位移使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验：顺时针调节测微头的微分筒 3 周，记录电压表读数作为位移起点。以后，反方向(逆时针方向)调节测微头的微分筒
19、(0.01mm/每小格)，每隔X=0.25mm(总位移可取 34mm)从电压表上读出输出电压 Vo 值，将读数填入表8(这样可以消除测微头的机械回差)。表 8 霍尔传感器(直流激励)位移实验数据（请同学们记录两组实验数据）X（mm）V(mV)4、根据表 8 数据作出实验曲线，实验完毕，关闭电源。实验九实验九开关式霍尔传感器测转速实验开关式霍尔传感器测转速实验一、实验目的：一、实验目的：了解开关式霍尔传感器测转速的应用。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图
20、91所示。当被测圆盘上装上 6 只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化 6 次，开关式霍尔传感器就同频率 f 相应变化输出，再经转速表显示转速n。图 91 开关式霍尔传感器测转速原理框图三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节 024V 直流稳压电源、+5V 直流稳压电源、电压表、频率转速表；霍尔转速传感器、转动源。四、实验步骤：四、实验步骤：1、根据图 92 将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为 23。2、将主机箱中的转速调节电源 024V 旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到
21、 20V 档)；其它接线按图 192 所示连接（注意霍尔转速传感器的三根引线的序号）；将频频转速表的开关按到转速档。3、检查接线无误后合上主机箱电源开关，在小于 12V 范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。图 92 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图4、从 2V 开始记录每增加 1V 相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)。请同学们自拟实验表格并记录两组实验数据。画出电机的 V-(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。五、思考题：五、思考题：利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象要满足什么
22、条件？实验十实验十磁电式传感器测转速实验磁电式传感器测转速实验一、实验目的：一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：磁电传感器是一种将被测物理量转换成为感应电势的有源传感器，也称为电动式传感器或感应式传感器。根据电磁感应定律，一个匝数为的线圈在磁场中切割磁力线时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生出感应电势，线圈中感应电势：。线圈感应电势的大小在线圈匝数一定的情况下与穿过该线圈的磁通变化率成正比。当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定(即磁场强度已定)后，使穿过线圈的磁通发生变化的方法通常有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线
23、圈产生感应电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变通过线圈的磁通。因此，磁电式传感器可分成两大类型：动磁式及可动衔铁式(即可变磁阻式)。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图 101 所示。当转动盘上嵌入 6 个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感应电势 e 产生 6 次的变化，感应电势 e 通过放大、整形由频率表显示，转速n=10f。图 101 磁电传感器测转速实验原理框图三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节 024V 直流稳压电源、电压表、频频转速表；磁电式传感器、转动源。四、实验步骤：四、实验步骤：磁电式转速传感器测速实验除了传
24、感器不用接电源外(传感器探头中心与转盘磁钢对准)，其它完全与实验九相同；请按图 102 示意安装、接线并按照实验九中的实验步骤做实验。实验完毕，关闭电源。图 102磁电转速传感器测速实验安装、接线示意图dtdNe五、思考题：五、思考题：磁电式转速传感器测很低的转速时会降低精度，甚至不能测量。如何创造条件保证磁电式转速传感器正常测转速？能说明理由吗？实验十一实验十一光电传感器测转速实验光电传感器测转速实验一、实验目的：一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及应用方法。掌握测量方法。二、基本原理：二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)
25、，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的 6 个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示，即可得到转速=10f。实验原理框图如图111 所示。图 111 光耦测转速实验原理框图三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节 024V 直流稳压电源、+5V 直流稳压电源、电压表、频率转速表；转动源、光电转速传感器光电断续器(已装在转动源上)。四、实验步骤：四、实验步骤：1、将主机箱中的转速调节 024V 旋钮旋到最小(逆时针旋到底)并接上电压表；再按图112 所示接线，将主机箱中频率转
26、速表的切换开关切换到转速处。图 112光电传感器测速实验接线示意图2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，在小于 12V 范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，按照实验九中的实验步骤做实验，观察电机转动及转速表的显示情况。3、从 2V 开始记录每增加 1V 相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)；画出电机的 V-(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。实验十二实验十二电涡流传感器测量位移电涡流传感器测量位移特性特性实验实验一、实验目的：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。掌握测量方法。二二、基本原理基本
27、原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体金属涡流片）组成，如图 12.1.1 所示。根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为 1MHz2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场 H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗 Z 发生变化。我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图 1
28、2.1.2 的等效电路。图中 R1、L1为传感器线 图 12.1.1 电涡流传感器原理图图 12。1.2 电涡流传感器等效电路图圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为 R2、电感为 L2。线圈与导体间存在一个互感 M，它随线圈与导体间距的减小而增大。根据等效电路可列出电路方程组：通过解方程组，可得 I1、I2。因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效 Q 值为：QQ01-(222)/(122)1+(R222)/(R122)式中：Q0无涡流影响下线圈的值，Q01R1；22金属导体中产生电涡流部分的阻抗，22R22+2L22。由式 Z、L 和式可以看出，线圈与金属导体
29、系统的阻抗 Z、电感 L 和品质因数值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离 x(H)的非线性函数。因此 Z、L、均是的非线性函数。虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为S型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。其实 Z、L、的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则只与距离x有关。于此，通过传感器的调理电路（前置器）处理，将线
30、圈阻抗 Z、L、的变化转化成电压或电流的变化输出。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。为实现电涡流位移测量，必须有一个专用的测量电路。这一测量电路（称之为前置器，也称电涡流变换器）应包括具有一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路等。电涡流传感器位移测量实验框图如图 122 所示：图 122 电涡流位移特性实验原理框图根据电涡流传感器的基本原理，将传感器与被测体间的距离变换为传感器的 Q 值、等效阻抗 Z 和等效电感 L 三个参数，用相应的测量电路（前置器）来测量。本实验的涡流变换器为变频调幅式测量电路，电路原理如图
31、 123 所示。电路组成：Q1、C1、C2、C3 组成电容三点式振荡器，产生频率为 1MHz 左右的正弦载波信号。电涡流传感器接在振荡回路中，传感器线圈是振荡回路的一个电感元件。振荡器作用是将位移变化引起的振荡回路的 Q 值变化转换成高频载波信号的幅值变化。D1、C5、L2、C6 组成了由二极管和 LC 形成的形滤波的检波器。检波器的作用是将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出来。Q2 组成射极跟随器。射极跟随器的作用是输入、输出匹配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接
32、的机械接触，具有很宽的使用频率范围（从 010Hz）。当无被测导体时，振荡器回路谐振于f0，传感器端部线圈Q0为定值且最高，对应的检波输出电压Vo最大。当被测导体接近传感器线圈时，线圈Q值发生变，振荡器的谐振频率发生变化，谐振曲线变得平坦，检波出的幅值Vo变小。Vo变化反映了位移的变化。电涡流传感器在位移、振动、转速、探伤、厚度测量上得到应用。图 123 电涡流变换器原理图三三、需用器件与单元需用器件与单元：主机箱中的15V 直流稳压电源、电压表；、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)、示波器。四、实验步骤：四、实验步骤：1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。调节测微头
33、的微分筒，使微分筒的 0 刻度值与轴套上的 5mm 刻度值对准。按图 124 安装测微头、被测体铁圆片、电涡流传感器（注意安装顺序：首先将测微头的安装套插入安装架的安装孔内，再将被测体铁圆片套在测微头的测杆上；然后在支架上安装好电涡流传感器；最后平移测微头安装套使被测体与传感器端面相帖并拧紧测微头安装孔的紧固螺钉），再按图 124 示意接线。图 124电涡流传感器安装、按线示意图2、将电压表量程切换开关切换到 20V 档，检查接线无误后开启主机箱电源，记下电压表读数，然后逆时针调节测微头微分筒，每隔 0.1mm 读一个数，直到输出Vo变化很小为止并将数据列入表 12（在输入端即传感器二端可接示
34、波器观测振荡波形）。表 12 电涡流传感器位移 X 与输出电压数据（请同学们记录两组实验数据）X（mm）Vo(V)3、根据表 12 数据，画出 VX 实验曲线，实验完毕，关闭电源。实验十三实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目的：一、实验目的：了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的导体材料就会有不同的性能。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的15V 直流稳压电源、电压表；电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体(铜、铝圆片)。四
35、、实验步骤：四、实验步骤：1、实验步骤与方法与实验二十二相同。2、将实验二十二中(图 124)的被测体铁圆片换成铝和铜圆片，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试（重复实验二十二步骤），分别将实验数据列入表 231 和表232 中。表 131 被测体为铝圆片时的位移实验数据（请同学们记录两组实验数据）X（mm）Vo(V)表 132 被测体为铜圆片时的位移实验数据（请同学们记录两组实验数据）X（mm）Vo(V)3、根据表中的实验数据画出实验曲线进行比较。实验完毕，关闭电源。*实验十四实验十四被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验一、实验目的：一、
36、实验目的：了解电涡流传感器的位移特性与被测体的形状和尺寸有关。二二、基本原理基本原理：电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱中的15V 直流稳压电源、电压表；电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、二个面积不同的铝被测体。四、实验步骤：四、实验步骤：1、传感器、测微头、被测体安装、接线见图 124，实验步骤和方法与实验十二相同。2、在测微头的测杆上分别用二种不同面积的被测铝材对电涡流
37、传感器的位移特性影响进行实验，并分别将实验数据列入表 24。表 14 同种铝材的面积大小对电涡流传感器的位移特性影响实验数据X（mm）被测体1被测体23、根据表 14 数据画出实验曲线。实验完毕，关闭电源。五、思考题：五、思考题：根据实验曲线分析应选用哪一个作为被测体为好？说明理由。实验十五实验十五气敏传感器实验气敏传感器实验一、实验目的：一、实验目的：了解气敏传感器原理及特性。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：气敏传感器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。本实验采用的是 TP-3 集成半导体气敏
38、传感器，该传感器的敏感元件由纳米级 SnO2（氧化锡）及适当掺杂混合剂烧结而成，具微珠式结构，是对酒精敏感的电阻型气敏元件；当受到酒精气体作用时，它的电阻值变化经相应电路转换成电压输出信号，输出信号的大小与酒精浓度对应。传感器对酒精浓度的响应特性曲线、实物及原理如图 151 所示。(b)传感器实物、原理图(a)TP-3 酒精浓度输出曲线图 151 酒精传感器响应特性曲线、实物及原理图三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱电压表、+5V 直流稳压电源；气敏传感器、酒精棉球。四、实验步骤：四、实验步骤：1、按图 152 示意接线，注意传感器的引线号码。图 152气敏(酒精)传感器实验接线示
39、意图2、将电压表量程切换到 20V 档。检查接线无误后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 1.5)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网内，观察电压表读数变化对照响应特性曲线得到酒精浓度。请同学们做 5 次实验并记录实验数据。实验完毕，关闭电源。实验十六实验十六湿敏传感器实验湿敏传感器实验一、实验目的：一、实验目的：了解湿敏传感器的原理及特性。掌握测量方法。二二、基本原理基本原理：湿度是指空气中所含有的
40、水蒸气量。空气的潮湿程度，一般多用相对湿度概念，即在一定温度下，空气中实际水蒸气压与饱和水蒸气压的比值(用百分比表示)，称为相对湿度(用 RH 表示)。其单位为RH。湿敏传感器种类较多，根据水分子易于吸附在固体表面渗透到固体内部的这种特性（称水分子亲和力），湿敏传感器可以分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本实验采用的是集成湿度传感器。该传感器的敏感元件采用的属水分子亲和力型中的高分子材料湿敏元件(湿敏电阻)。它的原理是采用具有感湿功能的高分子聚合物(高分子膜)涂敷在带有导电电极的陶瓷衬底上，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件。
41、由于湿敏元件阻抗随相对湿度变化成对数变化，一般应用时都经放大转换电路处理将对数变化转换成相应的线性电压信号输出以制成湿度传感器模块形式。湿敏传感器实物、原理框图如图 161 所示。当传感器的工作电源为+5V5时，湿度与传感器输出电压对应曲线如图 162 所示。图 161 湿敏传感器实物、原理框图图 162 湿度输出电压曲线三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：主机箱电压表、+5V 直流稳压电源；湿敏传感器、湿敏座、潮湿小棉球(自备)、干燥剂(自备)。四、实验步骤：四、实验步骤：1、按图 163 示意接线(湿敏座中不放任何东西)，注意传感器的引线号码。图 163湿敏传器实验接线示意图2、将电压表量程切换到 20V 档，检查接线无误后，合上主机箱电源开关，传感器通电先预热 5 分钟以上，先将湿敏传器放在湿敏座外面，待电压表显示稳定后即为环境湿度所对应的电压值(查湿度输出电压曲线得环境湿度)。3 加入潮湿小棉球，放上传感器，等到电压表显示值相对稳定后，记录显示值，再继续分别等待 5 分钟、10 分钟、15 分钟时记录显示值。4 查湿度输出电压曲线得到相应湿度值。5 记录相关实验数据填入表 16请同学们按（2）（3）(4)步骤做 2 次实验并记录实验数据。表 16 湿敏传感器实验数据表实验状态环境湿度1 分钟5 分钟10 分钟15 分钟输出电压（V）湿度值6实验完毕，关闭所有电源。