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1、目 录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验2实验二 电容式传感器的位移特性实验4实验三 霍尔转速传感器测速实验6实验四 压电式传感器测量振动实验7实验五 电涡流传感器位移特性实验8实验六 光纤传感器的位移特性实验10实验七 Cu50温度传感器的测温特性实验12实验八 湿敏传感器实验14附录一 温控仪表操作说明15实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二基本原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化，金属箔
2、式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压O1。三需用器件与单元CGQ-001实验模块、CGQ-013实验模块、应变式传感器、砝码、电压表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四实验步骤1根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1= R2= R3= R4=350，加热丝阻值为50左右。应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘
3、 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 2实验模块接入模块电源15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将CGQ-001实验模块调节增益电位器Rw1顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的电压表电压输入端Vi相连，调节实验模块上调零电位器Rw2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。3将CGQ-013实验模块上应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上
4、桥路电源4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使电压表显示为零。图1-2 单臂电桥实验接线图4在电子秤上放置一只砝码，读取电压表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）5根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）计算线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：F S满量程输出平均值，此处为200g。五思考题单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片
5、（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。实验二 电容式传感器的位移特性实验一实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二基本原理利用平板电容和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）、测微小位移（d变）和测量也为（A变）等多种电容传感器。三需用器件与单元电容传感器、CGQ-004电容传感器实验模块、测微头、电压表、直流稳压源。四实验步骤1按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。2将电容传感器连线插入电容传感器实验模块，实验线路见图4-1。3将电容传感器实验模块的输出端Vo与电压表单
6、元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw2调节到中间位置。4接入15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。表4-1 电容传感器位移与输出电压值X（mm）V（mv）5根据表4-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。五思考题试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构。能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？图4-1 电容传感器位移实验接线图实验三 霍尔转速传感器测速实验一实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二基本原理利用霍尔效应表达式UH = KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输
7、出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三需用器件与单元霍尔转速传感器、CGQ-05转动源模块、可调电源2-24V、频率/转速表。四实验步骤1根据图5-3，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面的磁钢。2将直流源加于霍尔元件电源输入端。红（+）接+15V，黑（）接地。3将霍尔转速传感器输出端（蓝）插入数显单元Fin端。4将可调电源2-24V引到CGQ-05转动源的2-24V插孔。5将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时转速/频率表指示转速。6调节电压使转动速度变化。观察转速/频率表转速显示的变化。五思考题1利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？2本实验
8、装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？实验四 压电式传感器测量振动实验一实验目的了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三需用器件与单元压电传感器、CGQ-006压电式传感器实验模块、CGQ-012移相、检波、低通滤波模块、CGQ-05振动源模块、双线示波器。四实验步骤图6-1 压电传感器性能实验接线图1首先将压电传感器装在振动源模块上。实验模块接入模块电源15V
9、（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。2将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。3将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图6-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模块电路输出端Vo1（如增益不够大，则Vo1接入U2，Vo2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出Vo与示波器相连。4合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。5改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。6用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。实验五 电涡流传感器位移特性实验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。二基本原
10、理通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三需用器件与单元CGQ-007电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、电压表、测微头、铁圆片。图7-1 电涡流传感器安装示意图 电涡流传感器 模块 测量架 测微头 被测体 四实验步骤1根据图7-1安装电涡流传感器。2观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。3将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。4在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5将实验模块输出端Vo与电压表输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压
11、20V档。6用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中。7使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表7-1。表7-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V（v）图7-2 电涡流传感器性能实验接线图8根据表7-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五思考题1电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2用电涡流传感器进行非接
12、触位移测量时，如何根据使用量程选用传感器？实验六 光纤传感器的位移特性实验一实验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二基本原理本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合组成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，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三需用器件与单元光纤传感器、CGQ-008光纤传感器实验模块、电压表、测微头、15V直流源、反射面。
13、四实验步骤图8-1 光纤传感器安装示意图 模块 测量架 测微头 光电变换座 光纤位移传感器 反射面 1根据图8-1安装光纤位移传感器，两束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。2将光纤实验模块输出端Vo与直流电压表相连，见图8-2。图8-2 光纤传感器位移实验接线图3调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。4实验模块接入15V电源，合上主控箱电源开关，将RW1旋至中间位置，调Rw2使电压表显示为零。5旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表8-1。表8-1 光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V（v）6根据表8-1的数据，分析光纤
14、位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时的灵敏度和非线性误差。五思考题光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验七 Cu50温度传感器的测温特性实验一实验目的了解Cu50温度传感器的特性与应用。二基本原理在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50C+150C的温度。铜电阻有下列优点：1上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系 Rt = R0(1+at)2阻温度系数高，a = 4.254.2810-3/ C3易提纯，价格便宜三需用器件与单元CGQ-04温度源、CGQ-009温度传感器实验模块、K/E型热电偶、Cu50热电阻、直流源、电压表。四实验步骤1注
15、意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。2将CGQ-04温度源模块上的220V加热输入接线柱与主控箱面板温度控制系统中的加热输出接线柱连接。3将温度源中”风机电源”经过温控仪上的ALM1再和主控箱中“0-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置），闭合温度源开关。4将热电偶插入模块温度源的一个传感器安置孔中。将K（对应温度控制仪表中参数Sn为0，或E型Sn为4）热电偶自由端引线插入主控箱面板的传感器插孔中，红线为正极。 5Cu50热电阻加热端插入温度源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图9-1，尾
16、部黑色线插入b端，a端接电源+2V，b端与差动运算放大器的Vi1一端相接，桥路的另一端和差动放大器的另一端Vi2相接。图9-1 Cu50热电阻测温特性实验6打开主控台及CGQ-04温度源电源开关，设定温度控制值为40C，当温度控制在40C时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。记下数显表上的读数，填入表9-1。表9-1：T（C）V（mv）五思考题大家知道在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在40C100C之间，作温度特性，然后与
17、集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐述理由。实验八 湿敏传感器实验一实验目的了解湿度传感器的工作原理及特性。二基本原理本实验采用的是高分子薄膜湿敏电阻。感测机理是：在绝缘基板上溅射了一层高分子电解质湿敏膜，其阻值的对数与相对湿度成近似的线性关系，通过电路予以修正后，可得出与相对温度成线性关系的电信号。三需用器件与单元湿敏传感器、CGQ-011湿敏传感器实验模块、电压表、直流电源。四实验步骤注：本实验的湿度传感器已由内部放大器进行放大、校正、输出的电压信号与相对湿度成近似线性关系，标定在：1将主控箱+15V接入传感器输入端，输出端与数字电压表相接。
18、2对着湿敏传感器哈一口气，可看到发光管点亮的数目成上升趋势，越来越多同时观察电压表数字变化。3待数字稍稳定后，记录下读数，根据传感器标定值，得出容器中的相对湿度。附录一 温控仪表操作说明一面板说明PV SV A-M ALM1 ALM2 OUT SET 123456789101PV-测量值显示窗（红）2SV-给定值显示窗（绿）3A-M -手动指示灯（绿）4ALM1-AL1动作时点亮对应的灯（红）5ALM2-AL2动作时点亮对应的灯（红）6OUT-调节输出指示灯（绿）7SET-功能键8 -数据移位（兼手动/自动切换）9 -数据减少键10 -数据增加键仪表上电后，上显示窗口显示测量值（PV），下显示
19、窗口显示给定值（SV）。在基本状态下，SV窗口能用交替显示的字符来表示系统某些状态，如下：1输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）时，则闪动显示：“orAL”。此时仪表将自动停止控制，并将输出固定在参数outL定义的值上。2有报警发生时，可分别显示“ALM1”、“ALM2”、“Hy-1”或“Hy-2”，分别表示发生了上限报警、下限报警、正偏差报警和负偏差报警。报警闪动的功能是可以关闭的（参看AL-P参数的设置），将报警作为控制时，可关闭报警字符闪动功能以避免过多的闪动。仪表面板上的4个LED指示灯，其含义分别如下：OUT输出指示灯：输出指示灯线性电流输出时通过
20、亮/暗变化反映输出电流的大小，时间比例方式输出（继电器、固态继电器及可控硅过零触发输出）时，通过闪动的时间比例反映输出大小。ALM1指示灯：当AL1事件动作时点亮对应的灯。ALM2指示灯：当AL2事件动作时点亮对应的灯。A-M灯：手动指示灯。二功能及设置1内部菜单上电 正常显示 按SET键3秒 现场参数EP1-EP8按住SET3秒以上退出菜单按SET键ALM1 上限报警 ALM2 下限报警 Hy-1 正偏差报警 Hy-2 负偏差报警 Hy 回差 At 控制方式 I 保持参数 P 速度参数 d 滞后时间 t 输出周期 Sn 输入规格 dP 小数点位置 P-SL 输入下限显示 P-SH 输入上限显
21、示 Pb 主输入平移修正 oP-A 输出方式 outL 输出下限 outH 输出上限 AL-P 报警输出定义 CooL 系统功能选择 Addr 通讯地址 bAud 通讯波特率 FILt输入数字滤波 A-M运行状态 LOCK参数修改级别 EP1现场参数 按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键按SET键手动/自动切换 开启自整定按SET键再按 键按 键约2秒手动时下排第1字显示M自动时下排第1字显示
22、A自整定时闪动显示At字样按 2秒提前放弃自整定2基本使用操作（1）显示切换：按SET键可以切换不同的显示状态。修改数据：如果参数锁没有锁上，仪表下显示窗显示的数值均可通过按 （A/M）、或键来修改。例如：需要设置给定值时，可将仪表切换到正常显示状态，按键一次，SV窗口个位小数点闪烁，即可通过按 （A/M）、或键来修改给定值。仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。按键减小数据，按键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。按住按键并保持不放，可以快速地增加/减少数值，并且速度会随小数点右移自动加快（3级速度）。而按 （A/M）键则可直接移动修改数据的位置（光标），操作快捷。（2）
23、手动/自动切换：按 （A/M）键，可以使仪表在自动及手动两种状态下进行无扰动切换。手动时下排显示器第一字显示“M”，仪表处于手动状态下，直接按或键可增加及减少手动输出值，自动时按SET键可直接查看自动输出值（下排显示器第一字显示“A”）。通过对A-M参数设置（详见后文），也可使仪表不允许由面板按键操作来切换至手动状态，以防止误入手动状态。（3）设置参数：按SET键并保持约2秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按SET键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值ALM1、参数锁LOCK等等。对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工需要用到的参数（现场参数）。用、 （A/M）等键可修改参数值。
24、按 （A/M）键并保持不放，可返回显示上一参数。先按 （A/M）键不放接着再按SET键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。如果参数被锁上，则只能显示被EP参数定义的现场参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其他的参数。不过，至少能看到LOCK参数显示出来。3自整定（AT）操作仪表初次使用时，可启动自整定功能来协助确定P、I、D等控制参数。初次启动自整定时，可将仪表切换到正常显示状态下，按 （A/M）键，并保持约2秒钟，此时下排显示器交替显示“At”字样。自整定时，仪表执行位式调节，约2-3次振荡后自动计算出P、I、D等控制参数
25、。如果在自整定过程中要提前放弃自整定，可再按 （A/M）键并保持2秒钟，使“At”字样消失即可。视不同系统，自整定需要的时间可从数秒至数小时不等。仪表再自整定成功结束后，会将参数At设置为3（出厂时为1）或4，这样今后无法从面板再按 （A/M）键启动自整定。已启动过一次自整定功能的仪表如果今后还要启动自整定时，可以用将参数“At”设置为2的方法进行启动。系统在不同给定值下整定的出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数t（控制周期）及Hy（回差）的位置，对自整定过
26、程也有影响，一般来说，这两个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但Hy值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐t=0-2，Hy=0.3。手动自整定：由于自整定执行时采用位式调节，其输出将定位在由参数outL及outH定义的位置。在一些输出不允许大幅度变化的场合，如某些执行器采用调节阀的场合，常规的自整定并不适宜。对此仪表具有手动自整定模式。方法是先用手动方式进行调节，等手动调节基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，这样仪表的输出值将限制在当前手动值+10%及-10%的范围而不是outL及outH定义的范围，从而避免了生产现场不允许的阀门大幅度变化现象。此外，当被控物理量响应快速时，手动自整定方式能获得更准确的自整定结果。4参数功能说明仪表通过参数来定义仪表的输入、输出、报警及控制方式。以下为出厂参数表： 序号参数代号设置参数1ALM11002ALM2-19993Hy-104Hy-299995Hy0.36At07I108P109d5010t411Sn012dp013P-SL014P-SH10015Pb0.016Op-A017Out-L018Out-H10019AL-P420CooL621Addr022bAud20223FLIT024A-M225LocK80826EP1nonE