现代(传感器)检测技术实验
实验指导书
目 录
1、 THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介
2、 实验一 金属箔式应变片——电子秤实验
3、 实验二 交流全桥振幅测量实验
4、 实验三 霍尔传感器转速测量实验
5、 实验四 光电传感器转速测量实验
6、 实验五 E型热电偶测温实验
7、 实验六 E型热电偶冷端温度补偿实验
西安交通大学自动化系
2008.11
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介
一、概述
“THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。
实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。
1. 主控台
(1) 信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调；
(2) 1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能；
(3) 四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能 ；
(4) 恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V；
(5) 数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级；
(6) 数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能；
(7) 频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm；
(8) 计时器：0～9999s，精确到0.1s；
(9) 高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。
2. 检测源
加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C；
转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm；
振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。
3. 各种传感器
包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。包括扭矩传感器、光纤压力传感器、超声位移传感器、PSD位移传感器、CCD电荷耦合传感器：、圆光栅传感器、长光栅传感器、液位传感器、涡轮式流量传感器。
4. 处理电路
包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、V/I、F/V转换电路、直流电机驱动等
5. 数据采集
高速USB数据采集卡：含4路模拟量输入，2路模拟量输出，8路开关量输入输出，14位A/D转换，A/D采样速率最大400kHz。
上位机软件：本软件配合USB数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，双通道虚拟示波器、虚拟函数信号发生器、脚本编辑器功能。
实验一 金属箔式应变片——电子秤实验
一、实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，直流全桥工作原理和性能，了解电路的定标。
二、实验仪器：
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
三、实验原理：
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
（1-1）
式中 
为电阻丝电阻相对变化；
为应变灵敏系数；
为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。
图1-1 双孔悬臂梁式称重传感器结构图
图1-2 全桥面板接线图
全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出
Uo=
（3-1）
式中
为电桥电源电压。
为电阻丝电阻相对变化；
式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。
电子称实验原理同全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。
四、实验内容与步骤
1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）
3．按图1-2接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。
4．将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。
5．拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将差动放大器调零和加托盘后电桥调零（调节电位器Rw4使电压表显示为0V）。
6．重复4、5步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。
5．将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表。
6．去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过1Kg），记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。
7．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
五、实验报告
1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）；2．计算电桥的非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％。
式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。
3．全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥？
六、注意事项
实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器，量程为1kg，最大超程量为120％。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！
实验二 交流全桥振幅测量实验
一、实验目的：
了解交流全桥测量动态应变参数的原理与方法。
二、实验仪器：
应变传感器模块、振动源、信号源、示波器（虚拟）。
三、实验原理：
将应变传感器模块电桥的直流电源E换成交流电源
，则构成一个交流全桥，其输出
u= ，用交流电桥测量交流应变信号时，桥路输出为一调制波。当双平行振动梁被不同频率的信号激励时，起振幅度不同，贴于应变梁表面的应变片所受应力不同，电桥输出信号大小也不同，若激励频率与梁的固有频率相同时则产生谐振，此时电桥输出信号最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。
四、实验内容与步骤：
1．不用模块上的应变电阻，改用振动梁上的应变片，通过导线连接到三源板的“应变输出”。
2．将台面三源板上的应变输出用连接线接到应变传感器实验模块的黑色插座上，振动梁上的四个应变电阻通过导线接到应变传感器模块的虚线全桥上。
3．按实验指导书图5-1连接电路，并根据实验指导书上实验五第3、4步调整系统，使系统输出为零。
4．将信号源Us2低频振荡器输出接入振动台激励源插孔，调低频输出幅度和频率使振动台(圆盘)明显有振动。
5．低频振荡器幅度调节不变，改变低频振荡器输出信号的频率（用频率/转速表监测），用上位机检测频率改变时低通滤波器输出波形的电压峰－峰值，填入下表。
5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
五、实验报告
从实验数据得出振动梁的共振频率。
六、注意事项
进行此实验时低频信号源幅值旋钮约放在3/4位置为宜。
实验三霍尔传感器转速测量实验
一、实验目的：
了解霍尔组件的应用——测量转速。
二、实验仪器：
霍尔传感器、可调直流电源、转动源、频率/转速表。
三、实验原理；
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，转盘每转一周磁场变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。
四、实验内容与步骤
1．安装根据图3-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。
图3-1
2．将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。
3．打开实验台电源，选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6）、16V（±8）、20V（±10）、24V驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后记录相应驱动电压下得到的转速值。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。
五、实验报告
1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。
2．根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。
实验四光电传感器转速测量实验
一、 实验目的：
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、 实验仪器：
转动源、光电传感器、直流稳压电源、频率/转速表、示波器
三、 实验原理：
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，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号，由于转盘上有等间距的6个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。
四、 实验内容与步骤
1．光电传感器已安装在转动源上，如图4-1所示。+5V电源接到三源板“光电”输出的电源端，光电输出接到频率/转速表的“f/n”。
2．打开实验台电源开关，用不同的电源驱动转动源转动，记录不同驱动电压对应的转速，填入下表，同时可通过示波器观察光电传感器的输出波形。
图4-1
五、实验报告
根据测的驱动电压和转速，作V-n曲线。并与霍尔传感器测得的曲线比较。
实验五 E型热电偶测温实验
一、实验目的：
了解E型热电偶的特性与应用
二、实验仪器：
智能调节仪、PT100、E型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。
三、实验原理：
热电偶传感器的工作原理
热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图50-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。
图5-1（a） 图5-1（b）
两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。
当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势ET，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图50-1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即
ET=SAB（T-T0） （1）
SAB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。
热电偶的基本定律：
（1）均质导体定律
由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。
（2）中间导体定律
用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势EAB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。在这种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。
（3）中间温度定律
如图49-2所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为
EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （2）
式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，则
EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （3）
图5-2
热电偶的分度号
热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在热电偶的参考端为0℃的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。
四、实验内容与步骤
1．利用Pt100温度控制调节仪将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入E型热电偶温度传感器。
2．将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。
3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节Rw3到最大位置，再调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。
图5-3
4．拿掉短路线，按图5-3接线，并将E型热电偶的两根引线，热端（红色）接a，冷端（绿色）接b；记下模块输出Uo2的电压值。 20度
5．改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表
五、实验报告
1．根据实验数据，作出UO2-T曲线，分析E型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性误差。
2．根据中间温度定律和E型热电偶分度表，用平均值计算出差动放大器的放大倍数A。
因 T=50℃ Eab(T,0)=3.047mv 实验结果输出 Uo2=0.091=91mv
而 Tn=19℃(室温) Eab(Tn,0)=1.131mv
又 Eab(T,0)=Eab(T,Tn) + Eab(Tn,0)
Eab(T,Tn)= Eab(T,0)- Eab(Tn,0)
所以 A= Uo2/ Eab(T,Tn) = Uo2/ (Eab(T,0)-Eab(Tn,0))
=84/(3.047-1.131)=84/1.916=43.84
附1：温度调节仪
附2： E型热电偶分度表（分度号：K，单位：mV）
实验六 热电偶冷端温度补偿实验
一、实验目的：
了解热电偶冷端温度补偿的原理和方法
二、实验仪器：
智能调节仪、PT100、E型热电偶、温度源、温度传感器实验模块
三、实验原理：
热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法和电桥自动补偿法（图6-1），电桥自动补偿法常用，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0℃时达到平衡（亦有20℃平衡）。当热电偶自由端温度升高时(＞0℃)热电偶回路电势Uab下降，由于补偿器中，PN呈负温度系数，其正 图6-1
向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。
四、实验内容与步骤
图6-2
1．选择智能调节仪的“输入选择”为“Pt100”，将温度传感器PT100接入“PT100输入”（同色的两根接线端接兰色，另一根接黑色插座），打开实验台总电源。并记下此时的实验室温度T2。
2．将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入E型热电偶温度传感器。
3．将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。
4．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节Rw3到最大位置，再调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。
5．拿掉短路导线，按图6-2接线，并将E型热电偶的两个引线分别接入模块
两端（红接a，蓝接b）；调节Rw1使温度传感器输出UO2电压值为AE2。（A为差动放大器的放大倍数、E2为E型热电偶500C时对应输 出电势）（0.133V）
6．变温度源的温度，每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表
120
0.308
五、实验报告
1．根据实验数据，作出（UO2/A）-T曲线。并与分度表进行比较，分析电桥自动补偿法的补偿效果。
第二篇：传感器及检测技术实验指导书(20xx)
传感器及检测技术
实验指导书
电气工程学院
20##年9月
前 言
传感器原理及检测技术课程，在高等理工科院校电气与自动化专业、电子信息工程和测控技术与仪器类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课。实验是教学的重要环节之一，通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容，掌握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习兴趣。
本实验指导书提供了多个实验，可根据各学院相关专业教学实际，进行选做。该指导书在以往使用的《检测技术实验指导书》基础上，由电气学院赵兰老师、姚志树老师进行了一定的修改和补充。
20##年6月进行了再次修改，由黄稳山教授审阅。
目 录
实验一 箔式应变片桥路性能比较........... - 2 -
实验二 电容式传感器的特性............... - 4 -
实验三 电涡流式传感器的静态标定......... - 6 -
实验四 电涡流传感器电机转速测量实验..... - 8 -
实验五 霍尔式传感器特性实验............. - 9 -
实验六 霍耳传感器的应用—电子秤........ - 10 -
实验一 箔式应变片桥路性能比较
一、实验目的：
1．观察了解箔式应变片结构及粘贴方式。
2．测试应变梁变形的应变输出。
3．比较各桥路间的输出关系。
二、实验原理：
应变片是最常用的测力传感元件。用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面。当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。实际使用的应变电桥的性能和原理如下：
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为
、
、
。电桥灵敏度S＝?V / ?X，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。
三、实验所需部件：
CSY10 型传感器系统实验仪：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、毫伏表、测微头。
直流稳压电源打到0V档，毫伏表打到±50mv档，差动放大器增益旋钮打到最右边。
四、实验步骤：
1．调零。差动放大器增益旋钮置100倍（顺时针方向旋到底），“
、－”输入端用实验线对地短路，输出端接数字电压表。开启仪器电源，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后在整个测试过程中，调零电位器位置不变。
2．按图1-1将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片作为工作片）。直流激励电源为±4V。
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
图1-1单臂桥路
图1-2全桥桥路
3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。
调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下输出电压为零，开始向上或向下移动做正、反行程测试。测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，直至进入非线性区，做相反行程测试，测试数据列表。
单臂电桥正行程（反行程数据列表类似）
根据表中所测数据计算灵敏度S，S＝?V / ?X 单位：v/mm。
5．在完成上面测试的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，图2-1中电桥固定电阻R1、R2、R3分别换成箔式应变片，按图1-2全桥桥路接成全桥测试系统。
6．重复上面的3－4步骤，测出单臂和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。S＝?V / ?X 单位：v/mm。
全桥正行程（反行程数据列表类似）
7．在同一坐标上做出V－X关系曲线，比较桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
实验二 电容式传感器的特性
一、实验目的：
了解电容式传感器的结构和工作原理。
掌握电容式传感器的测量方法。
二、实验原理：
电容式传感器有多种型式，本仪器中是差动变面积式。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、实验所需部件：
CSY10 型传感器系统实验仪：
电容传感器、电容变化器、差动放大器、低通滤波器、低频滤波器、测微头。
四、实验步骤：
（1）按图2-1接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。
图2-1 电容传感器测试接线图
（2）装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零。
（3）以此为起点，向上或向下旋动测微头开始正反行程测试，测微头每移动0.5mm记录一个输出电压值，直至动片与一组静片全部重合为止。将读数记录入下表：并作出V—X曲线，计算灵敏度，S＝?V / ?X 单位：v/mm。
（4）低频振荡器输出接“激振Ⅰ”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。
五、注意事项：
（1）电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍微做调整。位移和振动时均不可有擦片现象，否则会造成输出信号突变。
（2）如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。
实验三 电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的：
了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。
掌握电涡流传感器的静态标定方法。
二、实验原理：
电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成如图5-1所示，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
图3-1 涡流式位移传感器的基本结构及工作原理
三、实验所需部件：
CSY10 型传感器系统实验仪：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表。
四、实验步骤：
1．安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。见下图3-2。
2．开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离，此时输出端电压值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHz。
3．用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。涡流变换器中的振荡电路停振。
图3-2 涡流式位移传感器测试接线图
4．旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，测微头每移动0.25mm记录一个输出电压值，将读数记录入下表：并作出V—X曲线，计算灵敏度，S＝?V / ?X 单位：v/mm。并用示波器观察变换器的高频振荡器波形。
5．换用不同材质的金属涡流片，重复实验步骤1-- 4。
五、实验报告：
作出不同材质的V－X曲线，铝片，铜片，铁片，求出灵敏度，并进行比较。
六、注意事项：
当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减小。或是使传感器在初始状态有一死区。
实验四 电涡流传感器电机转速测量实验
一、实验目的：
掌握电涡流式传感器的实际应用。
二、实验仪器及设备：
CSY10 型传感器系统实验仪：
（1）电涡流线圈 （2）电涡流变换器
（3）测速电机及转盘 （4）电压/频率表 示波器
三、实验原理：
当平面线圈与金属被测体的相对位置发生周期性变化时，涡流量及线圈的阻抗的变化经涡流变换器转换为周期性的电压信号变化。应用在本实验中表现为：电机每转一圈，转盘上的金属片在平面线圈正下方出现两次，即：电机转速为周期性的电压信号频率的一半 。
四、实验内容：
1.将电涡流线圈安装在电机转盘上方，线圈与转盘平面平行，在不碰檫的情况下相距越近越好。
图4-1电涡流式传感器测试接线图
2.按图4-1接线，先打开实验系统和示波器电源，然后打开电机开关，调节电机转速和平面线圈的水平位置，用示波器观察，使变换器输出的波形较为对称。
3.仔细观察示波器中两相邻波形的峰值是否一样，如有差异，则说明线圈与转盘面不平行或是电机有振动现象。利用实验六中铁涡流片的特性曲线判断转盘面与线圈的不平行度。
4.将电压/频率表2kHz档接入涡流变换器输出端，读取脉动波形频率值，并与示波器读取的频率做比较。共取五组不同转速数据，分别求取电机转速值：n = f/2 。
五、实验报告要求：
1. 根据电压/频率表和示波器的读数求取 5 组电机转速。
2.画出从示波器上观察到的一组信号波形（标出信号周期），求取信号频率，计算电机转速。
3.比较以上两种方法求取的电机转速，分析差别原因。
实验五 霍尔式传感器特性实验
一、实验目的：
1. 了解霍尔式传感器的工作原理。
2. 掌握用综合传感器实验仪进行霍尔式传感器特性实验的方法。
二、实验仪器及设备：
CSY10 型传感器系统实验仪：
霍尔片 磁路系统 电桥 差动放大器
V/F 表 直流稳压电源 测微头 低频振荡器 示波器 一台
三、实验原理：
霍尔传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势 V 取决于其在磁场中的位移量 X，因此，测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静态位移量 X。
四、实验步骤：
1.按图7-1接线：w1，r1为电桥单元中的直流平衡网络。
图5-1 霍尔传感器测试接线图
2.装好测微头；
3.开启电源，差动放大器调零，然后重新接好线路。
4.调整w1使电压表指示为零；
5.向上或向下旋动测微头开始行程测试，测微头每移动0.5mm记录一个输出电压值，将读数记录入下表：并作出V—X曲线，计算灵敏度，S＝?V / ?X 单位：v/mm。
6.按下激振器按钮，适当打大振幅，用示波器观察差动放大器的输出波形。分析并解释振幅较大时示波器上的波形？次传感器能适用的最大位移是多少？
五、实验报告要求：
1. 数据处理，作出V—X曲线，求取灵敏度系数S。S＝?V / ?X 单位：v/mm。
2.作出振幅取较大值时，示波器上的波形，求取此传感器能适用的最大位移？
实验六 霍耳传感器的应用—电子秤
一、实验目的：
掌握霍耳传感器的实际应用。
二、实验仪器及设备：
CSY10 型传感器系统实验仪：
（1）霍耳式传感器 （2）直流稳压电源
（3）差动放大器 （4）震动圆盘
（5）环形砝码 （6）电桥
（7）电压表 一套
三、实验原理：
称重平台位于传感器实验台内部的悬臂梁顶端的磁钢上。当称重平台上有被称重物时，由于重力作用，悬臂梁发生弹性形变。同时，位于称重平台下部的霍耳传感器被带动而向下移动。由于悬臂梁形变产生的位移大小与重力成正比，因此可以通过测量称重平台的位移变化量 X 来间接测量被测物的重量，从而实现电子测量物体重量的目的。
图6-1 霍耳传感器测试接线图
四、实验内容：
1.移开测微头，加上震动圆盘。按图6-1连接好系统。
2.差动放大器增益旋扭调至最大，对差动放大器调零。
3.调节电桥WD使输出为零。
4.以振动平台为称重平台，逐步放上砝码，依次记下电压表读数，填入表1。
5.移走称重砝码，在称重平台上分别放置三个不同重量的物品W1、W2、W3（重量未知），分别读出对应的电压表读数，将读数填入表2。
6.从三个物品中取出以下组合：W1+W2，W1+W3，W2+W3，W1+W2+W3。分别放在称重平台上进行称量并记录电压表读数，将读数填如表2
五、注意事项：
霍耳式传感器在做称重时只能工作在梯度磁场中，所以砝码和被称重物都不能太重。实验时，环形砝码应置于平台的中间部位，避免平台倾斜。
六、实验报告要求：
1.实验数据整理。
2.根据实验数据作出V—W曲线。
3.根据V—W曲线，求取W1、W2、W3、W1+W2、W1+W3、W2+W3、W1+W2+W3的重量。
4.分别将求取的W1、W2、W3的重量组合相加与求取的W1+W2、W1+W3、W2+W3、W1+W2+W3的重量进行比较，分析误差原因。
表1
表2
