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传感器原理与应用实验指导书解析

传感器原理与应用实验指导书解析
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传感器原理与应用

自动化工程学院

目录

1实验一应变片单臂电桥性能实验

1实验二应变片半桥性能实验

1实验三应变片全桥性能实验

实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验

实验五差动变压器的性能实验

实验六差动变压器测位移特性实验

1实验七电容式传感器测位移特性实验

1实验八线性霍尔传感器测位移特性实验

1实验九开关式霍尔传感器测转速实验

1实验十磁电式转速传感器测转速实验

1实验十一光电传感器测量转速实验

实验十二电涡流传感器测量位移特性实验

实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验* 实验十五气敏传感器实验

实验十六湿度传感器实验

CSY-2000型传感器与检测技术实验台

说明书

一、实验台的组成

CSY-2000型传感器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、±2V~±10V(步进可调)、+2V~+24V (连续可调)直流稳压电源;音频信号源(音频振荡器)1KHz~10KHz(连续可调);低频信号源(低频振荡器)1Hz~30Hz(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3Hz~30Hz可调(谐振频率9Hz~12 Hz左右);

3、转动源:手动控制0转/分~2400转/分、自动控制300~2200转/分。

4、温度源:常温~200℃。

5、气压源:0~20Kpa(连续可调)。

6、传感器:基本型有箔式应变片(350Ω)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(10~95%RH)、气敏传感器(50~2000ppm)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1600×800×750mm。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AC 220V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。

实验一应变片单臂电桥性能实验

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:电阻应变式传感器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:设其长为:L、半径为r、材料的电阻率为ρ时,根据电阻的定义式得

(1—1)

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ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式(1—1)全微分得电阻变化率 dR/R为:

(1—2)

式中:dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr

由材料力学得:εL= - μεr (1—3)

式中:μ为材料的泊松比,大多数金属材料的泊松比为0.3~0.5左右;负号表示两者的变化方向相反。将式(1—3)代入式(1—2)得:

(1—4)

式(1—4)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

(1—5)

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/R<≈dρ?ρ。半导体材料之所以具有较大的电阻变化率,是因为它有远比金属导体显著得多的压阻效应。在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性,因而改变了半导体的导电机理,使得它的电阻率发生变化,这种物理现象称之为半导体的压阻效应。不同材质的半导体材料在不同受力条件下产生的压阻效应不同,可以是正(使电阻增大)的或负(使电阻减小)的压阻效应。也就是说,同样是拉伸变形,不同材质的半导体将得到完全相反的电阻变化效果。

半导体材料的电阻应变效应主要体现为压阻效应,其灵敏度系数较大,一般在100到200左右。

3、贴片式应变片应用

在贴片式工艺的传感器上普遍应用金属箔式应变片,贴片式半导体应变片(温漂、稳定性、线性度不好而且易损坏)很少应用。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件,在它上面直接蒸镀扩散出半导体电阻应变薄膜(扩散出敏感栅),制成扩散型压阻式(压阻效应)传感器。

*本实验以金属箔式应变片为研究对象。

4、箔式应变片的基本结构

金属箔式应变片是在用苯酚、环氧树脂等绝缘材料的基板上,粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成,如图1—1所示。

(a) 丝式应变片 (b) 箔式应变片

图1—1应变片结构图

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元件,与丝式应变片工作原理相同。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:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。

5、测量电路

为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号,在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路具有结构简单、灵敏度高、测量范围宽、线性度好且易实现温度补偿等优点。能较好地满足各种应变测量要求,因此在应变测量中得到了广泛的应用。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种,单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差;双臂输出是单臂的两倍,性能比单臂有所改善;全桥工作时的输出是单臂时的四倍,性能最好。因此,为了得到较大的输出电压信号一般都采用双臂或全桥工作。基本电路如图1—2(a)、(b)、(c)所示。

(a)单臂(b)半桥(c)全桥

图1—2 应变片测量电路

(a)、单臂

Uo=U①-U③

=〔(R1+△R1)/(R1+△R1+R5)-R7/(R7+R6)〕E

={〔(R7+R6)(R1+△R1)-R7(R5+R1+△R1)〕/〔(R5+R1+△R1)(R7+R6)〕}E

设R1=R5=R6=R7,且△R1/R1=ΔR/R<<1,ΔR/R=Kε,K为灵敏度系数。

则Uo≈(1/4)(△R1/R1)E=(1/4)(△R/R)E=(1/4)KεE

(b)、双臂(半桥)

同理:Uo≈(1/2)(△R/R)E=(1/2)KεE

(C)、全桥

同理:Uo≈(△R/R)E=KεE

6、箔式应变片单臂电桥实验原理图

图1—3 应变片单臂电桥性能实验原理图

图中R5、R6、R7为350Ω固定电阻,R1为应变片; R W1和R8组成电桥调平衡网络,E为供桥电源±4V。桥路输出电压Uo≈(1/4)(△R4/R4)E=(1/4)(△R/R)E=(1/4)KεE 。差动放大器输出为Vo。

三、需用器件与单元:主机箱中的±2V~±10V(步进可调)直流稳压电源、±15V直流

1位数显万用表(自备)。

稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码; 4

2

四、实验步骤:

应变传感器实验模板说明:应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器(称重传感器)、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口;没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体,其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设;R5、R6、R7是350Ω固定电阻,是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥(半桥)而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口,做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口,做应变片测量振动实验时用。

1、将托盘安装到传感器上,如图1—4所示。

图1—4 传感器托盘安装示意图

2、测量应变片的阻值(不要求):当传感器的托盘上无重物时,分别测量应变片R1、

R2、R3、R4

的阻值。在传感器的托盘上放置10只砝码后再分别测量R1、R2、R3、R4的阻值变化,分析应变片的受力情况(受拉的应变片:阻值变大,受压的应变片:阻值变小。)。

图1—5测量应变片的阻值示意图

3、实验模板中的差动放大器调零:按图1—6示意接线,将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档,检查接线无误后合上主机箱电源开关;调节放大器的增益电位器R W3合适位置(先顺时针轻轻转到底,再逆时针回转1圈)后,再调节实验模板放大器的调零电位器R W4,使电压表显示为零。

图1—6差动放大器调零接线示意图

4、应变片单臂电桥实验:关闭主机箱电源,按图1—7示意图接线,将±2V~±10V可

调电源调节到±4V档。检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节实验模板上的桥路平衡

电位器R W1,使主机箱电压表显示为零;在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽

量靠近托盘的中心点放置),读取相应的数显表电压值,记下实验数据填入表1。

图1—7应变片单臂电桥实验接线示意图

表1 应变片单臂电桥性能实验数据(请同学按砝码增加、减少过程各记录两组实验数据)

重量(g) -0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mV) 0 4.9 9.8 14.9 20 25 30 35 40 45 50 重量(g)-0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv) 0 4.9 9.8 14.9 20 25 30 35 40 45 50

5、实验完毕,关闭电源。

重量(g)-0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv) 0 5 10 14.9 19.9 24.9 30 35 40 45 50

重量(g)-0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 电压(mv) 0 4.9 9.9 14.8 19.8 24.9 30 35 40 45 50

实验二应变片半桥性能实验

一、实验目的:了解应变片半桥(双臂)工作特点及性能。掌握测量方法。

二、基本原理:应变片基本原理参阅实验一。应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边,输出灵敏度提高,非线性得到改善。其桥路输出电压Uo≈(1/2)(△R/R)E=(1/2)KεE 。

图2—1 应变片半桥特性实验原理图

三、需用器件与单元:主机箱中的±2V~±10V(步进可调)直流稳压电源、±15V直流稳压电源、电压表;应变式传感器实验模板、托盘、砝码。

四、实验步骤:

1、按实验一(单臂电桥性能实验)中的步骤1和步骤3实验。

2、关闭主机箱电源,除将图1—7改成图2—2示意图接线外,其它按实验一中的步骤4实验。读取相应的数显表电压值,填入表2中。

图2—2 应变片半桥实验接线示意图

表2 应变片半桥实验数据(请同学按砝码增加、减少过程各记录两组实验数据)

重量(g)0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

重量(g)0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv)0 10 20 30 40 49.9 59.8 69.9 80 90 100

重量(g)0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv)0 9.9 19.8 29.9 39.9 50 60 70 80 90 100

重量(g)0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

电压(mv)0 10 20 30 40 49.9 59.8 69.9 79.9 90 100

3、根据表2实验数据作出实验曲线。实验完毕,关闭电源。

五、思考题:

半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在:(1)对边(2)邻边。

实验三应变片全桥性能实验

一、实验目的:了解应变片全桥工作特点及性能。掌握测量方法。

二、基本原理:应变片基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。应变片全桥测量电路中,将应力方向相同的两应变片接入电桥对边,相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uo≈(△R/R)E=KεE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性得到改善。

图3—1应变片全桥性能实验接线示意图

传感器原理及应用

温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛,不仅生产工艺需要温度控制,有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量,如计算机要监控CPU的温度,马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等,下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数,从钢铁制造到半导体生产,很多工艺都要依靠温度来实现,温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述,并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多,热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC),也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中,热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高,但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的,但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25),该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比,通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例,25℃时阻值为10KΩ的电阻,在0℃时电阻为28.1KΩ,60℃时电阻为4.086KΩ;与此类似,25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线,可以看到电阻/温度曲线是非线性的。

虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量,但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值,可以用这个曲线来估计,也可以直接计算出电阻值,计算公式如下: 这里T指开氏绝对温度,A、B、C、D是常数,根据热敏电阻的特性而各有不同,这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围,用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同,误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换,用于不能进行现场调节的场合,例如一台仪器,用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准,这种热敏电阻比普通的精度要高很多,也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压,一般它与ADC的参考电压一致,因此如果ADC的参考电压是5V,Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压,其阻值变化使得节点处的电压也产生变化,该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。

最新传感器原理与应用实验指导书

传感器原理与应用实 验指导书

实验一压力测量实验 实验目的: 1.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。 2.比较半桥与单臂电桥的不同性能,了解其特点,了解全桥测量电路的优点。 3.了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理: 1.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: ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,用它来转换被测部位的受力大小及状态,通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化,对单臂电桥而言,电桥输出电压,U01=EKε/4。(E为供桥电压)。 2.不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压 U02=EK/ε2,比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3.全桥测量电路中,将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4,当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4

时,桥路输出电压U03=KEε,比半桥灵敏度又提高了一倍,非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理,通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值,将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件:应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码(每只约20g)、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 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板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零,方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置,②将差放的正、负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档),完毕关闭主控箱电源。 3、参考图(1-2)接入传感器,将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂,它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、 R6、R7在模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入),检查接线无误后,合上主控箱电源开关,先粗调节Rw1,再细调RW4使数显表显示为零。

《电力机车电机》实验指导书

《电力机车电机》实验指导书 实验一直流电机认识实验 一.实验目的 1.学习电机实验的基本要求与安全操作注意事项。 2.认识在直流电机实验中所用的电机、仪表、变阻器等组件及使用方法。 3.熟悉他励电动机(即并励电动机按他励方式)的接线、起动、改变电机方向与调速的方法。 二.预习要点 1.如何正确选择使用仪器仪表。特别是电压表、电流表的量程。 2.直流他励电动机起动时,为什么在电枢回路中需要串联起动变阻器?不连接会产生什么严重后果? 3.直流电动机起动时,励磁回路连接的磁场变阻器应调至什么位置?为什么?若励磁回路断开造成失磁时,会产生什么严重后果? 4.直流电动机调速及改变转向的方法。 三.实验项目 1.了解MEL系列电机系统教学实验台中的直流稳压电源、涡流测功机、变阻器、多量程直流电压表、电流表、毫安表及直流电动机的使用方法。 2.用伏安法测直流电动机和直流发电机的电枢绕组的冷态电阻。 3.直流他励电动机的起动,调速及改变转向。 四.实验设备及仪器 1.MEL系列电机系统教学实验台主控制屏(MEL-I、MEL-IIA、B) 2.电机导轨及测功机、转速转矩测量(MEL-13)或电机导轨及校正直流发电机 3.直流并励电动机M03 4.220V直流可调稳压电源(位于实验台主控制屏的下部) 5.电机起动箱(MEL-09)。 6.直流电压、毫安、安培表(MEL-06)。 五.实验说明及操作步骤 1.由实验指导人员讲解电机实验的基本要求,实验台各面板的布置及使用方法,注意事项。 2.在控制屏上按次序悬挂MEL-13、MEL-09组件,并检查MEL-13和涡流测功机的连接。 3.直流仪表、转速表和变阻器的选择。 直流仪表、转速表量程是根据电机的额定值和实验中可能达到的最大值来选择,变阻器根据实验要求来选用,并按电流的大小选择串联,并联或串并联的接法。 (1)电压量程的选择

传感器原理与应用重点

第一章测量技术基础 检测系统的基本概念 检测系统(测试系统 /测量系统 1、定义:确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作 2、被测对象:宇宙万物(固液气体、动物、植物、天体…… 3、被测信息:物理量(光、电、力、热、磁、声、… 化学量(PH 、成份… 生物量(酶、葡萄糖、… 4检测技术是实验科学的一部分, 主要研究各种物理量的测量原理和信号分析处理方法。 检测技术是信息技术的重要组成部分, 它所研究的内容是信息的提取与处理的理论、方法和技术。 5信息与信号 信息是指客观世界物质运动的内容。 如:天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。 信号是指信息的表现形式。 如:刀具磨损,切削力会加大;李四病了,可能会发烧;等等。 6检测技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段, 起着人的感官的作用。

简单的检测系统可以只有一个模块, 如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。没有电量转换和分析电路,很简单,但精度低,无法实现测量自动化。 为提高测量精度和自动化程度, 以便于和其它环节一起构成自动化装置, 通常先将被测物理量转换为电量,再对电信号进行处理和输出。 B ……在电工、电子等课程中讲授,大多数不属于本课程的范围。 检测系统的组成 一般说来,检测系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。 传感器将被测物理量 (如噪声 , 温度检出并转换为电量,中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经 A/D变换后用软件进行信号分析,显示记录装置则将测量结果显示出来,提供给观察者或其它自动控制装置。 第二章传感器概述 传感器的组成和分类 一、传感器定义 传感器是一种以一定的精确度把被测量转成与之有确定关系的, 便于应用的某种物理量的测量装置。 传感器名称:变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等 二、传感器的组成 三、传感器的分类 按被测参数分类:温度、压力、位移、速度等

传感器原理与应用作业参考答案

《传感器原理与应用》作业参考答案 作业一 1.传感器有哪些组成部分在检测过程中各起什么作用 答:传感器通常由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。 各部分在检测过程中所起作用是:敏感元件是在传感器中直接感受被测量,并输出与被测量成一定联系的另一物理量的元件,如电阻式传感器中的弹性敏感元件可将力转换为位移。传感元件是能将敏感元件的输出量转换为适于传输和测量的电参量的元件,如应变片可将应变转换为电阻量。测量转换电路可将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电量信号。 2.传感器有哪些分类方法各有哪些传感器 答:按工作原理分有参量传感器、发电传感器、数字传感器和特殊传感器;按被测量性质分有机械量传感器、热工量传感器、成分量传感器、状态量传感器、探伤传感器等;按输出量形类分有模拟式、数字式和开关式;按传感器的结构分有直接式传感器、差分式传感器和补偿式传感器。 3.测量误差是如何分类的 答:按表示方法分有绝对误差和相对误差;按误差出现的规律分有系统误差、随机误差和粗大误差按误差来源分有工具误差和方法误差按被测量随时间变化的速度分有静态误差和动态误差按使用条件分有基本误差和附加误差按误差与被测量的关系分有定值误差和积累误差。 4.弹性敏感元件在传感器中起什么作用 答:弹性敏感元件在传感器技术中占有很重要的地位,是检测系统的基本元件,它能直接感受被测物理量(如力、位移、速度、压力等)的变化,进而将其转化为本身的应变或位移,然后再由各种不同形式的传感元件将这些量变换成电量。 5.弹性敏感元件有哪几种基本形式各有什么用途和特点 答:弹性敏感元件形式上基本分成两大类,即将力变换成应变或位移的变换力的弹性敏感元件和将压力变换成应变或位移的变换压力的弹性敏感元件。 变换力的弹性敏感元件通常有等截面轴、环状弹性敏感元件、悬臂梁和扭转轴等。实心等截面轴在力的作用下其位移很小,因此常用它的应变作为输出量。它的主要优点是结构简单、加工方便、测量范围宽、可承受极大的载荷、缺点是灵敏度低。空心圆柱体的灵敏度相对实心轴要高许多,在同样的截面积下,轴的直径可加大数倍,这样可提高轴的抗弯能力,但其过载能力相对弱,载荷较大时会产生较明显的桶形形变,使输出应变复杂而影响精度。环状敏感元件一般为等截面圆环结构,圆环受力后容易变形,所以它的灵敏度较高,多用于测量较小的力,缺点是圆环加工困难,环的各个部位的应变及应力都不相等。悬臂梁的特点是结构简单,易于加工,输出位移(或应变)大,灵敏度高,所以常用于较小力的测量。扭转轴式弹性敏感元件用于测量力矩和转矩。 变换压力的弹性敏感元件通常有弹簧管、波纹管、等截面薄板、波纹膜片和膜盒、薄壁圆筒和薄壁半球等。弹簧管可以把压力变换成位移,且弹簧管的自由端的位移量、中心角的变化量与压力p成正比,其刚度较大,灵敏度较小,但过载能力强,常用于测量较大压力。波纹管的线性特性易被破坏,因此它主要用于测量较小压力或压差测量中。 作业二 1.何谓电阻式传感器它主要分成哪几种 答:电阻式传感器是将被测量转换成电阻值,再经相应测量电路处理后,在显示器记录仪上显示或记

传感器原理与应用实验指导书解析

传感器原理与应用 实 验 指 导 书 自动化工程学院

目录 1实验一应变片单臂电桥性能实验 1实验二应变片半桥性能实验 1实验三应变片全桥性能实验 实验四压阻式压力传感器测量压力特性实验 实验五差动变压器的性能实验 实验六差动变压器测位移特性实验 1实验七电容式传感器测位移特性实验 1实验八线性霍尔传感器测位移特性实验 1实验九开关式霍尔传感器测转速实验 1实验十磁电式转速传感器测转速实验 1实验十一光电传感器测量转速实验 实验十二电涡流传感器测量位移特性实验 实验十三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验实验十四被测体面积对电涡流传感器特性影响实验* 实验十五气敏传感器实验 实验十六湿度传感器实验

CSY-2000型传感器与检测技术实验台 说明书 一、实验台的组成 CSY-2000型传感器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、±2V~±10V(步进可调)、+2V~+24V (连续可调)直流稳压电源;音频信号源(音频振荡器)1KHz~10KHz(连续可调);低频信号源(低频振荡器)1Hz~30Hz(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3Hz~30Hz可调(谐振频率9Hz~12 Hz左右); 3、转动源:手动控制0转/分~2400转/分、自动控制300~2200转/分。 4、温度源:常温~200℃。 5、气压源:0~20Kpa(连续可调)。 6、传感器:基本型有箔式应变片(350Ω)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(10~95%RH)、气敏传感器(50~2000ppm)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1600×800×750mm。实验台桌上预留了计算机及示波器安放位置。 二、电路原理

DDSZ1实验指导书

Tianhuang Teaching Apparatuses 天煌教仪 电机系列实验 DDSZ-1型 电机及电气技术实验装置Motor And Electric Technique Experimental Equipment 实验指导书 天煌教仪 浙江天煌科技实业有限公司

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置受试电机铭牌数据一览表

DDSZ-1型电机及电气技术实验装置交流及直流电源操作说明 实验中开启及关闭电源都在控制屏上操作。开启三相交流电源的步骤为: 1)开启电源前。要检查控制屏下面“直流电机电源”的“电枢电源”开关(右下角)及“励磁电源”开关(左下角)都须在“关”断的位置。控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮必须在零位,即必须将它向逆时针方向旋转到底。 2)检查无误后开启“电源总开关”,“关”按钮指示灯亮,表示实验装置的进线接到电源,但还不能输出电压。此时在电源输出端进行实验电路接线操作是安全的。 3)按下“开”按钮,“开”按钮指示灯亮,表示三相交流调压电源输出插孔U、V、W及N上已接电。实验电路所需的不同大小的交流电压,都可适当旋转调压器旋钮用导线从这三相四线制插孔中取得。输出线电压为0-450V(可调)并可由控制屏上方的三只交流电压表指示。当电压表下面左边的“指示切换”开关拨向“三相电网电压”时,它指示三相电网进线的线电压;当“指示切换”开关拨向“三相调压电压”时,它指示三相四线制插孔U、V、W和N输出端的线电压。 4)实验中如果需要改接线路,必须按下“关”按钮以切断交流电源,保证实验操作安全。实验完毕,还需关断“电源总开关”,并将控制屏左侧端面上安装的调压器旋钮调回到零位。将“直流电机电源”的“电枢电源”开关及“励磁电源”开关拨回到“关”断位置。 开启直流电机电源的操作: 1)直流电源是由交流电源变换而来,开启“直流电机电源”,必须先完成开启交流电源,即开启“电源总开关”并按下“开”按钮。 2)在此之后,接通“励磁电源”开关,可获得约为220V、0.5A不可调的直流电压输出。接通“电枢电源”开关,可获得40~230V、3A可调节的直流电压输出。励磁电源电压及电枢电源电压都可由控制屏下方的1只直流电压表指示。当将该电压表下方的“指示切换”开关拨向“电枢电压”时,指示电枢电源电压,当将它拨向“励磁电压”时,指示励磁电源电压。但在电路上“励磁电源”与“电枢电源”,“直流电机电源”与“交流三相调压电源”都是经过三相多绕组变压器隔离的,可独立使用。 3)“电枢电源”是采用脉宽调制型开关式稳压电源,输入端接有滤波用的大电容,为了不使过大的充电电流损坏电源电路,采用了限流延时的保护电路。所以本电源在开机时,从电枢电源开合闸到直流电压输出约有3~4秒钟的延时,这是正常的。 4)电枢电源设有过压和过流指示告警保护电路。当输出电压出现过压时,会自动切断输出,并告警指示。此时需要恢复电压,必须先将“电压调节”旋钮逆时针旋转调低电压到正常值(约240V以下),再按“过压复位”按钮,即能输出电压。当负载电流过大(即负载电阻过

传感器原理与应用心得

传感器原理与应用心得 张宝龙电信工二班201400121099 传感器应用极其广泛,而且种类繁多,涉及的学科也很多,通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。 传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时,其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时,其关系为动态特性。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号,传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系,即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程,或以输入量作横坐标,把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有:线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。 所谓动态特性,是指传感器在输入变化时,它的输出的特性。在实际工作中,传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得,并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系,往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。 传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量,并按一定规律

将其转换成有用输出,特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来,可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成,。 通过最近的学习,是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次,当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度,频率响应范围,线性范围,稳定性,精度等。 人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。因此可以说,传感器是人类五官的延长,又称之为电五官。 新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是要获取准确可靠的信息,而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。 通过对这门课的学习开阔了我的视野,让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性,要自己积极主动地去学习。

《传感器原理及应用》实验大纲

《传感器原理及应用》实验教学大纲 课程编号:课程名称:《传感器原理及应用》 课程总学时:54学时总学分:学分 实验学时:8学时实验学分:学分 适应专业:01电子信息工程 编写人:陈欣波编写日期:2000年7月 一、实验课程的目的与任务 传感器原理及应用是实现生产过程自动化的重要手段,通过本课程实验的学习,使学生更好地掌握在生产生活中广泛使用的各类传感器结构、工作原理和特性等,进一步加强学生独立分析、解决问题的能力,同时注意培养学生实事求是、严肃认真的科学作风和良好的实验习惯,为今后工作打下良好的基础。 二、实验教学基本要求 本课程是《传感器原理及应用》课程的一个实践环节,通过实验教学,使学生进一步巩固所学理论知识,提高其分析和解决问题的能力。具体要求如下: 1.进一步巩固和加深对基本理论知识的理解,提高综合应用所学知识、独立设计的 能力。 2.学会自己独立分析问题、解决问题,具有一定的创新能力。 3.能正确使用实验仪器设备,掌握工作原理。 4.能独立撰写实验报告、准确分析实验结果、得出实验结论。 5.课前做好预习,上课严格安装实验步骤认真完成实验内容。 三、实验项目与内容提要

注:开设的实验项目可根据实验室具体设备和条件等进行适当地调整。 四、实验报告格式及要求 (一)、实验报告格式: 攀枝花学院实验报告 实验课程:实验项目:实验日期: 院系:电信班级:姓名: 学号:合作人:指导教师: 成绩: [实验目的和要求] [实验仪器、设备与材料] [实验原理] [实验步骤] [实验原始记录] [实验数据计算结果] 1.相关公式: 2.数据计算: 3.数据分析: 4.实验结论: [实验结果分析,讨论实验指导书中提出的思考题,写出心得与体会] (二)、实验报告要求: 1.实验名称、学生姓名、班号和实验日期; 2.实验目的和要求; 3.实验仪器、设备与材料; 4.实验原理; 5.实验步骤; 6.实验原始记录; 7.实验数据计算结果;

电机传动与控制实验指导书

实验一步进电机基本原理实验 一、实验目的 1、了解步进电动机的基本结构和工作原理。 2、掌握步进电机驱动程序的设计方法。 二、实验原理 步进电动机又称为脉冲电机,是工业过程控制和仪表中一种能够快速启动、反转和 制动的执行元件。其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。步进电动机的运 转是由电脉冲信号控制的,步进电动机的角位移量或线位移量与脉冲数成正比,每给一 个脉冲,步进电机就转动一个角度(步距角)或前进/倒退一步。步进电机旋转的角度由 输入的电脉冲数确定,所以,也有人称步进电动机为一个数字/角度转换器。 当某一相绕阻通电时,对应的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,这时,如果定子 和转子的小齿没有对齐,在磁场的作用下,由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点, 转子将转动一定的角度,使转子与定子的齿相互对齐,由此可见,错齿是促使电机旋转 的原因。 四相步进电动机以四相单四拍、四相双四拍、四相八拍方式工作时的脉冲分配表如 表1,表2和表3 表1 四相单四拍脉冲分配表表2 四相双四拍脉冲分配表 时,若用手旋转它,感觉很难转动。

三、实验步骤: 1.将DRYDC-A型运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。 2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关,开关电源的开关,采集仪开关。 启动硬件设备。 3.打开计算机,从桌面或程序组运行DRLink主程序,然后点击DRLink快捷 工具条上的“联机注册”图标,选择“DRLink采集主卡检测”进行注册。 没有使用信号采集主卡的用户可选择:“局域网服务器”进行注册,此时,必需在对话框中填入DRLink服务器的主机IP地址。 4.点击DRLink快捷工具条上“文件夹”图标,出现文件选择对话框,在实验 目录中选择“步进电机基本原理”实验,并启动该实验。 5.点击该实验脚本中的“开关”按钮,向运动控制卡下载实验程序。 6.本实验中先做步进电机的驱动实验:选择运行方式为“连续驱动”,依次选 择步进电机的工作方式为:四相单四拍、四相双四拍、四相八拍;方向可以是任意的;脉冲间隔参数可用5~10ms。点“电机驱动”按钮,驱动电机工作。观察电机的工作情况。(对于四相八拍的工作方式,脉冲间隔最小可以到2ms)终止电机运行请在运行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 7.步进电机的自锁实验:运行方式选择“停止保持”,其它参数不变,点“电 机驱动”按钮。可以使步进电机某相通电,处于“自锁”状态。此时,用手转动电机的皮带轮,可以感到转动比较困难。 8.步进电机的步距角演示:运行方式选择“单步驱动”,点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动”按钮,步进电机旋转一个角度,这个角度就是步距角。对于本实验台步距角为1.8o。 除了可以使用DRLink平台下的实验脚本进行本实验外,还可以使用C-51的C语言程序进行本实验。本运动控制平台在内部使用了DRMC-A型运动控制卡,其CPU是ADUC842,关于ADUC842的硬件的详细信息,请参考我们提供的pdf 文档。在DRMC-A型运动控制台,步进电机的端口地址:0x8000,用低4位表示电机的4相,1表示发送脉冲,0表示空。根据步进电机的工作方式的脉冲分配表(表1~3),逐步向端口的低4位写入0和1就可以了。具体的程序请参考StepMotor1.c~StepMotor5.c。在生成执行代码后,按运动控制台的“PRG”+“RST”按钮后,使用Windows Serial Downloader将执行程序下载到单片机内。 四、实验报告要求 1.简述步进电机的工作原理。 2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。 五、思考题 根据四相双四拍脉冲分配表(表2),参考StepMotor1.c,设计四相双四拍工作

传感器原理及应用试题库

一:填空题(每空1分) 1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件, 测量电路三个部分组成。 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件,根据光电效应可以分为 外光电效应,光电效应,热释电效应三种。 4.亮电流与暗电流之差称为光电流。 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域。 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可采用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系,在后坡区与 距离的平方成反比关系。 8.根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感 器。 9.画出达林顿光电三极管部接线方式: U CE 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示k(x)=Δy/Δx 。 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最

小二乘法线性度。 12.根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大 类。 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信息变换过程。 14.应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿 法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 17.在光照射下,电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应,入 射光强改变物质导电率的物理现象称为光电效应。 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随频率变 化的关系,与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr(f)=Sr。/(1+4π2f2τ2) 20.光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照 一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。 22.传感器按输出量是模拟量还是数字量,可分为模拟量传感器和数字量传感器 23.传感器静态特性的灵敏度用公式表示为:k(x)=输出量的变化值/输入量的变 化值=△y/△x 24.应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有:有一定的粘贴强度;能准确传递应变;

控制电机实验指导书

安徽工程大学 《控制电机》课程实验指导书 专业:自动化 安徽工程大学电气工程学院 2013年12月

目录 步进电动机使用说明 (2) 实验一步进电动机(2学时) (5) 实验二交流伺服机电动机(2学时) (10)

步进电动机说明 步进电动机又称脉冲电机,是数字控制系统中的一种重要的执行元件,它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机,其角位移量与输入电脉冲数成正比;其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内,这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响,还可在很宽的范围内实现调速,快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展,使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设,数、模变换等数字控制系统中作为元件。 一、使用说明 D54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和实验装置两部分构成。 (一)步进电机智能控制箱 本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式,它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。 本控制箱可适用于三相、四相、五相步进电动机各种运行方式的控制。 因实验装置仅提供三相反应式步进电动机,故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源,面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。 1、面板示意图(见附录) 2、技术指标 功能:能实现单步运行、连续运行和预置数运行;能实现单拍、双拍及电机的可逆运行。 电脉冲频率:5Hz~1KHz 工作条件:供电电源AC220V±10%,50Hz 环境温度-5℃~40℃ 相对湿度≥80% 重量:6kg 尺寸:390×200×230mm3 3、使用说明 (1)开启电源开关,面板上的三位数字频率计将显示“000”;由六位LED数码管组成的步 进电机运行状态显示器自动进入 “9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程,而 后停显在系统的初态“┤.3”。 (2)控制键盘功能说明 设置键:手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。

传感器原理及其应用考试重点

传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1)信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术,是现代信息产业的三大支柱。 2)传感器又称变换器、探测器或检测器,是获取信息的工具 广义:传感器是一种能把特定的信息(物理、化学、生物)按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义:能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准(GB7665-87):定义:能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3)传感器的组成: 敏感元件是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件:将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路:上述电路参数接入基本转换电路(简称转换电路),便可转换成电量输出。 4)传感器的静态性能指标 (1)灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量(输入量)的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数,与输入量大小无关;②非线性传感器灵敏度与x有关。(2)线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比,称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为: ①绝对线性度:为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义:实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度:传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度:以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度:用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 (3)迟滞 定义:对某一输入量,传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量,这一现象称为迟滞。 即:传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 (4)重复性 定义:在相同工作条件下,在一段短的时间间隔内,同一输入量值多次测量所得的输

(完整版)传感器原理及应用试题库(已做)

:填空题(每空1分) 1.依据传感器的工作原理,传感器分敏感元件,转换元件 测量电路三个部分组成。 2.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应,可米用直线栅式应变计 和箔式应变计结构。 3. 根据热敏电阻的三种类型,其中临界温度系数型最适合开关型温度传感器 4. 灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定义为:传 感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比,用公式表示 k (x)=△ y△ x。 5. 线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特性的一 种度量。按照所依据的基准之线的不同,线性度分为理论线性度、端 基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最小二乘法线性 度。 6. 根据敏感元件材料的不同,将应变计分为金属式和半导体式两大类。 7. 应变传感器设计过程中,通常需要考虑温度补偿,温度补偿的方法电桥补偿法、 计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 8. 应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 9. 传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳定性。 10. 国家标准GB7665--87对传感器下的定义是:能够感受规定的被测量并按照一定 的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成。11. 传感器按输出量是模拟量还是数字量, 可分为模拟量传感器和数字量传感器12. 传感器静态特性的灵敏度用公式表示为:心)=输出量的变化值/输入量的变化 值=△ y/ △ x 13. 应变计的粘贴对粘贴剂的要求主要有:有一定的粘贴强度;能准确传递应变;蠕 变小;机械滞后小;耐疲劳性好;具有足够的稳定性能:对弹性元件和应变计不产生化学腐蚀作用;有适当的储存期;应有较大的温度适用范围。 14. 根据传感器感知外界信息所依据的基本校园,可以将传感器分成三大类:物理传 感器,化学传感器,生物传感器。

传感器原理与应用实验指导书

《传感器原理与应用》实验指导书 朱蕴璞王芳编写 孔德仁审定 南京理工大学 二〇〇九年九月

实验须知 1.传感器实验仪是贵重实验设备,请在每个实验前认真阅读实验指导书,尤

其是每个实验最后的实验注意事项。 2.实验仪器电源的开关原则: 连接测量线路,确认准确无误后,开启仪器电源; 实验完毕,关闭仪器电源,拆除测量线路。 3.稳压电源不可对地短路。 4.实验过程中,心要细、动作要轻,不可有强制性机械动作出现。5.实验严格按操作规程进行,否则,出现损坏责任自负。 6.实验完毕,请一切恢复到实验前的状态,然后离开实验室。

目录 实验一传感器静态标定实验 (3) 实验二应变式传感器特性实验 (10) 实验三电感式、涡流式、电容式、霍尔式位移传感器特性实验 (14) 实验四重量测量实验(选做) (25) 实验五转速测量实验 (29) 实验六温度实验 (34)

实验一 传感器静态标定实验 (注:“压力传感器的静态标定及特性指标的求取”与“光纤位移传感器静态标定及特性指标求取“两实验取其一。) 压力传感器的静态标定及特性指标的求取 1、实验目的 掌握压力传感器静态标定的基本方法以及压力传感器的静态特性指标的求取。 2、实验内容 (1)组建压力测试系统; (2)学习压力测试系统的标定过程; (3)计算压力测试系统静态特性指标。 3、实验原理及方法 4活塞压力计一台,数字万用表一只,动态电阻应变仪一台,压力表一只。 5、实验步骤 (1)反复排除活塞压力计油腔内的空气,最后将压力泵手轮摇出。 (2)把压力传感器装在活塞压力计的联接螺帽上,关闭油杯。 (3)传感器输出接入可调零的桥盒,电桥输出接入数字万用表。当输出量很小,无法直接用万用表测得时,可先将传感器接入动态电阻应变仪桥盒(注意电桥的连接),桥盒的另一端连线接应变仪输入(选择一个通道);将应变仪专用电源接好;电阻应变仪电压输出接数字万用表。(说明:后者标定是整个系统标定,所求得的指标也为系统指标) (4)压力表指示为零时,开启仪器电源(注意:开启仪器电源前应变仪各通道应处于关闭状态),将应变 图 1 压力传感器标定系统原理框图

传感器技术及应用教学大纲

传感器及应用教学大纲 一、课程说明 课程性质:专业核心课 课程描述: “传感器技术”是电子、机电与自动控制类专业的专业核心课,是必修课。通过本课程的学习,学生能了解传感器的基本概念、传感器的构成、传感器工作的有关定律、传感器的作用、传感器和现代检测技术发展的趋势。其作用是通过本课程的学习,培养学生利用现代电子技术、传感器技术和计算机技术解决生产实际中信息采集与处理问题的能力,为工业测控系统的设计与开发奠定基础。知识目标:掌握主要传感器的原理、特性,各种应用条件下传感器的选用原则和应用电路设计。 技能目标:独立分析、解决传感器方面问题的能力;利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅传感器技术资料的能力。 素质目标:具有较强的专业素质,不断进行创新。 教学重点与难点: 课程重点:电阻式、电感式传感器的原理与应用,霍尔式传感器,电流、电压传感器。 课程难点:各种传感器的温度误差与补偿,电容式传感器的屏蔽技术,光纤传感器的原理。 适用专业:机电一体化、电气自动化专业 学时数:80学时 二、教学目的与内容 1 传感器技术基础(2学时) 教学目的与要求: 明确“传感器技术”在专业培养计划中的地位,课程的性质、任务和大体内容,传感器在现代生产、生活中的作用。了解检测技术与传感器的定义、组成、作用和分类,了解传感器的静、动态特性,掌握传感器常用的技术指标。 教学重点与难点: 教学重点:传感器的定义、组成和作用 教学难点:传感器的技术指标 教学内容: 1)传感器简介 (1)传感器的定义

(2)传感器的组成与作用 2)传感器的分类 (1)按工作原理分 (2)按被测量分 (3)按输出信号性质分 3)传感器的特性及主要技术指标 (1)静态特性和动态特性 (2)主要技术指标 2 电阻式传感器(6学时) 教学目的与要求: 理解电阻式传感器的组成和基本原理,了解电阻式传感器的常用类型。掌握应变片式传感器的形式、特点、应用方法和转换电路。 教学重点与难点: 教学重点:电阻式传感器的组成和基本原理 教学难点:电阻应变片的工作原理 教学内容: 1)电位器式传感器(2学时) (1)电位器式传感器的基本工作原理 (2)电位器式传感器的输出特性 (3)电位器式传感器的特性 (4)电位器式位移传感器 2)应变式传感器(2学时) (1)电阻应变片的结构和工作原理 (2)电阻应变片的特性 (3)测量电路 (4)温度误差与补偿 3)压阻式传感器(2学时) (1)压阻效应 (2)结构与特性 (3)固态压阻传感器测量电路 (4)温度补偿 3 变磁阻式传感器(4学时) 教学目的与要求: 掌握三种变磁阻式传感器(电感式传感器、差分变压器式传感器、电涡流式传感器)的基本结构和工作原理,了解上述传感器将非电量信号转换成电信号的过程,了解三种变磁阻式传感器的特点、

传感器原理设计与应用重点总结

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关内容并根据我自己的个人情况简要整理,相对简洁,和大家分享一下。考虑到老师说的内容和考试内容相比,可能不够完整;而且个人水平有限,不可能把握的很准确,所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章:传感器概论 1、传感器的定义:传感器(或敏感元件)基于一定的变换原理/规律将被测量(主要是非电量的测量,可采用非电量电测技术)转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成:传感器一般由敏感元件(将非电量变成某一中间量)、转换元件(将中间量转换成电量)、测量电路(将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号)三部分组成,有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类: 结构型:依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型:利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如:Q(电量)、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向: 教材表述:发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述:微型化、集成化、廉价。 第二章:传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度:传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度:系统在静态工作的条件下,其单位输入所产生的输出,实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性:特性表明传感器在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 (产生的原因:传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。) 重复性:重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好,误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量范围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性:(传感器对激励(输入)的响应(输出)特性) 动态误差:输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数,它们之间的差异。包括:稳态动态误差、暂态动态误差

传感器原理与应用实验报告

传感器原理与应用 实验报告 分校: 班级: 姓名: 学号:

实验一 电阻应变式传感器实验 实验成绩 批阅教师 一. 实验目的 1.熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用 2.比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度 3.比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度 4.通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理 二.实验内容 1.单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路, 2.半导体应变式传感器位移测量电路。 三.实验步骤 1.调零。开启仪器电源,差动放大器增益置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,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。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表,则将毫伏表输入端对地短路,调整“调零”电位器,使指针居“零”位。拔掉短路线,指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2.按图(1)将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 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、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为±4V 。 图(1) 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。 3.接线无误后开启仪器电源,预热数分钟。调整电桥W D 电位器,使测试系统输出为零。 1. 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电路输出电压为零起点,向上和向下移动各6mm ,测微头每移动1mm 记录一 +

个差动放大器输出电压值,并列表。2.计算各种情况下测量电路的灵敏度S。S=△U/△x 表1 金属箔式电阻式应变片单臂电桥 表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥 表3 半导体应变片双臂电桥

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