传感实验指导书

CSY10A 传感器系统实验仪实验指导书实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。

各款实验仪的传感器配置及布局是：(具体布局详见各款仪器工作台布局图)一、位于仪器顶部的实验工作台部分，左边是一副平行式悬臂梁，梁上装有应变式、热敏式、P -N 结温度式、热电式和压电加速度五种传感器。

平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片，受力工作片分别用符和表示。

其中六片为金属箔式片（BHF-350）。

横向所贴的两片为温度补偿片，用符号和表示。

片上标有“BY ”字样的为半导体式应变片，灵敏系数130。

热电式（热电偶）：串接工作的两个铜一康铜热电偶(T 分度)分别装在上、下梁表面，冷端温度为环境温度。

分度表见实验指导书。

P-N 结温度式：根据半导体P-N 结温度特性所制成的具有良好线性范围的集成温度传感器。

实验工作台左边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台。

圆盘周围一圈安装有电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。

电感式（差动变压器）：由初级线圈Li 和两个次级线圈L 。

绕制而成的空心线圈，圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间，测量范围>10mm 。

霍尔式：半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中，线性范围≥3mm 。

光电式传感器装于电机侧旁。

为进行温度实验，左边悬臂梁之间装有电加热器一组，加热电源取自15V 直流电源，打开加热开关即能加热,工作时能获得高于温度30℃左右的升温。

以上传感器以及加热器、激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排。

实验工作台上还装有测速电机一组及控制、调速开关。

二、信号及仪表显示部分：位于仪器上部面板低频振荡器：1~30Hz 输出连续可调，Vp-p 值20V ，最大输出电流1.5A ，Vi 端插口可提供用作电流放大器。

音频振荡器：0.4KHz~10KHz 输出连续可调，Vp-p 值20V ，180°、0°为反相输出，Lv 端最大功率输出1.5A 。

实验指导书实验一、箔式应变片的温度效应及补偿实验目的：1、认识环境温度变化对传感器输出的影响(零点漂移、灵敏度漂移)；2、 掌握差动电桥电路对温漂的抑制；3、 了解差动电桥电路抗干扰能力。

实验原理：传感器输出不仅反映被测量，环境的其它物理量（温度、电磁、偏载等等）也会对传感器的输出产生影响，即产生干扰。

为了提高测量精度，需提高传感器抗干扰能力，即干扰补偿。

一种有效的补偿措施是差动传感器方法。

含干扰的传感器静态数学模型为：)(3210T f X a X a X a a Y n n +++++=若传感器采用差动方法则有：)()(2222155331T f T f X a X a X a Y -++++=式中，)(T f 为干扰量产生的输出，)(1T f 、)(2T f 为两差动转换元件产生的输出。

通常干扰为共模干扰，即)(1T f 、)(2T f 同号，这样差动传感器的干扰减小，若传感器转换元件完全对称，即)(1T f 、)(2T f 完全相等，则干扰输出为零。

由工艺原因，传感器结构不可能完全对称，即通过差动方法不能完全消除干扰，或是传感器不能采用差动结构，传感器的干扰通常还需采取其它补偿措施。

实验步骤：1、连接主机与模块电源连接线，差动放大器增益置于最大位置(顺时针方向旋到底)，差动放大器“+”“-”输入端对地用实验线短路。

输出端接电压表2V 档。

开启主机电源，用调零电位器调差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。

2、 观察贴于悬臂梁根部的应变片的位置与方向，按图(1)将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R 为应变片(可选上梁或下梁中的一个工作片)，图中每两个节之间可理解为实验连接线，注意连接方式，勿使直流电源激励电源短路。

将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。

3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。

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：εK R R =∆/式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /∆=ε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U O14/εEK =。

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R 1、R 2、R 3、R 4。

加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。

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Rw 1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Rw 2，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V 档）。

传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。

二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。

电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。

电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。

压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。

磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。

传感器特性实验目录传感器特性实验目录 (1)一、基础型实验部分 (3)实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 (3)实验二金属箔式应变片半桥性能实验 (5)实验三金属箔式应变片全桥性能实验 (6)实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 (7)实验五金属箔式应变片全桥温度影响实验 (8)实验六直流全桥的应用—电子秤实验 (9)实验七交流全桥的应用—振动测量实验 (9)实验八压阻式压力传感器压力测量实验 (11)* 实验九扩散硅压阻式压力传感器差压测量 (13)实验十差动变压器位移性能实验 (14)实验十一激励频率对差动变压器特性的影响 (16)实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验（1、2） (17)实验十三差动变压器的应用—振动测量实验 (19)实验十四电容式位移传感器位移测量实验 (21)实验十五电容式位移传感器的动态特性实验 (23)实验十六直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验 (25)实验十七交流激励时霍尔式位移传感器特性实验 (26)实验十八霍尔位移传感器振动测量 (27)实验十九霍尔式位移传感器的应用―电子秤实验 (28)实验二十霍尔转速传感器测速实验 (28)实验二十一磁电式转速传感器测速实验 (29)* 实验二十二用磁电式传感器测量振动实验 (30)实验二十三压电式传感器振动测量实验 (31)实验二十四电涡流传感器位移实验 (32)实验二十五被测体材质对电涡流传感器特性影响实验 (33)实验二十六被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 (34)实验二十七电涡流传感器测量振动实验 (35)实验二十八电涡流传感器的应用―电子秤实验 (36)* 实验二十九电涡流转速传感器 (37)实验三十光纤传感器的位移特性实验 (38)实验三十一光纤传感器测量振动实验 (39)实验三十二光纤传感器测量转速实验 (40)实验三十三光电转速传感器的转速测量实验 (41)实验三十四利用光电传感器测转速的其它方案* (43)实验三十五热电偶测温性能实验 (43)实验三十六热电偶冷端温度补偿实验 (45)实验三十七热电阻测温特性实验 (46)实验三十八集成温度传感器温度特性实验 (48)实验三十九气体流量的测定实验* (51)实验四十气敏(酒精)传感器气体浓度测量实验 (52)实验四十一湿度传感器湿度测量实验 (53)实验四十二移相器实验 (53)实验四十三相敏检波器实验 (55)实验四十四SET传感器特性实验软件操作 (59)二、增强型实验部分 (65)实验一热释电远红外传感器辐射特性 (65)实验二--- 实验五、光电传感器特性实验（光敏电阻、光电池、光敏二极管、光敏三极管） (67)实验六光纤温度传感器实验 (70)实验七光纤压力传感器实验 (71)实验八光栅位移传感器（原理型）实验 (71)实验九增量型光电编码器传感器（原理型）实验 (73)实验十超声测距传感器实验 (74)* 实验十一超声波传感器的运用 (75)实验十二矩传感器原理实验 (75)* 实验十三扭矩传感器的不同形式 (77)实验十四PSD位置传感器位置测量实验 (77)实验十五PSD位置传感器微振动测量实验 (79)* 实验十六PSD位置传感器用于自动定位 (79)实验十七CCD图像传感器线（圆）径测量实验 (79)实验十八J型热电偶温度特性实验 (83)实验十九T型热电偶温度特性实验 (83)实验二十半导体热敏电阻温度特性实验 (83)实验二十一表面无损探伤实验 (83)实验二十二指纹传感器（带控制输出）认知实验 (84)* 实验二十三指纹传感器计算机图像采集实验 (88)* 实验二十四红外辐射温度传感器实验 (88)* 实验二十五颜色识别传感器颜色识别实验 (89)* 实验二十六微波传感器运用实验 (90)* 实验二十七zigbee无线传感器网络实验 (90)* 实验二十八光栅位移传感器（测量型）实验（1） (90)* 实验二十九光栅位移传感器（测量型）实验（2） (91)* 实验三十环境监测实验（另附）一、基础型实验部分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。

4 传感测试技术基础实验4.1概述传感器也称为探测器、变换器或变送器，是能够把自然界的各种物理量和化学量转变为电信号再经过电子电路、仪器仪表或计算机进行处理，从而对这些量进行检测和控制。

传感器测试技术也称为非电量电测技术。

在机械量测量中，非电量被测参数主要有：位移、速度、加速度、力、压力、扭矩、转速、应力、应变、声音、振动等等。

传感器种类繁多，千差万别。

一种传感器可以用来测量多种被测量，一种被测量也可以用多种不同的传感器来测量。

通常传感器的分类可以用转换原理来分类，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器等等。

也可以按被测量来分类，如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、扭矩传感器等等。

无论何种传感器，它作为测量与控制系统的首要环节，应能达到快速、正确、可靠并且经济地实现信息采集和转换的基本要求。

即：（1）传感器要有足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力；（2）传感器要与系统匹配性好，灵敏度高——输出量与被测量之间具有确定的线形关系；（3）传感器反应速度快，工作可靠性好；（4）传感器适用性和适应性强——对被测对象影响小，内部噪声小又不易受干扰；（5）传感器精度适当，稳定性好——静态、动态响应要满足要求；（6）使用经济——成本底、寿命长。

（7）工程中要综合考虑上述要求，使用时应尽量满足上述要求。

[1]4.2 CSY系列传感器系统综合实验台4.2.1 CSY系列传感器系统综合实验台简介CSY系列传感器系统综合实验台为完全模块式结构，分主机和实验模块二部分。

主机由实验平台，传感器系统，交、直流信号源，温控电加热源，位移机构、振动机构、仪表显示、电动气压源、数据采集处理和通信系统（RS232接口）等组成。

实验模块有13个，每个包含一种或一类传感器及实验所需的电路和执行机构。

实验时模块可按实验要求灵活组合，仪器性能稳定可靠，方便实用。

传感与检测技术实验讲义实验一应变式称重传感器的应用一．实验目的：1.熟悉常用应变式力传感器的应用。

2.掌握应变片传感器的测量原理及电桥电路的应用。

二．实验仪器：稳压电源、万用表、实验箱、称重传感器模块等。

实验原理：应变式传感器是常用的测量力的传感器。

应变片式传感器是一种将测试件上的应变量转换成一种电信号的敏感器件。

当事件受力发生形变时，电阻应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化，通常采用桥式电路，然后通过放大器放大实现。

三.实验内容及测试1．不同质量砝码重量测量应变片可以测量的重量范围为0~1Kg，额定灵敏度为1.0±0.15mv/g，R1~R4组成的电桥测量电路输入阻抗为1115±10%Ω，输出阻抗为1000±10%Ω，安全过载率为150%F.S，最大工作电压为15VDC。

满量程输出电压=激励电压×灵敏度。

U1A、U1B组成放大倍数可调的差分放大电路。

测量模块面板上共有4测试点，分别连接+12V，-12V，GND，输出点U0，连接电源和地线，用万用表直流电压档测量输出端电压。

1）不放任何砝码，用万用表测量输出端电压，调整RV1,RV2，使输出电压为0；2）将不同的砝码顺序放置在测量模块测量称盘上，用万用表测量输出端电压，并将电压值记录在2.实验报告1）整理实验数据，并绘制输入输出线性图；2）将数据填写在报告上。

实验二温度传感器的应用一、实验目的：熟悉常用温度传感器并掌握温度传感器的应用。

二、实验仪器：稳压电源、万用表、数字逻辑实验箱、Pt100热电阻、热敏电阻、集成电路等。

三、实验原理：温度传感器是将温度转换为电量输出的装置。

常用的温度传感器有热电阻、热敏电阻、热电偶、集成温度传感器等等。

热电阻主要是利用电阻随温度变化而变化这一特性来进行温度的测量、控制。

四、实验内容1、热电阻的测量：测量Pt 100热电阻、热敏电阻在不同温度下的电阻值。

2、热敏电阻的应用------------过热报警器热敏电阻在电路中常作为温度控制器件使用。

CSY－3000系列传感器与检测技术实验台说明书一、实验台的组成CSY－3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。

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；直流恒流源0．6mA－20mA可调；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）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪（开关置内为温度调节、置外为转速调节）；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。

其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。

2、振动源：振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。

转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。

温度源：常温－150℃。

3、传感器：有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个（其中二个光源）。

4、实验模板：有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波模板、光电器件(一)、光开关共十二块模板。

二、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。

传感器原理实验指导书实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一．实验目的掌握金属箔式应变片直流电桥的原理及使用。

比较单臂、半桥、全桥的输出特性。

二．实验设备CSY—998B传感器系统实验仪所需电路单元：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、V/F表、双平行梁测微头。

三．实验准备1．旋钮的初始位置直流稳压电源旋钮打到±4V档，V/F表打到20V档，差动放大增益旋钮打到最大处。

2．差动放大器调零用导线将正负输入端与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口；开启主、副电源，调节差动放大器的增益到最大位置，调整差动放大器上的调零旋钮使表头在20V、2V都指示为零，关闭主副电源。

四．实验内容1．单臂电桥（1）按图接线，图中R4为金属箔式应变片，R1、R2和R3为电桥的固定电阻，r和W为调平衡电位器；（2）调整测微头使双平行梁处于水平位置（10—12mm）；（3）将直流稳压电源打到±4V档，差动放大器增益旋钮往小旋转半圈，然后旋转W1使V/F表指示为零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。

(4)向上旋转测微头，每0.5mm记录电压表读数，共记录10组数据填入下表。

2．半桥（1）调整测微头使双平行梁处于水平位置（10—12mm），保持放大增益不变。

（2）将R3换成与原应变片工作状态相反的另一应变片，形成半桥，旋转W1使表头指示为零。

(5)向上旋转测微头，每0.5mm记录电压表读数，共记录10组数据填入下表。

３3．全桥（选做）（1）调整测微头，使梁处于水平位置，保持放大器增益不变。

（2）按上图接线，调好零点。

（3）向上旋转测微头，每0.5mm记录电压表读数，共记录10组数据填入下表。

五．实验报告画出单臂、半桥、全桥时的X---V曲线，计算三种情况的灵敏度。

４实验二差动变压器的综合实验一．实验目的了解差动变压器测量系统的组成和标定方法；了解差动变压器测量振动的方法。

二．实验设备CSY——998B传感器系统实验仪、双线示波器。

实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7)实验三电容式传感器的位移特性实验 (9)实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13)实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)实验二直流全桥的应用――电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定。

二、基本原理：电子秤实验原理为实验一，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，电压量纲（V）改为重量纲（g）即成为一台原始电子秤。

三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码四、实验步骤：1、按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，应变式传感器实验模板按全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位R W1，使数显表显示0.00V。

2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器R W3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V。

3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器R W4（零位调节）使数显表显示为0.0000V。

4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。

成为一台原始的电子秤。

5、把砝码依次放在托盘上，填入下表2－1。

6、根据上表，计算误差与非线性误差。

五、思考题1、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：（1）可以（2）不可以。

2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

实验三电容式传感器的位移实验一、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C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。