传感器实验指导书word版

THSCCG-1型传感器技术实训装置简介

一、概述

“THSCCG-1型传感器技术实训装置”是根据《中华人民共和国教育行业标准－电工电子类实训基地仪器设备配备标准》，教育部“振兴21世纪职业教育课程改革和教材建设规划”要求，按照职业教育的教学和实训要求研发的产品。适合高职院校、职业学校的仪器仪表、自动控制、电子技术与机电技术等专业的实训教学。

二、设备构成

实训装置主要由实训台、三源板、传感器和变送模块组成。

1. 实训台部分

1k～10kHz 音频信号发生器、1～30Hz 低频信号发生器、四组直流稳压电源：±15V、+5V、±2~±10V、2~24V可调、数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。

2. 三源板部分

热源：0~220V交流电源加热，温度可控制在室温~120 o C，控制精度±1 o C。

转动源：2~24V直流电源驱动，转速可调在0~4500 rpm。

振动源：振动频率1Hz—30Hz（可调）。

3. 传感器及变送模块部分

传感器包含金属应变传感器，差动变压器传感器，磁电传感器，Pt100温度传感器，K型热电偶，光电开关，霍尔开关。

变送模块包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理等共五个模块。

本实训台，作为教学实训仪器，传感器基本上都采用工业应用的传感器，以便学生有直观的认识，变送模块上附有变送器的原理框图，测量连接线用定制的接触电阻极小的迭插式联机插头连接。

三、实训内容

本装置的实训项目共34项，包括基本技能实训项目25项，应用型实训项目9项。涉及压力、振动、位移、温度、转速等常见物理量的检测。通过这些实训项目，使学生能够更全面的学习和掌握信号传感、信号处理、信号转换、的整个过程。

实验一应变式传感器特性实验

一、实验目的：

了解金属箔式应变片的应变效应，掌握单臂电桥的接线方法和用途。在此基础上了解半桥、全桥的工作原理和接线方法。

二、实验仪器：

实训台、应变传感器实验模块、托盘、砝码、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：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。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，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，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 应变传感器安装图

图1-2 单臂电桥接线图

通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压

Uo=

R

R R

R E ∆⋅+∆⋅

211/4

（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021⋅∆⋅-

R

R 。 四、实验内容与操作步骤

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。从实训台接入±15V 电源，检查无误后，合上实训台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo 2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 。关闭实训台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）

3．按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。

4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui ，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。

5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g 砝码加完，计下数显表值，填入下表1-1，关闭电源。

五、实训报告

根据表1－1计算系统灵敏度S ＝ΔU/ΔW （ΔU 输出电压变化量，ΔW 重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/y F..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；y F ·S 为满量程（200g ）输出平均值。 六、注意事项

加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！

实验二差动变压器特性实验

一、实训目的

掌握差动变压器位移测量的方法

二、实训仪器

实训台、差动变压器模块、测微头、差动变压器、示波器（自备）

三、相关原理

差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体，移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出。输出的变化反映了被测物体的移动量。

四、实训内容与操作步骤

1．根据图5-1将差动变压器安装在差动变压器模块上。

图5-1 图5-2 2．将传感器引线插头插入模块的插座中，音频信号由振荡器的“00”处输出，打开主控台电源，调节音频信号输出的频率和幅度（用示波器监测），使输出信号频率为4-5KHz，幅度为V p-p=2V，按图5-2接线（1、2接音频信号，3、4为差动变压器输出，接放大器输入端）。

3．用示波器观测Uo的输出，旋动测微头，使示波器上观测到的波形峰－峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表5－1，再从Vp-p最小处反向位动测微头，在操作过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

五、实训报告

1．操作过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表6－1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。

V(mV)

X(mm)