DJ传感器使用指导 - 图文

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目 录

传感器数据采集系统软件使用安装----------------------------------------------------2 实验一 单臂电桥性能实验-----------------------------------------------------------2 实验二 半桥性能实验---------------------------------------------------------------4 实验三 全桥性能实验---------------------------------------------------------------5 实验四 直流全桥的应用—电子秤实验-------------------------------------------------6 实验五 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验---------------------------------------7 实验六 扩散硅压阻式压力传感器的差压测量实验---------------------------------------8 实验七 电涡流传感器测量振动实验---------------------------------------------------9 实验八 霍尔式传感器测量振动实验--------------------------------------------------10 实验九 光纤传感器测量振动实验-------------------------------------------------11 实验十 电容式传感器的位移特性实验---------------------------------------------12 实验十一 电容式传感器动态特性实验-----------------------------------------------13 实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验-----------------------------------14 实验十三 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验-----------------------------------15 实验十四 差动变压器的位移特性实验-----------------------------------------------16 实验十五 激励频率对差动变压器特性的影响-----------------------------------------18 实验十六 差动变压器的零点残余电压补偿实验---------------------------------------19 实验十七 差动变压器的振动测量---------------------------------------------------20 实验十八 电涡流传感器的位移特性实验---------------------------------------------21 实验十九 被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验-------------------------------23 实验二十 被测体面积大小对电涡流式传感器的特性影响实验---------------------------24 实验二十一 电涡流式传感器的应用位移限位器-----------------------------------------24 实验二十二 光电传感器测速电路实验-------------------------------------------------25 实验二十三 磁电式传感器测速电路实验-----------------------------------------------26 实验二十四 霍尔式传感器测速电路实验-----------------------------------------------27 实验二十五 光纤传感器测速电路实验-------------------------------------------------28 实验二十六 光纤传感器的位移特性实验-----------------------------------------------29 实验二十七 PN结温度传感器温度特性实验---------------------------------------------30 实验二十八 负温热敏电阻温度特性实验-----------------------------------------------31 实验二十九 集成温度传感器LM35温度特性实验-----------------------------------------32 实验三十 铂电阻温度特性实验-----------------------------------------------------33 实验三十一 铜电阻温度特性实验----------------------------------------------------34 实验三十二 K型热电偶测温实验-----------------------------------------------------35 实验三十三 E型热电偶测温实验------------------------------------------------------36 实验三十四 气敏传感特性实验-------------------------------------------------------37 实验三十五 湿度传感器特性实验-----------------------------------------------------38 实验三十六 热释电红外传感器实验---------------------------------------------------39 实验三十七 移相实验---------------------------------------------------------------40 实验三十八 相敏检波器实验---------------------------------------------------------41 实验三十九 相敏检波器检波实验-----------------------------------------------------42 实验四十 低通滤波器实验---------------------------------------------------------43 实验四十一 测量放大实验-----------------------------------------------------------44

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注：因仪器版本不断升级，部份标识或说明可能略有改动，如有疑问请咨询我公司

传感器数据采集系统软件使用安装

1) 点击DJCGQ。EXE，按照安装说明将数据采集系统安装完毕。

点击桌面的快捷方式，进入传感器采集系统。 进入实验界面，右上角有“实验项目”，点击打开下拉菜单，选择相应的实验。 中间的“采样电压”，显示当前采集到的电压。

采样前先将相关的参数设置好。先设置采样模式为单次，根据实际使用的况选取采样通道号和串口号，点击“打开串口”按钮后，部份原不可用的按钮变为可用，下位机开始处于等待接收采集数据的命令。点击“单次”按钮一次，系统自动采集数据一次，并自动填表。信号衰减是指取被采样信号的几分之一。点击“复位”后实验重新开始采集，并清空表格（实验时要注意）。 点击“保存表格”是将表格中的数据存入到当前文件夹中,文件名为ex+实验序号,后缀为.cgq。

曲线图的使用操作：在曲线图上面有一排按钮，我们可以在实验中灵活的使用，方便观察图片。鼠标放在按钮上时有提示说明.

按钮：按钮：

点击后可以将曲线图放大。 点击后可以将曲线图缩小。

按钮： 点击后，弹出对话框，对曲线图的坐标进行设置。 也可以用鼠标按住X，Y轴进行拖动坐标轴.

2)友情提示：如果信号太小不易测量时，请将被测信号经14号模块的放大电路放大后再测14号模块的VO2输出端电压或波形.14号模块是差动放大电路，如被测信号不是差分信号，可将信号的正端接VIN+，VIN-接地,并且被测模块要和14号模块共地.

3)被测量信号不要超过5V.否则可能损坏仪器.通道1具有分压，最大测量范围5V。通道2-4没有分压，最大测量范围2.5V

4)14号模块输出是反相的，通过正相端调零。

实验一 单臂电桥性能实验

一、实验目的

了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作状况。

二、所需器件及模块

1号金属箔式应变片传感器实验模块、

14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、

20克砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。

三、实验步骤

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1、根据图（1-1）应变传感器已装于1号金属箔式应变片传感器模块上。传感器中各应变片R1、R2、R3、R4已接入模块的下方，K1开关应置于OFF状态。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=1K，加热丝阻值为25Ω。

2、接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块±15V电源（从实验台可用快捷插座一次接入），检查无误后，合上实验台电源开关，实验模块±15V指示灯应亮，将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块增益电位器调节大致在W3 35左右、W4 100（这时增益在100左右）位置，再进行差动放大器调零，将仪器放大器的正（Vin+）、负（Vin-）输入端与地短接，可用屏蔽线直接把输入端和调“O”端连接，V02输出端与实验台面板上数显表外接输入端量程为0-2V，调节实验模板上调零电位器W5和W6，使数显表显示为零,关闭实验台电源。

3、将1号金属箔式应变片传感器实验模块的其中一个应变片R1、R2、R3、R4（即1号实验模块下方的R1）接入14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块，电源电压±4V（从实验台±4V引入或14号模块板上引入）。检查接线无误后，合上实验台电源开关。重新微量调节14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块W5、W6，使数显表显示为零，（注意：当W3、W4、W5、W6的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止） 具体见图1-1。

4、在秤盘上放一只20g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。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。

5、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：δ＝Δm/yF2S3100%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：yF2S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。

四、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 （2）负（受压）应变片 （3）正、负应变片均可以。

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实验二 半桥性能实验

一、实验目的

比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

二、实验原理

不同受力方向的两只应变片如图1 -1中R1和R2或老R3和R4接入电桥作为邻边。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U02＝EKε/2。

三、所需器件及模块

1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码10只、±15V电源、±2V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤

1、 传感器安装、调试同实验1.3.1.3，14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块差动放大器调零。具体线路见图1-2。

2、 R1、R2为1号金属箔式应变片传感器实验模块上方的应变片为半桥，注意R2应和R1受力状态相反。R3和R4为另一组组成的另外半桥。即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。1号金属箔式应变片传感器实验模块R1、R2作电桥的一半，然后在两端接±4V直流电源,14号模块中接入1号仪器放大器Vin+、Vin-输入端再重新调为“0”，调W5、W6使数显表为“0”。将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S2＝ΔU/ΔW,非线性误差δf2。

五、思考题

1、 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。

2、 桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为： （1）电桥测量原理上存在非线性？ （2）应变片应变效应是非线性的 （3）调零值不是真正为零。

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实验三 全桥性能实验

一、实验目的

了解全桥测量电路的优点。

二、实验原理

全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入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U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。

三、所需器件及模块

1号金属箔式应变片传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、20g砝码20只、±15V电源、 ±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤

1、 将1号金属箔式应变片传感器实验模块的K1置于ON开的位置，R1、R2、R3、R4各作电桥的邻边，组成一个完整直流电桥。R1头和R3头连接并接电源+4V，R2尾与R4尾已相连接电源-4V。用屏蔽线与14号模块输入端连接。（见上图）

2、 将14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块接上电源±15V，其差动放大输出端V02接数显表0-2V输入端，调节W5、W6使数显表为0.000V，W3、W4为增益调节电位器，保持和实验一、二相同增益，故不能调节。

3、 放一个20g砝码记录实验结果填入表中，直至10枚砝码放完。然后进行灵敏度和非线性误差计算。

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。

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实验四 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、实验原理

电子秤实验原理为实验三（全桥性能实验原理），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）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。

三、所需器件及模块

1号金属箔式应变片传感器实验模板、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、砝码6只。

四、实验步骤

1、按实验三全桥性能实验的步骤， 14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块W3在35位置、W4约50左右，合上

实验台电源开关，调节电桥平衡电位W5、W6，使数显表显示0.00V。（接线图见图1-5）

2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器W3、W4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W5、W6（零位调节）使数显表显示为0.000V。

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1-4。 6、根据上表，计算误差与非线性误差。

7、实验精度可做到0.5%，如做到1%实验也算成功。

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实验五 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验

一、实验目的

了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。

二、所需器件及模块

2号扩散硅压阻式压力传感器实验模块、14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块、数显单元0—2V、直流稳压源

±4V、±15V、恒流源0.5—10mA。

三、实验步骤

1、按图2-1把2号扩散硅压阻式压力传感器实验模块VS端连接+4V电压或5mA恒流源。V0+、V0-输出用屏蔽线连接线到14号交直流、全桥、测量、差动放大实验模块仪器输入端，并接通电源。

2、将2号扩散硅压阻式压力传感器实验模块的P1、P2加压旋钮旋出，使压力表均指示为O。压力传感器有4个端子：1端接地线，2端为U0+。3端VS接+4V电源，4端为U0-。1、2、3、4端顺序排列见图 2-1 。

3、14号实验模板上W5、W6用于调节零位，W3、W4可调放大倍数，W3为6，W4为30，放大器输出V02接到实验台数显表的V+插座。将显示表选择开关拨到2V档，反复调节W5、W6使数显表显示为零。

4、旋动P1旋钮加压，如输出为正为正压，反之P1松开使压力表为0，旋动P2旋钮加压，输出为负值为负压。

5、分别对应P1或P2将压力和输出一一记录下来。

6、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入40Kpa气压，调节W5或W6（低限调节），使数显表显示0.400V，当输入100KPa气压，调节W3、W4（高限调节）使数显表显示1.000V这个过程反复调节直到足够的精度即可。（因传感器非线性误差、压力计误

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差可能较大）

四、思考题

利用本系统如何进行真空度测量？

实验六 扩散硅压阻式压力传感器的差压测量实验

一、实验目的

了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。

二、实验原理

压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP= P1—P2，从而可以进行差压测量。

三、所需器件及模块

本实验所用的器件和单元与前压力测量相同。

四、实验步骤

先调节P1记下V02输出，再加P2压力，14号模块V02输出为零，观察两个压力表压力并记下比较。

五、思考题

思考两个压力表误码差引起原因是什么？

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实验七 电涡流传感器测量振动实验

一、实验目的

了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。

二、实验原理

根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。

三、所需器件及模块

3号振动测量实验模块、电涡流传感器、1-30低频振荡器、直流电源、示波器。

四、实验步骤

1、根据图 3-1安装连接线。注意传感器端面与振动台面（铜箔材料）之间的安装距离为线性区域。实验模块输出端TP3接示波器A通道，接入-15V电源。

2、将低频振荡信号接入振动台激励源C、D插孔。

3、低频振荡器幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，控制振动台面与传感器端面不要碰撞。 4、用示波器观察电涡流实验模块输出端TP3波形，调节传感器安装支架高度，读取正弦波形失真最小时的电压峰一峰值。（出厂时已经调整，学校可以自行适当调整）

5、保持振动台的振动频率不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰一峰值。作振幅特性：

6、保持振幅不变，（1-30Hz输出幅度不变）改变频率测出传感器TP3幅度，作出传感器幅频特性。

五、思考题

1、电涡流传感器动态响应好可以测高频振动的物体，电涡流传感器的可测高频上限受什么限制？

2、有一个振动频率为10KHz的被物体需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流

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传感器或认为两者均可？

3、能否用本系统数显表头，显示振动？还需要添加什么单元，如何实行？

实验八 霍尔式传感器测量振动实验

一、实验目的

了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。

二、实验原理

利用霍尔元件在梯度磁块中，运动产生的电动势大小变化来检测振动大小。

三、所需器件及模块

3号振动测量模块、1-30Hz低频振荡器、1KHz音频、±15V、±4V、双踪示波器<自备>。

四、实验步骤

1、按图3-3接线。

2、在+A端接入+4V电压，-B端接入-4V电压。 3、 示波器A通道接V01端。

4、 1-30低频振荡器接入C端、D端，幅度为最小。

5、 适当加大振幅用示波器观察V01差动放大器的输出端。

6、 1-30Hz低频振荡源固定一定频率，调节输出幅度，记录下V01输出大小。

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实验九 光纤传感器测量振动实验

一、实验目的

了解光纤位移传感器动态特性。

二、实验原理

利用光纤位移传感器的位移特性和其高的频率响应，配以合适的测量电路即可测量振动幅度和频率。

三、所需器件及模块

3B振动测量实验模块、8号转速实验模块、数显表。

四、实验步骤

1、 光纤传感器安装见图3-5，光纤探头支架对准3号振动测量实验模块振动的反射面上。 2、 根据本实验的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。

3、 在图3-5中TP5接到示波器A通道。

4、 将低频振荡器幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动台的激励端。

5、 将频率档选择在6-10HZ左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及峰一峰值，振动频率不变，改变振动幅度（但不能碰撞光纤探头）观察示波器波形及峰一峰值。分别作出振幅特性和幅频特性。

五、思考题

试分析电容式、电涡流、光纤三种传感测量振动时的应用及特点？

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实验十 电容式传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解电容式传感器的结构及其特点。

二、基本原理

利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。

三、变换 / 放大电路原理

左侧是一个用IC555集成电路组成的方波发生器，C1、C2是两只充放电电容，改变容量可改变方波的频率，R1、R2、R3 是充放电限流（时间）电阻，改变R2可改变方波的占空比，D1、D2是反向电流抑制二级管，电路振荡频率约1KHz左右。C3是隔直偶合电容，把IC555振荡信号送到中间的环形电容/电压变换电路，CX1、CX2即为电容传感器，L3(10mH)、C4 、L2(10mH)、C5、RW5提供CX1、CX2在方波信号作用下的充放电回路，当电容传感器的活动杆处于中间位置时CX1=CX2，流过RW5的充放电电流大小相等且方向相反，输出电压为零，当电容传感器的活动杆不处于中间位置时Cx1\\=Cx2，流过RW5的充放电电流大小不相等且方向相反，RW输出与活动杆位置相对应的电压。IC1是反相放大器，G=－Ｒ7/Ｒ５。

四、需用器件与单元

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。

五、实验步骤

1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

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2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见上图。

3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。 4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。 电容式传感器位移与输出电压的关系

5、根据表数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。

六、思考题

试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

答案：(1)把两金属片之间用易吸湿的绝缘材料（纸）垫起，两金属片用导线连出来，组成一电容传感器Cx1，用同样的两金属片组成CX2，按图将Cx1 、Cx2接入电路，把Cx1放入被测物体中，CX2置于空气中，如被测物体湿度与空气不相等，则ε1\\=ε2 (Cx1\\=Cx2)，IC1反相放大器输出与湿度差相对应的电压。

(2)应使两组金属片的几何尺寸相等。如需准确读数，还须配备一只湿度计，用来标定放大器的输出电压值。

实验十一 电容式传感器动态特性实验

一、实验目的

了解电容式传感器的动态性能及测量原理与方法。

二、基本原理

利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量。

三、需用器件与单元

电容式传感器、电容传感器实验模板、低通滤波模板、数显单元、直流稳压电源、双线示波器，振动测量控制仪

四、实验步骤

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1、安装传感器，并按图接线。实验模板输出端V01接低通滤波器输入端、低通滤波器输出端Ｖ。接示波器一个通道（示波器Ｘ轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使Ｖ01输出在零点附近。

2、将低频信号接入振动源，振动频率选6～12Hz之间，幅度旋钮置最小。 3、 将±15V电源接到实验模板上，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，

注意观察示波器上显示的波形。

4、 保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，从示波器上读出传感器实验模板输出电

压Ｖ01峰－峰值。

5、作出幅频特性曲线，考虑一下这条曲线是传感器的特性还是振动梁的特性?

五、思考题

1、为了进一步提高电容传器的灵敏度，本实验用的传感器可作何改进？

答案：提高电容传器的灵敏度，即整加△C：因△C=εA1/d-εA2/d=(A1-A2)ε/ d，可进一步提高电容传器的灵敏度。

2、本实验采用的是差动变面积式电容传感器，根据下面提供的电容传感器尺寸，计算在移动0.5mm时的电容变化量(△C)，传感器外圆筒半径R=8mm，内圆筒半径r=7.25mm，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度L=16mm。

六、思考题

1、 为了进一步提高电容传感器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计?如何设计成所谓容栅传感器?

2、列举变d式电容传感器的应用。

3、电容传感器具有结构简单，灵敏度高、分辨力高（可达0.01mm甚至更高）动态响应好，可进行非接触测量等特点，它可以测量线位移、角位移、高频振动振幅，与电感式比较，电感式是接触测量，只能测低频振幅，电容传感器在测量压力、差压、液位、料位成分含量（如油、粮食中的水份）非金属涂层、油膜厚度等方面均有应用。目前半导体电容式压力传感器已在国内外研制成功，正在走向工业化应用。

实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解霍尔式传感器原理与应用

二、所需器件及模块

5号霍尔式传感器实验模块、直流源±2V或±4V、测微头、0-2V数显单元。

三、实验步骤

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1、将霍尔式传感器安装在6号位移测量实验模块上。

2、将5号霍尔式传感器实验模块接上±15V电源或快捷插座与实验台连接。霍尔元件1、3为电源±4V，2、4为输出。（见图5-1）K1、K2选择在直流位置。

3、开启电源，调节测微头使霍尔片在离霍尔元件10mm处，再调节W3、W4使数显表指示为零。 4、测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。

四、思考题

本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？

实验十三 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

一、实验目的

了解交流激励时霍尔式传感器的特性。

二、实验原理

交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。

三、所需器件及模块

5号霍尔式传感器实验模块、直流源±15V、测微头、0-2V数显单元、13号移相、相敏、低通滤波实验模块、双线示波器。

四、实验步骤

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1、将霍尔式传感器安装在6号位移测量实验模块上。

2、5号霍尔式传感器实验模块接±15V电源或用快捷插座与实验台直接连接。（见图5-2） 3、调节音频振荡器频率和幅度旋钮，从0°输出频率为1KHz，用示波器测量，电压峰一峰值为4Vp-p，接入电路中，（注意电压过大会烧坏霍尔元件）。

4、将0°音频电源接入5号霍尔式传感器实验模块的+A端，-B端接地，5号模块欧OUT输出接13号移相、相敏、低通滤波实验模块相敏检波器的P3端，K1、K2选择开关在交流位置。

5、移相器OUT1接相敏P1端，移相器输入接O°相敏输出OUT2接低通滤波输入IN，低通输出OUT3接0-2V数显表。

6、调节测微头（测微头前带有磁钢）使霍尔传感器处于离霍尔元件10mm处，先用示波器观察使霍尔元件调节W1、W2不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器W3、W4使数显表为零。

7、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，（注意移相单元电位器RP1和相敏检波电位器RP1均已调好（也能自己调节），使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。

8、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表5-2。

五、思考题

利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？

实验十四 差动变压器的位移特性实验

一、实验目的

了解差动变压器位移的工作原理和特性。

二、实验原理

差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式

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和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，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感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减小，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。

三、所需器件及模块

6号差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、万用表。

四、实验步骤

1、差动变压器安装在6号位移测量实验模块上。

2、根据图6-1 接线，音频振荡器信号从实验台中0°或180°端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4KHZ（可用实验台的频率表监测）。调节输出幅度2Vp-p（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div,Y轴A通道为1V/div，B通道为20mV/div）。图中TP1、TP2为初级线，TP3、TP4、TP5次级,都为连接线插座的对应编号。在线圈端点有一点表示的为同名端。接线时，也可以判别初级线圈及次级同名端。判别初级线圈及次级线圈同名端其它方法如下：L1(TP1,TP2)为初级线圈，并设另外两个线圈L2、L3的任一端为同名端。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（音频信号Vp-p=2Vp-p波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。如果测量动态范围太小时，可接入14号(交流，全桥，测量,差动放大)模块,测量VO2的输出波形.将L2接入差动放大器的输入VIN+，放大器的负端VIN-接地.

3、旋动测微头，使示波器第B通道显示的波形峰一峰值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，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表6-1。再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。4、实验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。

五、思考题

1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如10KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？

2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？

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实验十五 激励频率对差动变压器特性的影响

一、实验目的

了解初线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。

二、实验原理

差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式

表示式中Lp Pp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、W为激励

电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若Rp2＞ω2Lp2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当ω2Lp2＞Rp2，时输出Uo与ω无关，当然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。

三、所需器件及模块

6号差动变压器实验模块、示波器。

四、实验步骤

1、 将差动变压器传感器安装在6号位移测量实验模块上。

2、 调音频信号输出频率为1KHZ,Vp-p=2V。从0°输出（用实验台频率计显示频率）利用示波器第A通道观察L2、L3(两个次级)两端“0”输出，移动铁芯至输出信号最小时的位置（大约在线圈中心位置）。

3、 示波器A通道读数，旋动测微头，向左（或右）旋到离中心位置2.50mm处，有较大的输出。将测试结果记入表6-2。

4、 分别改变激励频率从1KHZ—9KHZ，幅值不变，利用示波器A通道监视L1输出电压，将测试结果记入表6-2

5、作出幅频特性曲线。

五、思考题

如何选择差动变压器最佳工作频率？

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实验十六 差动变压器的零点残余电压补偿实验

一、实验目的

了解差动变压器零点残余电压补偿方法。

二、实验原理

由于差动变压器二只次级线圈L2、L3的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B-H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。三、所需器件及模块音频振荡器、测微头、6号差动变压器实验模板、14号交直流、全桥测量差动放大实验模块、示波器。

三、实验步骤

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1、将差动变压器传感器安装在6号位移测量实验模块上。

2、按图 6-1接线，音频信号源从180°或0°插口输出，14号交直流、全桥测量差动放大实验模块W1、C1、R1、W2为电桥单元中调平衡网络。

3、利用示波器调整180°音频振荡器输出为2Vp-p峰一峰值。把14号交直流、全桥测量差动放大实验模块的交流电桥CD端接入仪器放大器Vin+、Vin-输入端。4、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

5、依次调整W1、W2，使输出电压隆至最小。

6、将B通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。7、从示波器上观察差动变压器的零点残余电压值（峰一峰值）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压，实际零点残余电压=V零点p-p/K，K++为放大倍数）。

五、思考题

1、 请分析经过补偿后的零点残余电压波形。 2、本实验也可用图 所示线路，请分析原理。

实验十七 差动变压器的振动测量

一、实验目的

了解差动变压器测量振动的方法。

二、实验原理

利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。

三、所需器件及模块

3A差动变压器振动测量实验模块、1-30Hz信号源、500-10KC低频信号源、13号移相、相敏、低通、滤波实验模块、14号交直流、全桥测量差动放大实验模块、示波器。 四、实验步骤

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1、将差动变压器传感器安装在3号振动测量实验模块上，只要在1-30Hz按激励源插口接上1-30Hz信号，即能振动。

2、将实验台500-10KC低频信号源输出信号调整为4KC，输出电压幅度为2Vp-p，并接入3A模块的L1初级线圈。

3、按图6-2连接好3A、13号模块、14号模块。

4、14号模块的仪器放大器增益调至30左右。即W3=30，W4为30左右。 5、仔细调整14号实验模块的W1、W2使VO2输出最小。

6、接上1-30Hz激励源，调节输出幅度由小到大。用示波器AB通道分别观察14号实验模块的VO2和13号OUT2端或OUT3端波形。

7、保持1-30Hz低频振荡器的幅度不变，改变1-30H频率，记录下数据。

8、保持振荡频率不变改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压（13号模块OUT3）电压峰值Vp-p的曲线。

五、思考题

1、 如果用直流电压表来读数需增加哪些测量单元测量线路如何？ 2、 利用差动变压器测量振动在应用上有些什么限制？

实验十八 电涡流传感器的位移特性实验

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、 实验原理

通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。

三、变换/放大电路原理

下图是一种典型的电涡流传感器调幅变换电路，L是电涡流传感器线圈它与T1（3CG14）、R1、R2、、R3、R4、R5、C1、C2、C3、L1、L2组成三点电容式振荡器，当电涡流传感器线圈悬空时，振荡器发生谐振，T1集电极输出最大电压，当电涡流传感器线圈靠近导体时，导体表面产生的涡流效应会使电涡流传感器线圈的L发生变化，振荡器偏离谐振点，T1集电极输出电压将减小，电压的减小量与电涡流传感器线圈和导体间的距离有关。D1（1N4148）、R6、C4、C6、L3、R7组成高频半波整流滤波电路，将T1集电极输出振荡信号转变成直流电压，T2（3DG12）、R7、R8、R9组成射极跟随器，提高电路带负载能力。 四、 用器件与单元

电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。

五、实验步骤

1、根据图安装电涡流传感器。

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2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。

３、将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。

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、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显电压表量程置20V档。 ６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。

７、移动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，旋转测微头每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表8-1。

表8-1：电涡流传感器位移与输出电压数据：（如用示波器观测T1集电极信号，可得到振荡信号Vp-p值）

X（mm）Vp-p（v）V（v）

表8-1 8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及选择位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和非线性误差（可以用端基法或其它拟合直线）。

六、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±3mm的量程应如何设计传感器处理电路？

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答案：与电涡流传感器线圈的大小、被测体材料及几何尺寸有关。如果需要测量±3mm的量程首先应保证传感器有|6|mm的测量范围，利用电平移动电路，把输出零点调整到|3|mm的位置上。

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据被测体材料选用传感器？

答案：首先应考虑量程，因电涡流传感器的量程与被测体材料及几何尺寸有关，一般情况下，电涡流传感器的量程在1—10mm左右（以45号钢为被测体材料），被测体材料几何尺寸应大于传感器探头直径的3倍，如被测体材料导磁率较高、几何尺寸较大，可选用较小直径的传感器。传感器探头直径通常在5—20mm之间，对同一被测体材料来说，探头直径越大检测距离就越远。

实验十九 被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验

一、实验目的

了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、实验原理

涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。

三、所需器件及模块

7号电涡流传感器实验模块、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片、铜和铝的被测体圆盘。

四、实验步骤

1、安装与实验二十二相同。 2、将原铁圆片换成铝或铜圆片。 3、重复实验7.3.1.3步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表7-2和表7-3。

4、根据表7-2和表7-3分别计算量程为1mm和3mm时灵敏度和非线性误差（线性度）。 5、分别比较实验7.3.1.3和本实验所得结果进行小结。 五、思考题

当被测体为非金属材料时，如何利用电涡流传感器进行测试？

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实验二十 被测体面积大小对电涡流式传感器的特性影响实验

一、实验目的

了解电涡流传感器在实验应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。

二、实验原理

电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。

三、所需器件及模块

直流源、测微头、7号电涡流传感器实验模板、不同尺寸铝片被测体各一个、数显单元。

四、实验步骤

1、整个实验模块连接同实验二十二，如图。

2、在测微头上分别装上两种不同面积的铝被测圆盘，分别进行电涡流传感器位移特性测定，记入表7-4。根据表8-5数据计算目前范围内二种被测体1号、2号的灵敏度，并说明理由。

五、思考题

目前现有一个直径为10mm的电涡流传感器，需对一个轴直径为8mm的振动进行测量？试说明具体的测试方法与操作步骤。

实验二十一 电涡流式传感器的应用位移限位器

一、实验目的

了解电涡流传感器用于位移限位的原理与方法。

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二、实验原理

利用电涡流传感器位移特性和振动台受载时的线性位移，可以组合成一个位移测量限位系统。

三、所需器件及模块

7号电涡流传感器实验模板、直流源、数显表单元、测微头。

四、实验步骤

1、传感器安装与实验二十二相同。

2、利用实验7.3.2中铝材料（铝测片）线性范围，调节传感器安装支架高度，使测微头面与探头之间距离为线性起点，将线性段距离最远的一点作为零点记下此时数显表读数。

3、调节测微头每0.2mm记录直至报警器报警时，记下电涡流传感器与测微头距离。 4、注意实验的重复性能。 5、先设一定位移尺寸。（mm）

6、根据实验步骤3，计算出传感器输出电压。

五、思考题

实际位移限位应用十分广泛，如何选择传感器型号，正确应用有很现实的意义。

实验二十二 光电传感器测速电路实验

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、所需器件及模块

8号转速实验模块、直流电源+15V、转动源及2-15V直流源、频率计、示波器。

三、实验步骤

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1、9号温度传感器特性实验模块接上20V 5A连线插入K型热电偶见图9-7。

2、接入±15V电源，打开实验台电源开关、正负已接准（见图 9-7 ），将仪器放大器输出端OUT与数显表输入端相接。A1、A2短路，读仪器放大器输出端的初始值。

3、K型热电偶传感器分别接A2（兰-）和A1（红+），将K型热电偶插口直接与仪器放大器相接，仪器放大器的倍数在50倍左右，热电偶的实际值=OUT-初始值/50倍。

4、在40℃到100℃之间设定Δt=5℃。读出热电偶的实际值，并记入表9-4。 5、根据表9-4计算非线性误差。

五、思考题

通过温度传感器的三个实验你对各类温度传感器的使用范围有何认识？

实验三十三 E型热电偶测温实验

一、实验目的

了解E型热电偶测量温度的性能与应用范围。

二、实验原理

当镍铬—康铜两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差，会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。

三、所需器件及模块

K型热电偶（单独的）、K、E型复合热电偶、加热源、温度控制仪、数显单元、温度传感器实验模块。

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四、实验步骤

1、9号温度传感器特性实验模块接上20V 5A连线插入E型热电偶见图9-8。

2、接入±15V电源，打开实验台电源开关、正负已接准（见图 9-8 ），将仪器放大器输出端OUT与数显表输入端相接。A1、A2短路，读仪器放大器输出端的初始值。

3、E型热电偶传感器分别接A2（兰-）和A1（红+），将E型热电偶插口直接与仪器放大器相接，仪器放大器的倍数在50倍左右，热电偶的实际值=OUT-初始值/50倍。

4、在40℃到100℃之间设定Δt=5℃。读出热电偶的实际值，并记入表9-5。 5、根据表9-5计算非线性误差。

五、思考题

能否用AD590设计一个直接显示摄氏温度-50℃—50℃数字式温度计并利用本实验台进行实验。

实验三十四 气敏传感特性实验

一、实验目的

了解气敏传感器的原理与应用。

二、所需器件及模块

10号气敏式传感器实验模块、±15V电源（自备：酒精、棉花球）

三、实验步骤

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1、将气敏式传感器实验模块±15V和实验台±15V分别相连，具体见图10-1

2、打开实验台电源开关，预热5分钟。观察数显表上的数值。（一般为0.10伏以下） 3、将浸有酒精的棉花球放进气敏腔，此时数显表读数的明显变化，在1—10伏之间。

实验三十五 湿度传感器特性实验

一、实验目的

了解湿度传感器工作原理及应用。

二、所需器件及模块

11号湿敏传感器实验模块（内含测量电路）、直流源+15V、4 数显单元、湿棉花球。

三、实验步骤

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1、 将11号温度传感器实验模块+15V接入实验台+15V，OUT1接4位数据采集数显表Vi-，OUT2接 数显表Vi+。

2、打开实验台电源开关，先豫热3-5分钟时间，将开关置于较准位置使数显为1.000V，再把开关置于测量位置，然后往有机玻璃湿敏腔中加湿棉花球，等到显示单元稳定后记下数值即这为相对湿度。

实验三十六 热释电红外传感器实验

一、实验目的

了解热释电红外传感器结构、工作原理及应用。

二、所需单元及模块

12号热释电红外传感器实验模块、±15V电源。

三、实验步骤

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1． 热释电红外传感器实验电路如图示12-1 R1为传感器负载电阻，传感器输出信号经过C2耦合到运算放大器IC1，其增益取决R2和R3的比值，这里约27倍。经IC1放大的信号经过电容C1和耦合到放大器IC2，其增益 ≈110～10倍之间可变。IC3为电压比较器，平时输出低电平故D1灯不亮，FM1蜂鸣器不响，当有人走动时，红外传感器信号增大，比较器翻转输出为高电平D1灯亮，FM1蜂鸣器响起来。

2． 接通12号热释电红外传感器实验模块±15V电源稳定后，用于在热释电红外传感器外约20cm～30cm晃动，D1灯会亮起来，同时蜂鸣器会响起来。

3． 调节W1可改变IC2放大器的倍数，W2可调整比较器动作的阀值电压，这样可改热释电红外传感器的灵敏度，故改变了动作距离。

四、思考题

如何在这个电路基础上制作一个防盗报警器。

实验三十七 移相实验

一、实验目的

了解由运算放大器所构成的移相器的电路原理，工作情况。

二、所需单元模块

13号移相、相敏、低通、滤波实验模块、200—10KC音频振荡器、双踪示波器（自备）、频率计、移相器。

三、实验步骤

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ipz3.html