机械工程《传感器与检测技术》测试技术实验指导书

2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作 机械工程测试技术实验指导书——传感器与检测技术 罗烈雷　编　　机械工程系机械工程测试技术实验指导书 ——传感器与检测技术一、测试技术实验的地位和作用 《传感器与检测技术》课程，在高等理工科院校机械类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课，而实验课是完成本课程教学的重要环节其主要任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的理解，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其目的是使学生掌握非电量检测的基本方法和选用传感器的原则，培养学生独立处理问题和解决问题的能力 二、应达到的实验能力标准 1、通过 应变式传感器实验 ，掌握理论课上所讲授的应变片的工作原理，并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系 2、通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，掌握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施 3、通过电涡流式传感器的静态标定和被测体材料对电涡流式传感器特性的影响实验，掌握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能，验证不同性质被测体材料对电涡流式传感器性能的影响。

4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试，了解差动面积式电容传感器的工作原理及其特性 5、通过磁电感应式传感器的性能和霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法，掌握磁电感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理及其特能 6、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的影响实验，掌握压电式传感器的原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器的原理和使用方法 7、通过光敏三极管和光敏电阻的性能测试，掌握光电传感器的原理与应用方法 8、热电偶和热敏电阻的性能测试的方法，掌握热电偶的原理和 NTC 热敏电阻的工作原理和使用方法，并对传感器灵敏度线性度进行分析 9、通过差动放大器和低通滤波器设计和测试，掌握差动放大器和滤波器的设计方法和性能测试方法 10、通过集成温度传感器 AD590 和 DS1820 设计，掌握输出电流型和新型单总线数字温度传感器的工作特性和使用方法 三、学时、教学文件及教学形式 学时：本课程总学时为 48 学时，其中实验为 8 学时，占总学时的 17% 教学文件：《测试技术实验指导书》，实验报告学生自拟 教学形式：本课程实验为验证性实验。

学生实验前预习实验指导书，并写出预习报告指导教师概述实验基本原理和方法及仪器使用方法等，并作针对性指导，具体实验步骤及测量数据处理由学生自行完成 四、实验成绩评定 根据学生所组成的系统难易程度、数据图形的正确性、学习态度、实验技能、实验报告等综合评分实验成绩占本课程总成绩 15% ，对缺实验成绩者．本课程不予通过 　　五、主要实验仪器设备双踪示波器、万用表、传感器综合实验仪等六、实验基本要求熟练掌握实验的基本技能，学会正确使用仪器仪表，能独立設计检测电路、联接线路并完成实验，能分析并排除实验过程中的一般故障实验后要正确处理原始数据并完成实验报告　　　七、实验项目开设序号实验名称内 容 提 要实验要求实验时数实验类型每组人数所 在 实验室名 称备注1金属箔式应变片：单臂.半桥.全桥比较实验验证单臂.半桥.全桥的性能必开2验证2测试技术实验室2电涡流式传感器的静态标定了解电涡流式传感器的原理及工作性能（静态特性）必开2验证23交流电桥的应用—振动的测量了解交流激励电桥的应用必开2验证24霍尔传感器的应用了解霍尔传感器在振动测量中的应用必开2验证2注：可按“实验目录”所列的实验项目利用课余时间选做其它实验。

　实 验 目 录实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验实验二 金属箔式应变片――半桥性能实验实验三 金属箔式应变片――全桥性能实验实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验实验五 金属箔式应变片――温度影响实验实验六 直流全桥的应用――电子秤实验实验七 交流全桥的应用――振动测量实验实验八 扩散硅压阻压力传感器的压力测量实验实验九 扩散硅压阻压力传感器差压测量实验＊实验十 差动变压器的性能实验实验十一 激励频率对差动变压器特性的影响实验实验十二 差动变压器零点残余电压补偿实验实验十三 差动变压器的应用――振动测量实验实验十四 电容式传感器的位移特性实验实验十五 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验　电容传感器动态特性实验实验十六 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验实验十七 霍尔测速实验实验十八 磁电式转速传感器的测速实验　霍尔式传感器振动测量实验实验十九 用磁电式原理测量地震＊　 霍尔式传感器的应用――电子秤实验实验二十 压电式传感器振动实验实验二十一 电涡流传感器的位移特性实验实验二十二 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验 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： 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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±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（电子秤）已装于应变传感器模板上传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4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，加热丝阻值为50Ω左右 图1－1 应变式传感器安装示意图2、 接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3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，输出端与主控台面板上数显表输入端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）。

关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变一直到做完实验三为止）3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示检查接线无误后，合上主控台电源开关调节RW1，使数显表显示为零图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图4、 在电子称上放置一只砝码，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（或500 g）砝码加完记下实验结果填入表1－1，关闭电源重量(g)电压(mv)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满量程输出平均值，此处为200g（或500g）五、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 实验二 金属箔式应变片――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、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2三、 需用器件与单元：同实验一四、 实验步骤：1、 传感器安装同实验一做实验（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零2、 根据图1－3接线R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，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接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器RW1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1－2，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δf2若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片图1－3应变式传感器半桥实验接线图表1－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量电压五、 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实验三 金属箔式应变片――全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：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，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、需用器件和单元：同实验一四、实验步骤：1、 传感器安装同实验一2、 根据图1－4接线，实验方法与实验二相同将实验结果填入表1－3；进行灵敏度和非线性误差计算1－4全桥性能实验接线图表1－3全桥输出电压与加负载重量值重量电压五、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FFR1R3R2R1R2R3R4R4FF图1－5应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。

阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）实验五 金属箔式应变片的温度影响实验一、实验目的：了解温度对应变片测试系统的影响二、基本原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化三、 需用器件与单元：应变传感器实验模板、数显表单元、直流源、加热器（已贴在应变片底部）四、实验步骤：1、 保持实验四的实验结果2、 放200g砝码加于砝码盘上，在数显表上读取某一整数值UO13、 将5V直流稳压电源接于实验模板的加热器插孔上，数分钟后待数显表电压显示基本稳定后，记下读数Uot ,Uot-U01即为温度变化的影响计算这一温度变化产生的相对误差五、思考题1、 金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？2、 应变式传感器可否用于测量温度？实验六 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三，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，按图1－4全桥接线，合上主控台电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V2、 将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V(2V档测量)或－0.200V3、 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0.0000V4、 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 重量（g）电压(mv)6、 根据上表，计算误差与非线性误差实验七 交流全桥的应用――振动测量实验一、实验目的：了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法二、基本原理：对于交流应变信号用交流电桥测量时，桥路输出的波形为一调制波，不能直接显示其应变值，只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号，此信号可以从示波器或用交流电压表读得三、 需用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、万用表（自备）、应变式传感器实验模板、相敏检波器模板、双综示波器、振动源。

四、 实验步骤：1、 模块上的传感器不用，改为振动梁的应变片，即台面上的应变输出2、 将台面三源板上的应变插座用连接线插入应变传感器实验模板上因振动梁上的四片应变片已组成全桥，引出线为四芯线，因此可直接接入实验模板面上已联成电桥的四个插孔上接线时应注意连接线上每个插头的意义，对角线的阻值为350Ω，若二组对角线阻值均为350Ω则接法正确（万用表测量）3、 根据图1－8，接好交流电桥调平衡电路及系统，R8、Rw1、C、Rw2为交流电桥调平衡网络检查接线无误后，合上主控台电源开关，将音频振荡器的频率调节到1KHz左右，幅度调节到10Vp-p（频率可用数显表Fin监测，幅度用示波器监测）图1－6应变片振动测量实验接线图4、 将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）明显感到振动5、 固定低频振荡器幅度钮旋位置不变，低频输出端接入数显单元的Fin，把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率，调低频频率，用示波器读出频率改变时低通滤波器输出Vo的电压峰－峰值，填入6、 表1－5f(Hz) Vo(p-p)从实验数据得振动梁的自振频率为 HZ五、 思考题：1、 在交流电桥测量中，对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求？2、 请归纳直流电桥和交流电桥的特点？小结： 电阻应变式传感器从1938年开始使用到目前，仍然是当前称重测力的主要工具，电阻应变式传感器最高精度可达万分之一甚至更高，电阻应变片、丝除直接用以测量机械、仪器及工程结构等的应变外，主要是与种种形式的弹性体相配合，组成各种传感器和测试系统。

如称重、压力、扭矩、位移、加速度等传感器，常见的应用场合如各种商用电子称、皮带称、吊钩称、高炉配料系统、汽车衡、轨道衡等　　附移相器和相敏检波器电路原理图　　　　　　　　　　　　　图1－7　移相器电路原理图图1－8　相敏检波器的电路原理图实验八 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、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化三、 需用器件与单元：压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V四、 实验步骤：1、 根据图2－1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好将标准压力表放置传感器支架上，三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用双指按住气源插座边缘往内压，则可轻松拉出）其余两根黑色导管分别与标准表和压力传感器接通。

这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀当高压咀接入正压力时，输出为正，反之为负，若输出负时可调换气咀本实验模板连接见图2－2，压力传感器有4端： 1端线接地线，2端为U0＋，3端接＋4V电源，4端为Uo－1、2、3、4端顺序排列见图2－2图2－1　压阻式压力传感器测量系统　　　　　　　　　　　　　　　　图2－2压力传感器压力实验接线图2、 实验模板上RW2用于调节零位，RW1可调放大倍数，按图2－2接线，模板的放大器输出Vo引到主控箱数显表的Vi插座将显示选择开关拨到2V档，反复调节RW2（RW1旋到满度的确1／3）使数显表显示为零3、 先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计4、 合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子在向上浮起悬于玻璃管中5、 逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度，观察数显表显示电压的正、负，若为负值则对调传感器气咀接法6、 仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使压力显示在4－14KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表（2－1）表（2－1）压力传感器输出电压与输入压力值P(KP) Vo(p-p)7、 计算本系统的灵敏度和非线性误差。

8、 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4KPa气压，调节Rw2（低限调节），使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节Rw1（高限调节）使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可五、 思考题：利用本系统如何进行真空度测量？实验九 扩散硅压阻式压力传感器差压测量一、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、基本原理：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、需用器件与单元：实验九所用器件和单元、压力气囊四、实验步骤：请学员们自拟一个差压测量的方法实验十 差动变压器的性能实验一、 实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性二、 基本原理：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少，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、 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、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、 根据图3－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上图3－1差动变压器电容传感器安装示意图2、 在模块上按图3－2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号接线时，航空插头上的号码与之对应当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3－2接线当铁芯左、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，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ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图中（1）、（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。

3、 旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰－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3－1，再人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图3－2双踪示波器与差动变压器连结示意图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3－1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差表（3－1）差动变压器位移X值与输出电压数据表V(mv) X(mm) 五、 思考题：1、 用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHZ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？3、 移相器的电路原理图如图1－7，试分析其工作原理？4、 相敏检波器的电路原理图如图1－8，试分析其工作原理？实验十一 激励频率对差动变压器特性的影响一、 实验目的：了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响二、 基本原理：差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式： 表示,式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω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、 需用器件与单元：与实验十相同四、 实验步骤：1、 差动变压器安装同实验十接线图同实验十2、 选择音频信号输出频率为1KHZ，Vp-p＝2V从LV输出，（可用主控箱的数显表频率档显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节Rw1 、Rw2使输出变得更小，3、 用示波器监视第二通道，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3－24、 分别改变激励频率从1KHZ――9KHZ，幅值不变，将测试结果记入表3－2表3－2不同激励频率时输出电压的关系F(Hz)1KHz2 KHz3 KHz4 KHz5 KHz6 KHz7 KHz8 KHz9 KHzV0(v)5、作出幅频特性曲线实验十二 差动变压器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、 基本原理：由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，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、 需用器件与单元：音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。

四、 实验步骤：1、 按图3－3接线，音频信号源从LV插口输出，实验模板R1 、C1 、RW1 、RW2为电桥单元中调平衡网络图3－3零点残余电压补偿电路2、 利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰－峰值3、 调整测微头，使差动放大器输出电压最小4、 依次调整RW1、RW2，使输出电压降至最小5、 将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较6、 从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰－峰值）注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压＝V零点p-p／K，K为放大倍数）五、 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3－4所示线路，请分析原理图3－4零点残余电压补偿电路之二实验十三 差动变压器的应用――振动测量实验一、 实验目的：了解差动变压器测量振动的方法二、 基本原理：利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同三、 需用器件与单元：音频振荡器、差动放大器模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板、测微头、数显单元、低频振荡器、振动源单元（台面上）、示波器、直流稳压电源四、 实验步骤：1、 将差动变压器按图3－5，安装在台面三源板的振动源单元上。

图3-5　差动变压器振动测量安装图2、 按图3－6接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰－峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Vop-p=2V（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小3）仔细调节RW1和RW2使示波器（相敏检小波器）显示的波形幅值更小，基本为零点4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线否则再调节RW1和RW2）激振源接上低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显用示波器观察放大器Vo相敏检波器的Vo及低通滤波器的Vo波形图3－6差动变压器振动测量实验接线图3、 保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验十相同）用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，填入下表3－3表3－3f(Hz) Vp-p（V）4、 根据实验结果作出梁的振幅――频率特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。

5、 保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压峰峰值Vp-p曲线（定性）注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大五、 思考题：1、 如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？2、 利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？实验十四 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、直流稳压源四、 实验步骤：1、 按图3－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出不然得调换接头一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线2、 将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图4－1）。

图4－1电容传感器位移实验接线图3、 将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置4、 接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4－1表4－1 电容传感器位移与输出电压值X(mm) V(mv)5、 根据表4－1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf五、 思考题：试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验十五 直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、 实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用二、 基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH＝KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量三、 需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元四、 实验步骤：1、 将霍尔传感器按图5－1安装霍尔传感器与实验模板的连接按图5－2进行1、3为电源±4V，2、4为输出2、 开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW1使数显表指示为零图5图5－1 霍尔传感器安装示意图 3、4、图5－2霍尔传感器位移――直流激励实验接线图3、 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。

表5－1X（mm）V(mv)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五、 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？实验十六 交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、 实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性二、 基本原理：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、 需用器件与单元：在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器四、 实验步骤：1、 传感器安装同实验十六，实验模板上连线见图5－3图5－3交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、 调节音频振动器频率和幅度旋钮，从Lv输出，用示波器测量使电压输出频率为1KHz，电压峰－峰值为接上交流电源，激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ，幅值为4V峰－峰值（注意电压过大会烧坏霍尔元件）3、 调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器RW1、RW2使显示为零4、 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，旋转移相单元电位器RW和相敏检波电位器RW，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。

5、 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表5－2交流激励时输出电压和位移数据X（mm）V(mv)6、 根据表5－2作出V－X曲线，计算不同量程时的非线性误差五、 思考题：利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制？实验十七 霍尔测速实验一、 实验目的：了解霍尔转速传感器的应用二、 基本原理：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，圆盘每转一周磁场就变化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量被测旋转物的转速三、 需用器件与单元：霍尔转速传感器、直流源＋5V、转动源2－24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分四、 实验步骤：1、 根据图5－4，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内的磁钢　　　　　　　　　　　　　图5－4　霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图2、 将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）3、 将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地4、 将转速调节中的＋2V－24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中5、 将数显单元上的开关拨到转速档。

6、 调节转速调节电压使转动速度变化观察数显表转速显示的变化五、 思考题：1、 利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？2、 本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？实验十八 磁电式转速传感器测速实验一、 实验目的：了解磁电式测量转速的原理二、 基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势： 发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速三、 需用器件与单元：磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2－24V四、 实验步骤：1、 磁电式转速传感器按图5－4安装传感器端面离转动盘面2mm左右将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）2、 将显示开关选择转速测量档3、 将转速电源2－24V用引线引入到台面板上24V插孔，合上主控箱电开关使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况五、 思考题：为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？实验十九 用磁电式原理测量地震＊磁电式传感器是绝对测量原理的传感器，因此它可以直接放在地面上测量地震，用而不用找其它相对静止点。

请设计一个简易的地震仪用来测量车床、床身振动实验二十 压电式传感器测振动实验一、 实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法二、 基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷三、 需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板双踪示波器四、 实验步骤：1、 压电传感器已装在振动台面上2、 将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔图7－1压电式传感器性能实验接线图3、 将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图7－1，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连4、 合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形5、 改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化6、 用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。

实验二十一 电涡流传感器位移实验一、 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、 基本原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量三、 需用器件与单元：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、铁圆片四、 实验步骤：1、 根据图8－1安装电涡流传感器图8－1电涡流传感器安装示意图图8-1 电涡流传感器安装示意图图8－2电涡流传感器位移实验接线图2、 观察传感器结构，这是一个平绕线圈3、 将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件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Vo与数显单元输入端Vi相接数显表量程切换开关选择电压20V档6、 用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中7、 使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，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止将结果列入表8－1表8－1电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V(v)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进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。

五、 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±5mm的量程应如何设计传感器？2、 用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器实验二十二 被测体材质对电涡流传感器特性影响一、 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、 基本原理：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、 需用器件与单元：除与实验二十五相同外，另加铜和铝的被测体圆盘四、 实验步骤：1、 传感器安装与实验二十五相同2、 将原铁圆片换成铝和铜圆片3、 重复实验二十五步骤，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8－2和表8－3表8－2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据X（mm）V(v)表8－3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据X（mm）V(v)4、 根据表8－2和表8－3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）5、 分别比较实验二十五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如何利用电涡流传感器进行测试？34。