1、一、 CSY傳感器實驗儀簡介實驗儀主要由四部分組成：傳感器安裝臺、顯示與激勵源、傳感器符號及引線單元、處理電路單元。傳感器安裝臺部分：裝有雙平行振動梁（應變片、熱電偶、PN結、熱敏電阻、加熱器、壓電傳感器、梁自由端的磁鋼）、激振線圈、雙平行梁測微頭、光纖傳感器的光電變換座、光纖及探頭小機電、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線3.5插孔、霍爾傳感器的二個半圓磁鋼、振動平臺（圓盤）測微頭及支架、振動圓盤（圓盤磁鋼、激振線圈、霍爾片、電渦流檢測片、差動變壓器的可動芯子、電容傳感器的動片組、磁電傳感器的可動芯子）、擴散硅壓阻式傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒，具體安裝部位參看附錄三。備注：CSY系

2、列傳感器實驗儀的傳感器具體配置根據(jù)需方的合同安裝。 顯示及激勵源部分：電機控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源（2V10V檔位調節(jié)）、FV數(shù)字顯示表（可作為電壓表和頻率表）、動圈毫伏表（5mV-500mV）及調零、音頻振蕩器、低頻振蕩器、15V不可調穩(wěn)壓電源。實驗主面板上傳感器符號單元：所有傳感器（包括激振線圈）的引線都從內部引到這個單元上的相應符號中，實驗時傳感器的輸出信號（包括激勵線圈引入低頻激振器信號）按符號從這個單元插孔引線。處理電路單元：電橋單元、差動放大器、電容放大器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器、低通濾波器、渦流變換器等單元組成。CSY實驗儀配上一臺雙線（雙蹤）通用示波器

3、可做幾十種實驗。教師也可以利用傳感器及處理電路開發(fā)實驗項目。二、主要技術參數(shù)、性能及說明傳感器安裝臺部分： 雙平行振動梁的自由端及振動圓盤下面各裝有磁鋼，通過各自測微頭或激振線圈接入低頻激振器VO可做靜態(tài)或動態(tài)測量。應變梁：應變梁采用不銹鋼片，雙梁結構端部有較好的線性位移。傳感器：1、差動變壓器量程:5mm 直流電阻：510由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體.2、電渦流位移傳感器量程:1mm直流電阻：12 多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成。3、霍爾式傳感器量程:2mm直流電阻：激勵源端口：8001.5K 輸出端口：300500日本JVC公司生產(chǎn)的線性半導體

4、霍爾片，它置于環(huán)形磁鋼構成的梯度磁場中。4、熱電偶直流電阻：10左右由兩個銅一康銅熱電偶串接而成，分度號為T冷端溫度為環(huán)境溫度。5、電容式傳感器量程：2mm由兩組定片和一組動片組成的差動變面積式電容。6、熱敏電阻由半導體熱敏電阻NTC：溫度系數(shù)為負，25時為10K。7、光纖傳感器由多模光纖、發(fā)射、接收電路組成的導光型傳感器，線性范圍2mm。紅外線發(fā)射、接收、直流電阻：5001.5k260股丫形、半圓分布。8、壓阻式壓力傳感器量程：10Kpa(差壓) 供電：6V直流電阻：Vs+-Vs- ：350450 Vo+-Vo-：3K3.5K美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的MPX型壓阻式差壓傳感器，具有溫度自補償功能

5、，先進的X型工作片（帶溫補）。9、壓電加速度計PZT-5雙壓電晶片和銅質量塊構成。諧振頻率：10KHZ，電荷靈敏度：q20pc/g。10、應變式傳感器箔式應變片阻值：350、應變系數(shù)：211、PN結溫度傳感器：利用半導體P-N結良好的線性溫度電壓特性制成的測溫傳感器，能直接顯示被測溫度。靈敏度：-2.1mV/。12、磁電式傳感器0 .211000直流電阻：3040由線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度：0.5v/m/s13、氣敏傳感器MQ3：酒精：測量范圍：502000ppm。14、濕敏電阻高分子薄膜電阻型：RH：幾兆幾K響應時間：吸濕、脫濕小于10秒。濕度系數(shù)：0.5RH%/測量范圍：1095

6、工作溫度：050二、信號及變換：1、電橋： 用于組成應變電橋，提供組橋插座，標準電阻和交、直流調平衡網(wǎng)絡。2、差動放大器通頻帶010kHz可接成同相、反相，差動結構，增益為1-100倍的直流放大器。3、電容變換器 由高頻振蕩，放大和雙T電橋組成的處理電路。4、電壓放大器增益約為5倍 同相輸入 通頻帶010KHz5、移相器允許最大輸入電壓10Vp-p移相范圍20(5kHz時)6、相敏檢波器可檢波電壓頻率010kHz允許最大輸入電壓10Vp-p極性反轉整形電路與電子開關構成的檢波電路7、電荷放大器 電容反饋型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號。8、低通濾波器由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉折

7、頻率35Hz左右9、渦流變換器輸出電壓|8|V(探頭離開被測物變頻式調幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件10、光電變換座由紅外發(fā)射、接收組成。三、二套顯示儀表1、 數(shù)字式電壓/頻率表：3位半顯示，電壓范圍02V、020V，頻率范圍3Hz2KHz、10Hz20KHz，靈敏度50mV。2、 指針式毫伏表：85c1表，分500mV、50mV、5mV三檔，精度2.5%。四、二種振蕩器音頻振蕩器：0.4KHz10KHz輸出連續(xù)可調，V-p-p值20V，180、0反相輸出，Lv端最大功率輸出電流0.5A。低頻振蕩器：130Hz輸出連續(xù)可調，Vp-p值20V，最大輸出電流0.5A，Vi端可提供用做

8、電流放大器。五、二套懸臂梁、測微頭雙平行式懸臂梁二副（其中一副為應變梁，另一副裝在內部與振動圓盤相連），梁端裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭，可進行壓力位移與振動實驗。六 電加熱器二組電熱絲組成，加熱時可獲得高于環(huán)境溫度30左右的升溫。七 測速電機一組由可調的低噪聲高速軸流風扇組成，與光電、光纖、渦流傳感器配合進行測速實驗。八二組穩(wěn)壓電穩(wěn)直流15V，主要提供溫度實驗時的加熱電源，最大激勵1.5A。2V10V分五檔輸出，最大輸出電流1.5A。提供直流激勵源。實驗一 金屬箔式應變片性能單臂電橋實驗目的：了解金屬箔式應變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、

9、差動放大器、雙平行梁測微頭、一片應變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益最大。實驗步驟：(1)了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片和一片補償應變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調節(jié)。(1) 將差動放大器調零：用連線將差動放大器的正（）、負（）、地短接。將差動放大器的輸出端與FV表的輸入插口Vi 相連；開啟主、副電源；調節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調整差動放大器的調零旋鈕使FV表顯示為零，關閉主、副電源。(2)

10、根據(jù)圖接線R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。R4為應變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關置4V檔，F(xiàn)V表置20V檔。調節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的W1，使FV表顯示為零，然后將FV表置2V檔，再調電橋W1（慢慢地調），使FV表顯示為零。 圖（3）將測微頭轉動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使FV表顯示最小，再旋動測微頭，使FV表顯示為零（細調零），這時的測微頭刻度為零位的相應刻度。（4）往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下FV表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即X0.5mm記一個數(shù)值填入下

11、表：位移（mm）電壓（mv）（5） 據(jù)所得結果計算靈敏度SVX（式中X為梁的自由端位移變化，V為相應FV表顯示的電壓相應變化）。（6） 實驗完畢，關閉主、副電源，所有旋鈕轉到初始位置。注意事項：(1) 電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓學生組橋容易。(2) 為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當減小差動放大增益，此時差動放大器不必重調零。(3) 做此實驗時應將低頻振蕩器的幅度關至最小，以減小其對直流電橋的影響。(4) 電位器W1、W2，在有的型號儀器中標為RD、RA。實驗二 金屬箔式應變片：單臂、半橋、全橋比較實驗目的：驗證單臂、半橋、

12、全橋的性能及相互之間關系。所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、FV表、測微頭、雙平行梁、應變片、主、副電源。有關旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V檔，F(xiàn)V表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。實驗步驟：(1) 按實驗一方法將差動放大器調零后，關閉主、副電源。(2) 按圖1接線，圖中R4為工作片，r及W1為調平衡網(wǎng)絡。(3) 調整測微頭使雙平行梁處于水平位置(目測)，將直流穩(wěn)壓電源打到4V檔。選擇適當?shù)姆糯笤鲆妫缓笳{整電橋平衡電位器W1，使表頭顯示零(需預熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來)。(4) 旋轉測微頭，使梁移動，每隔0 .5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關閉主、副電源：位

13、移（mm）電壓（mv）(5) 保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應變片即取二片受力方向不同應變片，形成半橋，調節(jié)測微頭使梁到水平位置（目測），調節(jié)電橋W1使FV表顯示表顯示為零，重復（4）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：位移（mm）電壓（mv）(6) 保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應變片（即R1換成 ，R2換成 ，）組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調節(jié)測微頭使梁到水平位置，調節(jié)電橋W1同樣使FV表顯示零。重復（4）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：(7) 在同一坐標紙上描

14、出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。注意事項：(1) 在更換應變片時應將電源關閉。(2) 在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應將電壓量程擴大。(3) 在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。(4) 直流穩(wěn)壓電源4V不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。(3) 接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。實驗三 霍爾式傳感器的特性直流激勵實驗目的： 了解霍爾式傳感器的原理與特性。所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。有關旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置檔，直流穩(wěn)壓電源置檔，主、副電源關閉

15、。實驗步驟：（） 了解霍爾式傳感器的結構及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。（） 開啟主、副電源將差動放大器調零后，增益置最小，關閉主電源，根據(jù)圖2接線，、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡。圖2（） 裝好測微頭，調節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。（） 開啟主、副電源調整使電壓表指示為零。（） 上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.1mm讀一個數(shù)，將讀數(shù)填入下表：X(mm)V(V)X(mm)V(v)作出曲線指出線性范圍，求出靈敏度，關閉主、副電源。可見，本實驗測出

16、的實際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場與磁場分布有很大差異，位移測量的線性度，靈敏度與磁場分布有很大關系。（） 實驗完畢關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。實驗四 霍爾式傳感器的應用電子秤之四實驗目的：了解霍爾式傳感器在靜態(tài)測量中的應用。所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、電橋、砝碼、FV表（電壓表）、主、副電源、振動平臺。有關旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源，電壓表檔，主、副電源關閉。實驗步驟：（） 開啟主、副電源將差動放大器調零，關閉主、副電源。（） 調節(jié)測微頭脫離平臺并遠離振動臺。（） 按圖2接線，開啟主、副電源，將系統(tǒng)調零。（） 差動放大器增益調至最小位置，然后不再改變

17、。（） 在稱重平臺上放上砝碼，填入下表：W(g)V(v) ()在平面上放一個未知重量之物，記下表頭讀數(shù)。根據(jù)實驗結果作出曲線，求得未知重量。注意事項：（） 此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應太重。（） 砝碼應置于平臺的中間部分。實驗五 差動變壓器性能實驗目的：了解差動變壓器原理及工作情況。所需單元及部件：音頻振蕩器、測微頭、示波器、主、副電源、差動變壓器、振動平臺。有關旋鈕初始位置：音頻振蕩器之間，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/div ,第二通道靈敏度10mv/div，觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關閉。實驗步驟：（） 根據(jù)圖1接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）

18、、雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入端和輸出端，觀察差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。（） 轉動測微頭使測微頭與振動平臺吸合。再向上轉動測微頭mm，使振動平臺往上位移。（） 往下旋動測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動變壓器輸出端的峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度。（式中為電壓變化，為相應振動平臺的位移變化），作出關系曲線。圖1（mm）5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p)思考：（） 根據(jù)實驗結果，指出線性范圍。（） 當差動變壓器中磁棒的位置

19、由上到下變化時，雙線示波器觀察到的波形相位會發(fā)生怎樣的變化？（） 用測微頭調節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出端信號為最小，這個最小電壓稱作什么？由于什么原因造成？實驗六 差動變壓器的標定（靜態(tài)位移性能）實驗目的：了解差動變壓器測量系統(tǒng)的組成和標定方法所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測微頭、電橋、V/F表、示波器、主副電源。有關旋鈕初始位置：音頻振蕩4kHzKHZ，差動放大器的增益打到最大，表置2V檔，主、副電源關閉。實驗步驟：(1) 按圖1接好線路。(2) 裝上測微頭，上下調整使差動變壓器鐵芯處于線圈的中段位置。(3) 開啟

20、主、副電源，利用示波器，調整音頻振蕩器幅度旋鈕，使激勵電壓幅峰峰值為2V。(4) 利用示波器和電壓表，調整各調零及平衡電位器，使電壓表指示為零。(5) 給梁一個較大的位移，調整移相器，使電壓表指示為最大，同時可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形。（6）旋轉測微頭，每隔.mm讀數(shù)記錄實驗數(shù)據(jù)，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。圖1X（mm）V（mv）注意事項：如果接著做下一個實驗則各旋鈕及接線不得變動。實驗七 差動變壓器的作用電子秤之二實驗目的：了解差動變壓器的實際應用。所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、FV表、電橋、砝碼、振動平臺、主、副電源。有關旋鈕

21、初始位置：音頻振蕩器kHz、表打到2V檔。實驗步驟：（） 按圖接線并調整好電路各個部分的零位。(2)開啟主、副電源，利用示波器觀察調節(jié)音頻振蕩器的幅度鈕,使音頻振蕩器的輸出為峰一峰值2V。(3) 將測量系統(tǒng)調零（與實驗相同）。(1) 適當調整差動放大器的放大倍數(shù)，使在秤重平臺上放上數(shù)量的砝碼時電壓表指示不溢出。(2) 去掉砝碼，必要的話將系統(tǒng)重新調零。然后逐個加上砝碼，讀出表頭讀數(shù) ，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表：WqVp-p(V)(6) 去掉砝碼，在平臺上放一個重量未知的重物，記下電壓表讀數(shù)。關閉主、副電源。(7) 利用所得數(shù)據(jù)，求得系統(tǒng)靈敏度及重物的重量。注意事項：(1) 砝碼不宜太重，以免梁端

22、位移過大。(2) 砝碼應放在平臺中間部位，為使操作方便，可將測微頭卸掉。實驗八 磁電式傳感器的性能實驗目的：了解磁電式傳器的原理及性能所需單元及部件：差動放大器、渦流變換器、激振器、示波器、磁電式傳感器、渦流傳感器、振動平臺、主、副電源。有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益旋鈕置于中間，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，表置z檔。實驗步驟：（） 觀察磁電式傳感器的結構，根據(jù)圖25的電路結構，將磁電式傳感器，差動放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連，開啟主、副電源。圖25（） 調整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調節(jié)頻率，調

23、節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：F(HZ)25V(p-p)（3）拆去磁電傳感器的引線，把渦流傳感器經(jīng)渦流變換器后接入低通濾波器，再用示波器觀察輸出波形（波形好壞與渦流傳感器的安裝位置有關，參照渦流傳感器的實驗）并與磁電傳感器的輸出波形相比較。思考：（）試回答磁電式傳感器的特點？（） 比較磁電式傳感器與渦流傳感器輸出波形的相位，為什么？實驗九 壓電傳感器的動態(tài)響應實驗實驗目的：了解壓電式傳感器的原理、結構及應用。所需單元及設備：低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電傳感器、雙線示波器、激振線圈、磁電傳感器、表、主、副電源、振動平臺。有關旋鈕的初始位置：低頻振蕩器的

24、幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)V表置表檔。實驗步驟：（） 觀察壓電式傳感器的結構，根據(jù)圖的電路結構，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。圖（） 將低頻振蕩信號接入振動臺的激振線圈。（） 調整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調節(jié)頻率，調節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：F(HZ)571215172025V(p-p)（4）示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較觀察其波形相位差。 思考：（） 根據(jù)實驗結果，可以知道振動臺的自振頻率大致多少？（） 試回答壓電式傳感器的特點。比較磁電式傳感器輸出波形的相位差大致為多少？為什么？實驗十熱電偶原理及現(xiàn)象 實驗目的：了解熱電偶的原理及現(xiàn)象 所需單元及附件：15V不可調直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、FV表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源旋鈕初始位置：FV表切換開關置2V檔，差動放大器增益最大。實驗步驟：（1） 了解熱電偶原理：二種不同的金屬導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書。（2