自动检测技术第4版赖申江、马西秦文稿 第十五章 传感器实验.doc

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1、第十五章传感器实验本章根据自动检测技术课程的主要教学内容，并参考了SET-2000型传感器实验装置提供的技术资料，共设计编写了12个实验项目。本章内容也可以作为该课程的实验指导书。第一节概述一、传感器实验装置简介目前国内用于传感器实验的仪器设备按结构功能区分主要有两大类。一类是综合型的，另一类是单元模块类型。综合型传感器实验装置主要由试验台、显示及激励源、传感器实验接线面板、测量及处理电路四部分组成。这类实验装置的特点体现在它的综合性上。它将各类传感器及常用测量电路集成在一台仪器上，结构紧凑。它提供了多种常规实验，既可以单独进行实验，也可以与示波器和微机一起组

2、成传感器实验系统。目前国内众多厂家生产的998型传感器实验仪（实验箱），都是属于这一系列。这类仪器的优点是性价比高，缺点是占用实验台（桌）的面积大，使用及维护不方便。单元模块型传感器实验装置由主控台、测控对象、传感器/实验模块、数据采集卡及处理软件、实验桌六部分组成。它最主要的设计理念是按照不同类型、不同层次的实验需求开发产品。它根据自动检测技术及传感器类课程的专业教学和实训要求，并结合生产实际和职业岗位的技能需求，将传感器实验分解成若干个相互独立的实验单元。用户可以按照课程教学大纲要求选用实验项目。针对不同类型的实验，使用不同的实验模块。目前这类实验装置已成

3、为国内传感器教学实验的主流设备。二、SET-2000型传感器实验装置的特点（1）SET-2000型传感器实验装置是国内传感器教学专业主流实验设备，生产过程严格按照ISO9001:2000国际质量管理体系标准执行。（2）可根据实验项目选择具体的实验传感器和相应的模块，并留有充分的扩展余地。（3）设备主控台设计具有较强的兼容性。工业基础电路采用模块化设计。工业传感器与全透明制作的教学传感器相结合，使传感器更为直观。学生更容易在实验过程中了解其工作原理。（4）除了常规的验证性实验以外，增加了工业传感器控制实验和外设I/O端口，扩展了传感器与测控技术方面的实训内容。三

4、、性能和技术参数SET-2000型传感器实验装置各部分的主要性能参数如下：24（1）主控台主控台提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V（可调）、+2V～+24V（可调）四种直流稳压电源；0.4KHz～10KHz可调音频信号源；1Hz～30Hz可调低频信号源。面板上装有数显电压表、频率、转速、压力表以及高精度温度控制仪表。主控台还安装了计算机数据采集卡及测控系统接口。（2）测控对象振动源1Hz～30Hz(可调)；转动源0～2400转/分(可调)；温度源<200℃(可调)。（3）传感器/实验模块除了电阻应变式、电容式、差动变压器、电涡流、压电式、磁电式、热

5、电偶、光电式和霍尔式等17种基础型传感器及相应的实验模块外，还可以根据需要配置热释电远红外、光栅位移、CCD图像等27种增强型传感器及实验模块。（4）数据采集卡及处理软件传感器实验专用数据采集卡采用12位A/D转换芯片，采样速度为100000点/秒。根据不同类型的实验可选择单步、连续、定时等不同的采样方式。数据采集卡还具有输出控制端口，为其它类型的实验拓展预留了硬件的空间。数据采集卡与微机有两种连接方式，一种是RS-232串行方式，另一种是USB总线方式。传感器实验实时处理软件具有良好的计算机显示界面。用户可以进行实验项目的选择与编辑、数据采集、特性曲线的分析

6、比较。用户还可以进行实验数据文件的存取，必要时还可以打印实验报告。此外，SET-2000型传感器实验装置还提供用于传感器实验的虚拟仪器专用数据采集卡及软件，以及用于测控实验的专用数据采集控制卡及配套的测控软件。有关内容可参见本书第十四章的第三节，这里不再另行介绍。第二节电阻式传感器应变测量实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本原理、结构、特性和使用方法。2、掌握电阻应变式传感器的全桥测量电路。二、实验原理1、电阻应变片工作原理电阻应变片有丝式、箔式及薄膜式等结构形式。箔式应变片的敏感栅是通过光刻、腐蚀等工艺制成。由于它的厚度薄，因此具有较好的可挠性，灵

7、敏度系数较高。24导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值也相应发生变化的物理现象称为电阻应变效应。电阻应变效应可以表示为：（15-1）式中为应变片的电阻相对变化值，为应变片的长度相对变化，K为应变片的灵敏系数。2、测量电路电阻应变片将机械应变转化为电阻变化后，为了显示和记录，通常使用电桥电路，将应变片电阻变化转换为电压或电流的变化。如果电桥一臂接入应变片，则称为单臂工作电桥。如果两个臂接入应变片,则称为双臂工作电桥。如果电桥四个桥臂都接应变片则称为全桥形式。设电桥为等臂电桥，桥路工作电压为。若下一级电路的输入阻抗很大,则桥路的输出电压为:单臂工作

8、时：（15-2）双臂工作时：（15-3