自动检测实验指导(22页).doc

-自动检测实验指导-第 22 页自动检测实验指导书目录一、 自动检测技术实验须知2二、 自动检测技术实验报告书写要点3实验一电阻应变片性能测试及应用4实验二 差动电容传感器的应用9实验三 差动变压器的应用12实验四 交流激励时霍尔式位移传感器特性实验13实验五 霍尔位移传感器振动测量实验*14实验六 热电偶测温性能实验16实验七 热电阻测温特性实验17实验八 集成温度传感器温度特性实验18实验九 热电偶冷端温度补偿实验20实验十 光电转速传感器的转速测量实验20实验十一 PSD位置传感器位置测量实验21实验十二 光栅传感器莫尔条纹与栅距关系实验22实验十三 光栅传感器莫尔条纹的细分、计数实验23实验十四 光纤压力传感器实验25实验十五 自动检测技术设计性实验26附温控仪表操作说明29一、 自动检测技术实验须知自动检测技术实验的目的是使学生了解一些电气设备和各种非电量电测传感元件，理解一定的非电量电测技术，学会使用常用的测量仪器仪表，掌握基本的非电量电测方法。要求学生通过实际操作，培养独立思考、独立分析和独立实验的能力。为使实验正确、顺利地进行，并保证实验设备、仪器仪表和人身的安全，在做实验时，需知以下内容。1实验预习实验前，学生必须进行认真预习，掌握每次实验的目的、内容、线路、实验设备和仪器仪表、测量和记录项目等，做到心中有数，减少实验盲目性，提高实验效率。2电源（1）实验桌上通常设有单相（或三相）交流电源开关和直流电源开关，由实验室统一供电，实验前应弄清各输出端点间的电压数值。（2）实验桌（或仪器）上配有直流稳压电源，在接入线路之前应调节好输出电压数值，使之符合实验线路要求。特别是在实验线路中，严禁将超过规定电压数值的电源接入线路运行。（3）在进行实验线路的接线、改线或拆线之前，必须断开电源开关，严禁带电操作，避免在接线或拆线过程中，造成电源设备或部分实验线路短路而损坏设备或实验线路元器件。3实验线路（1）认真熟悉实验线路原理图，能识图并能按图接好实验线路。（2）实验线路接线要准确、可靠和有条理，接线柱要拧紧，插头与线路中的插孔的结合要插准插紧，以免接触不良引起部分线路断开。（3）线路中不要接活动裸接头，线头过长的铜丝应剪去，以免因操作不慎或偶然原因而触电，或使线路造成意想不到的后果。（4）线路接好后，应先由同组同学相互检查，然后请实验指导教师检查同意后，才能接通电源开关，进行实验。4仪器仪表（1）认真掌握每次实验所用仪器仪表的使用方法、放置方式（水平或垂直），并要清楚仪表的型号规格和精度等级等。（2）仪器仪表与实验线路板（或设备）的位置应合理布置，以方便实验操作和测量。（3）仪器仪表上的旋钮有起止位置，旋转时用力要适度，到头时严禁强制用力旋转，以免损坏旋钮内部的轴及其连接部分，影响实验进行。（4）测试前应根据估算的物理量数值先选择好仪表的量限，然后将仪表接入线路测试点。对于指示仪表，应清楚所选量限的刻度数值；被测量值通常应处在仪表上量限的一半以上，顺指针方向读数，以减少读数误差。（5）实验用仪表一般应在实验线路稳定运行后接入线路测试，并同时观察指示情况，如超过量限应立即断开连接。（6）所选用仪表的内阻与被测元件或电路的电阻的配合要恰当，测试方法要合适，以减少测试误差。5对实验中异常现象的处理在实验过程中，如发现异常火花、异声、异味、冒烟、过热等现象，应立刻断开电源开关，保持现场，并请指导教师一起检查原因。6实验结束整理（1）实验完成后，应将实验记录交指导教师检查认可后，方可拆线。（2）实验结束后，应先断开电源开关，然后才能拆线。（3）将实验桌上的仪器仪表和实验线路板摆放整齐，将连接导线归拢整齐并放入实验桌抽屉内。二、 自动检测技术实验报告书写要点实验报告是实验的总结，它应用理论对实验数据、实验波形和实验现象加以分析，从中得出有价值的结论。每个学生都应在实验完成后及时写出分析中肯、结论简洁、字迹工整的实验报告。这不仅能深化理论学习的内容，而且能培养正确总结实验工作和进行科学实验的能力。检测与转换技术实验报告书写要点如下：（1） 题目、系别、班级、实验人（姓名、学号）、同组人、日期。（2） 实验目的。（3） 实验原理。（4） 实验设备。要清楚记录测量仪器仪表的名称、型号规格、精度等级、量限，所使用设备的型号规格和主要参数。（5） 实验步骤。要详细明确（6） 实验记录及处理。 要根据实验要求清楚记录数据。 将原始记录整理为便于分析的形式，如数据换算、表格、曲线等；（7） 结果分析 应用实验数据、实验波形和实验现象，分析实验线路或元器件的物理特性、实现功能、技术指标。分析电路的性质、定理、规律，或分析实验中的新发现，指出它的趋势和研究的方向等； 根据实验目的，结合实验数据，对实验分析进行概括或指出实验题目的研究方向。但不要拘泥于所提出的实验项目和目的。实验一电阻应变片性能测试及应用一、实验目的：1 观察了解应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁变形的应变输出，比较各桥路间的输出关系。二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、实验装置9000型（数显表、±15V电源、±4V电源）、万用表(自备)。四、实验步骤： （一） 金属箔式应变片单臂电桥性能实验1、观察应变片。根据图1,应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，加热丝阻值约为50左右。图1 应变式传感器安装示意图 2、实验模板放大电路调零，方法为:接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端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)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图2接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。图2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表1。表1 单臂测量时，输出电压与负载重量的关系： 5、根据表1计算系统灵敏度S：S=V/W(V为输出电压平均变化量；W重量变化量)，计算非线性误差：f1=m/yF·S×100%，式中m为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yF·S为满量程时电压输出平均值。 （二）金属箔式应变片半桥性能实验1、保持实验（一）的各旋钮位置不变。 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，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。注意保持增益不变。图3 应变式传感器半桥实验接线图 3、同实验（一）4步骤，将实验数据记入表2，计算灵敏度S=V/W，非线性误差f2。若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。表2 半桥测量时，输出电压与负载重量的关系（三）金属箔式应变片全桥性能实验1、保持实验（二）的各旋钮位置不变。2、根据图4接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。将实验结果填入表3；进行灵敏度和非线性误差计算。图4 应变式传感器全桥实验接线图表3 全桥测量时,输出电压与负载重量的关系根据实验（一）、（二）、（三）所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性误差，从理论上进行分析比较，阐述理由五、注意事项： 1实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 2接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。 3实验（一）、（二）、（三）中的放大器增益必须相同。六、思考题：1 简述电阻应变式压力传感器的工作原理2 单臂电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。3 半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？4 全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。 实验二 差动电容传感器的应用一、实验目的：1. 了解电容式传感器的结构。2. 了解电容式传感器的静态测量原理与方法。3. 了解电容式传感器的动态测量原理与方法。（选做）二、基本原理：利用平板电容C=A/d的关系,在、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，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：变的湿度电容传感器。变d的电容式压力传感器。变A的电容式位移传感器。本实验采用第种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。另：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：电容传感器、电容传感器实验模板（移相/相敏检波/滤波模板、低通滤波模板）、测微头、双线示波器（选用），测量控制仪9000型（数显单元、直流稳压电源）。 四、实验步骤： 1、静态测量（1） 按图1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。图1 电容式传感器安装示意图（2） 将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图2。图2 电容式传感器实验接线图（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，每间隔记下输出电压值(V)，填入表1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。表1电容式传感器位移与输出电压的关系（5） 根据表1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差f，分析误差来源。（6） 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，计算在移动时的电容变化量(c)。传感器外圆筒半径R=8mm，内圆筒半径r=，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度L=16mm。 2、动态测量(选做)（1） 按图3-5安装传感器，并按图4-1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。接示波器一个通道（示波器轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使01输出在零点附近。（2） 将低频信号接入振动源，振动频率选612Hz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01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、注意事项 1实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 2接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3实验前观察系统的对称性：将传感器的可动电极放到最左端和最右端，观察其输出电压。如果不对称，则调节调零螺母，使其对称，让传感器工作于最大线性范围。六、思考题：试设计一个利用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？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？实验三 差动变压器的应用 一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。 二、基本原理：与测量位移的原理相同。 三、需用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、差动变压器实验模板、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、示波器、直流稳压电源，振动源(2000型)或振动测量控制仪（9000型）。 四、实验步骤： 1、将差动变压器按图3-5安装在振动台上，并用手按压振动台，不能使差动变压器的活动杆有卡死的现象，否则必须调整安装位置。 2、按图3-6接线，并按以下步骤操作：(1)检查接线无误后，合上主控箱电源开关，用示波器观察音频振荡器Lv端的Vp-p值，调整音频振荡器幅度旋钮使Vp-p=4V,频率调整在5KHz。(2)用示波器观察相敏检波器的输出，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(相敏检波输出)显示的波形幅值更小，基本为零。(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的整流波形。(5)松手后，整流波形消失变为一条接近零点的直线(否则再调节Rw1和Rw2)。将低频振荡器信号接入振动源的输入端，调节振动幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振动较为明显，用示波器观察放大器、相敏检波器及低通滤波器的输出端波形。3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（3Hz20Hz），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，填入表（3-3)。 表3-3F(Hz)Vp-p(V) 4、根据实验结果作出振动梁的幅频特性曲线，指出梁的自振频率范围值，并与实验九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，可得到梁的振动振幅值大小。 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、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？ 2、如需确定梁的振动位移量（y），还要增加哪一项实验？参考图3-6，接入数显电压表，完成该项实验。 3、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅度，可以吗？差动变压器测量频率的上限受到什么影响？实验四 交流激励时霍尔式位移传感器特性实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式位移传感器的特性。 二、基本原理：交流激励与直流激励时的霍尔式位移传感器的基本工作原理相同，不同之处是测量电路。 三、需用器件与单元：在实验十六基础上增加相敏检波/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，实验模板连线见图5-3，平衡网络C1、R1与霍尔传感器输出端之间的联线可暂时不接。2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从LV输出端用示波器测量，使输出信号频率为1KHZ、Vp-p值达4V并接入电路中。（注意：激励电压必须从音频LV端输出，电压过大会烧坏霍尔元件）。 3、先用示波器观察放大器的输出端信号，移动测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，即示波器指示值最小，接入平衡网络C1、R1与霍尔传感器输出之间的联线，调节电位器RW1、RW2使示波器显示值更小。 4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，用示波器观察相敏检波器输出波形，调节移相电位器和相敏检波器电位器，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示-相对值（数显表置2V档）。 5、调节测微头使霍尔传感器回到磁钢中点，微调RW1、RW2与移相/相敏检波器中的RW，使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动或时电压表的读数，并填入表5-2。5-2：交流激励时输出电压和位移的关系X(mm)V(mv) 6、根据表5-2作出V-X曲线，计算灵敏度S和非线性误差。 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？实验五 霍尔位移传感器振动测量实验* 请参考实验三，将差动变压器换成霍尔传感器，根据实验三，动手组织。实验六 热电偶测温性能实验(请先仔细阅读P39温控仪表操作说明） 一、实验目的：了解热电偶测量温度的原理与特性。 二、基本原理：将两种不同的金属丝组成回路，如果二种金属丝的两个接点有温度差，在回路内就会产生热电势，这就是热电效应，热电偶就是利用这一原理制成的一种温差测量传感器，置于被测温度场的接点称为工作端，另一接点称为冷端(也称自由端)，冷端可以是室温值也可以是经过补偿后的0、25的模拟温度场。 三、需用器件与单元：K型、E型热电偶、温度源、温度控制仪表、温度控制测量仪（9000型）。 四、实验步骤： 1、将热电偶插到温度源两个传感器插孔中任意一个插孔中，（K型、E型已装在一个护套内），K型热电偶的自由端接到主控箱面板上温控部分的Ek端，用它作为标准传感器，配合温控仪表用于设定温度，注意识别引线标记，K型、E型及正极、负极不要接错（红+， 黑；蓝+，绿）。 2、放大电路调零。将R5、R6端接地，RW2大约置中，打开主控箱电源开关，将V02端与主控箱上数显电压表Vi端相接，调节Rw3使数显表显示零（电压表置200mv档）， (Rw3调零；Rw2调放大倍数) 3、记录室温。打开主控箱上温仪控开关，设定仪表控制温度值T=50，将温度源的两芯电源线插入主控箱温控部分的220V输出插座中。4、将E型热电偶的自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，作为被测传感器用于实验，按图1接线，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端,接入“a”点。 5、去掉R5、R6接地线，将a、b端与放大器R5、R6相接，观察温控仪指示的温度值，当温度稳定在50时，记录下电压表读数值。 6、重新设定温度值为50+n·t，建议t=5，n=110，每隔1n读出数显电压表指示值与温控仪指示的温度值，并填入表1。表1：热电偶测温实验数据 6、根据表1计算非线性误差，灵敏度S。 7、将E型热电偶的自由端连线从实验模板上拆去并接到数显电压表的输入端（Vi）直接读取热电势值（电压表置200mv档），重复上述过程，根据E型热电偶分度表查出温度值（加热源与室温之间的温差值）。 8、计算出加热源的温度，并与温控仪的显示值进行比较，试分析误差来源。 五、思考题： 1、热电偶测量的是温差值还是摄氏温度值？实验七 热电阻测温特性实验（请先仔细阅读P39温控仪表操作说明） 一、实验目的：了解热电阻的测温原理与特性。 二、基本原理：热电阻用于测温时利用了导体电阻率随温度变化这一特性，对于热电阻要求其材料电阻温度系数大，稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的有铂电阻和铜电阻，热电阻Rt与温度t的关系为： Rt=R0(1+At+Bt2)本实验采用的是Pt100铂电阻，它的R0=100×10-2/×10-7/2，铂电阻采用三线连接法，其中一端接二根引线主要为了消除引线电阻对测量的影响。 三、需用器件与单元：加热源、K型热电偶、Pt100铂热电阻、温度控制仪、温度传感器实验模板。 四、实验步骤： 1、参照图1接线，拆去E型热电偶与R5、R6之间的联线。图1 热电阻测温实验接线图 2、将Pt100铂电阻的三根线分别接入温度实验模板上“Rt”输入端的a、b点，用万用表欧姆档测量Pt100三根线，其中短接的二根线接b点，另一端接a点（）。这样Pt100与R3、R1、Rw1、R4组成一直流电桥，它是一种单臂电桥。Rw1中心活动点与R6相接，Pt100的b点接R5。 3、加上±15V模块电源，将R5、R6端同时接地，接上电压表（2V档），调节Rw3使V02=0。 4、在“Rt”端点a与地之间加+2V或+4V直流电源，去掉R5、R6接地线并分别将“Rt”b中心点及Rw1相联，调节Rw1使电桥平衡，即桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出电压为零。（Rw1：电桥调零） 5、将Pt100插入温度源的另一传感器插孔中，设定温控仪温度值为50，记录下电压表读数，重新设定温度值为50+n·t，建议t=5，n=110，每隔1n读出数显表指示的电压值与温度表指示的温度值，并将结果填入下表1。 表1 热电阻测温实验数据 6、根据表1，计算其非线性误差及灵敏度S。 注：这个测温实验中数显电压表指示的是室温与温度源的温差值所对应的实验模块输出电压值，因为根据上述第步已将室温值显示为零。热电阻测温与热电偶测温有什么不同？ 如果要使电压表显示加热器的摄氏温度值，上述实验电路该如何调整？需要补偿器吗？实验八 集成温度传感器温度特性实验 一、实验目的：了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。二、基本原理：集成温度传感器是将温敏晶体管与相应的电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出信号，一般用于-50+150之间的温度测量。温敏晶体管是利用了集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压（Ube）与温度成线性关系这一原理。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流型集成温度传感器在一定温度下，它相当于一个恒流源，因此它不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有良好的线性特性。 本实验采用的是美国NS公司生产的LM35电压型集成温度传感器。它只需要单电源（+4V-+30V）供电，即可实现温度到电压的线性变换。它使用方便且比电压型的测量精度更高。使用范围-50+150，温度灵敏度：+10mV/。 三、需用器件与单元：K型热电偶、温度控制单元、集成温度传感器、温度传感器实验模板。LM35 四、实验步骤： 1、将热电偶插入加热源的一个传感器安装孔中，把其中型热电偶的自由端插入主控箱面板上的热电偶E插孔中作为标准传感器，与温控表一起用于控制温度，红线为正极，热电偶护套中已安置了二支热电偶，型和E型，请注意标号。 2、将集成温度传感器插入加热源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，接入实验模板上的a端，见图11-3，蓝色端插入b点上，黑色端接入地。a端接直流电源6V，b端与电压表Vi相接，电压表量程置2V档。 3、合上电源开关和加热源开关，记下室温时的电压表数值（VR）,它大致符合这一关系：VR=室温×100mV/（受R2及传感器本身精度的限制，有一定的误差）,设定温度控制值为50，当温度在50时开始记录电压表读数，重新设定温度值为50+nt,建议t=5，n=110，每隔1n读出数显表指示的电压值与温控仪指示的温度值并记入表11-3。 表11-3 4、由表11-1数据，作出TV曲线，计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 五、思考题：大家知道在一定的电流模式下二极管PN结的正向电压与温度之间具有一定的线性关系，你若有兴趣可以利用普通二极管在50-100之间，实验它的PN结电压温度特性，然后与集成温度传感器的特性进行比较。实验九 热电偶冷端温度补偿实验（请先仔细阅读P39温控仪表操作说明） 一、实验目的：了解热电偶冷（自由）端温度补偿的原理与方法。 二、基本原理：热电偶是一种温差测量传感器。为直接反映温度场的摄氏温度值，需对其自由端进行温度补偿。热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温槽法、自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法(图11-2)，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0时达到平衡(亦有20平衡)。当热电偶自由端(a、b)温度升高时(>0)热电偶回路的电势Uab下降，由于补偿器中PN结呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。 三、需用器件与单元：温度传感器实验模板、热电偶、冷端温度补偿器、直流±15V、外接+5V电源适配器。 四、实验步骤： 1、按实验三十五、步操作。 2、将冷端温度补偿器(0)上的热电偶(E型)插入温度源另一插孔中，在补偿器、端加上补偿器电源+5V（用外接适配器），将冷端补偿器的、端接入数字电压表，重复50+n·t的加温过程，记录下数显表上的数据。 3、将上述数据与实验三十五中的结果进行比较，分析补偿前后的两组数据，参照E型热电偶分度表，计算因补偿后使自由端温度下降而产生的温差值。 五、思考题： 上述的温差值代表什么含义？实验十 光电转速传感器的转速测量实验 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、基本原理：光电式转速传感器有反射型和对射型二种，本实验采用反射型。传感器内部有发光管和光电管，发光管发出的光在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个反射点，转动时将获得相应的反射脉冲数，将该脉冲数接入转速表即可得到转速值。 三、需用器件与单元：光电转速传感器、5V直流电源、可调直流电源、转动源（2000型）或转动测量控制仪（9000型）、数显转速频率表。 四、实验步骤：1、光电转速传感器安装如图1所示，在传感器支架装上光电转速传感器，调节高度，使传感器离转盘表面2-3mm，并对准反射点，将传感器引线分别插入主控台上相应插孔，其中棕色接直流电源+5V、黑色接地端、兰色接主控箱fin 端。转速频率表置“转速”档。图1馆 2、将主控箱转速调节+2V-+24V电压接到转动源+2V+24V插孔上（2000型）。3、合上主控箱电源开关使电机转动，并从转速频率表上观察电机转速情况。如转速显示不稳定，需调节传感器的安装高度。4、分别取1个反射点，4个反射点，12个反射点，用示波器件观察输出波形，并记录相应的频率。记录转速频率表上的数值。5、根据示波器的频率计算转速，并与转速频率表上的数值进行比较，分析比较不同反射点测量的数据的差别 五、思考题： 已进行的转速实验中用了多种传感器测量，试分析比较一下在本仪器上哪种方法最简单、方便。 分析一下各种传感器的使用场合有什么不同？实验十一 PSD位置传感器位置测量实验 PSD位置传感器是光电检测器件，利用PSD的光电流可测量入射到其感光区域的光斑能量中心位置(一维)，时间响应快，可应用于多种测量场合。本PSD位置传感器采用了模似电路的位置处理，利用传感器两极输出的电流，经运算放大器电流电压变换，加减运算，(有条件还可利用模似除法器)，其输出电压取决于光斑能量中心位置。一、PSD位置传感器特征和参数： 1、直流供电：±15V 2、PSD传感器参考电压：1.0V(系统自带)。 3、半导体激光电源：2.6V(系统自带)。 4、分辨率：根据调节输出增益有不同的分辨，典型输出幅度为2.0V时，分辨率为70mv/左右。 5、满程线性度：5%(PSD传感器两端线性度比较差)。s 7、输出电压稳定度：0.03V/60sec；输出电压最大幅度±：8V（需调整）。 8、中心位置偏差：<，且中心位置偏差补偿可调。 9、线性度小于1%的有效距离为：±1mm±2mm。 10、光斑能量中心位置与光电流关系：L(12-11)/( 12+11)。二、PSD位置传感器系统组成：见图12 1、PSD传感器。 2、电子处理模块：I/V转换 加减电路 除法器* 放大器(增益，调零) 3、半导体激光器。 4、机械调节支架(调节PSD传感器与激光光斑位置)。 5、振动梁 注：“*”电路为调试中可增减部分。三、PSD传感器位置测试实验： (1)将测微头与梁边上的磁铁吸合，调节测微头来调整激光光源的上下位置。使光斑大约在PSD传感器的中心点上。 (2)旋转测微头使光斑能在PSD传感器有效面上移动。 (3)接入±15V电源，将PSD信号输出端V0与数字电压表Vi相联，电压表置2V档。 (4)调节测微头，使电压表指示为零。往上旋转测微头，每隔或读一次电压表数值，并记入下表。 读一次电压表数值并填入上表。 (6)作出XV曲线，计算系统灵敏度及分析误差的来源。 注：因PSD为高灵敏器件，系统的机械误差及测微头的误差都将对测试精度产生较大影响。 四、思考题： 测量物体的位置与位移，其概念有什么不同？ 本实验可以测微振动吗？实验十二 光栅传感器莫尔条纹与栅距关系实验 一、光栅传感器原理 光栅传感器是由标尺光栅和指示光栅组成的。光栅在本质上是指在光学玻璃上平行均匀地刻出的直线条纹。在标尺光栅和指示光栅上，它们的线纹密度一样，一般为10100线/毫米，标尺光栅是一个固定的长条光栅，指示光栅是一个可以在标尺光栅上移动的短形光栅，它们结构如图1-1所示。 把指示光栅平行放在标尺光栅上面，再使它们线纹之间形成一个很小的夹角，在光线照过光栅时，在指示光栅上就会产生若干条粗的明暗条纹，这称莫尔条纹。当指示光栅和标尺光栅相对作左右移动时，莫尔条纹也作相应的移动。 二、演示装置说明 本装置的光栅数为50线，所以栅距为1÷50=,也就是说，当莫尔条纹形成时，可观察到的粗暗条纹间距应为(或粗明条纹间距)。注意的是莫尔条纹由最暗条纹到最明条纹是逐渐递变的，再由明条纹到暗条纹也是逐渐递变的。 本装置使用外供电源为直流5V，对于圆孔插头，圆心（对应红线）为正极，外壳（对应兰线）为负极。实验时 点亮传感器装置内的发光二极管，逆时针(或顺时针)旋转千分卡，透过指示光栅得四小片区域，可看见明暗相间的莫尔条纹移动。为了便于观察，以指示光栅的四小片区域中的其中之一扇区作为瞄准区域，采用单眼观察，距离观察窗3050cm，保持观察姿势不动，很缓慢地旋转千分卡，当莫尔条纹通过被观察的扇区时，其亮度将逐渐由最明渐变到最暗，再由最暗渐变到最明，如此循环。当观察到扇区由第一次最暗渐变到第二次最暗时，即相当于传感器装置位移了一个周期，相当于一个栅距，由于旋转的千分卡每一细格为，所以，每观察到莫尔条纹移动一个栅距（一个条纹周期），千分卡即旋转了两个细格2×0.01=。 注意旋转千分卡时，手势应很缓慢，观察莫尔条纹移动采用单眼观察。实验十三 光栅传感器莫尔条纹的细分、计数实验 一、光栅传感器原理 光栅是由标尺光栅和指示光栅组成的。光栅在本质上是指在光学玻璃上平行均匀地刻出的直线条纹。在标尺光栅和指示光栅上，它们的线纹密度一样，一般为10100线/毫米，标尺光栅是一个固定的长条光栅，指示光栅是一个可以在标尺光栅上移动的短形光栅，它们结构如图1-1所示。 把指示光栅平行放在标尺光栅上面，再使它们线纹之间形成一个很小的夹角，在光线照过光栅时，在指示光栅上就会产生若干条粗的明暗条纹，这称莫尔条纹。当指示光栅和标尺光栅相对作左右移动时，莫尔条纹也作上、下移动，也就是说，莫尔条纹的移动方向和光栅移动方向是接近垂直的，如图1-2所示。如果莫尔条纹的宽度是W，并按W/4处分别按置两个光敏三极管，随着指示光栅左右移动，莫尔条纹的上下移动，在光敏三极管中就感应出和光线亮度相应的电流。很容易理解，在莫尔条纹移动时，在光敏三极管产生的电流呈正弦波形状，光线暗时电流小，光线亮时电流大。由于二个光敏管所处的位置关系，二个光敏三极管的电流在相位上相差90°。 在光栅中，指示光栅移动一个栅距时，则在其上的莫尔条纹移动一个宽度W，而光栅栅距很小，十分之一毫米到百分之一毫米，但莫尔条纹的宽度是厘米级的。很明显光栅对移是有放大作用的。利用光敏三极管对莫尔条纹的检测就可以检测出指示光栅和标尺光栅的相对位置，也就是它们的位移位置，在指示光栅上，以四分之一的莫尔纹宽度为距离安置的两个光敏三极管Ta，Ta所检出的电流信号如图1-3所示。在图中La的检测电流，而VA则是由比较器放大之所得的，对应开关电压：Ib是光敏管Tb的检测电流，VB则是放大所得的对应开关电压，在图1-2中，当指示光栅向左移动时，莫尔条纹向上移动，形成了图1-3(a)中的电流电压波形，当指示光栅向左移动时，莫尔条纹向下移动时，则形成了图1-3(b)电流电压波形。 在图1-3(a)的VAVB波形说明，当指示光栅左移时，VAVB的电平逻辑为0001111000，图1-3(b)的VAVB的波形说明，当指示光栅右移时，VAVB的电平逻辑为0001110100，反之，从电平逻辑的变化情况，也可以判别出指示光栅移动方向。 二、细