电气测试技术实验指导书

电 气 测 试 技 术

实 验 指 导 书

河北科技师范学院

机械电子系电气工程教研室

二00九年二月

电气测试技术实验指导书

实验台组成及技术指标

CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、15个（基本型）传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌六部分组成。

1、主控台部分：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±1OV可调、+2V～+24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。音频信号源（音频振荡器）0.4KHz～10KHz可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～3OHz（可调）；气压源0～15kpa可调；高精度温度控制仪表（控制精度±0.5℃）；RS232计算机串行接口；流量计。

2、三源板：装有振动台1Hz～3OHz（可调）；旋转源0～2400转/分（可调）；加热源 ＜200℃（可调）。

3、传感器：基本型传感器包括：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt10O铂电阻，共十五个。

4、实验模块部分：普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。

5、数据采集卡及处理软件：数据采集卡采用12位A/D转换、采样速度1500点／秒，采样速度可以选择，既可单采样亦能连续采样。标准RS－232接口，与计算机串行工作。提供的处理软件有良好的计算机显示界面，可以进行实验项目选择与编辑，数据采集，特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。

6、实验台桌尺寸为160O×8OO×280（mm），实验台桌上预留计算机及示波器安放位置。

注意事项: 1、 迭插式接线应尽量避免拉扯，以防折断。

2、 注意不要将从各电源、信号发生器引出的线对地（⊥）短路。 3、 梁的振幅不要过大，以免引起损坏。

4、 各处理电路虽有短路保护，但避免长时间短路。

5、 最好为本仪器配备一台超低频双线示波器，最高频率≥1MHz，灵敏度不低于 2mV／cm。 6、 0.4～10KHZ信号发生器接低阻负载（小于100Ω），必须从LV接口引出。

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目 录

综合实验一 重量测量实验 ............................................................ 1

实验一 单臂、半桥、全桥实验 ..................................................... 1 实验二 电子秤实验 ............................................................... 4 综合实验二 动态位移测量实验 ........................................................ 5

实验一实验二综合实验三 实验一实验二综合实验四 实验一实验二实验三综合实验五 实验一实验二实验三实验四实验五实验六差动变压器的性能实验 ..................................................... 5 振动测量实验 ............................................................. 6 静态测位移实验 .......................................................... 7

电涡流传感器位移实验 ..................................................... 7 光纤传感器的位移特性实验 ................................................. 8 温度测量实验 ............................................................ 9

集成温度传感器的特性实验 ................................................. 9 热电阻测温特性实验 ...................................................... 12 热电偶测温性能实验 ...................................................... 13 速度测量实验 ........................................................... 13

霍尔测速实验 ............................................................ 13 磁电式转速传感器测速实验 ................................................ 14 光纤传感器测速实验 ...................................................... 15 光电转速传感器的转速测量实验 ............................................ 15 利用光电传感器测转速的其它方案 .......................................... 16 电涡流转速传感器 ........................................................ 16

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综合实验一 重量测量实验

实验一 单臂、半桥、全桥实验

一、实验目的：

1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂、半桥、全桥工作原理和性能。

2． 比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度。

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=?l/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。

1．单臂测量：其桥路输出电压 U01?EK?/4。

2．半桥测量：将不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02?EK?/2。

3．全桥测量：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△R1=△R2=△R3=△R4时 ，其桥路输出电压 U03?EK?。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。

电桥输出电压 U01?EK?。

三、需用器件与单元: 应变式传感器实验模板、应变式传感器、珐码、数显表、±l5V电源、±4V电源、万用表。 四、实验步骤:

（一）单臂测量

1、根据图1-1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。

2、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，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位

图1-1 应变式传感器安装示意图 - 1 - 电气测试技术实验指导书

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。

3、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与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好)，接好电桥凋零电位器Rwl，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节RWl，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，依次增加硅码和读取相应的数显表值，直到500g(或200g)珐码加完。记下实验结果填入下表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，S=△u/△W(△u输出电压变化量; △W 重量变化量)计算线性误差:?f1??m/yF?s?100%式中△m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500g或200g。

（二）半桥测量

1、传感器安装同实验一。做(一)2的步骤，实验模板差动放大器调零，放大器增益必须与（一）相同。

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Rl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（一）中4、5的步骤，将实验数据记入表1-2，计算灵敏度S=△u/△W，非线性误差?f2。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。

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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（g） 电压(mv)

（三）全桥测量

1、传感器安装同（一），放大器增益必须与（一）、（二）相同。

2、根据图1-4 接线，实验方法（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。

图 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（g） 电压(mv) - 3 -

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五、思考题：

1、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。

2、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 。 3、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。 4、全桥测量中，当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时，即R1=R2，R3=R4，而Rl≠R2时，是否可以组成全桥:（1）可以（2）不可以。

5、某工程技术入员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图1-5，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

图1-5 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图 实验二 电子秤实验

一、实验目的:了解应变片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一全桥测量原理，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)改为重量量纲(g)即成为--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、珐码、±15V电源、±4V电源。 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，合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器RWl，使数显表显示0.OOV。

2、将10只珐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档测显)或-0.200V。

3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4(零位调节)，使数显表显示为0.000V或-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改为重量量纲g就可秤重，成为一台原始的电子秤。

5、把珐码依次放在托盘上，填入下表1-4: 重量（g） 电压(v) 6、根据上表计算误差与非线性误差。

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综合实验二 动态位移测量实验

实验一 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级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(音频振荡器)、直流电源、万用表。 四、实验步骤:

1、根据图2-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。 2、在模块上按图2-2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4一5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。调节幅度使输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器监

测:X轴为0.2ms/Div、Y轴CHl为1V/div、CH2为2Omv/div)。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的插孔管脚编号。当然不看插座插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下: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，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形(LV音频信号VP-P=2V波形)比较能同相和反相变化，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）为模块中的实验插孔。

3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一

图2-2 双踪示波器与差动变压器连接示意图 图2-1 差动变压器、电容传感器安装示意图 - 5 -

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峰值VP-P为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方间为正位移，则另一个方向位移为负。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2-1。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。

表2-1 差动变压器位移△X值与输出电压VP-P数据表 V（mv） X(mm) -← 0mm VP-P最小 →+ 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V0P-P一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lKHz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?

实验二 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/滤波模板、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源。 四、实验步骤:

1、将差动变压器按图2-3，安装在台面三源板的振动源单元上。

2、按图2-4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

图2-3 差动变压器振动测量安装图 差动变压器实验模板 移相、相敏、低通模板 图2-4 差动变压器振动测量实验接线图 - 6 - 电气测试技术实验指导书

示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V0P-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(相敏检波输出)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)。低频振荡器输出引入振动源的低频输入，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V0相敏检波器的V0及低通滤波器的V0波形。

3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率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。

4、根据实验结果作出梁的f-VP-P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—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?

综合实验三 静态测位移实验

实验一 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:通以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3-1安装电涡流传感器。

图3-1 电涡流传感器安装示意图 图3-2 电涡流传感器位移实验接线图 - 7 -

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2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。

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(传感器屏蔽层接地)。

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。数显表量程切换开关选择电压2OV档。 6、用连接导线从主控台接入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3-1。 表3-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据 X(mm) V(v) 8、根据表3-1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、3mm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 光纤传感器的位移特性实验

一、实验目的:了解光纤位移传感器的工作原理和性能。

二、基本原理:本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收光信号再由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。

三、需用器件与单元:光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头。直流源+l5V、反射面。 四、实验步骤:

1、根据图3-3安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。

图3-3 光纤传感器安装示意图

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2、将光纤实验模板输出端V01与数显单元相连，见图3一4。 3、调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。

4、实验模板接入±l5V电源，合上主控箱电源开关，调RW使数显表显示为零。 5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表7-1。

6、根据表3－2数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。 五、思考题：

光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？

表3-2 光纤位移传感器输出电压与位移数据

图3-4 光纤传感器位移实验接线图 X(mm) V(v) 综合实验四 温度测量实验

实验一 集成温度传感器的特性实验

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:集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助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，一般用于-50℃—+15O℃之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极—发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管生产时Ub的离散性，均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源(+4V—+30V)。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻(本实验中为R2见图4-1)即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。

三、需用器件与单元:温度控制单元、温度源单元、集成温度传感器、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。

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四、实验步骤(位式控制): * 温度控制仪

+4V AD590 图4-1 集成温度传感器实验原理图 本实验台位式温度控制简要原理如下:当总电源Kl合上，直流电源24V通过仪表端子“总、低”通，固态继电器7、8端有直流电压，固态继电器9、10导通，加热器通电加热，当温度达到设定值时，由于热电偶(K型)的热电势的作用，温控仪内部比较器反转总、低断开，总高导通固态继电器7、8端设有电压，9、10端断开，加热炉停止加热，总高端导通后，直流电源24V加于电风扇，风扇转动加速降温，因为温度上升后一定惯性，因此该温度仪上冲量较大。

1、将热电偶(K型)插入台面三源板加热源的一个传感器安置孔中。选择K型热电偶插入主控面板上的热电偶插孔中，红线为正极，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶。K型和E型，它们的热电势值不同从热电势表中可以判别K型和E型（E型热电势大）热电偶。

2、将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的电源插座上。

3、在温度控制仪上设定t=40℃时，温控仪面板上有个位、十位、百位三位温度值设定，按上端为加，按下端为减。

4、将温度传感器实验模板输出V02与主控箱数显表输入Vi相接，波段开关选择电压2V档，此时2V档数显表电压指示灯亮。

5、将集成温度传感器加热端插入加热源的一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模板的a端，见图11-5，另一端插入b孔上，a端接电源+4V，b端与V01相接，R6接地，接上直流源±15V。 6、运放TC4调零，V01接地，调RW3使输出U02为零，数显表显示为零，除去V01短路线。

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图4-2 位式温度控制原理图 电气测试技术实验指导书

7、将U02与数显表头Vi相接，开关选择电压指示2V档，电压指示灯亮。

8、合上加热源开关，温度从40℃开始，每隔10℃读取一个点。记下数显表上相应读数，上限不超过1OO℃，记入下表4-1。 T(℃) V(v) 9、由表数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 五、实验步骤(PID控制)

增强型温度控制仪XMTD76HH、PID温度调节控制仪使用说明如下 : 接通电源后，显示窗即显示被控对象的测量值。此时按“

”键三秒钟，使面板上的“设

定项目指示”图表中第一个指示灯“控制”点亮，这时显示窗显示“控制”设定值，按“ ”或“ ”键“控制”定值符合您需要，再按一下“

”

键即转入下一设定项目??，最后切换至“设定项目指示”灯全熄(显示窗显示测量值)，完成一个设定循环，仪表即可投入使用。

图4-3 XMTD7611H 面板图 PID 调节仪表，推荐的比例带P为5，积分I为180，微分D为 O、修正值出厂时，设置为“0”，请勿轻易变动比值，以免将精确的仪表修正成不精确。

1、将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的电源加热插座上。

2、在温度控制仪表面板上按“

”键三秒钟，

控制点亮，按“ ”键使(初始时跳动慢，按长时上升很快，设定控制温度40℃，再按“

”键，超

限点亮，按加数键“ ”和减数键“ ”，使超时为40.1℃，再依次按“

”键，修正为0，比例为

图 4-4 XMTD76温控仪控温原理图 P=5，积分为180，微分为0均已设置好，可不必改动。

3、将集成温度传感器加热端置于加热器插孔中，尾部接线接实验模板上标有双圈符号的a、b端，见图4-5。棕色线为正端接实验模板上的a端。加直流源2V，另一端兰色线接b端，信号直接从b端输出。与运放IC1、IC2输入端相接(如信号很大时不用IC放大可从b端直接输入数显单元Vin显示)。

4、用连接线将V02端接入数显表单元上Vi端，电压量程拨至2V档。

5、合上加热源开关，待温度显示在40℃时，读取数显表上示值。根据实验步骤2的将控制温度设

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定值增加5度，依次推进，记取相应的数显值，记入下表4-2，可读取10个数值。 t(℃) V(mv) 六、思考题:

大家知道在一定的电流模式下pN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在50℃～100℃之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐明理由。

实验二 热电阻测温特性实验

一、实验目的:了解热电阻的特性与应用。

二、基本原理:利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，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。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0～630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为: Rt ?R0(1?At?Bt2)

-2

-2

2

R0系温度为0℃时的电阻。本实验R0=100℃，At=3.9684╳10/℃，Bt=-5.847╳10/℃，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为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热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。 四、实验步骤:

1、将Pt100铂电阻三根线引入Rt的a、b上:用万用表欧姆档测出Pt100三根线中其中短接的二根线接b端和R6端。这样Rt与R3、R1、RWl、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。RWl中心活动点与R6相接，见图4-5。

2、在端点a与地之间加直流源4V，合上主控箱电源开关，调RWl使电桥平衡，桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零。

3、加±l5V运放电源，调RE3使U02=O，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。

+4V AD590 图4-5 热电阻测温特性实验

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4、在常温基础上，将设定温度值可按Δt=5℃读取数显表值。将结果填入下表4-3。 关闭电源主控箱电源开关。

表4-3 铂电阻热电势与温度值 t(℃) V(mv) 5、根据表4-3值计算其非线性误差。 五、思考题:

如何根据测温范围和精度要求选用热电阻?

实验三 热电偶测温性能实验

一、实验目的:了解热电偶测量温度的性能与应用范围。

二、基本原理:当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、需用器件与单元:热电偶K型、E型、加热源、温度控制仪、数显单元。 四、实验步骤:

1、将K型热电偶插入到主控板上用于温度设定。

2、将E型热电偶插入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，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。将a、b端与R5、R6相接。

3、设定温度值t=40℃。将R5、R6短路接地，接入±l5V电源，打开主控箱电源开关调节RW3使U02为零(见图4-5)，将U02与数显表单元上的Ui相接。调RW3，使数显表显示零位，主控箱上电压波段开关拨到2V档。

4、在40℃到l5O℃之间设定△t=5℃。读出数显表头输出电势与温度值，并记入表4-4。

表4-4 E型热电偶热电势与温度数据 t(℃) V(mv) 6、根据表4-4计算非线性误差。 五、思考题:

1、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?

2、能否用AD590设计一个直接显示摄氏温度-50℃～5O℃数字式温度计并利用本实验台进行实验。

综合实验五 速度测量实验

实验一 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

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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、转速调节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5-1，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。

2、将5V直流源加于霍尔元件电源输入端。 3、将霍尔转速传感器输出端插入数显单元Fin端。 4、将转速调节中的2V-24V转速电源引入到台面上转动单元中转动电源2-24V插孔。

图5-1 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图 5、将数显单元上的波段开关拨到转速档，此时数显表旁转速指示灯亮。 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?

实验二 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：

e??Nd?dt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：磁电传感器、数显单元测转速档、转动调节2－24V，转动源单元。 四、实验步骤：

1、磁电式转速传感器按图5一1安装，传感器端面离转动盘面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢。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、将波段开关选择转速测量档。

3、将转速调节电源2－24V用引线引入到台面板上转动源单元中转动电源2－24V插孔，合上主控箱电源开关。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？

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实验三 光纤传感器测速实验

一、实验目的:了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。

二、基本原理：利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲，经电路处理即可测量转速。

三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验楼板、数显单元测转速档、直流源±15V、转速调节2—24V，转动源单元。 四、实验步骤：

1、将光纤传感器按图 5-1装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台中反射点对准，距离要在光纤线性区域内。(利用二结论目测距离大致为线性区域)

2、图7-2，将光纤传感器实验模板输出V01与数显表Vi端相接，接上实验模板上±l5V电源，数显表的切换开关选择开关拨到2V档，用手调节升降杆，使光纤探头与反射面接触 (暗电流)，合上主控箱电源开关，调节模板上RW使数显表显示接近零(≥0)，然后将数显表的切换开关拨到2OV档，调节升降杆，让光纤探头离开反射面，使数数显表显示最大值。再将模板上T(Fo)输出接到主控箱的Fin输入端，数显表的切换开关拨到转速档，数显表的转速指示灯亮。

3、将转速源2-24V先旋到最小，接于转动源24V插孔上，使电机转动，逐渐加大转速源电（≤24V），使电机转速盘加快，固定某一转速，观察并记下数显表上读数nl。

4、固定转速电压不变，将选择开关拨到频率测量档，测量频率记下频率读数，根据转盘上的测速点数折算成转速值n2。

5、将实验步骤4与实验步骤 3比较，以转速 nl作为真值计算二种方法的测速误差(相对误差)，相对误差 r=((n1-n2)/n1)╳1OO%。 五、思考题:

测量转速时转速盘上反射(或吸收点)的多少与测速精度有否影响，你可以用实验来验证比较转盘上是一个黑点的情况。

实验四 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直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的 12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。 三、需用器件与单元:光电转速传感器、+5v直流电源、转动源单元及转速调节 2-24V、数显单元。 四、实验步骤:

1、光电转速传感器安装如图 5-1所示，在传感器支持架上装上光电转速传感器，调节高度，使

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传感器端面离平台表面2～3mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中棕色接入直流电源+5V，黑色为接地端，兰色输入主控箱 Fin。数显表转换开关打到转速档。 2、将转速调节2-24V接到转动源 24V插孔上。

3、合上主控箱电源开关，使电机转动并从数显表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。 五、思考题：

已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。

实验五 利用光电传感器测转速的其它方案

学生可以利用直射式光电转速传感器进行实验，需要制作透光型转速盘。

实验六 电涡流转速传感器

一、实验目的:了解电涡流传感器测转速的原理与组成。

二、基本原理:利用电涡流的位移传感器及其位移特性，当被测转轴的端面或径向有明显的位移变化(齿轮，凸台)时，就可以得到相应的电压变化量，再配上相应电路测量转轴转速。本实验请同学自已利用电涡流传感器和转动源、数显单元组建。 霍尔传感器 频率 低速 （8V） 中速 （14V） 高速 （20V）

转速 磁电传感器 频率 转速 光电传感器 频率 转速 光纤传感器 频率 转速 - 16 -

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