【正文】 真值表81所示。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 簡(jiǎn)述光電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速原理。轉(zhuǎn)動(dòng)源的輸入電壓不可低于6V，否則由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩不夠大，不能帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤。1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)源的輸入電壓，使轉(zhuǎn)盤的速度發(fā)生變化的同時(shí)用示波器觀察光電傳感器輸出端的波形及其頻率的變化情況，并記錄波形及頻率值，觀察轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速的變化。打開“”源程序，閱讀、理解程序。安裝好仿真器，用串行數(shù)據(jù)通信線連接計(jì)算機(jī)與仿真器，把仿真頭插到“CPU模塊”的單片機(jī)插座中；打開電源開關(guān)，打開仿真器電源啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，打開偉福仿真軟件，進(jìn)入仿真環(huán)境。用示波器觀測(cè)光電輸出端的波形。把CPU模塊、靜態(tài)顯示模塊分別插放到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)掛箱所在位置；在確保上述模塊插放無(wú)誤后，從實(shí)驗(yàn)屏上接入實(shí)驗(yàn)掛箱所需的工作電源（電源的大小及正負(fù)極性不能接錯(cuò)）將+5V直流電源加于光電傳感器的電源端。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 CPU模塊、靜態(tài)顯示模塊、THVZ1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱、光電轉(zhuǎn)速傳感器、直流電源+5V，轉(zhuǎn)動(dòng)源電源。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 進(jìn)一步閱讀、理解程序；并畫出程序流程圖 對(duì)霍爾傳感器應(yīng)用的體會(huì)實(shí)驗(yàn)七 光電傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理及方法。加入霍爾傳感器的+5V直流電源線與地線之間不能接反。五、注意事項(xiàng)轉(zhuǎn)動(dòng)源的正負(fù)輸入端不能接反；轉(zhuǎn)動(dòng)源的輸入電壓不可超過24V，否則容易燒毀電機(jī)。編譯無(wú)誤后，運(yùn)行程序，觀察轉(zhuǎn)速表的數(shù)值變化。選擇仿真器型號(hào)、仿真頭型號(hào)、CPU類型；選擇通信端口，測(cè)試串行口。通過2號(hào)導(dǎo)線及1號(hào)導(dǎo)線及“信號(hào)接口掛箱”上的“信號(hào)轉(zhuǎn)接口”將“THVZ1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱”上的“霍爾輸出”端的信號(hào)接入到“CPU模塊”的T0端，同時(shí)用短路帽短接“CPU模塊”的JJ6的12端、J11的23端。將面板上的0~30V穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到8 V，接入THVZ1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱上的轉(zhuǎn)動(dòng)電源處。四、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容霍爾傳感器及轉(zhuǎn)動(dòng)源已經(jīng)安裝于THVZ1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱上，其中霍爾轉(zhuǎn)速傳感器位于轉(zhuǎn)動(dòng)源的右邊。本實(shí)驗(yàn)采用3144E開關(guān)型霍爾傳感器，當(dāng)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼轉(zhuǎn)到傳感器正下方時(shí)，傳感器輸出低電平，反之輸出高電平。二、實(shí)驗(yàn)原理 霍爾、光電傳感器安裝示意圖如圖61所示，霍爾傳感器位于轉(zhuǎn)盤的右上方，利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH=KHIB，當(dāng)被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)盤上裝有N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化N次。2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析引起這些非線性誤差的原因，并說(shuō)明怎樣提高傳感器的線性度。六、思考題簡(jiǎn)述什么是電容式傳感器的邊緣效應(yīng)，它會(huì)對(duì)傳感器的性能帶來(lái)哪些不利影響。表51 電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) Uo(mv)五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．將“電容傳感器調(diào)理模塊電路圖”插放到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)掛箱上，在確保上述模塊插放無(wú)誤后，從實(shí)驗(yàn)屏上接入實(shí)驗(yàn)掛箱所需的工作電源（電源的大小及正負(fù)極性不能接錯(cuò)）； 2．將電容式傳感器引線插頭插入信號(hào)調(diào)理掛箱“電容式傳感器調(diào)理模塊”旁邊的黑色九芯插孔中；3．調(diào)節(jié)“電容式傳感器調(diào)理模塊”上的電位器Rw1，逆時(shí)針調(diào)節(jié)Rw1使旋到底。本實(shí)驗(yàn)為變面積式電容傳感器，采用差動(dòng)式圓柱形結(jié)構(gòu)，如圖51所示，此結(jié)構(gòu)可以消除極距變化對(duì)測(cè)量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。）成為實(shí)際中最常用的結(jié)構(gòu)，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣效應(yīng)時(shí)為： （1）式中 ——外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長(zhǎng)度； ——外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。變面積型電容傳感器中，平板結(jié)構(gòu)對(duì)極距特別敏感，測(cè)量精度受到影響。實(shí)驗(yàn)五 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 1．根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)繪制出全橋時(shí)傳感器的特性曲線。5V，絕不可錯(cuò)接成177。表41全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mV）圖41 應(yīng)變式傳感器全橋?qū)嶒?yàn)接線圖實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 1．不要在砝碼盤上放置超過1kg的物體，否則容易損壞傳感器。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．根據(jù)41接線，實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到明顯改善。實(shí)驗(yàn)四 金屬箔式應(yīng)變片——全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆杖珮驕y(cè)量電路的原理及優(yōu)點(diǎn)。六、思考題1．半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對(duì)邊？（2）鄰邊？2．橋路（差動(dòng)電橋）測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋海?）電橋測(cè)量原理上存在非線性？（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的？（3）調(diào)零值不是真正為零？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時(shí)傳感器的特性曲線。5V，絕不可錯(cuò)接成177。表31半橋測(cè)量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mV）五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．不要在砝碼盤上放置超過1kg的物體，否則容易損壞傳感器。若實(shí)驗(yàn)時(shí)顯示數(shù)值不變化說(shuō)明R1與R2兩應(yīng)變片受力狀態(tài)相同。接入橋路電源177。）2．根據(jù)圖31接線。關(guān)閉主控臺(tái)電源。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．接入模板電源177。15V電源、177。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓UO2＝U= EKε/2。2．比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。2．從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。15V，否則可能燒毀應(yīng)變片。2．電橋的電壓為177。表21單臂電橋輸出電壓與所加負(fù)載重量值重量(g)20406010012014016018020080電壓(v)174107L,d,d,d , , , 圖23 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖5． 根據(jù)表11計(jì)算系統(tǒng)靈敏度（輸出電壓的變化量，重量變化量）和非線性誤差δf1=Δm/yFS 100％ 式中（多次測(cè)量時(shí)為平均值）為輸出值與擬合直線的最大偏差：yFS 滿量程輸出平均值,此處為200g。檢查接線無(wú)誤后，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示約為零（萬(wàn)用表2V檔測(cè)量）。）3．按圖23將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R1（即模板的R1）接入電橋作為一個(gè)橋臂與RRR7接成直流電橋，（RRR7在模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源177。關(guān)閉主控臺(tái)電源。圖21應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路圖三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備THVZ1型傳感器實(shí)驗(yàn)箱中應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)單元、砝碼、萬(wàn)用表、信號(hào)調(diào)理掛箱、應(yīng)變式傳感器調(diào)理模塊。 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)，對(duì)單臂電橋輸出電壓 U= EKε/4，式中E為電橋供電電壓，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變，因此可以用應(yīng)變片測(cè)量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。通過調(diào)理轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測(cè)對(duì)象的應(yīng)變值，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 （4）式中 σ——測(cè)試的應(yīng)力； E——材料彈性模量。用應(yīng)變片測(cè)量受力時(shí)，將應(yīng)變片粘貼于被測(cè)對(duì)象表面上。實(shí)驗(yàn)也表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成比例。稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，受兩個(gè)因素影響，一個(gè)是（1+），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個(gè)是，是材料的電阻率隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對(duì)式（1）全微分，并用相對(duì)變化量來(lái)表示，則有： （2） 式中的為電阻絲的軸向應(yīng)變，用表示，常用單位（1=1）。圖22 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值會(huì)發(fā)生變化，這就是金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。傳感器中各電阻應(yīng)變片已接入到“THVZ1 型傳感器實(shí)驗(yàn)箱”上，從左到右依次為RRRR4。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。五、思考題歸納總結(jié)NTC用作溫度測(cè)量時(shí)應(yīng)注意哪些問題，主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1．將“溫度傳感器調(diào)理模塊”插放到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)掛箱上； 2. 在確保上述模塊插放無(wú)誤后，從實(shí)驗(yàn)屏上接入實(shí)驗(yàn)掛箱所需的工作電源（電源的大小及正負(fù)極性不能接錯(cuò)）； 進(jìn)行調(diào)理電路的調(diào)零：先將“溫度傳感器調(diào)理模塊”的撥動(dòng)開關(guān)撥向下方（此時(shí)模塊上的燈暗）；用短路帽短接此模塊上JJ2下方的兩個(gè)插腳，再調(diào)節(jié)電位器RW，用萬(wàn)用表測(cè)量的兩端，使輸出電壓為零；再把短路帽切換到JJ2上方的兩個(gè)插腳。本實(shí)驗(yàn)中的溫度傳感器采用了熱敏電阻，熱敏電阻是一種對(duì)熱敏感的電阻元件，一般用半導(dǎo)體材料做成，可以分為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC（Negative Temperature coefficient Thermistor）和正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC（Positive Temperature Coefficient Thermistor），臨界溫度系數(shù)熱敏電阻CTR（Critical Temperature Resistor）三種，本實(shí)驗(yàn)用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC，NTC通常是一種氧化物的復(fù)合燒結(jié)體，特別適合于之間的溫度測(cè)量，它的電阻值隨著溫度的升高而減小，其經(jīng)驗(yàn)公式為：，式中，R0是在25時(shí)或其他參考溫度時(shí)的電阻，是熱力學(xué)溫度（K），B稱為材料的特征溫度，其值與溫度有關(guān)，主要用于溫度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)一 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諟囟葌鞲衅鞯奶匦?、工作原理及其?yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)電路圖如圖12所示，R2用作加熱電阻，R3為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTC，用來(lái)檢測(cè)加熱溫度的變化，RRRR6組成全橋電路，當(dāng)J1的12端、J2的12端斷開時(shí)，則橋路后面的精密儀器放大器的輸入電壓為0，此時(shí)可以通過調(diào)節(jié)電位器RW對(duì)放大電路進(jìn)行調(diào)0；當(dāng)J1的12端、J2的12端接通時(shí)，則橋路的輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大調(diào)理電路放大，從而在Uo的輸出端得到隨加熱溫度變化而變化的電壓信號(hào)。NTC和PTC的特征曲線如圖11所示： 圖11圖12三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備萬(wàn)用表、溫度傳感器調(diào)理模塊。 調(diào)零完成之后，再把撥動(dòng)開關(guān)撥向上方（模塊上的燈亮），此時(shí)電阻R2處于加熱狀態(tài)，用萬(wàn)用表測(cè)量的兩端，在加熱過程中，觀測(cè)并記錄輸出電壓的變化情況。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析熱敏電阻NTC的阻值隨溫度變化的情況； 畫出熱敏電阻NTC的溫度特征曲線。二、 實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)變片的安裝位置如圖22所示，應(yīng)變式傳感器已裝到應(yīng)變傳感器模塊上?？捎萌f(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，R1=R2=R3=R4=350Ω。金屬的電阻表達(dá)式為： （1） 當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F作用時(shí)，將伸長(zhǎng)，橫截面積相應(yīng)減小，電阻率因晶格變化等因素的影響而改變，故引起電阻值變化。若徑向應(yīng)變?yōu)椋娮杞z的縱向伸長(zhǎng)和橫向收縮的關(guān)系用泊松比表示為，因?yàn)?2（），則（2）式可以寫成： （3）式（3）為“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。對(duì)于金屬材料而言，以前者為主，則，對(duì)半導(dǎo)體，值主要是由電阻率相對(duì)變化所決定。通常金屬絲的靈敏系數(shù)=2左右。在外力作用下，被測(cè)對(duì)象表面產(chǎn)生微小機(jī)械變形時(shí)，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化?？梢詼y(cè)得應(yīng)力值σ。電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄膜應(yīng)變片。應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路圖如圖21所示。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1．將“應(yīng)變式傳感器調(diào)理模塊”插放到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)掛箱上，在確保上述模塊插放無(wú)誤后，從實(shí)驗(yàn)屏上接入實(shí)驗(yàn)掛箱所需的工作電源（電源的大小及正負(fù)極性不能接錯(cuò)）2．檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為：將應(yīng)變式傳感器信號(hào)調(diào)理實(shí)驗(yàn)電路的輸入端Ui與地短接，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器Rw2，使Uo端輸出電壓為零，（萬(wàn)用表2V檔測(cè)量）。（注意：當(dāng)Rw2的位置一旦確定，就不能改變。5V，如圖23所示。4．在砝碼盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，以后每次增加一個(gè)砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表21，關(guān)閉電源。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1．不要在砝碼盤上放置超過1kg的物體，否則容易損壞傳感器。5V，絕不可錯(cuò)接成177。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1．記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時(shí)傳感器的特性曲線。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br />