传感器技术·检测技术实践教程东南大学仪器科学与工程学院2007年10月
1 传感器技术·检测技术 实 践 教 程 东南大学仪器科学与工程学院 2007 年 10 月
前 言本实践教程用于为高等院校开设的“传感器原理与应用（技术）”“自动检测技术”、“工业自动化控制”、“非电量电测技术”、“光电检测技术”等课程的实验教学。本实践教程是在原有基础上征求了许多师生的意见后改编的，在编写上我们力求有较大的适应面，同时注意培养学生的应用能力和创新能力，便于学生独立操作并深入思考。CSY一3000型传感器技术/检测技术实验系统采用最新推出的模块化结构，使用的传感器虽然是教学型传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。希望通过实验帮助学生加深理解课本知识，并在实验的过程中通过信号的拾取、转换、检测和分析，掌握作为一个科技工作者应具有的动手技能与设计能力。当然，由于编写者时间、水平、精力所限，难免有蔬漏误之处，热切期望您的赐教。本实践教程中每个实验都有注意事项，希望学生认真阅读，谨慎操作，否则容易引起器件损坏。祝学云董雷2007年10月2
2 前 言 本实践教程用于为高等院校开设的“传感器原理与应用（技术）”、 “自动检测技术”、“工业自动化控制”、“非电量电测技术”、“光电检测 技术”等课程的实验教学。 本实践教程是在原有基础上征求了许多师生的意见后改编的，在编 写上我们力求有较大的适应面，同时注意培养学生的应用能力和创新能 力，便于学生独立操作并深入思考。 CSY－3000型传感器技术/检测技术实验系统采用最新推出的模块 化结构，使用的传感器虽然是教学型传感器（透明结构便于教学），但 其结构与线路是工业应用的基础。希望通过实验帮助学生加深理解课本 知识，并在实验的过程中通过信号的拾取、转换、检测和分析，掌握作 为一个科技工作者应具有的动手技能与设计能力。当然，由于编写者时 间、水平、精力所限，难免有疏漏谬误之处，热切期望您的赐教。 本实践教程中每个实验都有注意事项，希望学生认真阅读，谨慎操 作，否则容易引起器件损坏。 祝学云 董 雷 2007 年 10 月
目录第一章硬件设备与应用软件介绍第一节硬件设备A第二节软件使用与实验操作...A20第三节虚拟仪器使用方法第二章箔式电阻应变片实验实验一金属箔式应变片一—单臂电桥性能实验.28实验二金属箔式应变片一一半桥性能实验.31实验三金属箔式应变片一一全桥性能实验...33实验四交流应变全桥的应用一振动测量实验.37第三章变压器、电容式传感器实验..40实验五差动变压器的性能实验..43实验六激励频率对差动变压器特性的影响实验七差动变压器零点残余电压补偿实验，...44实验八差动变压器的应用一振动测量实验..45实验九电容式传感器的位移实验.47第四章压电、压阻、电涡流式传感器实验.49实验十压阻式压力传感器的压力测量实验.51实验十一压电式传感器振动测量实验...53实验十二电涡流传感器位移实验实验十三被测体材质、面积对电涡流传感器的特性影响实验..55实验十四电涡流传感器振动测量实验，.57第五章霍尔、磁电式传感器实验实验十五直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验59实验十六交流激励时霍尔式传感器的位移实验...61...63实验十七霍尔转速传感器测电机转速实验，..65实验十八磁电式转速传感器测电机转速实验3
3 目 录 第一章 硬件设备与应用软件介绍 5 第一节 硬件设备 .5 第二节 软件使用与实验操作.7 第三节 虚拟仪器使用方法 .20 第二章 箔式电阻应变片实验 28 实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验.28 实验二 金属箔式应变片——半桥性能实验.31 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验.33 实验四 交流应变全桥的应用——振动测量实验.37 第三章 变压器、电容式传感器实验 40 实验五 差动变压器的性能实验.40 实验六 激励频率对差动变压器特性的影响.43 实验七 差动变压器零点残余电压补偿实验.44 实验八 差动变压器的应用—振动测量实验.45 实验九 电容式传感器的位移实验.47 第四章 压电、压阻、电涡流式传感器实验 49 实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验.49 实验十一 压电式传感器振动测量实验.51 实验十二 电涡流传感器位移实验.53 实验十三 被测体材质、面积对电涡流传感器的特性影响实验.55 实验十四 电涡流传感器振动测量实验.57 第五章 霍尔、磁电式传感器实验 59 实验十五 直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验.59 实验十六 交流激励时霍尔式传感器的位移实验.61 实验十七 霍尔转速传感器测电机转速实验.63 实验十八 磁电式转速传感器测电机转速实验.65
第六章温度、气敏、湿度传感器实验实验十九温度源的温度控制、调节实验.66实验二十Pt100铂电阻测温特性实验...75..77实验二十一集成温度传感器（AD590)的温度特性实验...79实验二十二K热电偶测温特性实验...82实验二十三K热电偶冷端温度补偿实验...85实验二十四E热电偶测温性能实验...87实验二十五气敏传感器实验..实验二十六湿度传感器实验...89第七章、光敏、光电、光纤传感器实验实验二十七发光二极管（光源）的照度标定实验.91.94实验二十八光敏电阻特性实验.96实验二十九光敏二极管特性实验.98实验三十光敏三极管特性实验..99实验三十一硅光电池实验实验三十二光纤传感器的位移特性实验...101实验三十三光电开关实验..103..106实验三十四光电转速传感器的转速测量实验实验三十五光电传感器控制电机转速实验，..108附录（热电偶分度表）
4 第六章 温度、气敏、湿度传感器实验 66 实验十九 温度源的温度控制、调节实验.66 实验二十 Pt100 铂电阻测温特性实验.75 实验二十一 集成温度传感器(AD590)的温度特性实验.77 实验二十二 K 热电偶测温特性实验.79 实验二十三 K 热电偶冷端温度补偿实验.82 实验二十四 E 热电偶测温性能实验.85 实验二十五 气敏传感器实验.87 实验二十六 湿度传感器实验.89 第七章 光敏、光电、光纤传感器实验 91 实验二十七 发光二极管（光源）的照度标定实验.91 实验二十八 光敏电阻特性实验.94 实验二十九 光敏二极管特性实验.96 实验三十 光敏三极管特性实验.98 实验三十一 硅光电池实验.99 实验三十二 光纤传感器的位移特性实验.101 实验三十三 光电开关实验.103 实验三十四 光电转速传感器的转速测量实验.106 实验三十五 光电传感器控制电机转速实验.108 附录（热电偶分度表） 117
第一章硬件设备与应用软件介绍第一节硬件设备一、实验台的组成CSY一3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。1、主机箱直流稳压电源：高稳定的土15V、土5V、十5V、土2V～土10V（步进可调）、十2V～十24V（连续可调）。直流恒流源：0.6mA～20mA可调。音频信号源（音频振荡器）：1KHz10KHz（连续可调）。低频信号源（低频振荡器）：1Hz～30Hz（连续可调）。气压源：0～20KPa（可调）。智能调节仪：温度调节、转速调节。与计算机通信接口：RS-232、USB接口（内含数据采集卡）。数字表：电压、电流、频率/转速、气压、光照度数显表。过载切断保护功能：在排除接线错误后重新开机才能恢复正常工作（直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器）。2、振动源振动台振动频率1Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。3、转动源手动控制02400转/分：自动控制300～2400转/分。4、温度源常温150℃。5、传感器共二十六个传感器（其中二个光源）：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、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、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关。6、实验（调理电路）模板共十二块实验（调理电路）模板：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/低通滤波模板、光电器件（一）、光开关。7、数据采集卡及处理软件。二、实验台使用方法1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档：电流表显示选择旋钮打到200mA档：步进可n
5 第一章 硬件设备与应用软件介绍 第一节 硬件设备 一、实验台的组成 CSY－3000 系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、 相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。 1、主机箱 直流稳压电源：高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V（连 续可调）。 直流恒流源：0．6mA～20mA 可调。 音频信号源（音频振荡器）：1KHz～10KHz（连续可调）。 低频信号源（低频振荡器）：1Hz～30Hz（连续可调）。 气压源：0～20KPa（可调）。 智能调节仪：温度调节、转速调节。 与计算机通信接口：RS-232、USB 接口（内含数据采集卡）。 数字表：电压、电流、频率/转速、气压、光照度数显表。 过载切断保护功能：在排除接线错误后重新开机才能恢复正常工作（直流稳压电源、音频 振荡器、低频振荡器）。 2、振动源 振动台振动频率 1Hz～30Hz 可调（谐振频率 9Hz 左右）。 3、转动源 手动控制 0～2400 转／分；自动控制 300～2400 转／分。 4、温度源 常温～150℃。 5、传感器 共二十六个传感器（其中二个光源）：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压 器、电容式位移传感器、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、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K 型热 电偶、E 型热电偶、Pt100 铂电阻、Cu50 铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯 白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射 式光电开关。 6、实验（调理电路）模板 共十二块实验（调理电路）模板：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／低通滤波模板、光电器件(一)、光开关。 7、数据采集卡及处理软件。 二、实验台使用方法 1、开机前将电压表显示选择旋钮打到 2V 档；电流表显示选择旋钮打到 200mA 档；步进可