非电量实验
电测实验理论
第三章电测应力分析电测应力分析是实验应力分析方法中最常用的一种，它是指通过电阻应变测量进行应力应变分析的实验（简称电测实验），这种实验方法简称为电测法。
电测法就是将非电量（应变）通过电学敏感元件转换成电量进行测量的一种实验应力应变分析方法，它采用电阻应变计（或半导体应变计等）作为传感元件，将其粘贴在被测构件的测点处，使其随同构件一起变形，将构件测点处的应变转换为电阻应变计的电阻变化，再用相应的电子仪器测出各测点处的应变，进而按虎克定律得到各测点的应力。
根据各测点的应力状态，计算各点的应力应变值，从而达到应力应变分析的目的。
由于这种方法的传感元件小，适应性强，测试精度高，因而在工程中被广泛应用。
但它也有其局限性，即只能测量受力构件表面上各点处的应变。
应变电测技术的主要特点和优点（主要介绍以电阻应变计为敏感元件情况，其它电学敏感元件稍有差别）如下：1、电阻应变计尺寸小、重量轻，一般不会干扰构件的应力状态，使用安装（如粘贴）方便。
2、测量灵敏度高，最小应变读数可达10-6（微应变，με），常温静态应变测量精度可达1%～2% 。
3、测量应变量程大，一般为1%～2%（104～2×104με），特殊的大电阻应变计可测量10%～25%（105～2.5×105με）的应变量。
4、常温箔式电阻应变计最小栅长为0.2 mm，可测量应力集中处的应变分布。
5、频率响应快，可测量静态到50万Hz的动态应变。
6、测量中输出为电信号，采用电子仪器易实现测量过程自动化和远距离传递，测量数据可数字显示、自动采集、打印和计算机处理，也可利用无线电发射和接收方式进行遥测。
7、可在高温、低温（－269～＋1000℃）、高压（几百MPa）液下、高速旋转（几万转/分）、强磁场和核辐射等特殊环境中进行结构的应力、应变测量。
8、用电阻应变计配合专门的弹性元件可制成各种传感器，用以测量力、荷载、压强、扭矩、位移和加速度等物理量。
非电量测量与设备
柱中性层上的应变,间接获取轧制力信息。
为克服系统零点漂移对测量精度的影响,用数字电位器结合微处理组成智能零点校准电路,智能识别零点漂移信号,并控制数字电位器进行实时零点校准,从而使系统的测量精度达到了1%F S的实用要求。
参30609808基于光纤光栅的组合结构界面脱空变形检测刊,中/孙曼//传感器技术.2005,24(12).7779(E)0609809嵌入DeviceNet总线接口的智能差压传感器系统刊,中/郑磊//传感器技术.2005,24(12).7476,78 (E)0609810光纤压力传感器刊,中/赵中华//传感器技术. 2005,24(12).4951,54(E)0609811基于R BFNN的铂电阻温度传感器非线性补偿刊,中/俞阿龙//传感器技术.2005,24(12).4345 (E)0609812 CMOS电容式湿度传感器的测量电路分析与仿真刊,中/王阳//传感器技术.2005,24(12).4042(E)0609813纳米SnO2传感器制备新工艺研究刊,中/万艳芬//传感器技术.2005,24(12).2931,34(E)0609814双波长光谱法光纤甲烷传感器性能的研究刊,中/丰明坤//传感器技术.2005,24(12).1618(E)0609815基于数据融合的压力传感器静态特性研究刊,中/熊楠//传感器技术.2005,24(12).1315(E)通常传感器的输出值不仅决定于目标参量,还会受到非目标参量的影响。
为此,采用BP神经网络技术对其进行数据融合处理,以消除非目标参量对传感器输出值的影响。
试验结果表明:该方法很好地抑制了传感器的交叉灵敏度,提高了其测量准确度。
参50609816长周期光纤光栅化学传感器研究进展刊,中/徐艳平//传感器技术.2005,24(12).56,9(E)阐述了长周期光纤光栅(LPFG)化学传感器的结构与传感机理,介绍了LPFG化学传感器在化学溶液浓度测量方面的应用;讨论了光纤光栅化学传感器的最新研究热点LPFC薄膜传感器;展望了LP FG 化学传感器今后的发展方向。
霍尔传感器实验报告
一、实验目的1. 了解霍尔效应的原理及其在电量、非电量测量中的应用。
2. 熟悉霍尔传感器的工作原理及其性能。
3. 掌握开关型霍尔传感器测量电流和电压的方法。
4. 通过实验验证霍尔传感器在实际测量中的应用效果。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于磁场通过导体时，在导体的垂直方向上会产生一个与电流和磁场方向都垂直的电压。
这种现象称为霍尔效应。
霍尔电压的大小与电流、磁场强度以及导体材料的霍尔系数有关。
霍尔传感器利用霍尔效应将磁场变化转换为电压信号，从而实现磁场的测量。
根据霍尔元件的输出特性，可以将霍尔传感器分为开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器。
三、实验器材1. 霍尔传感器2. 信号源3. 电流表4. 电压表5. 直流稳压电源6. 磁场发生器7. 电阻箱8. 连接线四、实验步骤1. 将霍尔传感器、信号源、电流表、电压表、直流稳压电源、磁场发生器和电阻箱等器材连接成实验电路。
2. 调节直流稳压电源输出电压，使霍尔传感器工作在合适的工作电压范围内。
3. 调节信号源输出电流，使霍尔传感器工作在合适的工作电流范围内。
4. 改变磁场发生器的磁场强度，观察霍尔传感器输出电压的变化。
5. 测量不同磁场强度下霍尔传感器的输出电压，记录实验数据。
6. 根据实验数据，分析霍尔传感器的输出特性。
五、实验数据与分析1. 霍尔传感器输出电压与磁场强度的关系根据实验数据，绘制霍尔传感器输出电压与磁场强度的关系曲线。
从曲线可以看出，霍尔传感器输出电压与磁场强度呈线性关系。
2. 霍尔传感器输出电压与电流的关系根据实验数据，绘制霍尔传感器输出电压与电流的关系曲线。
从曲线可以看出，霍尔传感器输出电压与电流呈线性关系。
六、实验结果与结论1. 实验结果表明，霍尔传感器输出电压与磁场强度、电流均呈线性关系，符合霍尔效应的原理。
2. 霍尔传感器具有响应速度快、精度高、抗干扰能力强等优点，在实际测量中具有广泛的应用前景。
3. 通过本实验，掌握了霍尔传感器的工作原理、性能特点和应用方法。
北京理工大学材料学院各专业课程设置
课程类别 公共基础
总学时 讲课学时 32 24 48 32 48 32 32 32 16 16 16 16 24 0 96 96 32 32 48 32 48 32 48 32 48 32 32 32 96 96 64 64 16 2 16 32 32 48 48 64 32 32 32 16 0 32 48 48 64 2 32 32 0
学分 2 4 3 1 5 2.5 3.5 5.5 4.5 4.5 2 2 3.5 2 3 1 4 2.5 2 2 2 2 2.5 2.5 2 5 2 2
设 置
MAT09027 MAT09034 MAT09024 MAT09026 MAT09044 MAT09029 MAT09035 MAT09039 MAT09105 MAT09081
实验学时 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0
上机学时
学分 2 3 3 1 1 1 1.5 6 2 3 3 3 3 1 6 4 1 1 2 2 3 3 4 2 2 2
大学英语Ⅰ（普通班，G） 公共基础 大学英语视听说Ⅰ（普通班，G） 公共基础 体育Ⅰ 知识产权法基础 军事理论 军事训练 公共基础 公共基础 实践环节 实践环节 公共基础
课程名称 课程类别 总学时 大学化学A 公共基础 64 工程制图 大类基础 64 电路分析实验A 大类基础 16 电路分析基础A 大类基础 56 电子制造工程认识与实践 实践环节 16 机械CAD 实践环节 16 文献检索 实践环节 16 线性代数B 公共基础 48 复变函数与积分变换 大类基础 32 数字电子技术基础B 大类基础 48 数字电子技术实验B 大类基础 16 半导体物理基础 专业教育 40 机械设计基础 大类基础 88 材料科学基础B 专业教育 72 工程力学B 大类基础 64 数理方程与特殊函数 大类基础 32 模拟电子技术基础B 大类基础 48 模拟电子技术实验B 大类基础 16 半导体器件原理 专业教育 40 电子产品实习 实践环节 16 机械设计基础课群(Ⅱ)综合设计 实践环节 32 传输原理 专业教育 40 材料物理与力学性能 专业教育 48 微连接原理 专业教育 64 实验选修课 大类基础 32 高分子材料基础 专业教育 32 微电子制造工艺基础 专业教育 40 电子封装材料 专业教育 48 电子封装工艺 专业教育 48 实验选修课 大类基础 32 微机原理与接口技术 专业教育 32 电子组装技术 专业教育 32 材料及其成形测试技术专业教育 40 封装材料成形技术 专业教育 32
4常见非电量检测
在沿着偏心方向上，条纹近似地平行于栅线，称纵向莫尔条纹 其他位置上上，称为斜向莫尔条纹
(b) 切向光栅 --- 环形莫尔条纹
光栅：两块，切向刻线，切向相同，栅距角相同， 基圆半径不同，栅线面相对同心叠合， 条纹：是以光栅中心为圆心的同心圆簇， 宽度也不是定值，随位置不同而不同。 特点：具有全光栅平均效应，用于高精度角度测量和分度。 (c) 环形光栅 --- 辐射形莫尔条纹 光栅：两块完全相同，环形刻线，偏心叠合， 条纹：近似直线并成辐射方向，称为辐射形莫尔条纹。
nz f 60
r 1齿 （s ）
60 齿 （
r
min ）
一、测频法 测定在预定的标准时间内进入计数器的待测信号脉冲的个数从 而得到转速。 · （首先）将频率为 f 的电脉冲放大整形，传输到主门的输入端 ·由晶体（石英）振荡器产生标准频率 f 信号，经时基分频器产 生可调波宽的低频方波信号（即标准时基 t （0.1s,1s,10s 等）
非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性小， 测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和快速 变化的温度等优点。
接触式与非接触式测温特点比较
方 式 测量 条件 接 触 式 感温元件要与被测对象良好接触；感温元件 的加入几乎不改变对象的温度；被测温度不 超过感温元件能承受的上限温度;被测对象不 对感温元件产生腐蚀 特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难 工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级 慢，通常为几十秒到几分钟 非 接 触 式 需准确知道被测对象表面发射率；被测对 象的辐射能充分照射到检测元件上
(6) 流量检测
一. 流量的概念 流体在单位时间内流经某一有效截面的体积或质量，前 者称体积流量（m3/s)，后者称质量流量(kg/s)。
电磁测量第15章 非电量测量
由 dR K dl 知，电阻丝的应变与电阻的相对变化具有
线性关系。R
l
系数K由统一的标准进行实验测定。
dR
K0
R
x
x 为轴向应变。K0为电阻丝应变片的灵敏度系数。
3. 电阻应变仪 电阻应变仪是与应变片配用的测量仪器。
将应变片接入电桥线 路中，电阻的相对变化即 可转换为电压的相对变化。
RW
x x0
2
x x0
3
...
S
y0 x0
1
x x0
x x0
2
x x0
3
...
为减小灵敏度的非线性，常采用差动形式
y
y
y0 x0
x 1
S
r
由材料力学， dr dl
r
l
dR
d
1 2 dl
l
d
1
2
dl
R
l dl
l
l d
K 1 2 称为金属丝应变灵敏度系数。
dl
对于金属材料，d 相对较小，其灵敏度主要取决于1+2项。
非电量电测技术：用电测技术的方法测量非电的物理量。
二、非电量电测技术的主要特点
1. 应用了已较为成熟和完善的电磁测量技术、理论和方法。 因此，非电量电测技术的关键是研究如何将非电量变换为 电磁量的技术——传感器技术。
霍尔传感器开关实验报告
一、实验目的1. 了解霍尔效应原理及其在电量、非电量测量中的应用概况；2. 熟悉霍尔传感器的工作原理及其性能；3. 掌握开关型霍尔传感器测量转速和震动的基本方法；4. 通过实验，验证霍尔传感器在测量中的应用效果。
二、实验原理霍尔效应是指当电流通过一个导体或半导体时，若在导体或半导体两侧施加垂直于电流方向的磁场，则会在导体或半导体内部产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压，即霍尔电压。
根据霍尔效应，可以制作出霍尔传感器，用于测量磁场的强度和方向。
开关型霍尔传感器是一种利用霍尔效应将磁场变化转换为电信号输出的传感器。
当磁场穿过霍尔元件时，会在元件内部产生霍尔电压，该电压经过放大和整形后，输出一个开关信号。
当磁场强度超过设定阈值时，开关信号由低电平变为高电平；当磁场强度低于设定阈值时，开关信号由高电平变为低电平。
三、实验器材1. 开关型霍尔传感器；2. STM32开发板；3. 直流电源；4. 连接电缆；5. 转速实验装置；6. 震动实验装置；7. 示波器；8. 计算机编程软件。
四、实验步骤1. 连接实验器材：将开关型霍尔传感器和STM32开发板通过电缆连接，将直流电源与开发板连接；2. 编写程序：利用STM32开发板的编程软件编写程序，实现显示霍尔传感器测试结果、震动测量和转速测量等功能；3. 转速实验：将霍尔传感器固定在转速实验装置的轴上，当轴转动时，霍尔传感器输出脉冲信号，通过编程软件计算转速；4. 震动实验：将霍尔传感器固定在震动实验装置上，当装置震动时，霍尔传感器输出脉冲信号，通过编程软件计算震动频率；5. 测试与分析：通过示波器观察霍尔传感器的输出信号，分析信号特点，并与理论计算结果进行对比。
五、实验结果与分析1. 转速实验：实验结果显示，霍尔传感器输出的脉冲信号频率与转速实验装置的实际转速基本一致，说明霍尔传感器可以准确测量转速；2. 震动实验：实验结果显示，霍尔传感器输出的脉冲信号频率与震动实验装置的实际震动频率基本一致，说明霍尔传感器可以准确测量震动频率；3. 信号分析：通过示波器观察霍尔传感器的输出信号，发现信号为矩形脉冲，具有较好的稳定性和重复性。
大学物理实验：超声声速测定
大学物理实验:超声声速测定————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:超声声速测定声波特性的测量，如频率、波长、声速、声压衰减、相位等，是声波检测技术中的重要内容。
特别是声速的测量,不仅可以了解媒质的特性而且还可以了解媒质的状态变化,在声波定位、探伤、测距等应用中具有重要的实用意义。
例如,声波测井、声波测量气体或液体的浓度和比重、声波测量输油管中不同油品的分界面等等。
“声速的测量”是一个综合性声学实验。
实验中采用压电陶瓷超声换能器通过驻波法（共振干涉法)和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度，这是一个非电量电测方法的应用。
通过这个实验可以重点学习如下内容:（1）实验方法：非电量的电测方法；测量声速的驻波法和相位比较法。
(２）测量方法:利用示波器测量电信号的极大值和观察李萨如图形测量相位差的方法。
（３)数据处理方法：求声波波长的逐差法。
(4)仪器调整使用方法:双踪示波器和函数信号发生器的正确调节和使用方法。
【实验目的】１.学习用驻波共振法和相位比较法测量超声波在空气中的传播速度。
２.了解压电换能器的功能。
3.学习用逐差法处理数据。
【实验仪器】SVX－５型声速测试仪信号源、SV－DH系列声速测试仪、双踪示波器等【实验原理】频率介于２0Hz~２0kHz 的机械波振动在弹性介质中的传播就形成声波，介于2０kH ｚ~５00MHz 的称为超声波，超声波的传播速度就是声波的传播速度,而超声波具有波长短，易于定向发射和会聚等优点，声速实验所采用的声波频率一般都在2０KHz ～60k Ｈz 之间。
在此频率范围内,采用压电陶瓷换能器作为声波的发射器、接收器、效果最佳。
根据声波各参量之间的关系可知f ⋅=λυ，其中υ为波速， λ为波长,f 为频率。
图4-５-1共振法测量声速实验装置在实验中，可以通过测定声波的波长λ和频率f 求声速。
大学物理开放实验项目
大学物理开放实验项目1. 力学方面实验内容（1）多普勒效应的研究和应用实验研究：实验内容：①测量超声接收换能器的运动速度与接收频率的关系，验证多普勒效应；②用步进电机控制超声换能器的运动速度，通过测频求出空气中的声速；③将超声换能器作为速度传感器，用于研究匀速直线运动，匀加（减）速直线运动，简谐振动等；④在直射式和反射式两种情况下，用时差法测量空气中的声速；⑤在直射式方式下，用相位法和驻波法测量空气中的声速；⑥设计性实验：用多普勒效应测量运动物体的未知速度；⑦设计性实验：利用超声波测量物体的位置及移动距离。
（2）三线摆法测量物体转动惯量的实验研究：实验内容：用三线摆测定圆环对通过其质心且垂直于环面轴的转动惯量。
（3）弦振动实验和乐理探究的实验研究：实验内容：①张力、线密度和弦长一定，改变驱动频率，观察驻波现象和驻波波形，测量共振频率；②张力和线密度一定，改变弦长，测量共振频率；③弦长和线密度一定，改变张力，测量共振频率和横波在弦上的传播速度；④张力和弦长一定，改变线密度，测量共振频率和弦线的线密度；⑤聆听音阶高低及与频率的关系；⑥观察弦线的非线性振动；（4）扭摆法测量物理转动惯量的实验研究：（5）力学碰撞的实验研究：（6）微波技术实验研究：2. 热学方面实验内容（1）温度传感器设计性实验研究：实验内容：铜电阻或热敏电阻的特性测量，即铜电阻或热敏电阻随温度的变化情况。
（2）冷却法金属比热容测定实验研究：实验内容：利用冷却法测量各种金属的比热容。
（3）气体比热容比测定的实验研究：实验内容：测定空气的定压比热容与定容比热容之比。
（4）导热系数测量的实验研究：实验目的：①了解热传导现象的物理过程；②学习用稳态平板法测量材料的导热系数；③学习用作图法求冷却速率；④掌握一种用热电转换方式进行温度测量的方法；3.光学方面实验内容（1）普朗克常数测定的实验研究：实验内容：①了解光的量子性，光电效应的规律，加深对光的量子性的理解；②验证爱因斯坦方程，并测定普朗克常数h；③学习作图法处理数据；（2）双光栅测量微弱振动位移量的实验研究：实验目的：①了解利用光的多普勒频移形成光拍的原理并用于测量光拍拍频；②学会使用精确测量微弱振动位移的一种方法；③应用双光栅微弱振动测量仪测量音叉振动的微振幅。
变电站主变压器二次回路试验
变电站主变压器二次回路试验发布时间：2022-04-24T09:13:41.715Z 来源：《福光技术》2022年7期作者：杨磊[导读] 主变二次回路调试在变电站二次回路调试中牵涉面最广，原理较深，难度较大。
国网北京检修公司北京摘要：主变二次回路调试在变电站二次回路调试中牵涉面最广，原理较深，难度较大。
掌握主变二次回路的调试原理和方法对其他线路间隔、母线间隔等的二次回路调试均有一定的参考意义。
本文将从主变的连接组别检查、冷却系统试验、非电气量试验、温度遥测试验、调压开关试验、电流试验几个方面对主变二次回路试验进行分析。
关键词：变电站；主变压器；二次回路一、主变本体二次回路试验（1）连接组别的检查由于500kV变压器低压侧存在外部连接错误的可能，因此检查低压侧的一侧连接顺序是否符合Yyd11的连接组别，是进行二次回路试验的大前提。
如果忽略此项检查，随后的电压电流试验均不能发现这一错误的结果，直至启动投产试运行进行到电压核相及六角图测试步骤才能发现，这势必会影响投产的顺利进行。
所以及时检查500kV主变压器的连接组别很重要，尤其是一些主变更换项目，新安装主变的低压侧套管CT极性可能与之前的主变相反，工程实际中往往会出现连接错误的情况。
在只更换一相变压器的抢修工程中，由于三台变压器的厂家不同，更应该重视连接组别的检查。
检查连接组别应该先确定低压侧套管CT的极性，假定A相套管CT两端为AX，B相套管CT两端为BY，C相套管CT两端为CZ，那么低压侧三角连接方式应为：AX-CZ-BY-A。
（2）冷却系统试验变电站主变压器的冷却方式主要有自然油循环风冷与强迫油循环风冷两种。
冷却系统试验必须先检查单台风扇的运转方向和编号对应情况，确认无误后才能进行逻辑试验。
不同厂家变压器的风冷逻辑不同，但风扇启动条件和运转相应逻辑大致有以下几种情形：风扇或油泵启动条件：1、就地手动；2、远方手动；3、油温1启动；4、油温2启动；5、高压绕组温启动；6、公共绕组温启动；7、主变保护1启动风冷I段；8、主变保护1启动风冷II段；9、主变保护2启动风冷I段；10、主变保护2启动风冷II段。
大学物理试验试验原理PF
源E。
a
R1
R2
a R1+△R1
R2+△R2
c
d
c
d
R4
R3
b
R4+△R4
R3+△R3 b
图4 非平衡电桥原理
图5 有载荷的非平衡电桥
由图5知
U0
E
R1 R1 R2
R4 R3 R4
电桥平衡时 U0 0 R1R3 R2 R4
四只电阻片相同有：
R1 R3 R2 R4 R 受外力时
作业：
完成本次实验的数据处理，预习下一次实验内容。
一个输出电压，作出E—U0关系曲线，分析是否为线性关系。
数据处理：
注意事项：
1.在实验前应将仪器预热15分钟以上。 2.实验时不能超载，所加砝码不能超过8Kg，加减
砝码时应轻拿轻放，以免损坏传感器。
思考题：
1.传感器的灵敏度与电源电压有何关系？电源电压 能无限制地加大吗？为什么？
2.本实验所用系统能当电子秤使用吗？
用逐差法求灵敏度S S U0 F
3.用压力传感器测量任意物体的重量
将未知重量的物体放在传感器上，测出电压U0，
测三次取平均值，代入
W求物U0体 重S1量。
4.测量传感器电源电压E与电桥输出电压关系，保持 加载砝码的质量为1000克。
改变电源电压，使其从1.0V至10.0V，每增加1.0V对应记录
U0
E
R1
R1 R1 R1 R2
R2
R3
R4 R4 R3 R4
R4
布儒斯特角的非电量电测
由上式 可知 ， 磁场 一定 时 ， 迁移率 越 高的半 导体 材料 ， 电阻 率变化越 大 ， 阻效 应 越 明显 ． 磁 为获 得 显 著 的磁 阻效 应 ， 须选用 迁移 率大 的半导体 材料 ， 必 如
一
Hale Waihona Puke 料温度 系数 相 对 偏 大 ， 了 减 小 温 度 变 化 的影 响 ， 为
图 １ 无 触 点 式 角度 电位 器 结 构 示 意 图
Ｖｏ ｔ ｕ Ｖ ｕ ｏ ｔ Ｖｏ ｔ ｕ
ＩＳ 磁 阻元 件就是利 用半导 体磁 阻效应 制造 的磁敏 ｎｂ 元件 ． 通 电的半导 体表 面上垂直 加上磁 场时 ， 在 由于 磁 场 的作 用力使 载 流子 运 动路 径 偏 转 ， 即外 加 电场 方向 的电流分量 减小 ， 使其 电阻 值增 大 的物 理 现象
设计性 物理 实验在 高校 中开设 ．
度 电位器 ［ 其结 构示 意图如 图 １ ， 所示 ， 效工作 原 等
理 图如图 ２ 它 由两个 对称 的半 圆形 ＩＳ ． ｎ ｂ磁 阻元件
磁 阻 器
２ 原 理
２ １ 磁 阻效应 ．
无 触 点 式 角 度 电 位 器 由 ＩＳ ｎ ｂ磁 阻元 件 制 成 ，
维普资讯
２０ ０ ７年 第 ６期
物 理通报
实验教 学研 究
布 儒 斯 特 角 的 非 电量 电测
高 渊
（ 旦 大 学 物 理 系 上 海 ２０３ ） 复 ０４３
摘
要 ： 用 无 触 点式 角度 电位 器 测 量 玻 璃 的 布儒 斯 特 角 ， 现 角 度 量 的 电测 ， 准 确 得 到 玻 璃 的折 射 率 ． 利 实 并
线性 范 围在 一５ ．ｏ～＋５ ．ｏ ００ ００． 这种无 触 点式角度 电位 器是 通过磁 钢与 磁阻 器
《电子测量与检测》实验指导书
《电子测量与检测》实验指导书一、电子测量与检测实验须知电子测量与检测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，在做检测与转换技术实验时,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。
测试的技术实验指导
第二部分基本实验指导1 机械参数综合测试系统的组成一、实验目的1、建立对机械参数电测技术的感性认识，了解测试系统的基本组成。
2、了解计算机测试系统的组成。
3、巩固和加深理解电阻应变片测量原理。
4、认识常用的各类传感器，了解其工作原理及应用。
二、实验原理1、实验装臵的组成：由一自由端受动载荷激振的等强度梁，并在其上安装了各种类型的传感器如图1所示。
图1 实验装臵组成2、典型的测试系统：3、信号变换：悬臂梁在动载激振力的作用下，其力学、运动学参数分别由各类传感器将这些待测的非电参数的变化转换成电量的变化。
应变（ε）——电阻应变片的阻值变化(ΔR/R)-——电压变化位移（S）——差动变压器传感器的电压变化速度（V）——磁电式速度传感器的电压变化加速度（a）——压电式加速度传感器的电荷的变化频率（f）——光电转速传感器的光电流的变化4、信号测量：由于经传感器转换所得的电量一般都是很微弱的，不能直接显示或记录下来，必须经过测量电路将这些微弱信号进行放大处理，其测量所用的仪器如下：5、信号分析悬臂梁在受迫振动下，由上述方法测得的五个参数，根据示波图可进行计算、分析。
6、包含信号处理功能的测试系统用典型的CRAS采集、分析处理系统，对信号测试过程的各个环节进行计算机采集、分析处理实验。
三、主要仪器及耗材静态数字电阻应变仪、悬臂梁实验台、压电式加速度传感器、电荷放大器、ＹＤ２８－Ａ型动态电阻应变仪、DRVI虚拟仪器、计算机。
四、实验内容和步骤1、利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量的变化，应变测量的转换元件为应变片，用粘结剂将应变片牢固地贴在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片也发生相应变化，应变片的电阻值也随着发生了变化，这样就把机械量——变形，转换成电量——电阻值的变化。
用灵敏的电阻测量仪器——电桥，测出电阻值的变化，就可以换算出相应的应变，如果这个电桥用应变来刻度，就可以直接读出应变，完成非电量的电测。
湿敏传感器实验报告总结
湿敏传感器实验报告总结非电量电测技术实验报告系（部）名称班级学号姓名吕驰课程名称传感器实习指 Auron 教导师日期：20xx年12月 18日一、传感器的现状与发展趋势传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
1.传感器的发展历史及现状1.1传感器技术的发展历史传感器技术就是20世纪的中期才刚刚问世的，在那时与计算机技术和数字控制技术较之，传感技术的发展都滞后于它们，不少一流的成果仍停留在实验研究阶段并没资金投入至实际生产与广泛应用转化率比较高。
在国外，传感器技术主要就是在各国不断发展与提升的工业化浪潮下问世的，并在早期多用作国家级项目的科研研发以及各国军事科技航空航天领域的试验研究。
然而，随着各国机械工业、电子、排序自动化等有关信息化产业的迅猛发展，以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其有关技术产业的发展已在国际市场中逐步占据了关键的份额。
我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发，经过从“六五”到“九五”的国家攻关，在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步，初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系，并在数控机床攻关中取得了一批可喜的为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。
但从总体上讲，它还不能适应我国经济与科技的迅速发展，我国不少传感器信号处理和识别系统仍然依赖进口。
同时，我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成产品的改进与革新速度慢生产与应用系统的创新与改进少。
1.2传感器的分类传感器可从不同角度分类。
从被测量不同, 分为几何机械量( 例如尺寸、角度、表面参数、位移、速度、加速度、角位移、角速度等) , 热工量( 例如温度、压力、流量、密度、黏度、质量等) , 光学量( 强度、功率、波长、频率、相位、速度、脉宽、延迟、折射率、束散角等) , 声学量, 生物参数, 医学量( 生理参数) 等。
非电量电测技术的基本知识
反馈系统的传递函数 设闭环系统：
KF
KI 1 KK
反馈系统的传递函数
证明：
对正向通道： 对反向通道： 另外：
m
yo K I1K I 2 KIm xi' K Ii xi' K I xi'
i 1 n
x f KII1KII2 KIIn yo KIIj yo KII yo
j 1
动态特性：就是指测量系统对随时间 而变化的输入量
的响应特性。
一、线性系统的一般数学模型
d n y(t)
d n1 y(t)
dy(t)
an dt n an1 dt n1 ... a1 dt a0 y(t)
bm
d m x(t) dt m
bm1
d m1x(t) dt m1
...
b1
dx(t) dt
<3>微差法：被测量的大部分用零位法测量（此时，大 部分的被测量已与已知的标准量相抵消，其余部分再用 偏差法来测量。 例：用不平衡电桥测量电阻。
§1-2测量误差及其分类
一、误差分类 (一)按误差的表示方法： 测量值（示值）
1.绝对误差： x x A0 真值，约定真值
修正值：
ac Ao x x
y
KF (t )
拉斯变换：
(
1
0
2
s2
2 0
s
1)Y (s)
KX
(s)
传递函数：
H (s)
s2
02
K
2s 0
1
s j代入
频率特性：
H
(
j
)
1
0
K 2
2j
0
幅频特性： 相频特性：
非电量电测
2. 温差电势：单一导体的两端温度不同产生电势。
U ,
T
T0 Adt
T
T0 Bdt
T
T0 ( A B )dt
总电势等于接触电势+温差电势
σA,σB：两种导体的 汤姆逊系数
E
U
U
,
k e
(T
T0 ) ln
nA nB
T
T0 ( A B )dt
f (T ) F(T0 ) F(T )
热电偶示意图
➢ 热电偶条件：两种材料、有温差（热端T和冷端T0 ） ➢ 常用的热电偶有：铜—康铜、镍铬—铬、铂铑—铂等 ➢ 热电偶测量温度范围宽、电势低、输出非线性
热电势
热电势来源于两类电势： 1. 接触电势：结点处因自由电子密度不同而产生的电势差.
U
k e
(T
T0 ) ln
nA nB
K：为玻耳兹曼常数，e：电子当量， nA ，nB：金属A和B的自由电子密度
UJ36 电位差计使用
因温差电动势较低，在实验中用电位差计测量
测量方法
1. 将热电偶的电压端接到电位差计的“未知”端。注意极性 2. 三个调零：
机械调零：将K调到X1档，调节调零旋钮，使检流计指“0” 电流调零：功能开关K1调至“标准”，调节“电流调节”旋
钮，使检流计指“0” 电势调零：将K1拨至“未知”，调节读数盘，使检流计指
炉温测定记录：列出标准测温仪和 铜电阻温度计的测量结果，进行分 析讨论。铜电阻温度计最小分度为 5℃。
2. 热电偶标定 ： 列表记录标定数据。 以温度t为横坐标，电势E为纵坐标做E-t图即标定曲线.
注意事项
1. 注意电阻温度计接线和电源正负 2. 热电偶不要乱拔 3. 使用NKJ智能温控辐射式加热器进行标定时，仔细阅读说
热电偶定标和测温
根据实验室提供的标准电池电动势值，置RS于 相应位置，旋K1至“×1”、 K2至“标准”，依次调 节Rn，使检流计指针指“零”，电位差计即达到补 偿状态IAB=ES/lAC 。
3、测量练习
将冰块放入冷端部分的保温杯(约
1 2
杯)中，加少量
自来水形成冰水混合物；热端置于空气中，旋K2至热
电偶接入端，调节测量转盘I、II、III，使检流计指
图4 工作电路
再将S与Ex相接，固定R (IAB不 变)，调节C点位置，使检流计示 数为零，可得EExx的值IA：Bl'ACll'A AC CES
电势差计中，ES/lAC是定值，将l‘AC 相对ES/lAC定标的结 果直接标在刻度盘上，即可直观读出Ex值。
4．热电偶的测温
得出热电偶的Ex(t) －t 定标曲线后，只要测出待测条
件下热电偶输出的温差电动势，就可在定标曲线上标定 相关条件下热电偶两端的温差，冷端温度已知（固定） 时，热端的温度随之被测出。
1、接线
【实验内容】
按图5接入标准电池Es、检流计G、工作电源E(5.7 ～6.4V)，热电偶引线接入“未知1”(或“未知2”)。检
流计G接入前要先进行零点调节。
图5
2、校正工作电流
图2
偶定标曲线，测量时便可根据测得的温差电
动势来求得被测温度。
2．热电偶的定标
热电偶的定标就是用实验方法，找出热电偶两端温度差 与温差电动势的对应关系曲线．
根据温度给定方法和测定方法不同，热电偶的定标方法 分为纯物质定点定标法和比较定标法等．
这里仅介绍比较定标法： 将热电偶冷端置于冰水混合物中，热端置于热水中，让 其自然冷却，用水银温度计测量其温度，同时用电位差计测 出热电偶对应温差时的温差电动势，以一定温度间隔进行多
非电量实验
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11. 根据工作过程中测得的数据， 在直角坐标系中绘制铂热电阻传感器的温度与电压的 关系曲线，并观察该曲线的特点。 12. 拟合出该特性曲线的函数关系式。分析其线性度（迟滞、灵敏度、重复性） 。 第二部分：温度测量实验 用线性表达式 y=k*x+b 表示上步的函数关系，就可以把该表达式作为进行温度测量的 依据运用到传感器的应用任务中。在线性表达式 y=k*x+b 中，y 为纵坐标表示传感器输出的 电压，x 为横坐标表示传感器所测环境的温度，k 为曲线的斜率，b 为截距。 1. 按照任务电路原理图（与特性测量所使用的电路相同） ，在面包板上搭建好电路，把传 感器处理电路的输出信号引到数据采集模块的通道 5。 2. 检查无误后打开主板上电源模块的电源；打开数据采集模块的电源。 3. 如下图 2-11 所示，在“TS-OSC-7A 开放式传感器电路实验平台-程序 VI”文件夹中打 开“HEL-776 铂电阻温度传感器-温度测量.vi”程序。选择好通道号（选择通道 5）和 采样频率（选择“1” ） 。在第一步的任务中对传感器特性曲线进行了线性拟合并计算出 线性函数表达式 y=k*x+b，把该表达式中的截距 b 和斜率 k 填入程序的相应空格内，然 后运行温度测量程序。
图 2-2 铂热电阻温度传感器 HEL-776 外形图
图 2-3 铂热电阻特性及应用模块 M4 引脚接线图和实物图
五、 实验步骤
第一部分：传感器特性测量 1. 如图 2-4 所示，把 HEL-776 铂电阻温度传感器-温度测量 M4 模块插到实验主板的 面包板上，并按照 M4 模块的引脚说明进行相应的连线。把主板上的+12V 电源接 到 M4 模块的第 1 脚或第 2 脚，-12V 电源接到第 3 脚或第 4 脚，地线 GND 接到第 6 或第 7 脚，第 12 脚引到主板的信号输出模块的 T4 或 T5 处，第 12 脚为模块 M4 的信号输出点。
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实验器材说明
TS-OSC-7A开放式传感器电路实验平台的主要目的是为学生进行基础传感器实验提供一个开放的、透明的实践平台，让学生通过自己动手搭建传感器信号处理电路和放大电路，更详细的了解常用传感器及其相关信号提取和处理方法。
该平台为学生提供一块实验主板和两套实验对象。
两套实验对象中，一套是出厂前完成测试的完整模块，提供给老师和学生进行验证性实验，另一套是可以让学生自行搭建电路的散件。
这样的安排既可以减少老师备课的时间，又能提高学生的动手能力，同时学生通过亲自动手搭建电路进行实验也能加深学生对所学知识的理解和掌握。
一、配置说明
1. 如下图1-1
图1-1 开放式传感器电路实验平台实验主板
①电源模块；②PWM脉宽调制模块；③全桥信号处理模块
④信号输出模块；⑤面包板；⑥电源测试口
各模块的功能：
●电源模块：该模块为各实验模块提供稳定的电源，模块中能提供的电源有+24V、+12V、
-12V、+5V。
这些电源都是通过一个5PIN的电源接口从外部的多路输出电源模块引入，然后在实验主板上统一管理。
●PWM脉宽调制模块：该模块通过调制脉宽控制功率管的开关速率，进而控制电机的转
速或者是制热片的加热时间。
S5为该模块的电源开关。
S6为功能选择开关，当拨到“Heat-UP”位时进行制热片的加热控制，当拨到“Motor”位时进行电机转速的控制。
R28为脉宽调制电阻，改变该阻值及可改变信号高电平的持续时间，进而改变功率管的开关速度。
●全桥信号处理模块：该模块是经典的桥式信号处理电路，主要对电阻应变片称重传感器
的信号进行线性放大处理，当然也可以扩展到其他可以组成桥式测量电路的传感器的应用。
该电路精度高，稳定性好。
为该模块配备的实验对象为电阻应变片称重传感器，实
物如下图1-2所示。
图1-2 电阻应变片称重传感器
●信号输出模块：该模块可为传感器信号提供保护功能，保证输出信号的稳定性。
●面包板：为模块的搭建提供一个多用途的开放式的实验平台。
●电源测试口：主板上的每路电源都安排了可插万用表表笔的端子，既方便又实用。
2. 开放式传感器电路实验平台配置了12个实验模块，如下图1-3所示为实验模块引脚说明及封装图。
如下表1-1所示为实验模块引脚定义。
图1-3 实验模块引脚说明及封装
表1-1实验模块的引脚定义
对于引脚的定义说明，以“M0光敏电阻特性测量”实验模块为例。
如下图1-4所示为M0模块引脚说明：
模块引脚说明
对于每个实验内容都配备了一个实验小模块和一套完整的直插式元器件散件。
实验模块出厂时已测试完成，供老师或学生进行验证性试验用，另外的一套直插式元器件散件供学生进行动手实践，以提高学生的动手能力，加深对所学知识的掌握程度。
实验小模块的使用方式是直接把模块插入面包板中，然后根据该模块需要的电压，从主板中一一引入，把信号输出口（第12脚）通过跳线引到信号输出模块的“T4”或“T5”口，然后用数据线把信号引到数据采集卡的AD通道。
如下图1-5所示为实验模块的使用例图。
图1-5 实验小模块使用例图
直插式元器件散件的使用方式是根据教材或说明书中提供的配套试验电路进行电路的搭建，完成电路的测量。
以光敏电阻光照强度测量实验为例进行说明，如下图1-6所示为说
明书中提供的实验电路原理图，根据该电路图在面包板上搭建实验电路如下图1-7所示。
图1-6 光敏电阻光照强度测量电路原理图
图1-7 在面包板上搭建的光照强度测量实验电路
实验一：电阻应变式称重传感器特性及应用
一、实验目的
1．掌握电阻应变式称重传感器的工作原理与使用方法。
2．掌握传感器特性的测量方法。
3．了解一般传感器的特性。
二、实验内容
1．分析测试电阻应变式称重传感器的电阻变化特性。
2．连接传感器物理信号到电信号的转换电路。
3．软件记录测传感器特性采样点，并绘制曲线。
4．分析总结传感器的静态特性。
三、基本原理
电阻丝在外力作用下发生机械形变时，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：
∆R/R =Kε
式中∆R/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组件，通过它转换被测部位受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥电路的输出电压反映了相应的受力状态。
全桥测量电路中，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，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U=EK。
图2－1 是压力传感器的测量电路，主要作用是将传感器的输出电压放大。
R8 是电桥的调零电阻，R22是整个放大电路的调零电阻，R9、R21 用来调整运放增益。
图2-1
四、实验所需设备及元器件
●开放式传感器电路实验主板；
●电阻应变式称重传感器工作对象；
●TS-INQ-8U多通道数据采集模块；
●砝码一套；
●跳线若干；
●PC机；
●万用表等，
●传感器特性测量.vi；
全桥电路的应用-物体重量测量.vi；
图2-2 所示为本任务中使用的电阻应变式称重传感器对象结构图。
该对象主要由以下三部分构成：称重托盘、传感器-桥臂和底座。
图2-12 电阻应变式称重传感器对象结构
五、实验步骤
1.用万用表测量传感器各桥壁间电阻，分析出传感器电桥的构成形态，表格自拟。
2.电阻应变式称重传感器通常会有四根线引出来，分别是红、蓝、黄（白）、黑。
把
称重传感器对象中的应变式称重传感器的四根线按颜色分别接到传感器开放电路
实验主板的全桥实验信号处理模块，红色线接P1或P5口，蓝色线接P6或P7口，
黄色线（白色线）接P2或P3口，黑色线接P4或P8口。
图2-3所示为传感器对
象信号线的连接过程。
（和步骤一中的结果进行比较）
图2-3 传感器工作对象的信号线的连接过程
3.用跳线把全桥信号处理模块的T8口与信号输出模块的T4或T5口短接，然后用信
号线连接信号输出模块的BNC接口和多通道数据采集模块的通道5 。
4.确认接线无误后，把主板的电源连接到工作台的多路输出电源。
把主板上的5V、
+12V、-12V的电源开关拨到“ON”一侧。
5.用万用表测量T8端口的对地电压，如果该点电压超过5V（多通道数据采集模块
的测量电压通常为±5V），则调节电阻R22的阻值调整放大电路的零点。
当然可以
不完全调整到零，在实际测量过程中起始电压与测量结果不构成直接的关系，在这
里只要尽量把放大电路的初始测量电压调低就行了，一般为0.5V左右。
其目的是
使初始测量电压尽量低，在测量过程中就不会随意的超出数据采集模块的电压量
程。
如果电压超过5V，也可以调整电阻R21的阻值和R9的阻值调整放大电路的
放大倍数，使输出电压不超过5V。
6.在“TS-OSC-7A开放式传感器电路实验平台-程序VI”文件夹中打开“传感器特性
测量.vi”程序。
如图2-4所示。
采样通道选择为通道5，采样频率选择为1（5KHz），
采样长度为2048字节。
图2-4传感器特性测量VI
7.运行程序，在称重传感器对象的称重托盘上不放任何重物的情况下，测量一组数据，
记录测试输出的电压值和称重物的重量（没任何称重物时质量为0），在“第1次
采集时的量”一栏内填入“0”，然后点击“第一次采集”按钮读取重量为“0g”状
态下的电压值，该电压值会在按钮右边的空格内显示出来。
8.在称重托盘上放一称重物，可以从最小的砝码（10g）开始放。
砝码值填入“第2
次采集时的量”空格内，然后点击“第2次采集”按钮读取此次采集时的电压值。
9.依次改变放置砝码的重量，进行多次电压值的采集。
记录各次的输出电压和砝码的
质量，把数据填入下表2-1中。
10.根据任务中测量的数据，在直角坐标系中绘制关于电阻应变式称重传感器输出电压
与称重物体质量之间的关系曲线。
（请使用坐标纸）
11.直接点击“画特性曲线”按钮在程序面板上绘制传感器的特性曲线。
（与手绘曲线
进行比较）
12.观察该曲线的线性特性并计算该关系曲线的函数关系式。
注意：本任务中采用的电阻应变式称重传感器的量程为5kg，在工作过程中请勿超出量程，以免损坏传感器。
六、实验报告要求
1、按要求完整填写测试表格及测试数据。
2、分析并总结实验结果。
3、写出本次实验心得体会。
七、思考题
1．如何测试传感器的线性度、灵敏度、重复性、迟滞等静态特性？
2．如何确定传感器的各个引线对应的电桥引出线？。