电气测量实验指导2015..

电气测量与检测技术

实验指导

电气工程及自动化学院

2015.4

实验教学进度表

第1章传感信号检测与转换实验箱

说明书

1.1实验箱的组成

系统硬件主要由三部分构成：电源模块、传感信号检测转换调理模块、传感信号数字处理模块。三个模块各自分立，相互间通过信号线连接。

1.2系统电源模块

系统电源模块具体由传感信号检测转换调理模块供电电路和传感信号数字处理模块供电电路两部分构成。工作原理为交流变直流。为确保系统用电安全和模拟电路与数字电路两区域的完全的电气隔离，提高系统电路本身的抗电气干扰性能，采用了双绕组输出的单相隔离变压器。

模拟电路模块供电直流稳压电源：±15V，±5V。

数字电路模块供电直流稳压电源；+5V，+3.3V

1.3传感信号检测转换调理模块

传感信号检测转换调理模块电气部分具体包括：霍尔传感器实验模板、电容传感器实验模板、温度传感器实验模板、电涡流传感器实验模板、应变片实验模板、以及三种不同性能与功能信号调理电路模板。具体布局见图1.1所示。

图1.1传感信号检测转换调理模块布局图

1.3.1应变片实验模板

应变片式传感器实验模板如图1.3.1所示。

图1.3.1应变片式传感器实验模板

实验模板中的R1、R2、R3、R4为金属箔式电阻应变片，没有文字标记的5个电阻符号下面是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设，面板上虚线所示电阻为虚设，仅为组桥提供插座。具体包括：应变片式单臂电桥连接电路、应变片式半桥连接电路、应变片式全桥连接电路。图中的实线表示电路连接线。

本实验系统中4片金属箔式电阻应变片已安装在平行式悬臂梁上，如图1.3.1所示。左上角应变片为R1；右上角为R4；左下角为R2；右下角为R3。当传感器托盘支点受压时，R1、R4阻值增加，R2、R3阻值减小，可用四位半数显万用进行测量判别。常态时应变片阻值为350Ω。加热电阻也已安装在悬臂梁下面，加热丝电阻值为50Ω左右。

此4片应变片已连接在应变片式传感器实验模板上方的R1、R2、R3、R4上。

图1.3.1金属箔式电阻应变片安装示意图

1.3.2电容传感器实验模板

电容传感器实验模板如图1.3.2所示。电路由三部分构成：555多谐振荡电路、环形二极管充放电法测量电容电路、L型高低通滤波电路。电路后续输出端VO1接一级差动放大电路。

图1.3.2电容传感器实验模板

（1）环形二极管充放电法测量电容电路工作原理

本实验系统中的电容传感器测量电路选用环形二极管充放电法测量电容电路。工作原理图如图1.3.3所示。555时基芯片构成多谐振荡电路，作为环形二极管充放电法测量电容电路的脉冲激励源。C 3与L 1构成无源L 型高通滤波器； L 2与C 5构成无源L 型低通滤波器。

图1.3.3 环形二极管充放电法测量电容电路工作原理示意图

环形二极管充放电法测量电容电路工作原理：e 为正半周时，方波由E1跃变到E2时，电容Cx 1和C X2两端的电压皆由E1充电到E2。对电容Cx 1充电的电流i1，对C X2充电的电流i3.。VD2、 VD4一直处于截止状态。在T1这段时间内由A 点向C 点流动的电荷量为 q1=C X2(E2-E1)；。e 为负半周时，方波由E2返回到E1时，Cx 1、C X2放电， 它们两端的电压由E2下降到E1，放电电流i2、 i4。在放电过程中(T2时间内)，VD1、VD3截止。在T2这段时间内由C 点向A 点流过的电荷量为q2=Cx 1(E2-E1)。流过A 、C 支路的瞬时电流的平均值I 为 ：

ΔE 为方波的幅值，ΔE=E2-E1。 I 正比于ΔCx 。

（2）电容传感器结构原理

本实验系统的电容传感器可以测量0~±2.5mm 的距离，传感器由两组定片和一组动片组成。结构示意图如图1.3.4所示：当动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。将上层定片与动片形成的电容定位Cx1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当Cx1 和Cx2接入桥路作为相邻臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与动片的位移有关。

X

X x X x C E f C C E f E E f C E E f C I ∆∆=-∆=---=)()()(21122121

图1.3.4圆筒式变面积差动结构电容传感器结构示意图（3）测微头的组成和读数方法

电容传感器测试位移实验需要正确安装与使用测微头。

测微头的结构组成和读数方法如图1.3.5所示：

图1.3.5测微头结构组成与读数方法示意图

测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组

成。

测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻

度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分

筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。

用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方

向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。

测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横

线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图1.3.5甲读数为３.６７８ｍｍ，不是

３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过

零，如图1.3.5乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图1.3.5丙未过零，则不应读为２ｍｍ，

读数应为１.９８０ｍｍ。

测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使

用前，首先转动微分筒到１０ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴

套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测

杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。

当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。