实验三 热电式传感器――热电偶
一、实验目的：
观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。 二、实验原理：
热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。CSY10B型实验仪为镍铬-镍硅（K分度）。
CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶，热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。 E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 实际电动势 测量所得电势 温度修止电动势
式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜－康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。
CSY10B型实验仪的K分度热电偶如插入数字式温度表端口，则直接显示℃温度值。
三、实验所需部件：
热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备） 四、实验步骤：
1、打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。
2、加热前，K分度热电偶同室温（冷端温度），接数字式温度表端口，测得冷端温度，查热电偶分度表，得到温度修正电动势。
2、差动放大器双端输入接入热电偶，红端接差动放大器正极，黑端接差动放大器负极，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。
3、随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。读数除以差动增益即为测量所得的电动势，与修正电动势相加可获得实际电动势，查查热电偶分度表，得到当前热端温度，同时可用数字式温度表加以验证。
五、注意事项：
因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。
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铜―康热电偶分度 （自由端温度0℃）
（单位：mV） 工作端 温 度 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.0000 0.391 0.792 1.201 1.618 2.044 2.478 2.920 3.370 3.827 4.291 1 0.039 0.431 0.832 1.242 1.661 2.087 2.522 2.965 3.415 3.873 4.338 2 0.078 0.471 0.873 1.284 1.703 2.130 2.566 3.010 3.491 3.919 4.385 3 0.116 0.510 0.914 1.325 1.745 2.174 2.610 3.054 3.506 3.965 4.432 4 0.155 0.550 0.954 1.367 1.788 2.217 2.654 3.099 3.552 4.012 4.479 5 0.194 0.590 0.995 1.408 1.830 2.260 2.698 3.144 3.597 4.058 4.529 6 0.234 0.630 1.036 1.450 1.873 2.304 2.743 3.189 3.643 4.105 4.573 7 0.273 0.671 1.077 1.492 1.916 2.347 2.787 3.234 3.689 4.151 4.621 8 0.312 0.711 1.118 1.534 1.958 2.391 2.831 3.279 3.735 4.198 4.668 9 0.352 0.751 1.159 1.576 2.001 2.435 2.876 3.325 3.781 4.244 4.715 de/dt （vu） 38.6 39.5 40.4 41.3 42.4 43.0 49.8 44.5 45.3 46.0 46.8 12
实验四 电容式传感器特性
一、实验目的
掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。 二、实验原理
电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。 三、实验所需部件
电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头。
图6
四、实验步骤
1．按图6接线，电容变换器和差动放大器的增益适度。
2．装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零。
3．以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据于表6，并作出V—X曲线，求得灵敏度。
表6
砝码数量 △X（个） 电 压 （mV） 4．低频振荡器输出接“激振I”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。 五、注意事项
1．电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变。
2．如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。
3.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向的采集。
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实验五 光纤位移传感器――位移测量
一、实验原理：
反射式光纤位移传感器的工作原理如图8所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，在传感系统中，一支为接收光纤，另一支为光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位置量。
图8 反射式光纤位移传感器原理图
二、实验所需部件：
光纤、光电转换器、光电变换器、低频振荡器、示波器、电压表、支架、反射片、测微头。
三、实验步骤：
1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。
2、将原装在电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片（即电涡流片）。
3、振动台上装上测微头，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面（必要时可稍许调整探头角度），此时Vo输出为最小。然后旋动测微头，使反射镜面离开探头，每隔0.25mm取一Vo电压值填入表9，作出V－X曲线。
表9
X 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 2.5 2.75 3.0 3.25 3.5 3.75 4.0 V 得出输出电压特性曲线如图9所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。
图9 反射式光纤位移传感器输出特性曲线
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4、振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据V－X曲线选取前坡中点位置装好光纤探头。将低频振荡器输出接“激振I”，调节激振频率和幅度，使振动台保持适当幅度的振动（以不碰到光纤探头为宜）。用示波器观察Vo端电压波形。并用电压／频率表2K档读出振动频率。 四、注意事项：
1、光电变换器工作时Vo最大输出电压以2V左右为好，如增益过高可能导致FO端无法读取频率值，可通过调节增益电位器控制。
2、实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。 3、工作时光纤端面不宜长时间直照强光，以免内部电路受损。 4、注意背景光对实验的影响,光纤勿成锐角曲折。
5、每台仪器的光电转换器都是与仪器单独调配的，请勿互换使用，光电转换器应与仪器编号配对，以保证仪器正常使用。
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