CSY實驗指導書

1、使 用 說 明CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀是用于檢測儀表類課程教學實驗的多功能教學儀器。其特點是集被測體、各種傳感器、信號激勵激、處理電路和顯示器于一體，可以組成一個完整的測試系統(tǒng)。通過實驗指導書所提供的數(shù)十種實驗舉例，能完成包含光、磁、電、溫度、位移、振動、轉(zhuǎn)速等內(nèi)容的測試實驗。通過這些實驗，實驗者可對各種不同的傳感器及測量電路原理和組成有直觀的感性認識，并可在本儀器上舉一反三開發(fā)出新的實驗內(nèi)容。實驗儀主要由實驗工作臺、處理電路、信號與顯示電路三部分組成。一、位于儀器頂部的實驗工作臺部分，左邊是一副平行式懸臂梁，梁上裝有應(yīng)變式、熱敏式、P-N結(jié)溫度式、熱電式和壓電加速度五種傳感器。平行梁上梁的

2、上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有八片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號 和 表示。其中六片為金屬箔式片（BHF-350）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號 和 表示。片上標有“BY”字樣的為半導體式應(yīng)變片，靈敏系數(shù)130。熱電式（熱電偶）：串接工作的兩個銅一康銅熱電偶分別裝在上、下梁表面，冷端溫度為環(huán)境溫度。分度表見實驗指導書。熱敏式：上梁表面裝有玻璃珠狀的半導體熱敏電阻MF-51，負溫度系數(shù)，25時阻值為810K。P-N結(jié)溫度式：根據(jù)半導體P-N結(jié)溫度特性所制成的具有良好線性范圍的溫度傳感器。壓電加速度式：位于懸臂梁右部，由PZT-5雙壓電晶片，銅質(zhì)量塊和壓簧組成，裝在透明外殼中。實驗工作臺左邊是

3、由裝于機內(nèi)的另一副平行梁帶動的圓盤式工作臺。圓盤周圍一圈所安裝有（依逆時針方向）電感式（差動變壓器）、電容式、磁電式、霍爾式、電渦流式五種傳感器。電感式（差動變壓器）：由初級線圈Li和兩個次級線圈L。繞制而成的空心線圈，圓柱形鐵氧體鐵芯置于線圈中間，測量范圍>10mm。電容式：由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍3mm。磁電式：由一組線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.4V/m/s?；魻柺剑篐Z-1半導體霍爾片置于兩個半環(huán)形永久磁鋼形成的梯度磁場中，線性范圍3mm。電渦流式：多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成的傳感器，線性范圍>1m

4、m。光電式傳感器裝于電機側(cè)旁。兩副平行式懸臂梁頂端均裝有置于激振線圈內(nèi)的永久磁鋼，右邊圓盤式工作臺由“激振I”帶動，左邊平行式懸臂梁由“激振II”帶動。為進行溫度實驗，左邊懸臂梁之間裝有電加熱器一組，加熱電源取自15V直流電源，工作時能獲得高于溫度30左右的升溫。以上傳感器以及加熱器、激振線圈的引線端均位于儀器下部面板最上端一排。實驗工作臺上還裝有測速電機一組及控制、調(diào)速開關(guān)。兩只測微頭分別裝在左、右兩邊的支架上。二、信號及顯示部分：位于儀器上部面板低頻振蕩器：130Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp-p值20V，最大輸出電流0.5A，Vi端插口可提供用作電流放大器。音頻振蕩器：0.4KHz10KHz輸出

5、連續(xù)可調(diào)，Vp-p值20V，180°、0°為反相輸出，Lv端最大功率輸出0.5A。直流穩(wěn)壓電源：±15V，提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1.5A。±2V±10V，檔距2V，分五檔輸出，提供直流信號源，最大輸出電流1.5A。12 數(shù)字式電壓/頻率表：3 位顯示，分2V、20V、2KHz、20KHz四檔，靈敏度50mV，頻率顯示5Hz20KHz。指針式直流毫伏表：測量范圍500Mv、50mV、5mV三檔，精度2.5%。三、處理電路：位于儀器下部面板電橋：用于組成應(yīng)變電橋，面板上虛線所示電阻為虛設(shè)，僅為組橋提供插座。R1、R2、

6、R3為350標準電阻，WD為直流調(diào)節(jié)電位器，WA為交流調(diào)節(jié)電位器。差動放大器：增益可調(diào)比例直流放大器，可接成同相、反相、差動結(jié)構(gòu)，增益1-100倍。光電變換器：提供紅外發(fā)射、接收、穩(wěn)幅、變換，輸出模擬信號電壓與頻率變換方波信號。四芯航空插座上裝有光電轉(zhuǎn)換裝置和兩根多模光纖（一根接收，一根發(fā)射）組成的光強型光纖傳感器。電容變換器：由高頻振蕩、放大和雙T電橋組成。移相器：允許輸入電壓20Vp-p，移相范圍±40°（隨頻率有所變化）。相敏檢波器：極性反轉(zhuǎn)電路構(gòu)成，所需最小參考電壓0.5Vp-p，允許最大輸入電壓20Vp-p。電荷放大器：電容反饋式放大器，用于放大壓電加速度傳感器輸

7、出的電荷信號。電壓放大器：增益5倍的高阻放大器。渦流變換器：變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是三點式振蕩電路中的一個元件。溫度變換器：根據(jù)輸入端熱敏電阻值及P-N結(jié)溫度傳感器信號變化輸出電壓信號相應(yīng)變化的變換電路。低通濾波器：由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率35Hz左右。使用儀器時打開電源開關(guān)，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常。儀器下部面板左下角處的開關(guān)控制處理電路的±15V工作電源，進行實驗時請勿關(guān)掉。指針式毫伏表工作前需對地短路調(diào)零，取掉短路線后指針有所偏轉(zhuǎn)是正常現(xiàn)象，不影響測試。請用戶注意，本儀器是實驗性儀器，各電路完成的實驗主要目的是對各傳感器測試電路做定性的驗證

8、，而非工程應(yīng)用型的傳感器定量測試。各電路和傳感器性能建議通過以下實驗檢查是否正常：1應(yīng)變片及差動放大器，參考附圖2進行單臂、半橋和全橋?qū)嶒?，各?yīng)變片是否正?？捎萌f用表電阻檔在應(yīng)變片兩端測量。各接線圖兩個節(jié)點間即為一實驗接插線，接插線可多根迭插，為保證接觸良好插入插孔后請將插頭稍許旋轉(zhuǎn)。2半導體應(yīng)變片，進行半導體應(yīng)變片直流半橋?qū)嶒灐?熱電偶，按附圖4接線，加熱器接15V電源，另一端接地，觀察隨溫度升高熱電勢的變化。4熱敏式，按附圖5接線，進行“熱敏傳感器實驗”，電熱器加熱升溫，觀察隨溫度升高“V0”端輸出電壓變化情況，注意熱敏電阻是負溫度系數(shù)。5P-N結(jié)溫度式，進行P-N結(jié)溫度傳感器測溫實驗，注

9、意電壓表2V檔顯示值為絕對溫度T。6進行“移相器實驗”，用雙蹤示波器觀察兩通道波形。7進行“相敏檢波器實驗”，相敏檢波端口序數(shù)請參照附圖6，其中4端為參考電壓輸入端。8進行“電容式傳感器特性”實驗，接線參照附圖7。當振動圓盤帶動動片上下移動時，電容變換器V0端電壓應(yīng)正負過零變化。9進行“光纖傳感器位移測量”，光纖探頭可安裝在原電渦流線圈的橫支架上固定，端面垂直于鍍鉻反射片，旋動測微頭帶動反射片位置變化，從“V0”端讀出電壓變化值。光電變換器“F0”端輸出頻率變化方波信號。測頻率變化時可參照“光纖傳感器轉(zhuǎn)速測試”步驟進行。10進行光電式傳感器測速實驗，VF端輸出的是頻率信號。11將低頻振蕩器輸出

10、信號送入低通濾波器輸入端、輸出端用示波器觀察，注意根據(jù)低通輸出幅值調(diào)節(jié)輸入信號大小。12進行“差動變壓器性能”實驗，檢查電感式傳感器性能，實驗前要找出次級線圈同名端，次級所接示波器為懸浮工作狀態(tài)。13進行“霍爾式傳感器直流激勵特性”實驗，接線參照附圖9，直流激勵信號絕對不能大于±2V，否則一定會造成霍爾元件燒壞。14進行“磁電式傳感器”實驗，磁電傳感器兩端接差動放大器輸入端，用示波器觀察輸出波形，參見附圖12。15進行“壓電加速度傳感器”實驗，接線參見附圖13。此實驗與上述第12項內(nèi)容均無定量要求。16進行“電渦流傳感器的靜態(tài)標定”實驗，接線參照圖11，其中示波器觀察波形端口應(yīng)在渦流

11、變換器的左上方，即接電渦流線圈處，右上端端口為輸出經(jīng)整流后的直流電壓。17如果儀器是帶微機接口和實驗軟件的，請參閱數(shù)據(jù)采集及處理說明。數(shù)據(jù)采集卡已裝入儀器中，其中A/D轉(zhuǎn)換是12位轉(zhuǎn)換器，無漏碼最大分辨率1/2048（即0.05%），在此范圍內(nèi)的電壓值可視為容許誤差。所以建議在做小信號實驗（如應(yīng)變電橋單臂實驗）時選用合適的量程，以正確選取信號。儀器后部的RS232接口請接計算機COM2口串行工作。否則計算機將收不到信號。儀器工作時需良好的接地，以減小干擾信號，并盡量遠離電磁干擾源。儀器的型號不同，傳感器種類不同，則檢查項目也會有所不同。上述檢查及實驗?zāi)軌蛲瓿蓜t整臺儀器各部分均為正常。實驗時請非

12、常注意實驗指導書中實驗內(nèi)容后的“注意事項”，要在確認接線無誤的情況下開啟電源，要盡量避免電源短路情況的發(fā)生，加熱時“15V”電源不能直接接入應(yīng)變片、熱敏電阻和熱電偶。實驗工作臺上各傳感器部分如位置不太正確可松動調(diào)節(jié)螺絲稍作調(diào)整，以按下振動梁松手，各部分能隨梁上下振動而無碰擦為宜。附件中的稱重平臺是在實驗工作臺左邊的懸臂梁旁的測微頭取開后裝于頂端的永久磁鋼上方，環(huán)形圓片代替砝碼做稱重實驗。實驗開始前請檢查實驗連接線是否完好，以保證實驗順利進行。本實驗儀需防塵，以保證實驗接觸良好，儀器正常工作溫度040。目 錄使用說明實驗內(nèi)容（各型傳感器實驗儀按需選用）實驗一箔式應(yīng)變片性能單臂電橋?qū)嶒灦綉?yīng)變片

13、三種橋路性能比較實驗三箔式應(yīng)變片的溫度效應(yīng)實驗四應(yīng)變電路的溫度補償實驗五半導體應(yīng)變片性能實驗六半導體應(yīng)變片直流半橋測試系統(tǒng)實驗七箔式應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片性能比較實驗八移相器實驗實驗九相敏檢波器實驗實驗十箔式應(yīng)變片組成的交流全橋?qū)嶒炇患铑l率對交流全橋的影響實驗十二交流全橋的應(yīng)用振幅測量實驗十三交流全橋組成的電子秤實驗十四差動變壓器性能實驗十五差動變壓器零殘電壓的補償實驗十六差動變壓器的標定實驗十七差動變壓器的振動測量實驗十八差動螺管式電感傳感器位移測量實驗十九差動螺管式電感傳感器振幅測量實驗二十激勵頻率對電感傳感器的影響實驗二十一熱電式傳感器熱電偶實驗二十二熱敏式溫度傳感器測溫實驗實驗二十三

14、PN 溫度傳感器實驗二十四光纖位移傳感器位移測量實驗二十五光纖傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗二十六光電傳感器的應(yīng)用光電轉(zhuǎn)速測試實驗二十七霍爾式傳感器的直流激勵特性實驗二十八霍爾式傳感器的交流激勵特性實驗二十九霍爾傳感器的應(yīng)用振幅測量實驗三十霍爾傳感器的應(yīng)用電子秤實驗三十一電渦流式傳感器的靜態(tài)標定實驗三十二被測材料對電渦流傳感器特性的影響實驗三十三電渦流式傳感器的振幅測量實驗三十四電渦流傳感器的稱重實驗實驗三十五電渦流傳感器電機測速實驗實驗三十六磁電式傳感器實驗三十七壓電加速度傳感器實驗三十八電容式傳感器特性實驗三十九力平衡式傳感器實驗四十雙平行梁的動態(tài)特性正弦穩(wěn)態(tài)響應(yīng)實驗四十一微機檢測與轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集處理實

15、驗一箔式應(yīng)變片性能單臂電橋一、實驗?zāi)康兀? 觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2 測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3 比較各橋路間的輸出關(guān)系。二、實驗原理：本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，當使用一個應(yīng)

16、變片時，；當二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有；用四個應(yīng)變片組成二個差動對工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應(yīng)變片、測微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。四、實驗步驟： 1調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)

17、是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2按圖（1）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±4V。4V RR24V R3 R1WDV圖 （1）測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。3確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。4旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以水平狀態(tài)下輸出電壓為零，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并列

18、表。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）。位移mm電壓V根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)計算靈敏度S，SXV，并在坐標圖上做出VX關(guān)系曲線。五、注意事項： 1實驗前應(yīng)檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。 2接插線插入插孔時輕輕地做一小角度的轉(zhuǎn)動，以保證接觸良好，拔出時也輕輕地轉(zhuǎn)動一下拔出，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導線斷裂。 3穩(wěn)壓電源不要對地短路。實驗二 箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較一、實驗原理：說明實際使用的應(yīng)變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2RR、4RR。根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4&

19、#183;E·R，電橋靈敏度KuVRR，于是對應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。二、實驗所需部件 直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應(yīng)變片、測微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。三、實驗步驟： 1在完成實驗一的基礎(chǔ)上，不變動差動放大器增益和調(diào)零電位器，依次將圖（1）中電橋固定電阻R1、R2、R3換成箔式應(yīng)變片，分別接成半橋和全橋測試系統(tǒng)。2重復實驗一中34步驟，測出半橋和全橋輸出電壓并列表，計算靈敏度。3在同一坐標上描出VX曲線，比較三種橋路的靈敏

20、度，并做出定性的結(jié)論。四、注意事項： 1應(yīng)變片接入電橋時注意其受力方向，一定要接成差動形式。2直流激勵電壓不能過大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。3由于進行位移測量時測微頭要從零正的最大值，又回復到零，再負的最大值，因此容易造成零點偏移，因此計算靈敏度時可將正X的靈敏度與負的X的靈敏度分開計算。再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種方法。實驗三箔式應(yīng)變片的溫度效應(yīng)一、實驗?zāi)康模赫f明溫度變化對應(yīng)變測試系統(tǒng)的影響。二、實驗原理：溫度變化引起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲與測試中的膨脹系數(shù)不同。由此引起測試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動

21、放大器、電壓表、測微頭、加熱器、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟： 1按圖（1）接線，開啟電源，調(diào)整系統(tǒng)輸出為零。2記錄加熱前測試系統(tǒng)感受的溫度，點溫計可插入二片應(yīng)變梁之間的加熱器當中。3開啟“加熱”電源，觀察測試系統(tǒng)輸出電壓隨溫度計升高而發(fā)生的變化。待電壓讀數(shù)基本穩(wěn)定后記下電壓值。4求出溫度漂移值VT。五、注意事項：由于本儀器中所使用的BHF箔式應(yīng)變片具有防自蠕變性能，因此溫度系數(shù)還是比較小的。實驗四應(yīng)變電路的溫度補償一、實驗?zāi)康模?由于溫度變化引入了測量誤差，因此實用測試電路中必須進行溫度補償。二、實驗原理：用補償片法是應(yīng)變電橋溫度補償方法中的一種，如

22、圖（2）所示。在電橋中，R1為工作片，R2為補償片，R1R2。當溫度變化時兩應(yīng)變片的電阻變化R1與R2符號相同，數(shù)量相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后R1R4R2R3，電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，由于補償片所貼位置與工作片成90°，所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)變。4V RR4V R RWDV差放 電壓表R1 R2R3 R4 V 圖（2）圖（3）三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、電壓表、測微頭、加熱器、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟： 1按圖（3）接好線路，圖中R和R分別為箔式工作片和補償片。2重復實驗三14

23、步驟，求出接入補償片后系統(tǒng)的溫度漂移，并與實驗三的結(jié)果進行比較。五、注意事項：應(yīng)正確選擇補償片。在面板的應(yīng)變片接線端中，從左至右18對接線端分別是：1上梁半導體應(yīng)變片，2下梁半導體應(yīng)變片。3.5上梁箔式應(yīng)變工作片，4.6下梁。應(yīng)變工作片，7.8上、下梁溫度補償片。電路中工作片與補償片應(yīng)在同一應(yīng)變梁上。實驗五半導體應(yīng)變計性能一、實驗?zāi)康模赫f明半導體應(yīng)變計的靈敏度和溫度效應(yīng)。二、實驗原理：由于材料的阻值，則, 當應(yīng)變，靈敏度; 對于箔式應(yīng)變片，K箔12，主要是由形變引起。對于半導體應(yīng)變計，K半（/）/,主要由電阻率變化引起。由于半導體材料的“壓阻效應(yīng)”特別明顯，可以反映出很微小的形變，所以K半要大

24、于K箔，但是受溫度影響大。2V RRWDVR2V圖（4）三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、半導體應(yīng)變計、測微頭、電壓表、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟： 1按圖（4）接線，R是半導體應(yīng)變計，另一臂電阻是電橋上固定電阻。開啟電源后預(yù)熱數(shù)分鐘。2按單臂電橋?qū)嶒灢襟E調(diào)整懸臂梁位置，調(diào)整系統(tǒng)輸出，用測微頭進行位移，記錄V，X數(shù)據(jù)，作出VX曲線，求出靈敏度。3重新調(diào)整測試系統(tǒng)輸出為零。用點溫計記錄加溫前的工作溫度T。4打開“加熱”，觀察隨溫度升高系統(tǒng)輸出電壓溫漂情況。待電壓穩(wěn)定后測得溫升，求出系統(tǒng)的溫漂VT。五、注意事項：此實驗中直流激勵電壓只能用

25、±2V，以免引起半導體自熱。實驗六半導體應(yīng)變計直流半橋測試系統(tǒng)一、實驗?zāi)康模和ㄟ^實際運用的半導體半橋電路，與實驗五的半導體單臂電路進行性能比較。二、實驗所需部件： 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、半導體應(yīng)變計、測微頭、電壓表、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）、加熱器。三、實驗步驟： 1按圖（5）接線，電橋中R和R為半導體應(yīng)變計。 2按實驗五步驟測出V，X值，畫出VX曲線，求出靈敏度，測出溫度變化時的溫漂。2V RR2V R RWDV差放R圖（5）四、注意事項：此實驗的測試條件應(yīng)與實驗五一致。實驗七箔式應(yīng)變片與半導體應(yīng)變片性能比較一、實驗?zāi)康模?通過實驗比較兩種

26、應(yīng)變電路的靈敏度與溫度特性二、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、箔式應(yīng)變片、半導體應(yīng)變片、測微頭、電壓表、加熱器、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。三、實驗步驟： 1分別做箔式單臂電橋和半導體式單臂電橋?qū)嶒?，接線如圖（1）所示，直流激勵源為±2V，差動放大器增益為100倍。 調(diào)整系統(tǒng)，在相同的外部環(huán)境下分別測得兩組數(shù)據(jù)填入表格，求出靈敏度。位移Xmm靈敏度V半導體單臂V箔式單臂V半導體半橋V箔式半橋2將電橋中一固定電阻換成應(yīng)變片，做箔式半橋和半導體半橋?qū)嶒?，將測得的兩組數(shù)據(jù)分別填入表格，求出靈敏度。3在同一坐標上畫出四條VX曲線以作比較。4分別對箔式變片

27、和半導體應(yīng)變片加熱，測出兩種測試電路的溫漂，并進行比較。實驗結(jié)果以證實實驗五中對半導體應(yīng)變片性能的分析。四、注意事項： 進行上述實驗時激勵電壓，差動放大器增益、測微頭起始點位置等外部環(huán)境必須一致，否則就無可比性。實驗八移相器實驗一、實驗?zāi)康模?說明由運算放大器構(gòu)成的移相電路的工作原理。R1 10KR4 10KR6 2KR5 10KR3 10KR210KV入V出C1 8800PWC2 223652317移相器電路圖（6）二、實驗原理：圖（6）為移相電路示意圖。該電路的團環(huán)增益把拉普拉氏算符換成頻率域的參數(shù)，則得到：又改寫為在實驗電路中，常設(shè)定幅頻特性G（j）1,為此選擇參數(shù)R1=RF=10K由上

28、, R=20K,則輸出幅度與頻率無關(guān)，閉路增益可簡化為：當R=2R1=2RRF時，G（j）1。由上式可以得到相頻特性表達式：由tg表達式和正切三角函數(shù)半角公式可以得到：因此可以得到相移為：電阻R可以在很寬的范圍內(nèi)變化，當WRC很大時，相移O，式中負號表示相位超前，如將電路中R和C互換位置，則可得到相位滯后的情況。如果阻容網(wǎng)絡(luò)Rc不變，則相移將隨輸入信號的頻率而改變。三、實驗所需部件：移相器、音頻振蕩器、雙線示波器。四、實驗步驟： 1音頻振蕩器頻率、幅值旋鈕居中，將信號（0°或180°均可）送入移相器輸入端。2將雙線示波器兩測試線分別接移相器輸入輸出端，調(diào)整示波器，觀察波形。

29、3調(diào)節(jié)移相器“移相”旋鈕，觀察兩路波形的相位變化。4改變音頻振蕩器頻率，觀察不同頻率時移相器的移相范圍。5根據(jù)移相器實際電路圖分析其工作原理。五、注意事項： 因為本實驗儀中音頻信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相器后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。實驗九相敏檢波器實驗一、實驗?zāi)康模赫f明由施密特開關(guān)電路及運放組成的相敏檢波電路的原理。二、實驗原理： 相敏檢波電路如圖（7）所示：圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓電輸入端，為直流參考電壓輸入。當、端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D和J處于開關(guān)狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。2 3533V出R2 22KC1 104

30、R1 30KW 51KR5 2K2R4 30KR3 30KV入76 5JD1圖（7）三、實驗所需部件： 相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、電壓表、示波器。四、實驗步驟： 1將音頻振蕩器頻率、幅度旋鈕居中，輸出信號（0°或180°均可）。接相敏檢波器輸入端。2將直流穩(wěn)壓電源2V檔輸出電壓（正或負均可）接相敏檢波器端。3示波器兩通道分別接相敏輸入、輸出端，觀察輸入、輸出波形的相位關(guān)系和幅值關(guān)系。 4改變端參考電壓的極性，觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可以得出結(jié)論：當參考電壓為正時，輸入與輸出同相，當參考電壓為負時，輸入與輸出反相。 5將音頻振蕩

31、器0°端輸出信號送入移相器輸入端，移相器的輸出端與檢敏檢波器的參考輸入端連接，相敏檢波器的信號輸入端接音頻0°輸出。6用示波器兩通道觀察附加觀察插口、的波形?？梢钥闯?，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，使相敏檢波器中的電子開關(guān)能正常工作。7將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通輸出端接數(shù)字電壓表20V檔。8示波器兩通道分別接相敏檢波器輸入、輸出端。9適當調(diào)節(jié)音頻振蕩器幅值旋鈕和移相器“移相”旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端改接至音頻振蕩器180°輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。由上可以看出，

32、當相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號同相時，輸出為正極性的全波整流信號，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負極性的全波整流波形，電壓表指示負極性的最大值。10調(diào)節(jié)移相器“移相”旋鈕，利用示波器和電壓表，測出相敏檢波器的輸入VPP值與輸出直流電壓的關(guān)系。11使輸入信號與參考信號的相位改變180°，測出上述關(guān)系。輸入VPP（V）輸出Vo（V）五、注意事項： 檢敏檢波器最大輸入電壓VPP值為20V。實驗十箔式應(yīng)變片組成的交流全橋一、實驗?zāi)康模罕緦嶒炚f明交流激勵的四臂應(yīng)變電橋的原理及工作情況。低通V1 2差放 相敏 檢波器電壓表0°5HKZ 移相Lv 5KHZR RR RWAWD

33、圖（8）二、實驗原理： 圖（8）是交流全橋的一般形式。當電橋平衡時，Z1Z4Z2Z3，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化為Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化 交流電橋工作時增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和虛部均為零的條件下才會平衡。三、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭、示波器。四、實驗步驟： 1按圖（8）接線，確認無誤后開啟電源，音頻振蕩器輸出幅度和頻率居中。2調(diào)節(jié)測微頭使梁處于水平位置，調(diào)節(jié)電橋直流調(diào)平衡電位器WD，使系統(tǒng)輸出基本為零。仔

34、細調(diào)節(jié)交流調(diào)平衡電位器WA，使系統(tǒng)輸出為零。3用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，測量讀數(shù)，列表填入V、X值，作出VX曲線，求出靈敏度。五、注意事項： 1欲提高交流全橋的靈敏度，可用示波器觀察相敏檢波器輸出端波形，若相敏檢波器輸出端波形脈動成份較大，則系統(tǒng)雖然可以調(diào)零，但靈敏度較低，提高靈敏度的方法是當系統(tǒng)初步調(diào)零后，再調(diào)節(jié)電橋中的WD電位器，使相敏檢波器輸出波形盡量平直，然后再調(diào)節(jié)移相器“移相”旋鈕和電橋中WA旋鈕，使系統(tǒng)為零，這樣系統(tǒng)靈敏度會最高。 2做交流全橋?qū)嶒灂r用指針式毫伏表可以比較直觀地看出應(yīng)變梁在正、反向受力時系統(tǒng)輸出電壓的變化情況。實驗十一激勵頻率對交流全橋的影響一、實驗原理：由于交流電橋

35、中的各種阻抗的影響，改變激勵頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾性。二、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭。三、實驗步驟： 1接線、操作均按實驗十進行。2音頻振蕩器0°端輸出信號，頻率從2KHZ10KHZ，接交流全橋，分別測出系統(tǒng)輸出電壓，列表填好V，X值，在同一坐標上做出VX曲線，比較靈敏度，并得出結(jié)論，該交流全橋工作在哪個頻率時較為合適。四、注意事項：做上實驗時頻率改變音頻振蕩器幅值不變，否則無可此性。XmmV2K（V）V5K（V）V8K（V）V10K（V）實驗十二交流全橋的應(yīng)用振幅測量一、實驗?zāi)康模?說明交流激勵的交流

36、全橋的應(yīng)用。二、實驗原理：當梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應(yīng)變片的應(yīng)力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時電橋輸出為最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。三、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭、示波器。四、實驗步驟： 1根據(jù)實驗十的電路接線，移開測微頭，調(diào)節(jié)電橋，使系統(tǒng)輸出為零，并使系統(tǒng)靈敏度最大。2將低頻振蕩器輸出端接至“激振II”端，此時懸臂梁開始振動。3用示波器觀察差動放大器和低通濾波器的輸出波形，注意調(diào)節(jié)示波器的掃描時間，差動放大器輸出的是調(diào)幅波。4固定低頻振蕩器幅值旋鈕不變，電壓頻率

37、表放2KHZ檔，接低頻振蕩器輸出端。調(diào)節(jié)低頻振蕩頻率，用示波器讀出系統(tǒng)最大振幅值，此時頻率表所示即為梁的固有頻率。五、注意事項： 懸臂梁激振時振幅不宜太大，否則易造成應(yīng)變片受損。實驗十三交流全橋組成的電子秤一、實驗?zāi)康模罕緦嶒炚f明交流激勵的應(yīng)變?nèi)珮虻膶嶋H應(yīng)用。二、實驗所需部件：音頻振蕩器、電橋、箔式應(yīng)變片、差動放大器、移相器、相敏檢波器，低通濾波器，環(huán)形砝碼，稱重平臺。三、實驗步驟： 1按實驗十接好線路，在懸臂梁頂端磁鋼上放好稱重平臺，調(diào)節(jié)系統(tǒng)為零。2在稱重平臺上逐步加上砝碼進行標定，并將結(jié)果填入表格。W（g）V（V） 3取走砝碼，在平臺上加一未知重量的物品，記下電壓表讀數(shù)。 4根據(jù)坐標上WV

38、曲線得知物品的大致重量。 實驗十四差動變壓器性能一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯幕窘Y(jié)構(gòu)及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。二、實驗原理：差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖（9）R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 4KHZ 示波器第一通道 第二通道圖（9）圖（10）三、實驗所需部件：差動變壓器、音頻振蕩器、測微頭、示波器。四、實驗步驟： 1按圖（10）接線，差動變壓器初級線圈必須從

39、音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv格。2音頻振蕩器輸出頻率4KHZ，輸出值VPP 2V。3用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。4旋動測微頭，帶動差動變壓器銜鐵在線圈中移動，從示波器中讀出次級輸出電壓VPP值，讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相位關(guān)系。位移mm電壓V 5仔細調(diào)節(jié)測微頭使次級線圈的輸出波形為最小，這就是零點殘余電壓。可以看出它與輸入電壓的相位差約為2，是基頻分量。6根據(jù)表格所列結(jié)果，畫出Vop-pX曲線，指出線性工作范圍。五、注意事項： 示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。實驗十五差動變

40、壓器零殘電壓的補償一、實驗?zāi)康模河捎诹銡堧妷旱拇嬖跁斐刹顒幼儔浩髁泓c附近的不靈敏區(qū)，如此電壓經(jīng)過放大器還會使放大器未級趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償。二、實驗原理：零殘電壓中主要包含兩種波形成份： 1基波分量。這是由于差動變壓器二個次級繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。2高次諧波。主要是由導磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)出非正弦波的電動勢。減

41、少零殘電壓的辦法有：（1）從設(shè)計和工藝制做上盡量保證線路和磁路的對稱。（2）采用相敏檢波電路。（3）選用補償電路。三、實驗所需部件：差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、示波器、差動放大器。5KHZ第一通道WD WAV-2VR圖（11）四、實驗步驟： 1根據(jù)圖（11）接線。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差動放大器增益100倍，音頻LV端輸出VPP值2V。2調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵在線圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)，使輸出更趨減小。如果補償效果不好則可在電橋交流插口另并聯(lián)一個數(shù)f的電容。3提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形比較。五、注意事項： 由于補償線路

42、要求差動變壓器輸出必須懸浮，所以需用差動放大器將次級的雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，以便示波器觀察。實驗十六差動變壓器的標定一、實驗?zāi)康模赫f明差動變器測試系統(tǒng)的組成和標定方法。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波表、測微頭。移相器1 2差放 相敏 低通 電壓表音頻振蕩器 WALV WDR圖（12）三、實驗步驟： 1按圖（12）接線，差動放大器增益適度，音頻振蕩器LV端輸出5KHZ，VP-P值2V。2調(diào)節(jié)電橋WD、WA電位器，調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。3旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用

43、電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱。如不對稱則需反復調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負輸出對稱。4旋動測微頭，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。位移mm電壓V四、注意事項：系統(tǒng)標定需調(diào)節(jié)電橋、移相器、銜鐵三者位置，需反復調(diào)節(jié)才能做到系統(tǒng)輸出為零并正負對稱。實驗十七差動變壓器的振動測量一、實驗?zāi)康模?了解差動變壓器的實際應(yīng)用。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器。三、實驗步驟：1 按圖（12）接線，調(diào)節(jié)好系統(tǒng)各部分。 2低頻振蕩器接入“激振I”，使振動圓盤保持適當振幅。

44、3維持低頻振蕩器輸出幅度不變，用示波器觀察低通濾波器的輸出，電壓頻率表2KHZ檔接低頻輸出端，改變振蕩頻率從5HZ30HZ，讀出Vop-p值，填入下表：f(HZ)56789101112131415182030Vop-p 4根據(jù)實驗結(jié)果做出振動臺的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率，并與實驗十二應(yīng)變電橋所測結(jié)果做比較。四、注意事項： 1儀器中兩副懸臂梁的固有頻率因尺寸不同而不同。 2銜鐵位置可松開支架上小螺絲稍做上、下調(diào)節(jié)。實驗十八差動螺管式電感傳感器位移測量一、實驗原理：利用差動變壓器的兩個次級線圈和銜鐵組成。銜鐵和線圈的相對位置變化引起螺管線圈電感值的變化。次級二個線圈必須呈差動狀態(tài)連接，當銜鐵

45、移動時將使一個線圈電感增加，而另一線圈的電感減小。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微頭。三、實驗步驟： 1差動變壓器二個次級線圈組成差動狀態(tài)，按圖（13）接線，音頻振蕩器LV端做為恒流源供電，差動放大器增益適度。差動變壓器的兩個線圈和電橋上的兩個固定電阻R組成電橋的四臂，電橋的作用是將電感變化轉(zhuǎn)換成電橋電壓輸出。 2旋動測微頭使銜鐵在線圈中位置居中，此時LoLo，系統(tǒng)輸出為零。 3當銜鐵上、下移動時，LoLo，電橋失衡就有輸出，大小與銜鐵位移量成比例，相位則與銜鐵移動方向有關(guān)，銜鐵向上移動和向下移動時輸出波形相位相

46、差約180°，由于電橋輸出是一個調(diào)幅波，因此必須經(jīng)過相敏檢波器后才能判斷電壓極性，以銜鐵位置居中為起點，分別向上、向下各位移5mm，記錄V，X值，做出VX曲線，求出靈敏度。移相器1 2差放 音頻振蕩器 LV R2低通檢波電壓表WDR3WALoLo圖（13）實驗十九差動螺管式電感傳感器振幅測量一、實驗?zāi)康模?通過實驗說明利用差動螺管式電感傳感器可以進行較大動態(tài)范圍的測試。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器。三、實驗步驟： 1緊接實驗十八，移開測微頭，微調(diào)銜鐵在支架上的位置，調(diào)節(jié)電橋電路，使系統(tǒng)輸出為零。 2將低頻

47、振蕩器輸出接到“激振I”上，給振動臺加一交變力，使振動臺能上下振動，用示波器觀察系統(tǒng)輸出波形是否對稱，如不對稱則需對電橋、移相器作些調(diào)整。 3保持低頻振蕩器輸出幅值不變，改變激振頻率f，便可得到它的動態(tài)測試結(jié)果VPPf曲線如圖（14）FoF圖（14）四、注意事項：振動臺振動時的幅度可盡量大，但以與周圍各部件不發(fā)生碰擦為宜，以免產(chǎn)生非正弦振動。實驗二十激勵頻率對電感傳感器的影響一、實驗?zāi)康模?說明在不同的激勵頻率影響下差動螺管式電感傳感器的不同特性。二、實驗所需部件： 差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、差動放大器、雙線示波器、測微頭。差放 R2R3LVLoLo示波器 圖（15）三、實驗步驟： 1按圖

48、（15）接線，音頻振蕩器5KHZ幅值居中，差動放大器增益100倍。 2裝上測微頭，調(diào)整銜鐵處于線圈中間位置，調(diào)節(jié)電橋使系統(tǒng)輸出為最小。 3旋動測微頭，移動銜鐵，每隔1mm從示波器讀出VP-P值，填入表格XmmVP-P(V) 4改變音頻振蕩器頻率，并重新調(diào)好零位，重復23步驟，將結(jié)果填入下表。 X（mm） VP-P(V)f (Hz)1000200040006000800010K 5根據(jù)所測數(shù)據(jù)在同一坐標上做出VX曲線，計算靈敏度，并做出靈敏度與頻率的關(guān)系曲線。由此可以看出，差動螺管式電感傳感器的靈敏度與頻率特性密切相關(guān)，在某一個特定頻率時，傳感器最為靈敏，在其兩邊，靈敏度都有所下降，故測試系統(tǒng)中應(yīng)選用這個激勵頻率。實驗二十一熱電式傳感器熱電偶一、實驗?zāi)康模?觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)，熟悉熱電偶的工作特性，學會查閱熱電偶分度表。二、實驗原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，當其熱端和冷端的溫度不同時，即產(chǎn)生熱電動勢。通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或0），則另一端的溫度就可知，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅一康銅熱電偶。三、實驗所需部件： 熱電偶、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計（自備）四、實驗步