传感器技术实验指导书.doc

目录使用说明实验内容（各型传感器实验仪按需选用）实验一 箔式应变片性能单臂电桥实验二 箔式应变片三种桥路性能比较实验三 箔式应变片的温度效应实验四 应变电路的温度补偿实验五 半导体应变片的性能实验六 半导体应变片直流半桥测试系统实验七 箔式应变片与半导体应变片性能比较实验八 移相器试验实验九 相敏检波器试验实验十 箔式应变片组成的交流全桥实验十一 激励频率对交流全桥的影响实验十二 交流全桥的应用振幅检测实验十三 交流全桥组成的电子秤 /实验十四 差动变压器性能实验十五 差动变压器零残电压的补偿实验十六 差动变压器的标定实验十七 差动变压器的振动测量实验十八 差动螺管式电感传感器位移测量实验十九 差动螺管式电感传感器振幅测量实验二十 激励频率对电感传感器的影响实验二十一 热电式传感器热电偶实验二十二 热敏式温度传感器测温实验实验二十三 PN 温度传感器实验二十四 光纤位移传感器位移测量实验二十五 光纤传感器转速测量实验二十六 光电传感器的应用光电转速测试实验二十七 霍尔式传感器的支流激励特性实验二十八 霍尔式传感器的交流激励特性实验二十九 霍尔式传感器的应用振幅测量实验三十 霍尔式传感器的应用电子秤实验三十一 电涡流式传感器的静态标定实验三十二 被测材料对电涡流传感器的特性的影响实验三十三 电涡流式传感器的振幅测量实验三十四 电涡流传感器的称重实验实验三十五 电涡流传感器电机测速试验实验三十六 磁电式传感器实验三十七 压电加速度传感器实验三十八 电容式传感器特性实验三十九 力平衡式传感器实验四十 双平行梁的动态特性正弦稳态相应实验四十一 微机检测与转换数据采集处理使用说明CSY系列传感器系列实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器。其特点是集被检测、各种传感器、信号与激励、处理电路和显示器于一体，可以组成一个完整的测试系统。通过实验指导书所提供的数十种实验举例，能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验。通过这些实验，实验者可以对各种不同的传感器计测量电路原理组成有直观的感性认识，并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容。实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。一、 位于仪器顶部的实验工作台部分，左边是一副平行式悬梁臂，梁上装有应变式、热敏式、PN结温度式、热电式和压电加速度五种传感器。平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片，受力工作片分别用符号和表示。其中六片为金属箔片式（BHF-350）。横向所贴得两片为温度补偿片，用符号和表示。片上标有“BY”字样的为半导体式应变片，灵敏系数130。热电式（热电偶）：串接工作的两个铜康铜热点偶分别装在上、下梁表面，冷端温度为环境温度。分度表见实验指导书。热敏式：上梁表面装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51,负温度系数，25时阻值为810K。PN结温度式：根据半导体PN结温度特性所制成的具有良好线性范围的温度传感器。压电加速度式：位于悬梁右部，有PZT-5双压电晶片，铜质量块和压簧组成，装在透明外壳中。实验工作台左边是由装于机内部的另一副平行梁带动的圆盘式工作台。圆盘周围一圈所安装有（仪逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式五种传感器。电感式（差动变压器）：由初级线圈Li和两个次级线圈L。绕制而成的空心线圈，圆柱形铁氧体铁心置于线圈中间，测量范围10mm。电容式：装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容，线性范围3mm。磁电式：有一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度0.4V/m/s。霍尔式：HZ-1半导体霍尔片至于两个半圆形永久磁钢形成的梯度磁场中，线性范围3mm。电涡流式：多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器，线性范围1mm。光电式传感器装于电机侧旁。两幅平行式悬梁臂顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢，右边圆盘式工作台由“激振”带动，左边平行式悬梁臂由“激振”带动。为进行温度实验，左边悬梁臂之间装有电加热器一组，加热电源取自15V直流电源，工作时能获得高于温度30左右的升温。以上传感器以及加热器、激振线圈得引线端均位于仪器下部面板最上端一样。实验工作台上还装有测电机一组及控制、调速开关。两只测微头分别装在左右两边的支架上。二、 信号及显示部分：位于仪器上部面板低频振荡器：130Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端插口可提供用作电流放大器。音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，Vp-p值20V，180、0为反相输出，LV端最大功率输出0.5A。支流稳压电源：15V，提供仪器电路工作电源和实验温度的加热电源，最大输出1.5A。2V10V,相距2V，分五档输出，提供直流信号源，最大输出电流1.5A。数字式电压/频率表：位显示，分2V、20V、2KHz、20KHz四档，灵敏度50mV,频率显示5Hz20KHz。指针式直流毫伏表：测量范围500Mv、50mV、5mV三档，精度2.5%。三、处理电路：位于仪器下部面板电桥：用于组成应变电桥，面板上虚线所示电阻为虚设，仅为组桥提供插座。R1、R2、R3为350标准电阻，WD为直流态调节电位器，WA为交流调节电位器。差动放大器：增益可调比例直流放大器，可接成同相、反相、差动结构，增益1-100倍。光电变换器：提供红外发射、接收、稳幅、变换，输出模拟信号电压与频率变换方波信号。四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤（一根接收，一根发射）组成的光强行光纤传感器。电容变换器：由高频振荡、放大和双T电桥组成。移相器：允许输入电压20Vp-p,移相范围40（对频率有所变化）。相敏检波器：极性反转电路构成，所需最小参考电压0.5Vp-p，允许最大输入电压20Vp-p。电荷放大器：电容反馈是放大器，用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号。电压放大器：增益5倍的电阻放大器。涡流变换器：变频是调幅变换电路，传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件。温度变换器：根据输入端热敏电阻值及P-N结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变换电路。低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。以其下部面板左下角处的开关控制处理电路的15V工作电源，进行实验时请勿关掉。指针式毫伏表工作前需要对地短路调零，去掉短路线后指针有所偏转是正常现象，不影响测试。请用户注意，本仪器时实验仪器，各电路完成的实验主要目的的是对各传感器测试电路作定性的验证，而非工程应用型的传感器定量测试。各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常：1 应变片及差动放大器，参考附图2进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量，各接线图两个节点间即为一实验接插线，接插线可多跟迭插，为保证接触良好插入插孔后请将插头稍许旋转。2 半导体应变片，进行半导体应变片直流半桥实验。3 热电偶，按附图4接线，加热器接15V电源，另一端接地，观察随温度升高热电势的变化。4 热敏式，按附图5接线，进行“热敏传感器实验”，电热加热升温观察随温度升高“V0”端输出电压变化情况，注意热敏电阻是负温度系数。5 P-N结温度时，进行P-N结温度传感器测温实验，注意电压表2V档显示值为绝对温度T。6 进行“移相实验”，用双踪示波器观察两通道波形。7 进行“相敏检波器实验”，相敏检波端口序数请参照附图6，其中4端为参考电压输入端。8 进行“电容式传感器特性”实验，接线参照附图7。当震动原判带动动片上下移动时，电容变换器V0端电压应正负过零变化。9 进行“光纤传感器位移测量”光线探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定，端面垂直于镀铬反射片，旋动测微头带动反射片位置变化，从“V0”端读出电压变化值。光电变换器“F0”端读出频率变化方波信号，测量变化时可参照“光纤传感器转速测量”步骤进行。10 进行光电式传感器测速实验，Vf端输出的是频率信号。11 降低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端、输出端用示波器观察，注意根据低通输出幅值调节输入信号大小。12 进行“差动变压器性能”实验，检查电感式传感器性能，实验前要找出次级线圈同名端，次级所接示波器为悬浮工作状态。13 进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验，接线参照附图9，直流激励信号绝对不能大于2V，否则一定会造成霍尔元件烧坏。14 进行“磁电式传感器”实验，磁电传感器两端接差动放大器输入端，用示波器观察输出波形，参见附图12。15 进行“压电加速度传感器”实验，接线参加附图13。此实验与上述第12项内容均无定量要求。16 进行“电涡流式传感器的静态标定”实验，接线参照图11，其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方，即接电涡流线圈处，有上端口味输出经整流后的直流电压。17 如果仪器是带微机接口和实验软件的，请参阅数据采集处理说明。数据采集卡已装入仪器中，其中A/D转换12位转换器，无漏码最大分辨率1/2048（即0.05%），在此范围内的电压值可视为容许误差。所以建议在做小信号试验（如应变电桥单臂实验）时选用合适的两城，以正确选取信号。仪器后部的RS232接口情节计算机COM2口串行工作。否则计算机收不到信号。仪器工作时需良好的接地，以减少干扰信号，并尽量远离电磁干扰源。上述检查及实验能够完成则整台仪器各部分均为正常。实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”，要在确认接线无误的情况下开启电源，要尽量避免电源短路情况的发生，加热时“15V”电源不能直接接入应变片、热敏电阻和热点偶。实验工作台上各传感器部分位置不太正确可以松动调节螺丝稍作调整，已按下振动梁松手，各部分能随梁上下振动而无碰擦为益。附件中的称重平台是在实验工作台左边的悬梁臂旁的测微头去开后装于顶端的永久磁钢上方，环形圆片代替砝码做称重实验。实验开始前请检查实验连接线是否完好，以保证实验顺利进行。本实验以需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作温度040。实验一 箔式应变片性能单臂电桥一、 实验目地：1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁变形的应变输出。3 比较各桥路间的输出关系。二、 实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。应变片式最常用的测力传感元件。当应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一中，当电路平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/ R4中，当使用一个应变片时，;当二个应变片组成差动状态工作，则有；;当二个应变片组成差动状态工作，且R1=R2=R3=R4=R，。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。三、 实验所需部件：直流稳压电源（4V档）、电桥、差动放大电路、箔式应变片、测微头、电压表。四、 试验步骤：1 调零。开启仪器电源，差动放大电路增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大其输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，是指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2 按图（1）将实验部件用线连成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、R4和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R应变片（可任选上、下梁中的一片工作）。直流激励电源为4V。测微头装于悬梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。3 确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调节电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4 旋转微测头，带动悬臂梁分别作为向上和乡下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。位移mm电压V根据表中所测的数据计算灵敏度S,S=X/V，并在坐标图上做出V-X关系曲线。五、 注意事项：1 实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。2 接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3 稳压电源不要对地短路。实验二 箔式应变片三种桥路性能比较一、 实验原理：说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全控电路的R分别为R/R、2R/R、4R/R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似于1/4ER,电桥灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值大小无关。二、 实验所需部件直流稳压电源（4V档）、电桥、差动放大电路、箔式应变片、测微头、电压表。三、 实验步骤：1 在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。2 重复实验一中3-4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。3 在同一坐标轴上描出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。四、 注意事项：1 应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。2 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。3 由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，在负的最大值，因此容易造成零点漂移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算。在求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。实验三 箔式应变片的温度效应一、 实验目的：说明温度变化对应测试系统的影响。二、 实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压仿生变化。三、 实验所需部件：直流稳压电源、电桥、差动放大电路、测微头、电压表、加热器、半导体点温计（自备，也可用仪器中的P-N结温度传感器作参考）。四、 实验步骤：1 按图（1）界限，开启电源，调整系统输出为零。2 记录加热前测试系统感受的温度，点温计可插入二片应变梁之间的加热器当中。3 开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度计升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值。4 求出温度漂移值V/T。五、 注意事项：由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。实验四 应变电路的温度补偿一、实验目的：由于温度变化引入了测量误差，因此实用测量电路中必须进行温度补偿。二、实验原理：用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图（2）所示。在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1= R2。当温度变化时两片应变片的电阻变化R1与R2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1 R4= R2 R3，点桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90，所以只感受温度变化，而不感受悬梁臂的应变。 三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、差动放大电路、测微头、电压表、加热器、半导体点温计（自备，也可用仪器中的P-N结温度传感器作参考）。四、实验步骤：1按图（3）接好线路，图中R和R分别为箔式工作片和补偿片。2重复实验三1-4步骤，并求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实验三的结果进行比较。五、注意事项：应正确选择补偿。在面板的应变片接线端中，从左至右1-8对接线端分别是：1-上梁半导体应变片，2-下半导体应变片。3.5-上梁箔式应变工作片，4.6-下梁。应变工作片，7.8上、下梁温度补偿片。电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。实验五 半导体应变片的性能一、实验目的：说明半导体应变计的灵敏度和温度效应。二、实验原理：由于材料的阻值,则，当应变，灵敏度；对于箔式应变片，K箔1+2，主要是由形变引起的。对于半导体应变计，K半（/）/，主要由电阻率变化引起。由于半导体材料的“压阻效应”特别明显，可以反映出很微小的形变，所以K半要大于K箔，但是受温度影响大。三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、差动放大电路、测微头、电压表、加热器、半导体点温计（自备，或P-N结温度传感器）。四、实验步骤：1按图（4）接线，R是半导体应变计，另一臂电阻是电桥上固定电阻。开启电源后预热数分钟。2按单臂电桥实验步骤调整悬臂梁位置，调整系统输出，用微测头进行位移，记录V,X数据，作出V-X曲线，求出灵敏度。3重新调整测量系统输出为零。用点温计记录加温前的工作温度T。4打开“加热”，观察随温度升高系统输出电压温漂情况。待电压稳定后测得温升，求出系统的温漂V/T。五、注意事项：此实验中直流激励只能用2V,以免引起半导体自热。实验六 半导体应变片直流半桥测试系统一、实验目的：通过实际运用半导体半桥电路，于实验五的半导体单臂电路进行性能比较。二、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、差动放大电路、半导体体应变计、测微头、电压表、加热器、半导体点温计（自备，或P-N结温度传感器）。三、实验步骤：1按图（5）接线，电桥中R和R为半导体应变计。2按实验五步骤测出V，X值，画出V-X曲线，求出灵敏度，测出温度变化时的温漂。四、注意事项：此实验的测试条件应于实验五一致。实验七 箔式应变片与半导体应变片性能比较一、实验目的：通过实验比较两种应变电路的灵敏度与温度特性。二、实验所需部件：直流稳压电源、差动放大电路、箔式应变片、半导体体应变计、测微头、电压表、加热器、点温计（自备）。三、实验步骤：1分别作箔式单臂电桥和半导体式单臂电桥实验，接线如图（1）所示，直流激励为2V，差动放大增益为100倍。调整系统，在相同的外部环境下分别测得两组数据填入表格，求出灵敏度。位移Xmm灵敏度V半导体单臂V箔式单臂V半导体单桥V箔式半桥2将电桥中固定电阻换成应变片，做箔式半桥和半导体半桥实验，将测得的两组数据分别填入表格，求出灵敏度。3在同一坐标上画出四条V-X曲线以作比较。4分别对箔式变片和半导体应变片加热，测出两种测试电路得温漂，并进行比较。实验结果以证实实验五种对半导体应变片性能的分析。四、注意事项：进行以上实验是激励电压，差动放大器增仪、测微头起始点位置外等外部环境必须一致，否则就无可比性。实验八 移相器试验一、实验目的： 说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理。二、实验原理：图（6）为移相电路示意图。该电路的团环增益 把拉普拉斯算符换成频率域的参数，则得到： 又改写为在实验电路中，常设定幅频特性| G(j)=1，为此选择参数 R1=RF=10K由上，R=20K，则输出幅度与频率无关，闭路增益可简化为： 当R=2R1=2RRF时，|G(j)|=1。由上是可以得到相频特性表达式： 由tg的表达式和正切三角函数半角公式可以得到： 因此可以得到相移为： 电阻R可以在很宽的范围内变化，当WRC很大时，相移-0，始终负号表示相位超前，如将电如中R和C互换位置，则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络RC不变，则相移将随输入信号的频率而改变。三、 实验所需部件： 移相器、音频振荡器、双线示波器。四、 实验步骤：1 音频振荡器频率、幅值旋钮居中，将信号（0或180均可）送入移相器输入端。2 江双线示波器两侧试线分别接移相器输入输出端，调整示波器，观察波形。3 调接移相器的“移相”旋钮，观察两路波形的相位变化。4 改变音频振荡频率，观察不同频率对移相器的移向范围。5 根据移相器实际电路图分析器工作原理。五、 注意事项：移为本次实验仪中音频信号由函数发生器产生，所以通过移相器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。实验九 相敏检波器试验一、 实验目的：说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。二、实验原理：相敏检波电路如图（7）所示：图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压电输入端，为直流参考电压输入。当、端输入控制电压信号，通过差分放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。三、实验所需部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器。四、实验步骤：1将音频振荡频率、幅度旋转钮居中，输出信号（0或180均可）。接相敏检波器输入端。2将直流稳压电源2V档输出电压（正或负均可）接相敏检波器端。3示波器两通道分别接相敏输入、输出端，输出波形的相位关系和幅值关系。4改变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位关系。由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。5将音频振荡器0端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频0输出。6用示波器两通道观察附加插口、的波形。可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。7将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。8示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。9适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180输出端口，观察示波器和电压表的变化。由上可以看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。10调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入Vp-p值与输出直流电压的关系。11使输入信号与参考信号的相位改变180，测出上述关系。输入Vp-p（V）输出Vo(V)五、注意事项：相敏检波器最大输入电压Vp-p值为20V。实验十 箔式应变片组成的交流全桥一、 实验目的：本实验说明交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情况。二、实验原理：图（8）是交流全桥的一般形式。当电桥平衡时，Z1Z4=Z2Z3,电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为Z1/ Z1、Z2/ Z2、Z3/ Z3、Z4/ Z4、，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化。交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。三、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。四、试验步骤：1按图（8）接线，确认无误后开启电源，音频振荡器输出幅度和频率居中。2调节测微头使梁处于水平位置，调节电桥之流平衡电位器WD，使系统输出基本为零。仔细调节交流调平衡器WA，使系统输出为零。3用示波器观察各环节波形，测量读书，列表填入V、X值，作出V-X曲线，求出灵敏度。五、注意事项：1与提高交流全桥的灵敏度，可用示波器观察相敏检波器输出端波形，若相敏检波器输出端波形脉动成分较大，则系统虽然可以调零，当灵敏度较低，提高灵敏度的方法是当系统初步调零后，在调节电桥中的WD电位器，使相敏检波器输出波形尽量平直，然后再调节移相器“移相”旋钮和电桥中WA旋钮，使系统为零，这样系统灵敏度会最高。2做交流全桥实验时用指针式毫伏表可以比较直观地看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压的变化情况。实验十一 激励频率对交流全桥的影响一、实验原理：由于交流电桥中的各种阻抗的影响，改变积频率可以提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性。二、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头。三、实验步骤：1接线、操作均按实验十进行。2音频振荡器0端输出信号，频率从2KHz-10KHz，结交流全桥，分别测出系统输出电压，列表填好V，X值，在同一坐标上做出V-X曲线，比较灵敏度，并得出结论，该交流全桥工作在哪个频率是比较合适。四、注意事项：做上实验时频率改变音频振荡器幅值不变，否则无可比性。XmmV2k(V)V5k(V)V8k(V)V10k(V)实验十二 交流全桥的应用振幅检测一、 实验目的：说明交流激励的交流全桥的应用。二、实验原理：当梁受到不同频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此是电桥的输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。三、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。四、实验步骤：1根据实验十的电路连线，移开测微头，调节电桥，使系统输出为零，并使系统灵敏度最大。2将低频振荡器输出端接至“激励”端，此时悬梁臂开始振动。3用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形，注意调节示波器的扫描时间，差动放大器输出的是调幅波。4固定低频振荡器幅值旋钮不便，电压/频率表放2KHz档，接低频振荡器输出端。调节低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，此时频率所表示即为梁的固有频率。五、注意事项：悬梁臂激振时振幅不宜太大，否则容易造成应变片受损。实验十三 交流全桥组成的电子秤一、 实验目的：本实验说明交流激励的应变桥的实际应用。二、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，箔式应变片，环形砝码，称重平台。三、实验步骤：1按实验十接好线路，在悬梁臂顶端磁钢上放好称重平台，调节系统为零。2在称重平台上逐步加上砝码进行标定，并将结果填入表格。W(g)V(V)3取走砝码，在平台上加一未知重量的物品，记下电压表读数。4根据坐标上W-V曲线得知物品的大致重量。实验十四 差动变压器性能一、 实验目的：了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。二、实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图（9）。三、实验所需部件： 音频振荡器、差动变压器、测微头、示波器。四、实验步骤：1按图（10）接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv/格。2音频振荡器输出频率4KHz，输出值Vp-p2V。3用手提变压器磁芯，观察示波器第二通道是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串阶端。4旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压Vp-p值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。位移mm电压V5.仔细调节测微头使次级线圈的输出波形为最小，这就是零点残余电压。可以看出它与输入电压相位差约为/2，使基频分量。6根据表格所列结果，画出Vop-p-X曲线，指出线性工作范围。五、注意事项：示波器第二通道为悬浮工作状态。实验十五 差动变压器零残电压的补偿一、实验目的： 由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器未及趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿。二、实验原理：零残电压种主要包含两种波形成份：1基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。2高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，是激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）刺痛，从而在二次绕组中感应除非正弦波的电动势。减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。（2）采用相敏检波电路。（3）选用补偿电路。三、实验所需部件：差动变压器、示波器、差动放大器、电桥、音频振荡器。四、实验步骤：1根据图（11）接线。示波器第一通道500mm/格，第二通道1V/格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出Vp-p值2V。2调节测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。如果补偿效果不好则可以在电桥交流插口并联一个数f的电容。3提高示波器第二通道灵敏度，将残零电压波形与激励电压波形比较。五、注意事项：由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮，所以需用差动放大器将次级双端输出转换为单端输出，以便示波器观察。实验十六 差动变压器的标定一、实验目的： 说明差动变压器测试系统的组成和标定方法。二、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。三、实验步骤：1按图（12）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHz，Vp-p值2V。2调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。3旋动测微头使衔铁在线圈中商、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。4旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm每璇一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。位移Mm电压 V四、注意事项：系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置，需反复调节才能做到系统输出为零并正负对称。实验十七 差动变压器的振动测量一、实验目的： 了解差动变压器的实际应用。二、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。三、实验步骤：1按图（12）接线，调节好系统各部分。2低频振荡器接入“激励”是振动圆盘保持适当振幅。3维持低频振荡器输出幅值不变，用示波器观察低通滤波器的输出，电压/频率表2KHz档接低频输出端，改变振荡频率从5Hz30 Hz,读出Vop-p值，填入下表：f(HZ)56789101112131415182030Vop-p4.根据实验结果作出振动台的振幅频率特性曲线，指出自振频率，并与实验十二应变电桥所测试结果作比较。四、注意事项：1仪器中两副悬梁臂的固有频率因尺寸不同而不同。2衔铁位置可松开支架上小螺丝稍做上、下调节。实验十八 差动螺管式电感传感器位移测量一、实验目的： 利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。次级两个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一个电感减小。二、实验所需部件： 差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。三、实验步骤：1差动变压器二个次级线圈组成差动状态，按图（13）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。2旋动测微头实现衔铁在线圈中位置居中，此时Lo=Lo,系统输出为零。3当衔铁上、下移动时，LoLo，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量呈比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动使输出波形相位相差约180，由于电桥输出使一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移5mm，记录V，X值，作出V-X曲线，求出灵敏度。实验十九 差动螺管式电感传感器振幅测量一、实验目的： 通过实验说明利用差动螺管式电传感器可以进行较大动态范围的测试。二、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。三、实验步骤：1紧接实验十八，移开测微头，为调衔铁在支架上的位置，调节电桥电路，使系统输出为零。2将低频振荡器输出接到“激励”上，给振动台加一交变力，是振动台能上下振动，用示波器观察系统输出波形是否对称，如不对称则需对电桥、移相器做些调整。3保持低频振荡器输出幅值不便，改变激振频率f，便可得到它的动态册测试结果Vp-pf曲线如图（14）四、注意事项：振动台振动时的幅度可尽量大，但以与周围各部件不发生碰擦为宜，以免产生非正弦振动。实验二十 激励频率对电感传感器的影响一、实验目的： 说明在不同的激励频率影响下差动螺管式电感传感器的不同特性。二、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、测微头、双线示波器。三、实验步骤：1按图（15）接线，音频振荡器5KHz幅值居中，差动放大器增益100倍。2装上测微头，调整衔铁处于线圈中间位置，调节电桥使系统输出为最小。3旋动测微头，旋动衔铁，每隔1mm从示波器读出Vp-p值，填入表格XmmVp-p(V)4.改变音频振荡器频率，并重新调好零位，重复2-3步骤，将结果填入下表。X（mm）Vp-p(V)f(Hz)1000200040006000800010k5.根据所测数据在同一坐标上做出V-X曲线，计算灵敏度，并作出灵敏度与频率关系的曲线。由此可以看出，差动螺管式电感传感器的灵敏度与频率特性密切相关，在某一个特定频率时，传感器最为灵敏，在其两边，灵敏度都有所下降，故测试系统中应选用这个激励频率。实验二十一 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，当起热端和冷短的温度不同时，即产生热电势。通过测试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。本仪器中热电偶为铜康铜热电偶。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差动放大器双端输入接入热电偶，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打开加热器，差动放大器输出如有微小变化，马上调节零电位器再度调零。3随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，代加热温度不再上升时，记录电压表读数。4本仪器上热电偶是由两只铜康铜热电偶串接而成，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,t0) = E (t,t1) + E （t,t0)实际电动势 测量所得电势 温度修正电动势式种E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，t0位热电偶参考端温度为0，t1位热电偶参考端所处的温度。查阅铜康铜热电偶分度表，求出热端温度t。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。铜康铜热电偶分度 （自由端温度0）工作端温度0123456789de/dt(vu)00.0000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3521.3671.4081.4501.4921.5341.56741.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8031.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8702.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2973.32544.5803.3703.4153.4913.5063.5223.5973.6433.6893.7353.78145.3903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.24446.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.8实验二十二 热敏式温度传感器测温实验一、实验目的： 应用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的特点，热电偶一般测高温线性较好，热敏电阻则用于200以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数热敏电阻。温度变化时热敏电阻阻值得变化导致运放组成的变换电路输出电压发生相应变化。二、实验所需部件： 热敏电阻、温度变换器、电压表、半导体点温计（自备）、加热器。三、实验步骤：1观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻介入温度变换器Rt端口，调节“增益”旋钮，使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和。用温度计测出环境温度To并记录。2将半导体点温计探头放入两片应变梁之间的电加热器上，打开加热器，观察点温计的温升和温度变换器Vo端的输出电压变化情况，每升温1记录下电压值，待电压稳定后记录下最终温度T。To（）Vo（V）根据表中数据作出V-T曲线，求出灵敏度S。S=V/T3负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为： Rt = Rto exp Bn (1/T - 1/To)始终Rt、Rto分别为温度为T、To时的阻值，Bn为电阻常数，它与材料激活能有关： 实验二十三 PN 温度传感器一、实验目的： 半导体PN具有非常良好的温度特性。根据PN结特性表达公式可知，当一个PN结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，根据这一原理制成的PN结温度传感器，可以直接显示绝对温度K，并且具有良好的线性精度。二、实验所需部件： PN结温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、半导体点温计（自备）三、实验步骤：1将PN结温度传感器接入温度传感器端，VT端接电压表，开启电源，电压表2V当显示室温的绝对温度T，室温=T-273。与半导体点温计显示温度进行比较。2打开加热器，观察随温度上升电压表所是绝对温度变化，与放在加热器上的半导体点温计所显示的温度进行比较。四、注意事项： 位数字电压表必须2V档，VT端输出的小数点后三位数字即为绝对温度值。实验二十四 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（16）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，另一端分成两束，分别作为接收光纤和光源光纤，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移量。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观察光线结构：本仪器中光纤探头为半圆形结构，有数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。2将原装点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振动台上装有测微头，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋转测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时Vo输出为最小。然后旋动测微头，使反射镜面离开镜头，每隔0.25mm取一Vo电压值填入下表，作出V-X曲线。X00.250.50.751.01.251.51.752.02.252.52.753.03.253.53.754.0V得出输出电压特性曲线如图（16）所示，分前坡和后坡，通常测量时采用线性比较好的前坡。4振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据V-X曲线区前坡中点位置装好光纤探头。降低频振荡器输出接“激励”，调节激振频率和幅度，是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/频率表读出振动频率。四、注意事项：1光电转换器工作时Vo最大输出电压以2V左右为好，可通过调节增益电位器控制。2实验时请保持反射镜片的清洁与光线端面的垂直度。3工作时光线端面不宜长时间直昭强光，以免内部电路受损。4注意背景光对实验的影响，光纤勿成钝角曲折。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，光电转化器应与仪器编号配对，以保证仪器正常使用。实验二十五 光纤传感器转速测量一、实验目的：当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化；光电变换器输出电量也发生相应的变化，经V/F电路变换，成方波频率信号输出。二、实验所需部件： 光