自動(dòng)化儀表2014

1、工業(yè)自動(dòng)化儀表實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書黃 敏陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院2010. 10目 錄實(shí)驗(yàn)一 熱電偶測(cè)溫8實(shí)驗(yàn)二 應(yīng)變片性能及電橋（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）12實(shí)驗(yàn)三 半導(dǎo)體應(yīng)變片性能檢測(cè)16實(shí)驗(yàn)四 霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性20實(shí)驗(yàn)五 壓電傳感器動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)六 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)24實(shí)驗(yàn)七 磁電式傳感器性能檢測(cè)27實(shí)驗(yàn)八 差動(dòng)變面積電容傳感器特性29實(shí)驗(yàn)九 電渦流傳感器靜態(tài)性能檢測(cè)31實(shí)驗(yàn)十 擴(kuò)散硅壓力傳感器實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)十一 光電器件特性測(cè)量（一）36實(shí)驗(yàn)十二 光電器件特性測(cè)量（二）40實(shí)驗(yàn)十三 光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)量45實(shí)驗(yàn)十四 溫度變送器的校驗(yàn)48實(shí)驗(yàn)十五 壓力變送器的校驗(yàn)55實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介CSY傳感

2、器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀上采用的大部分傳感器雖是教學(xué)傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學(xué)）但其結(jié)構(gòu)與線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)幫助廣大學(xué)生加深理解課本知識(shí)，學(xué)會(huì)作為一個(gè)科技工作者應(yīng)具有的動(dòng)手能力、操作技能及分析與解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書每個(gè)實(shí)驗(yàn)中都有注意事項(xiàng)。希望學(xué)生認(rèn)真閱讀，謹(jǐn)慎操作，否則容易引起器件損壞。實(shí)驗(yàn)儀主要由四部分組成：傳感器安裝臺(tái)、顯示與激勵(lì)源、傳感器符號(hào)及引線單元、處理電路單元。傳感器安裝臺(tái)部分：裝有雙平行振動(dòng)梁（應(yīng)變片、熱電偶、PN結(jié)、熱敏電阻、加熱器、壓電傳感器、梁自由端的磁鋼）、激振線圈、雙平行梁測(cè)微頭、光纖傳感器的光電變換座、光纖及探頭、小電機(jī)、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線3.插孔、

3、霍爾傳感器的二個(gè)半圓磁鋼、振動(dòng)平臺(tái)（圓盤）測(cè)微頭及支架、振動(dòng)圓盤（圓盤磁鋼、激振線圈、霍爾片、電渦流檢測(cè)片、差動(dòng)變壓器的可動(dòng)芯子、電容傳感器的動(dòng)片組、磁電傳感器的可動(dòng)芯子）、半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式差壓傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒、熱釋電傳感器、光電開關(guān)、硅光電池、光敏電阻元件安裝盒，具體安裝部位參看附錄。顯示及激勵(lì)源部分：電機(jī)控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源（土2V一土10V分檔調(diào)節(jié)）、F/V顯示表（可作為電壓表和頻率表）、動(dòng)圈毫伏表（5V500V）、音頻振蕩器、低頻振蕩器、土15V不可調(diào)穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)主面板上傳感器符號(hào)單元：所有傳感器（包括激振線圈）的引線都從內(nèi)部引到這個(gè)單元上的相應(yīng)符號(hào)中，

4、實(shí)驗(yàn)時(shí)傳感器的輸出信號(hào)（包括激勵(lì)線圈引入低頻激振器信號(hào)）按符號(hào)從這個(gè)單元插孔引線。處理電路單元：電橋單元、差動(dòng)放大器、電容變換放大器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器、低通濾波器、渦流變換器等單元組成。CSY實(shí)驗(yàn)儀配上一臺(tái)雙線（雙蹤）通用示波器可做幾十種實(shí)驗(yàn),也可以利用傳感器及處理電路開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。二、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說明（一） 傳感器安裝臺(tái)部分：雙平行振動(dòng)梁的自由端及振動(dòng)圓盤下面各裝有磁鋼，通過各自測(cè)微頭或激振線圈接入低頻激振器Vo可做靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。 應(yīng)變梁：應(yīng)變梁采用不銹鋼片，雙梁結(jié)構(gòu)端部有較好的線性位移。（或采用標(biāo)準(zhǔn)雙孔懸臂梁傳感器應(yīng)變梁）。傳感器：1差動(dòng)變壓器（電感式）

5、量程：5mm，直流電阻：5-10。由一個(gè)初級(jí)、二個(gè)次級(jí)線圈繞制而成的透明空心圈，鐵芯為軟磁鐵氧體。2電渦流位移傳感器量程：1mm，直流電阻：1-2。多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成。3霍爾式傳感器量程：2mm，直流電阻：激勵(lì)源端口800-1.5K；輸出端口300-500。日本JVC公司生產(chǎn)的線性半導(dǎo)體霍爾片，它置于環(huán)形磁鋼構(gòu)成的梯度磁場(chǎng)中。4熱電偶直流電阻：10左右。由兩個(gè)銅一康銅熱電偶串接而成，分度號(hào)為，冷端溫度為環(huán)境溫度。5電容式傳感器量程：土2mm。由兩組定片和一組動(dòng)片組成的差動(dòng)變面積式電容。6熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻NTC：溫度系數(shù)為負(fù)，25時(shí)為10K。7光纖傳感器由多模光纖、發(fā)

6、射、接收電路組成的導(dǎo)光型傳感器，線性范圍2mm。8半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器量程：10KPa（差壓）供電：美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的MPX型壓阻式差壓傳感器。9壓電加速度計(jì)PZT-5壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。諧振頻率：10KHz，電荷靈敏度：20PC/G。10應(yīng)變式傳感器箔式應(yīng)變片電阻值：350、應(yīng)變系數(shù)：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對(duì)應(yīng)地貼有片應(yīng)變片，橫向所貼的兩片為溫度補(bǔ)償片。11PN結(jié)溫度傳感器利用半導(dǎo)體PN結(jié)良好的線性溫度電壓特性制成的測(cè)溫傳感器，能直接顯示被測(cè)靈敏度：2.1mV。12磁電式傳感器0.211000 直流電阻：300，由線圈和動(dòng)鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.5/M/S

7、13氣敏傳感器MQ3（酒精）：測(cè)量范圍：502000PPM。14濕敏電阻高分子薄膜電阻型（）：幾兆一幾K；響應(yīng)時(shí)間：吸濕、脫濕小于10秒。濕度系數(shù)：0.5；測(cè)量范圍：1095，工作溫度為050。15光電開關(guān)：反射型16光敏電阻：CDS材料：幾一幾M17硅光電池：SI日光型18熱釋電紅外傳感器：遠(yuǎn)紅外式（二）信號(hào)及變換 1電橋：用于組成直流或交流電橋，提供組橋插座，標(biāo)準(zhǔn)電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。 2差動(dòng)放大器：通頻帶010Hz。可接成同相、反相，差動(dòng)結(jié)構(gòu)，增益為1100倍的直流放大器。 3電容變換器：由高頻振蕩，放大和雙電橋組成的處理電路。 4電壓放大器：增益約為倍 同相輸入。通頻帶010 KH

8、z。 5移相器：允許最大輸入電壓10Vpp 移相范圍20（5時(shí)） 6相敏檢波器 可檢波電壓頻率：010KHz。允許最大輸入電壓：10VP-P極性反轉(zhuǎn)整形電路與電子開關(guān)構(gòu)成的檢波電路 7電荷放大器：電容反饋型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。8低通濾波器：由50z陷波器和濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率35Z左右9渦流變換器：輸出電壓181（探頭離開被測(cè)物），變頻調(diào)幅式變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件10光電變換座：由紅外發(fā)射、接收組成。（三）二套顯示儀表 數(shù)字式電壓頻率表：位半顯示，電壓范圍（0V、020V，頻率范圍3Hz-2KHz。10 Hz20KHz，靈敏度50mV。 指針式毫伏表：85

9、CL表，分500 mV、50 mV、5mV三檔，精度2.5。（四）二種振蕩器 音頻振蕩器：0.4 KHz10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，pp值20V，輸出連續(xù)可調(diào)，180º、0º反相輸出，LV端最大功率輸出電流0.5。低頻振蕩器：30Z輸出連續(xù)可調(diào)，值0V輸出連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流0.5，端可提供用做電流放大器。（五）二套懸臂梁、測(cè)微頭雙平行式懸臂梁二副（其中一副為應(yīng)變梁，另一到副在內(nèi)部與振動(dòng)圓盤相連），梁端裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測(cè)微頭，可進(jìn)行位移與振動(dòng)實(shí)驗(yàn)（右邊圓盤式工作臺(tái)由“激振”帶動(dòng)。左邊平行式懸臂梁由“激振”帶動(dòng)）。（六）電加熱器二組電熱絲組成，加熱時(shí)可獲得高

10、于環(huán)境溫度左右的升溫。（七）測(cè)速電機(jī)一組 由可調(diào)的低噪聲高速軸流風(fēng)扇組成，與光電開關(guān)、光纖傳感器配合進(jìn)行測(cè)速實(shí)驗(yàn)。（八）二組穩(wěn)壓電源 直流±15，主要提供溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱電源，最大激勵(lì)1.5，±2V±10V分五檔輸出，最大輸出電流1.5，提供直流激勵(lì)源。（九）計(jì)算機(jī)聯(lián)接與處理 數(shù)據(jù)采集卡：十二位轉(zhuǎn)換，采樣速度10000點(diǎn)/秒，采樣速度可控制，采樣形式多樣。標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，與計(jì)算機(jī)串行工作。 良好的計(jì)算機(jī)顯示界面與方便實(shí)用處理軟件，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理、圖形分析與比較、文件存取打印。 使用儀器時(shí)打開電源開關(guān)，檢查交、直流信號(hào)源及顯示儀表是否正常

11、。儀器下部面板左下角處的開關(guān)為控制處理電路15的工作電源，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)勿關(guān)掉，為保證儀器正常工作，嚴(yán)禁15電源間的相互短路，建議平時(shí)將此兩插口封住。 指針式毫伏表工作前需對(duì)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(cè)試。注意：本儀器是實(shí)驗(yàn)性儀器，各電路完成的實(shí)驗(yàn)主要目的是對(duì)各傳感器測(cè)試電路做定性的驗(yàn)證，而非工業(yè)應(yīng)用型的傳感器定量測(cè)試。各電路和傳感器性能建議通過以下實(shí)驗(yàn)檢查是否正常。1應(yīng)變片及差動(dòng)放大器，進(jìn)行單臂、半橋和全橋?qū)嶒?yàn)，各應(yīng)變片是否正常可用萬用表電阻檔在應(yīng)變片兩端測(cè)量。各接線圖兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間即一實(shí)驗(yàn)接插線，接插線可多根迭插，為保證接觸良好插入插孔后請(qǐng)將插頭稍許旋轉(zhuǎn)。2熱電偶，接入

12、差動(dòng)放大器，打開“加熱”開關(guān)，觀察隨溫度升高熱電勢(shì)的變化。3熱敏式，進(jìn)行“熱敏傳感器實(shí)驗(yàn)”，電熱器加熱升溫，觀察隨溫度升高，電阻兩端的阻值變化情況，注意熱敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)。4結(jié)溫度傳感器，進(jìn)行結(jié)溫度傳感器測(cè)溫實(shí)驗(yàn)，注意電壓表2V檔顯示值為絕對(duì)溫度。5進(jìn)行“移相器實(shí)驗(yàn)”用雙蹤示波器觀察兩通道波形。6進(jìn)行“相敏檢波器實(shí)驗(yàn)”，相敏檢波器端口序數(shù)規(guī)律為從左至右，從上到下，其中端為參考電壓輸入端。7進(jìn)行“電容式傳感器特性”實(shí)驗(yàn)，當(dāng)振動(dòng)圓盤帶動(dòng)動(dòng)片上下移動(dòng)時(shí)，電容變換器。端電壓應(yīng)正負(fù)過零變化。 8進(jìn)行“光纖傳感器位移測(cè)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(dòng)測(cè)微儀帶動(dòng)

13、反射片位置變化，從差動(dòng)放大器輸出端讀出電壓變化值。9進(jìn)行光纖（光電）式傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)，從表o端讀出頻率信號(hào)。表置2檔。10低通濾波器：將低頻振蕩器輸出信號(hào)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(hào)大小。11進(jìn)行“差動(dòng)變壓器性能”實(shí)驗(yàn)，檢查電感式傳感器性能，實(shí)驗(yàn)前要找出次級(jí)線圈同名端，次級(jí)所接示波器為懸浮工作狀態(tài)。12進(jìn)行“霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性”實(shí)驗(yàn)，直流激勵(lì)信號(hào)不能大于2。13進(jìn)行“磁電式傳感器”實(shí)驗(yàn)，磁電傳感器兩端接差動(dòng)放大器輸入端，用示波器觀察輸出波形。14進(jìn)行“壓電加速度傳感器”實(shí)驗(yàn)，此實(shí)驗(yàn)與上述第十一項(xiàng)內(nèi)容均無定量要求。15進(jìn)行“電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)

14、定”實(shí)驗(yàn)，其中示波器觀察波形端口應(yīng)在渦流變換器的左上方，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。16進(jìn)行“擴(kuò)散硅壓力傳感器”實(shí)驗(yàn)，注意MPX壓力傳感器為差壓輸出，故輸出信號(hào)有正、負(fù)兩種。17進(jìn)行“氣敏傳感器特性”實(shí)驗(yàn)，觀察輸出電壓變化。18進(jìn)行濕敏傳感器特性演示”實(shí)驗(yàn)。19進(jìn)行“光敏電阻”實(shí)驗(yàn)20進(jìn)行“硅光電池”實(shí)驗(yàn)21進(jìn)行“光電開關(guān)（反射）”實(shí)驗(yàn)22進(jìn)行“熱釋電傳感器”實(shí)驗(yàn)。以上第17項(xiàng)起實(shí)驗(yàn)均為演示性質(zhì)，無定量要求。23如果儀器是帶微機(jī)接口和實(shí)驗(yàn)軟件的，請(qǐng)參閱微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用說明。數(shù)據(jù)采集卡已裝入儀器中，其中轉(zhuǎn)換是位轉(zhuǎn)換器。儀器后部的接口與計(jì)算機(jī)串行口相接，信號(hào)采集前

15、請(qǐng)正確設(shè)置串口，否則計(jì)算機(jī)將收不到信號(hào)。儀器工作時(shí)質(zhì)量需良好的接地，以減小干擾信號(hào)，并盡量遠(yuǎn)離電磁干擾源。上述檢查及實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛲瓿桑瑒t整臺(tái)儀器各部分均為正常。實(shí)驗(yàn)時(shí)請(qǐng)非常注意實(shí)驗(yàn)任務(wù)書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后的“注意事項(xiàng)”，要在確認(rèn)接線無誤的情況下再開啟電源，要盡量避免電源短路情況的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)上各傳感器部分，如位置不太正確可松動(dòng)調(diào)節(jié)螺絲稍作調(diào)整，以按下振動(dòng)梁松手，各部分能隨梁上下振動(dòng)而無碰擦為宜。附件中的稱重砝碼是在實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)左邊的懸臂梁旁的測(cè)微頭取開后裝于頂端的永久磁鋼上方。實(shí)驗(yàn)開始前請(qǐng)檢查實(shí)驗(yàn)連接是否完好，以保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)儀器需防塵，以保證實(shí)驗(yàn)接觸良好，儀器正常工作溫度-40。 實(shí)驗(yàn)一熱

16、電偶測(cè)溫一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握熱電偶測(cè)溫原理，了解其測(cè)溫過程。2. 學(xué)會(huì)分度表的應(yīng)用。3. 了解熱敏電阻的熱敏特性現(xiàn)象。二實(shí)驗(yàn)原理1. 熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。當(dāng)工作端與參比端的溫度不同時(shí)，通過測(cè)量熱電勢(shì)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零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅-康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶（分度號(hào)為）。本實(shí)驗(yàn)儀有二個(gè)熱電偶，它們封

17、裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。2. 熱電偶一般測(cè)高溫時(shí)線性較好，而熱敏電阻則用于200以下溫度較為方便。熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，因此分成兩類：（正溫度系數(shù)）、CTR（臨界溫度系數(shù)）與（負(fù)溫度系數(shù)）熱敏電阻。一般熱敏電阻測(cè)量范圍較寬，主要用于溫度測(cè)量；而PTC和CTR屬突變型熱敏電阻，溫度范圍較窄，一般用于恒溫控制或溫度開關(guān)。通常的NTC熱敏電阻測(cè)溫范圍為：-50300。一般只適用于低精度的溫度測(cè)量。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 主副電源2. 15直流穩(wěn)壓電源3. 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源4. 差動(dòng)放

18、大器5. F/數(shù)顯表。6. 加熱器7. 熱電偶及雙孔懸臂梁、熱敏電阻。四實(shí)驗(yàn)任務(wù)與步驟（一）熱電偶測(cè)溫1. 了解熱電偶、差動(dòng)放大器、F/數(shù)顯表，-15V電源在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，按圖示1接線（-15V電源先不要接）。2. 注意旋鈕初始位置：數(shù)顯表：置于2檔。差動(dòng)放大器：將兩輸入端對(duì)地短路，增益旋鈕順時(shí)針調(diào)到最大。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使/表顯示為零。圖1 熱電偶測(cè)溫電路圖3. 將15直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察/表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下/表顯示的讀數(shù)。記錄實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的室溫。4. 用玻璃管溫度計(jì)測(cè)出此時(shí)上梁表面熱電偶處的溫度并記錄下來（注意

19、：溫度計(jì)不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。5. 實(shí)驗(yàn)完畢后關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器 電源（玻璃管溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去15電源連接線）其它旋鈕置原始位置。6. 根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：其中：-熱電偶的熱端（工作端或稱測(cè)溫端）溫度tn-熱電偶的冷端（自由端）溫度，也就是室溫to-07. 熱端溫度為t，冷端溫度為室溫tn時(shí)的熱電勢(shì)：其中：Et-F/V表顯示值K-差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，此處K=100N-熱電偶串聯(lián)數(shù)目，此處N=28. 熱端溫度為室溫tn，冷端溫度為銅-康銅熱電勢(shì)(tn，to)，可以從以下所附的銅-康銅熱電偶分度表中得到。9. 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得到熱

20、端溫度為、冷端溫度為時(shí)的熱電勢(shì)(,to)，然后查分度表得到上梁表面溫度t。10. 將熱電偶測(cè)得溫度值與玻璃管溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只是了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）。（二）熱敏電阻測(cè)溫1. 了解熱敏電阻在實(shí)驗(yàn)儀的所在位置及符號(hào)（它是一個(gè)藍(lán)色元件，封裝在加熱器旁的方塑料盒內(nèi)）。2. 將F/V數(shù)顯表置于2檔，直流穩(wěn)壓電源切換開關(guān)置±2檔按圖示2接線。3. 開啟主、副電源，調(diào)整1電位器。使數(shù)顯表指示為200mV左右。4. 將-15電源接入加熱器，觀察電壓表的讀數(shù)變化，并得出當(dāng)溫度升高時(shí)，溫敏電阻Rt是增大還是減小，由此判斷出本次使用的是何種溫度

21、系數(shù)的熱敏電阻。圖2 熱敏電阻測(cè)溫電路圖五數(shù)據(jù)記錄1. 熱電偶加熱前溫度（）加熱前電壓（V）加熱后溫度（）加熱后電壓（V）2. 熱敏電阻加熱前電壓（V）加熱后電壓（V）結(jié)論六思考1. 為什么差動(dòng)放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點(diǎn)？2. 即使采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按本實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量溫度也會(huì)有很大誤差，為什么？3. 如果你手上有這樣一個(gè)熱敏電阻，想把它作為一個(gè)050的溫度測(cè)量電路，你認(rèn)為該怎樣來實(shí)現(xiàn)？銅康銅熱電偶分度（0）分度號(hào)：T工作端溫度0123456789熱 電 動(dòng) 勢(shì) （mv）-10-0.308-0.421-0.4590.4960.5340.5710.6080.6460.6830.72000.0000

22、.0390.0770.1160.1540.1930.2310.2690.3070.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.

23、992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.643.2.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5

24、734.6214.6684.715實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片性能及電橋(設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn))一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變特性。2 掌握和理解應(yīng)變片單橋、雙橋和全橋的性能和相互關(guān)系。二設(shè)計(jì)要求1 熟悉懸臂梁受力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)量懸臂梁上、下兩個(gè)金屬箔式應(yīng)變片在無受力情況下的阻值。2 設(shè)計(jì)完成用金屬箔式應(yīng)變片構(gòu)成單臂電橋測(cè)量電路的實(shí)驗(yàn)方案，檢測(cè)懸臂梁系統(tǒng)的受力輸出情況。3 設(shè)計(jì)完成用金屬箔式應(yīng)變片構(gòu)成雙臂電橋測(cè)量電路的電路圖，在電路圖上標(biāo)明應(yīng)變片阻值在受力情況下的阻值變化方向，檢測(cè)懸臂梁系統(tǒng)的受力輸出情況。4 設(shè)計(jì)完成用金屬箔式應(yīng)變片構(gòu)成全橋測(cè)量電路的電路圖，在電路圖上標(biāo)明應(yīng)變片阻值在受力情況下的阻值變化方向，檢

25、測(cè)懸臂梁系統(tǒng)的受力輸出情況。5 根據(jù)單、雙臂和全橋所測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算每一個(gè)砝碼所對(duì)應(yīng)靈敏度,并取平均值。6 繪出電橋輸出與砝碼數(shù)量(U/N)的關(guān)系曲線，并對(duì)三種電橋的線性輸出情況和靈敏度進(jìn)行分析和比較。7 試對(duì)比分析由應(yīng)變片構(gòu)成的三種電橋電路如果受溫度影響下的輸出情況。三所需部件1 直流穩(wěn)壓電源2 電橋及應(yīng)變片3 差動(dòng)放大器4 懸臂梁及稱重砝碼5 電壓/數(shù)顯表四實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)測(cè)試體受力發(fā)生形變時(shí)，其應(yīng)變主要由電阻率變化引起。如果用應(yīng)變片檢測(cè)物體受力情況，應(yīng)變片要牢固地粘貼在檢測(cè)物體表面。當(dāng)檢測(cè)物體受力時(shí)，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測(cè)量電路可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。電橋電

26、路是最常用的非電量轉(zhuǎn)換電測(cè)電路中的一種。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為、，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，應(yīng)變；當(dāng)使用兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1R2R3R4R，則有。由此可知，單臂電橋、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。五注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)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，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。3在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。4穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路，直流激勵(lì)電壓不要過大，以免造成應(yīng)變

27、片自熱損壞。5直流電源電壓±4V不能過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。6接全橋時(shí)要注意區(qū)別各應(yīng)變片的工作狀態(tài)方向。六實(shí)驗(yàn)思考1. 測(cè)量懸臂梁上、下應(yīng)變片的阻值為何會(huì)不一致？阻值大的應(yīng)變片在懸臂梁上方還是下方？2. 由應(yīng)變片構(gòu)成的電橋電路中，固定電阻應(yīng)該如何選取才比較合適？3. 由應(yīng)變片構(gòu)成的三個(gè)電橋電路中，應(yīng)變片如何布局在電橋橋臂中才能獲得最大的差動(dòng)輸出？七參考文獻(xiàn)1黃賢武、鄭筱霞編著. 傳感器原理與應(yīng)用. 成都；電子科技大學(xué)出版社2王家楨、王俊杰編著.傳感器與變送器.北京；清華大學(xué)出版社3丁鎮(zhèn)生編著.傳感器與傳感技術(shù)應(yīng)用. 北京；電子工業(yè)出版社4何希才編著.傳感器及其應(yīng)用.

28、北京；國(guó)防工業(yè)出版社附錄實(shí)驗(yàn)提示1 各旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源：±4V檔，F(xiàn)/V表：2V檔，差動(dòng)放大器增益旋鈕：順時(shí)針旋至最大。了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置，觀察應(yīng)變梁上的應(yīng)變片。2 差動(dòng)放大器調(diào)零將差動(dòng)放大器“增益”旋鈕順時(shí)針方向旋到最大，放大器（）、（）輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路，輸出端接數(shù)字電壓表。接通實(shí)驗(yàn)儀電源，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器使輸出電壓為零，調(diào)零后關(guān)閉儀器電源，拔掉短路實(shí)驗(yàn)線（調(diào)零后不要再動(dòng)“調(diào)零”電位器）。 3 測(cè)量單臂電橋輸出圖1. 單臂電橋?qū)嶒?yàn)電路（1） 按圖1將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)量橋路。橋路中的R為均固定電阻，W1為直流調(diào)平衡電位器，Rw

29、1為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流電源為±4V。確認(rèn)接線無誤后開啟儀器正、副電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋W1電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。（2） 在懸臂梁稱重平臺(tái)上依次放上砝碼，記錄對(duì)應(yīng)的輸出電壓，并將結(jié)果填入表1內(nèi)。（注：砝碼重量P=20g) 表1砝碼N123456電壓U(V)實(shí)驗(yàn)三半導(dǎo)體應(yīng)變片性能檢測(cè)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解半導(dǎo)體應(yīng)變片的應(yīng)變特性。2. 掌握和理解半導(dǎo)體單臂電橋和雙臂電橋的輸出特性。3. 了解半導(dǎo)體單臂電橋和雙臂電橋的溫度補(bǔ)償狀況。二實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。由于材料阻值為，對(duì)于半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)，當(dāng)測(cè)試體受力發(fā)生形變時(shí)，其應(yīng)變主要由電阻率變化引起。

30、由于半導(dǎo)體材料的“壓阻效應(yīng)”特別明顯，靈敏度比較大，可以反映出很微小的形變，但是受溫度影響大。如果用應(yīng)變片檢測(cè)物體受力情況，應(yīng)變片要牢固地粘貼在檢測(cè)物體表面。當(dāng)檢測(cè)物體受力時(shí)，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測(cè)量電路可轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。電橋電路是最常用的非電量轉(zhuǎn)換電測(cè)電路中的一種。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為、，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，應(yīng)變；當(dāng)使用兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)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(shí)驗(yàn)所需部件1. 直流穩(wěn)壓電

31、源2. 電橋及半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)3. 差動(dòng)放大器4. 懸臂梁及稱重砝碼5. 電壓/數(shù)顯表2 加熱器四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀測(cè)由半導(dǎo)體單臂電橋構(gòu)成懸臂梁受力系統(tǒng)的受力輸出情況及所受溫度的影響。2. 觀測(cè)由半導(dǎo)體雙臂電橋構(gòu)成懸臂梁受力系統(tǒng)的受力輸出情況及所受溫度的影響。五實(shí)驗(yàn)步驟1. 差動(dòng)放大器調(diào)零開啟儀器電源，差動(dòng)放大器“增益”順時(shí)針方向旋到最大，放大器、輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)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(dòng)放大器使輸出電壓為零，然后拔掉短路實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化，調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2. 觀察半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變阻值（1）用數(shù)字萬用表電阻檔，測(cè)量標(biāo)有的半導(dǎo)體應(yīng)變片兩端，記錄Rw1阻值。

32、然后在懸臂梁上添加兩個(gè)砝碼，根據(jù)其阻值變化情況，說明此應(yīng)變片在懸臂梁的上表面還是下表面？（2）用數(shù)字萬用表電阻檔測(cè)量標(biāo)有的半導(dǎo)體應(yīng)變片兩端，記錄Rw2阻值。然后在懸臂梁上添加兩個(gè)砝碼，根據(jù)其阻值變化情況，說明此應(yīng)變片在懸臂梁的上表面還是下表面？受力前Rw1()受力后Rw1（）結(jié)論受力前Rw2()受力后Rw2（）結(jié)論3. 測(cè)量單臂電橋的輸出圖1. 單臂電橋?qū)嶒?yàn)電路（1）按圖1將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)量橋路。橋路中的R為均固定電阻，WD為直流調(diào)平衡電位器，Rw1為半導(dǎo)體應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流電源為±2V。確認(rèn)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

33、，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。（2）在懸臂梁稱重平臺(tái)上依次放上砝碼，記錄對(duì)應(yīng)的輸出電壓并將結(jié)果填入表內(nèi)。砝碼N12345電壓U(V)砝碼N678910電壓U(V)（3） 去掉懸臂梁稱重平臺(tái)上的砝碼，并調(diào)節(jié)平衡電位器WD輸出為零，打開“加熱器”電源開關(guān)，同時(shí)開始計(jì)時(shí)，記錄1分鐘內(nèi)升溫電壓，之后斷開加熱器和儀器總電源。圖2. 雙臂電橋?qū)嶒?yàn)電路4. 測(cè)量雙臂電橋的輸出按圖2將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)量橋路，待半導(dǎo)體應(yīng)變片溫度平衡后，重復(fù)以上單臂電橋的（1）、（2）、（3）步驟，并將結(jié)果填入表內(nèi)。注：砝碼重量P=20g砝碼N12345電壓U(V)砝碼N678910電壓U(V)六實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)單、雙臂電橋所測(cè)數(shù)

34、據(jù)，計(jì)算每一個(gè)砝碼所對(duì)應(yīng)靈敏度,之后取平均值。 2在坐標(biāo)圖上繪出UN關(guān)系曲線，并對(duì)兩種電橋進(jìn)行比較。3對(duì)兩種電橋受溫度影響的輸出進(jìn)行比較，并說明哪種電橋具有溫度補(bǔ)償作用？七注意事項(xiàng) 1實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)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，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。3穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路，直流激勵(lì)電壓不要過大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。實(shí)驗(yàn)四霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2. 學(xué)會(huì)用傳感器做靜態(tài)位移測(cè)量。二實(shí)驗(yàn)原理霍爾式傳感器是由兩個(gè)半環(huán)形磁鋼組成梯度磁場(chǎng)和位于梯度磁場(chǎng)中的霍爾

35、元件組成(如圖1和圖2所示)。當(dāng)霍爾元件通過恒定電流、霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中上、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)取決于其在磁場(chǎng)中的位移量，所以測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元件的靜位移量。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 霍爾片、磁路系統(tǒng)。2. 電橋、差動(dòng)放大器。3. 數(shù)顯表、直流穩(wěn)壓電源、主、副電源。4. 測(cè)微頭、振動(dòng)平臺(tái)。四實(shí)驗(yàn)任務(wù)與步驟1. 了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號(hào)（霍爾片安裝在實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤上，兩個(gè)半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器）。2. 旋鈕初始位置：（1） 差動(dòng)放大器：增益旋鈕適度（2） F/V數(shù)顯表：置于檔（3） 直流穩(wěn)壓電源：置于&

36、#177;2檔3 根據(jù)圖示2接線（1、為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)）。仔細(xì)檢測(cè)線路，傳感器的電源端與信號(hào)端絕對(duì)不能接錯(cuò)！4 裝好測(cè)微頭，調(diào)節(jié)測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。5 開啟電源，調(diào)整1使F/V數(shù)顯表指示為零（此時(shí)勿動(dòng)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕）。6 向上旋動(dòng)測(cè)微頭，每隔.5mm記下F/V數(shù)顯表的讀數(shù)，并填入表內(nèi)。7 作出曲線，指出線性范圍，求出靈敏度S。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（可見，不實(shí)驗(yàn)測(cè)出的實(shí)際上是磁場(chǎng)情況，磁場(chǎng)分布為梯度磁場(chǎng)與磁場(chǎng)分布有很大差異，位移測(cè)量的線性度，靈敏度與磁場(chǎng)分布也有很大關(guān)系）。8 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。圖2 霍爾元件實(shí)驗(yàn)接線圖上行1

37、2345X(mm)V(V)上行678910X(mm)V(V)下行12345X(mm)V(V)下行678910X(mm)V(V)五注意事項(xiàng)1. 由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。2. 一旦調(diào)整好后，測(cè)量過程中不能移動(dòng)磁路系統(tǒng)。3. 激勵(lì)電壓絕對(duì)不能超過2，以免損壞霍爾片。注意上行與下行之間的空程問題。實(shí)驗(yàn)五壓電傳感器動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯墓ぷ髟?、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。二實(shí)驗(yàn)原理壓電傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器）。壓電傳感器元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速度等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量的電測(cè)。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 壓電傳感器

38、2. 電荷放大器、單芯屏蔽線3. F數(shù)顯表、示波器4. 低通濾波器、低頻振蕩器5. 激振線圈，振動(dòng)平臺(tái)四實(shí)驗(yàn)任務(wù)及步驟圖1 壓電傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)電路1 了解所需單元、部件、傳感器的符號(hào)及在儀器上的位置。觀察了解壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)：由PZT雙壓電陶瓷晶片、慣性質(zhì)量塊、壓簧、引出電極組裝于塑料外殼中。2 各旋鈕初始位置：數(shù)顯表切換開關(guān)置于2K檔低頻振蕩器的幅度旋鈕逆時(shí)針旋至最小3 根據(jù)圖1的電路結(jié)構(gòu)，壓電式傳感器、電荷放大器、低通濾波器和雙蹤示波器連接起來，組成一個(gè)測(cè)量線路。將低頻振蕩器的輸出端與激振線圈和F/V數(shù)顯表相連接。4 打開主、副電源，調(diào)整好示波器，將低頻振蕩器的幅度旋鈕緩緩調(diào)至最大

39、，調(diào)節(jié)其輸出頻率，并用F/V數(shù)顯表監(jiān)測(cè)。用示波器觀察低通濾波器輸出波形、讀出其峰峰值并填入下表。5 示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較，并觀察其波形和相位差。當(dāng)振動(dòng)平臺(tái)處于諧振狀態(tài)時(shí)振幅最大，此時(shí)示波器所觀察到的波形Vp-p也最大，由此可以得出結(jié)論：壓電傳感器是一種對(duì)外力作用變化敏感的傳感器。6 將壓電式傳感器與電荷放大器之間的連接導(dǎo)線改用普通的單芯導(dǎo)線，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率并用示波器觀察波形，與前面的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較。F（Hz）Vp-p五思考1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自振頻率大致是多少？2. 壓電式傳感器的特點(diǎn)是什么？比較磁電式傳感器輸出波形的相位差是多少？

40、六注意事項(xiàng)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)頻率不能過低（13Hz），否則電荷放大器將無法輸出。實(shí)驗(yàn)六差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解差動(dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本輸出特性。3掌握使用差動(dòng)變壓器測(cè)量小位移的方法。二實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)變壓器是由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成的互感式位移傳感器。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。在鐵心位于中央位置時(shí)，差動(dòng)信號(hào)輸出電壓為零，當(dāng)鐵心因位移而偏離中央位置時(shí)，差動(dòng)信號(hào)的輸出為與位移成正比的交流電

41、壓，其原理及輸出特性見圖1、圖2。圖1 差動(dòng)變壓器等效電路圖2 差動(dòng)變壓器輸出特性三實(shí)驗(yàn)所需部件1 差動(dòng)變壓器2 音頻振蕩器3 螺旋測(cè)微頭4 雙通道示波器四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1在差動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈上加一音頻信號(hào)，轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋測(cè)微頭，用示波器觀測(cè)其次級(jí)線圈的輸出情況，并記錄其輸出與位置的關(guān)系。2根據(jù)表格所列結(jié)果，畫出輸出Vop-p與位移X的關(guān)系曲線，指出線性工作范圍并求出靈敏度S。圖3 差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)電路五實(shí)驗(yàn)步驟1按圖3接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，音頻振蕩器輸出頻率5KHZ左右，輸出值峰峰值VPP 為 2V。2雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格接差動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈Li，第

42、二通道靈敏度10mv格接差動(dòng)變壓器的次級(jí)線圈Lo。3用手提壓差動(dòng)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(gè)次級(jí)線圈Lo的串接端。4仔細(xì)調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微頭使次級(jí)線圈的輸出波形至不能再小，記錄此位置的電壓值（這就是零點(diǎn)殘余電壓?？梢钥闯鏊c輸入電壓的相位差約為2，是基頻分量）5旋動(dòng)螺旋測(cè)微頭，帶動(dòng)差動(dòng)變壓器銜鐵在線圈中移動(dòng)，每增加0.5mm從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓VPP值并填入表1。6重復(fù)以上步驟每減少0.5mm從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓VPP值并填入表1。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級(jí)電壓波形的相位關(guān)系。表1位移（mm）電壓（V）位移（mm）電壓（V）六注意事項(xiàng)示波器第二通道為懸

43、浮工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)七磁電式傳感器性能檢測(cè)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)了解磁電式傳器的原理、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用。二實(shí)驗(yàn)原理磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，所以也稱為感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小決定于穿過線圈的磁通的變化率：d/dt。在本實(shí)驗(yàn)裝置中的磁電式傳感器是由動(dòng)鐵與感應(yīng)線圈組成，永久磁鋼做成的動(dòng)鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，當(dāng)動(dòng)鐵與線圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈與磁場(chǎng)中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，與磁通變化率成正比，所以是一種動(dòng)態(tài)傳感器。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 磁電式傳感器、差動(dòng)放大器2. 低通濾波器、示波器、F數(shù)顯表3. 激振線圈、低頻振蕩器、振動(dòng)平臺(tái)、主、副電源四實(shí)驗(yàn)任

44、務(wù)及步驟1. 有關(guān)旋鈕初始位置：差動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)/V數(shù)顯表置2K檔。2. 觀察磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖1的電路結(jié)構(gòu)，將磁電式傳感器、差動(dòng)放大器、低通濾波器和雙線示波器連接起來，組成一個(gè)測(cè)量線路。將低頻振蕩器的輸出端與激振線圈和F數(shù)顯表的輸入端相連。3. 開啟主、副電源，調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用F數(shù)顯表監(jiān)測(cè)頻率。用示波器觀察低通濾波器輸出波形，記錄峰峰值填入下表。F(Hz)Vp-p4. 拆去磁電傳感器的引線，把渦流傳感器經(jīng)渦流變換器接入低通濾波器，再用示波器觀察輸出波形（波形好壞與渦流傳感器的安裝位置有關(guān)，

45、參照渦流傳感器的實(shí)驗(yàn)）并與磁電傳感器的輸出波形相比較。5. 通過觀察，可以得出結(jié)論：磁電式對(duì)速度敏感，電渦流式傳感器則對(duì)位置敏感，速度的變化對(duì)它影響不大。圖 1 磁電式傳感器實(shí)驗(yàn)電路四思考1. 試回答磁電式傳感器的特點(diǎn)？2. 比較磁電式傳感器與渦流傳感器輸出波形的相位，為什么？實(shí)驗(yàn)八差動(dòng)變面積電容傳感器特性一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解差動(dòng)變面積電容傳感器的工作原理。2. 掌握差動(dòng)變面積電容傳感器的輸出特性和性能指標(biāo)。二實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器有多種形式，本次實(shí)驗(yàn)中使用的是差動(dòng)平行變面積式電容式傳感器，它由兩組定片和一組動(dòng)片構(gòu)成。當(dāng)安裝于振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片上下改變位置時(shí)，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電

46、容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。如果將上層定片和動(dòng)片形成的電容定為Cx1，下層定片和動(dòng)片形成的電容定為Cx2，當(dāng)將Cx1和Cx2接入雙T型橋路作為相鄰兩橋臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動(dòng)臺(tái)的位移有關(guān)。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 平板電容傳感器、電容放大器2. 差動(dòng)放大器、F數(shù)顯表、示波器3. 低通濾波器、低頻振蕩器4. 激振線圈，振動(dòng)平臺(tái)、測(cè)微頭四實(shí)驗(yàn)任務(wù)及步驟圖1 電容傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)電路1. 了解所需單元、部件、傳感器的符號(hào)及在儀器上的位置，按圖示1接線。2. 各旋鈕初始位置：數(shù)顯表切換開關(guān)置于2檔，差動(dòng)放大器增益旋鈕順時(shí)針旋至最大，電容放大器增益增益旋鈕順時(shí)針旋至最大。3. 打開主

47、、副電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)振動(dòng)平臺(tái)位移，使電容動(dòng)片位于兩動(dòng)片中部，此時(shí)調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕使輸出為零。4. 以此中心點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭向下移動(dòng)電容動(dòng)片，每移動(dòng)0.5mm記錄一組數(shù)據(jù)并填入表內(nèi)，直至電容動(dòng)片與靜片完全重合為止。5. 退回測(cè)微頭至中心點(diǎn)位置，并開始反方向向上移動(dòng)電容動(dòng)片，方法同上。6. 作出位移X與電壓輸出U的關(guān)系曲線，分析其線性情況和確定線性范圍。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 = X。圖2電容傳感器動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)電路7. 將測(cè)微頭向上移開，并使其與振動(dòng)平臺(tái)分離，按圖2接通低頻振蕩器和激振線圈。調(diào)節(jié)低頻振蕩器的輸出幅度和頻率范圍，用示波器觀察、記錄和分析輸出波形。X（mm）電壓（V）X（mm）

48、電壓（V）X（mm）電壓（V）X（mm）電壓（V）五注意事項(xiàng)1. 電容動(dòng)片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時(shí)可稍做調(diào)整。位移和振動(dòng)時(shí)均應(yīng)避免擦片現(xiàn)象，否則會(huì)造成輸出信號(hào)突變。2. 如果差動(dòng)放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請(qǐng)將電容變換器增益進(jìn)一步減小。3. 由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后，進(jìn)行反相采集時(shí)測(cè)微儀雖然回到起始位置，但系統(tǒng)輸出電壓可能并不回到零，此時(shí)可反向位移懸臂梁使輸出電壓過零后再回起始位置，待系統(tǒng)輸出為零后進(jìn)行反方向的采集。實(shí)驗(yàn)九電渦流傳感器靜態(tài)性能檢測(cè)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理。2學(xué)會(huì)檢測(cè)電渦流傳感器并了解其輸出特性。二實(shí)驗(yàn)原理電渦流式傳感器由平面線圈和金屬

49、渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（渦流片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度基本不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。三實(shí)驗(yàn)所需部件1. 電渦傳感器、電渦流變換器2. 金屬渦流片、測(cè)微頭、振動(dòng)平臺(tái)3. 示波器、F/V數(shù)顯表四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1作出電渦流傳感器輸出特性VX曲線，分析其線性情況，指出線性范圍。2求出電渦流傳感器在其線性范圍內(nèi)的靈敏度。3分析兩種金屬渦流片的輸出特性和相關(guān)參

50、數(shù)。五實(shí)驗(yàn)步驟1 觀察電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)，確認(rèn)安裝好電渦流線圈并將其對(duì)準(zhǔn)金屬渦流片（注意兩者必須保持平行，必要時(shí)可稍許調(diào)整探頭角度）。2 安裝好測(cè)微頭，將電渦流線圈接入渦流變換器輸入端。渦流變換器輸出端接F/V數(shù)顯表20V檔（如圖1）。圖1 渦流線圈與電渦流變換器接線示意圖3 開啟儀器電源，旋動(dòng)測(cè)微頭帶動(dòng)振動(dòng)平臺(tái)使電渦流線圈與渦流片分開一定距離，此時(shí)輸出端有一電壓值輸出。用示波器接渦流變換器輸入端觀察電渦流傳感器的高頻波形，信號(hào)頻率約為1MHZ。4 用測(cè)微頭帶動(dòng)振動(dòng)平臺(tái)使平面線圈貼緊金屬渦流片，此時(shí)渦流變換器輸出F/V數(shù)顯表為零。渦流變換器中的振蕩電路停振。5 旋動(dòng)測(cè)微頭使平面線圈離開金屬渦流

51、片，每移動(dòng)0.5mm記錄一讀數(shù)，將V、X數(shù)據(jù)填入表中，并用示波器觀察變換器的高頻振蕩波形。直至線性嚴(yán)重變壞為止。6 更換另一種渦流片，重復(fù)以上步驟。位 移X（mm）電 壓U（V）位 移X（mm）電 壓U（V）六 注意事項(xiàng)當(dāng)渦流變換器接入電渦流線圈處于工作狀態(tài)時(shí)，接入示波器會(huì)影響線圈的阻抗，使變換器的輸出電壓減?。ㄈ绻静ㄆ魈筋^阻抗太小，甚至?xí)棺儞Q器電路停振而無輸出），或是使傳感器在初始狀態(tài)有一死區(qū)。實(shí)驗(yàn)十?dāng)U散硅壓力傳感器實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓力傳感器的工作原理和使用方法。2 掌握半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓力傳感器的輸出特性和性能指標(biāo)。3 學(xué)會(huì)使用“U”形管壓力計(jì)測(cè)量壓力。二實(shí)驗(yàn)原理壓阻式擴(kuò)散硅壓力傳感器（MPX）是利用單晶硅的壓阻效應(yīng)，并采用集成工藝技術(shù)制成的器件。也就是在單晶硅基片上用擴(kuò)散工藝技