自動化與電氣實驗報告模板

1、目錄目 錄 1實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗. . 3實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗. 6實驗三金屬箔式應變片全橋性能實驗. 9實驗四移相實驗 12實驗五相敏檢波實驗 . 14實驗六交流全橋性能測試實驗 . 18實驗七擴散硅壓阻式壓力傳感器壓力實驗. 21實驗八差動電感性能實驗 . 24實驗九電容式傳感器位移特性實驗 . 27實驗十電容傳感器動態(tài)特性實驗 . 30實驗十一霍爾傳感器位移特性實驗 . 32實驗十二磁電式傳感器振動實驗 . 34實驗十三壓電式傳感器振動實驗 . 36實驗十四電渦流傳感器位移特性實驗 . 39實驗十五電渦流傳感器振動實驗 . 42實驗十六 光纖傳感器位移特性實

2、驗 . 44實驗十七光電轉(zhuǎn)速傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗. 47實驗十八鉑熱電阻溫度特性實驗 . 49實驗十九K 型熱電偶溫度特性實驗 50實驗二十正溫度系數(shù)熱敏電阻（PTC溫度特性實驗 54實驗二一 負溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC溫度特性實驗 55實驗二十二PN結溫度特性實驗 57實驗二十三氣敏（酒精）傳感器實驗. 59實驗二十四濕敏傳感器實驗 . 60實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。二、實驗儀器雙桿式懸臂梁應變傳感器、電壓溫度頻率表、直流穩(wěn)壓電源（土4V）、差動放大器、電壓放大器、萬用表（自備）三、實驗原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變

3、形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為上 k（ 1-1）R式中為電阻絲電阻相對變化；Rk為應變系數(shù)；Y為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件。如圖1-1所示，將四個金屬箔應變片（R1、R2、R3 R4）分別貼 在雙桿式懸臂梁彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應 變片隨懸臂梁形變被拉伸或被壓縮。圖1-1雙桿式懸臂梁稱重傳感器結構圖通過這些應變片轉(zhuǎn)換懸臂梁被測部位受力狀態(tài)變化，可將應變片串聯(lián)或并聯(lián)組成電橋。如圖1-2信號調(diào)理電路所示，R5=R6=R7=R為固定電阻，與應變片一起構成一個單臂電橋，其輸出電壓uo 4-T豊

4、（1-2）12 RE為電橋電源電壓;式1-2表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L= - 100%。2 R圖1-2單臂電橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1 .懸臂梁上的各應變片已分別接到面板左上方的R1、R2、R3R4上，可用萬用表測量判別， R仁R2=R3=R4=330。2. 按圖1-2接好“差動放大器”和“電壓放大器”部分，將“差 動放大器”的輸入端短接并與地相連，“電壓放大器”輸出端接電壓 溫度頻率表（選擇 U,開啟直流電源開關。將“差動放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器與“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器調(diào)至中間位置 （順 時針旋轉(zhuǎn)到底后逆時針旋轉(zhuǎn) 5圈），調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓溫度頻率 表顯示為零。

5、關閉“直流電源”開關。（兩個增益調(diào)節(jié)電位器的位置 確定后不能改動）3. 按圖1-2接好所有連線，將應變式傳感器 R1接入“電橋” 與R5 R6 R7構成一個單臂直流電橋。“電橋”輸出接到“差動放 大器”的輸入端，“電壓放大器”的輸出接電壓溫度頻率表。預熱兩 分鐘。（直流穩(wěn)壓電源的GND要與放大器共地）4. 將千分尺向下移動，使懸臂梁處于平直狀態(tài)， 調(diào)節(jié)Rw1使電 壓溫度頻率表顯示為零（選擇 U）。5. 移動千分尺向下移0.5mm讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次移動千分尺向下移0.5mm讀取相應的數(shù)顯表值，直到向下移動5mm記錄實驗數(shù)據(jù)填入表1-1。表1-1位移（mm）0.511.522.533.544.5

6、5電壓（mV）6.實驗結束后，將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復平直狀態(tài)，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1. 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)繪制出電壓一位移曲線，并計算其線性度。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容試設計一種電子秤。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大， 以免造成應變傳感器的損壞！ 實驗二金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。二、實驗儀器同實驗一三、實驗原理不同受力方向的兩只應變片（R1、R2）接入電橋作為鄰邊，如 圖2-1。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當兩只應變片的 阻值相同、應變系數(shù)也

7、相同時，半橋的輸出電壓為UoE _R2 R(2-1)式中為電阻絲電阻相對變化;Rk為應變系數(shù)；f為電阻絲長度相對變化;E為電橋電源電壓。式2-1表明，半橋輸出與應變片阻值變化率呈線性關系。圖2-1半橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1. 應變傳感器已安裝在懸臂梁上，可參考圖1-1。2 .按圖2-1接好“差動放大器”和“電壓放大器”電路。 “差 動放大器”的調(diào)零，參考實驗一步驟2。3. 按圖2-1接好所有連線，將受力相反的兩只應變片R1、R2接入電橋的鄰邊。4 .參考實驗一步驟4。5.移動千分尺向下移0.5mm讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次移動千分 尺向下移0.5mm和讀取相應的數(shù)顯表值，直到向下移動5mm記

8、錄 實驗數(shù)據(jù)填入表2-1表2-1位移(mm)0.511.522.533.544.55電壓(mV)6.實驗結束后，將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復平直狀態(tài)，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1. 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)繪制出電壓位移曲線， 并計算其線性度。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容試設計一種電子秤。六、思考題半橋測量時非線性誤差的原因是什么？七、注意事項 實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較 小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的 損壞！實驗三金屬箔式應變片一一全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、實驗儀器同實驗一三、實驗原理全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相

9、同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=E （ 3-1）R式中E為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對變化；R式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤 差得到進一步改善。圖3-1全橋面板接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1. 應變傳感器已安裝在懸臂梁上，R1、R2 R3 R4均為應變片， 可參考圖1-1 o2. 按圖3-1先接好“差動放大器”和“電壓放大器”部分，“差動放大器”的調(diào)零參照實驗一步驟2o3. 按圖3-1接好所有連線，將應變片接入電橋，參考實驗一步 驟4。4. 移動千分尺向下移0.5mm讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次移動千

10、分尺向下移0.5mm和讀取相應的數(shù)顯表值，直到向下移動5mm記錄實驗數(shù)據(jù)填入表3-1 o表3-1位移(mm)0.51.01.522.533.544.55電壓(mV)5.實驗結束后，將千分尺向上旋轉(zhuǎn)，使懸臂梁恢復平直狀態(tài)，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1 .根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)繪制出電壓一位移曲線，并計算其線性度。2 .根據(jù)實驗內(nèi)容試設計一種電子秤。3. 比較單臂、半橋、全橋三者的特性曲線，分析他們之間的差別。六、思考題全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時， 即R1= R3, R2= R4,而R" R2時，是否可以組成全橋？七、注意事項 實驗所采用的彈性體

11、為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較 小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的 損壞！實驗四移相實驗一、實驗目的了解移相電路的原理和應用。二、實驗儀器移相器、信號源、示波器（自備）三、實驗原理由運算放大器構成的移相器原理圖如下圖所示:通過調(diào)節(jié)Rw改變RC充放電時間常數(shù)，從而改變信號的相位。四、實驗步驟1. 將“信號源”的UsiO0幅值調(diào)節(jié)為6V,頻率調(diào)節(jié)電位器逆時 針旋到底，將UsiO0與“移相器”輸入端相連接。2 .打開“直流電源”開關，“移相器”的輸入端與輸出端分別 接示波器的兩個通道，調(diào)整示波器，觀察兩路波形。3. 調(diào)節(jié)“移相器”的相位調(diào)節(jié)電位器，觀察兩路波形的相位差。4.

12、 實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告根據(jù)實驗現(xiàn)象，對照移相器原理圖分析其工作原理。六、注意事項 實驗過程中正弦信號通過移相器后波形局部有失真，這并非儀 器故障。實驗五相敏檢波實驗、實驗目的了解相敏檢波電路的原理和應用二、實驗儀器移相器、相敏檢波器、低通濾波器、信號源、示波器（自備）電壓溫度頻率表三、實驗原理UooDCAC圖5-2檢波器示意圖圖5-1中Ui為輸入信號端，AC為交流參考電壓輸入端，Uo為 檢波信號輸出端，DC為直流參考電壓輸入端。當AC DC端輸入控制電壓信號時，通過差動電路的作用使一、二處于開或關的狀態(tài)，從而把Ui端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成全波整流信號。輸入端信

13、號與AC參考輸入端信號頻率相同， 相位不同時，檢波 輸出的波形也不相同。當兩者相位相同時，輸出為正半周的全波信 號，反之，輸出為負半周的全波信號。四、實驗步驟1. 打開“直流電源”開關，將“信號源” Usi 00輸出調(diào)節(jié)為1kHz, Vp-p = 8V的正弦信號（用示波器檢測），然后接到“相敏檢波器” 輸入端Ui。2. 將直流穩(wěn)壓電源的波段開關打到“土4V”處，然后將“ U+” “GND1接“相敏檢波器”的“ DC” “GND。3. 示波器兩通道分別接“相敏檢波器”輸入端Ui、輸出端Uo, 觀察輸入、輸出波形的相位關系和幅值關系。4. 改變DC端參考電壓的極性（將直流穩(wěn)壓電源處的“U-”接 到

14、相敏檢波器的“DC'端），觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關系。5. 由以上可以得出結論：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。6. 去掉DC端連線，將信號源US1 00接到“移相器”輸入端Ui, “移相器”的輸出端接到“相敏檢波器”的AC端，同時將信號源US1 00輸出接到“相敏檢波器”的輸入端 Ui。7. 用示波器兩通道觀察 二、二的波形?？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能正常工作。8. 將“相敏檢波器”的輸出端與“低通濾波器”的輸入端連接， 如圖5-4 （圖5-3為低通濾波器的原理圖），“

15、低通濾波器”輸出端 接電壓溫度頻率表（選擇 U）o9. 示波器兩通道分別接“相敏檢波器”輸入、輸出端。10 .調(diào)節(jié)移相器“相位調(diào)節(jié)”電位器，使電壓表顯示最大。11. 調(diào)節(jié)信號源US1 00幅度調(diào)節(jié)電位器，測出“相敏檢波器”的 輸入Vp-p值與輸出直流電壓UO的關系，將實驗數(shù)據(jù)填入下表。12. 將“相敏檢波器”的輸入信號 Ui從US1 00轉(zhuǎn)接到US1 1800o 得出“相敏檢波器”的輸入信號Vp-p值與輸出直流電壓UO1的關系， 并填入下表。表5-1輸入 Vp-p(V)12345678910輸出Uo (V )輸出U01 (V)13 .實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。圖5-3低通濾波

16、器原理圖圖5-4低通濾波器示意圖Vp-p五、實驗報告 根據(jù)實驗所得的數(shù)據(jù)，作出相敏檢波器輸入輸出曲線（Vo Vol）,對照移相器、相敏檢波器原理圖分析其工作原理。實驗六交流全橋性能測試實驗一、實驗目的了解交流全橋電路的原理。二、實驗儀器應變傳感器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器，差動放大器，電壓放大器，信號源，示波器（自備），電壓溫度頻率表三、實驗原理圖6-1是交流全橋的一般形式。設各橋臂的阻抗為Z1Z4，當電橋平衡時，Z1 Z3= Z2 Z4，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化Z1/ Z1、 Z2/ Z2、 Z3/ Z3、 Z4/ Z4，則電橋的輸出與橋 臂阻抗的相對變化成正比。交流電橋工作時

17、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。圖6-1 交流全橋接線圖四、實驗步驟1 輕按住懸臂梁，向上調(diào)節(jié)千分尺，使千分尺遠離懸臂梁2.打開“直流電源”，調(diào)節(jié)信號源使Usi 00輸出1kHz, Vp-p = 8V 正弦信號。3 將“差動放大器”的輸出接到“電壓放大器”的輸入，“電壓放大器”輸出接電壓溫度頻率表（選擇U）O調(diào)節(jié)“差動放大器”和“電壓放大器”的增益調(diào)節(jié)電位器調(diào)到最大（順時針旋到底）。將“差動放大器”輸入短接，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使電壓溫度頻率表顯 示為零。4. 取下“差動放大器”輸入端的短接線。按圖6-1

18、接好所有連線，將應變傳感器接入電橋，GND3與放大器共地。將 Usi 00接到移相器的輸入端，移相器輸出端接相敏檢波器的AC端。電壓放大器的輸出接相敏檢波器的輸入端， 相敏檢波器輸出端接濾波器的輸入端， 濾波器的輸出端接電壓溫度頻率表（選擇U）o5. 用手輕壓懸臂梁到最低，調(diào)節(jié)“相位調(diào)節(jié)”電位器使“相敏 檢波器”輸出端波形成為首尾相接的全波整流波形，然后放手，調(diào) 節(jié)千分尺與懸臂梁相接觸，并使懸臂梁恢復至水平位置，再調(diào)節(jié)電 橋中Rw1和Rw2電位器，使系統(tǒng)輸出電壓為零，此時橋路的靈敏度 最高。6. 移動千分尺向下移 0.5mm讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次移動千分 尺向下移0.5mm和讀取相應的數(shù)顯表值，

19、直到向下移動5mm記錄實 驗數(shù)據(jù)填入下表：表6-1位移（mm）0.51.01.52.2.533.544.55電壓（mV）5. 實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1 .根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)繪制出電壓一位移曲線，并計算其線性度。2 .根據(jù)實驗內(nèi)容試設計一種電子秤。六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙桿式懸臂梁稱重傳感器，量程較小。因此，加在傳感器上的壓力不應過大，以免造成應變傳感器的 損壞！實驗七 擴散硅壓阻式壓力傳感器壓力實驗一、實驗目的 了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理與方法。二、實驗儀器 壓力傳感器、氣室、氣壓表、差動放大器、電壓放大器、電壓 溫度頻率表三、實驗原理

20、在具有壓阻效應的半導體材料上用擴散或離子注入法，可以制 備各種壓力傳感器。摩托羅拉公司設計出X 形硅壓力傳感器，如圖7-1 所示，在單晶硅膜片表面形成 4 個阻值相等的電阻條。將它們 連接成惠斯通電橋，電橋電源端和輸出端引出，用制造集成電路的 方法封裝起來，制成擴散硅壓阻式壓力傳感器。擴散硅壓力傳感器的工作原理如圖 7-1，在 X 形硅壓力傳感器 的一個方向上加偏置電壓形成電流i ，當敏感芯片沒有外加壓力作用，內(nèi)部電橋處于平衡狀態(tài)，當有剪切力作用時（本實驗采用改變 氣室內(nèi)的壓強的方法改變剪切力的大?。?，在垂直于電流方向?qū)a(chǎn) 生電場變化 E i ，該電場的變化引起電位變化，則在與電流方向 垂

21、直的兩側(cè)得到輸出電壓 Uo。U O d E d i（7-1）式中 d 為元件兩端距離。實驗接線圖如圖7-2所示，MPX1C有4個引出腳，1腳接地、2腳為Uo+ 3腳接+5V電源、4腳為Uo-;當P1>P2時，輸出為正;P1VP2時，輸出為負（P1與P2為傳感器的兩個氣壓輸入端所產(chǎn)生的 壓強）。圖7-1擴散硅壓力傳感器原理圖6Ho圖7-2擴散硅壓力傳感器接線圖四、實驗內(nèi)容與步驟1. 按圖7-2接好“差動放大器”與“電壓放大器”，“電壓放大 器”輸出端接電壓溫度頻率表（選擇 U, 20V檔），打開直流電源開 關。（將“ 220V直流穩(wěn)壓電源”輸出調(diào)為 5V）2 調(diào)節(jié)“差動放大器”與“電壓放大

22、器”的增益調(diào)節(jié)電位器到 中間位置并保持不動，用導線將“差動放大器”的輸入端短接，然 后調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓溫度頻率表顯示為零。3. 取下短路導線，并按圖7-2連接“壓力傳感器”。4. 氣室的活塞退回到刻度“ 17”的小孔后，使氣室的壓力相對 大氣壓均為0,氣壓計指在“零”刻度處，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器使電壓溫 度頻率表顯示為零。增大輸入壓力到0.005MPa,每隔0.005Mpa記下 “電壓放大器”輸出的電壓值 U。直到壓強達到O.IMpa;填入下表。表7-1P(kP)5101520253035404550U (V)P(kP)556065707580859095100U (V)5.實驗結束后，關閉實驗

23、臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1. 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，計算壓力傳感器輸入一輸出（P- U）曲線，并計算其線性度。2. 根據(jù)實驗內(nèi)容，試設計電子氣壓計。實驗八 差動電感性能實驗一、實驗目的 了解差動電感的工作原理和特性。二、實驗儀器 差動電感、測微頭、差動放大器、信號源、示波器（自備）三、實驗原理 差動電感由一只初級線圈和兩只次級線圈及一個鐵芯組成。鐵 芯連接被測物體。移動線圈中的鐵芯，由于初級線圈和次級線圈之 間的互感發(fā)生變化促使次級線圈的感應電動勢發(fā)生變化，一只次級 線圈的感應電動勢增加，另一只次級線圈的感應電動勢則減小，將 兩只次級線圈反向串接（同名端連接）引出差動輸出，則輸出的變

24、化反映了被測物體的移動量。四、實驗內(nèi)容與步驟1 差動電感已經(jīng)根據(jù)圖 8-1 安裝在傳感器固定架上。圖8-1差動變壓器安裝圖圖8-2差動電感接線圖2. 將“信號源”“ US1 0?！陛敵鼋又罫1，打開“直流電源” 開關，調(diào)節(jié)Us的頻率和幅度（用示波器監(jiān)測），使輸出信號頻率為（4-5）kHz，幅度為V>p=2V,按圖8-2接線。3. 將“差動放大器”的增益調(diào)到最大（增益調(diào)節(jié)電位器順時針 旋到底）。4. 用示波器觀測“差動放大器”的輸出，旋動實驗臺中右側(cè)的千分尺，用示波器觀測到的波形峰-峰值 Vp-p為最小，這時可以上 下位移，假設向上移動為正位移，向下移動為負，從Vp-p最小開始 旋動測微頭

25、，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓 Vp-p值，填入表8-1，再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意上、 下位移時，初、次級波形的相位關系表8-1X(mm)-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Vp-p(V)5.實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗報告1. 實驗過程中注意差動電感輸出的最小值即為差動電感的零點 殘余電壓大小。根據(jù)表 8 1畫出Vp-p X曲線。2. 分析一下該測試電路的誤差來源。六、注意事項實驗過程中加在差動電感原邊的音頻信號幅值不能過大，以免 燒毀差動電感傳感器。實驗九電容式傳感器位移特性實驗一、實驗目的了解電容傳感器的結

26、構及特點。二、實驗儀器電容傳感器、電容變換器、測微頭、電壓溫度頻率表三、實驗原理電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化 的一種傳感器它實質(zhì)上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電 容器原理：C 衛(wèi) 0 r S（ 9-1）d d式中，S為極板面積，d為極板間距離，E 0為真空介電常數(shù)，為介質(zhì)相對介電常數(shù)，由此可以看出當被測物理量使S、d或Er發(fā)生變化時，電容量 C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個參數(shù)不變 而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的 變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙 式，改變極板面積的變面積式和改變介電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這 里采用變面積式，如圖 9-