傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教- CSY型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)指南

1、傳傳 感感 器器 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 實(shí)實(shí) 訓(xùn)訓(xùn) 教教 程程山東英才學(xué)院內(nèi)容提要：本書(shū)以普及傳感器根底知識(shí)、指導(dǎo)應(yīng)用傳感器為主線，在講述傳感器的工作原理、特性、測(cè)量電路的根底上，詳細(xì)講解了電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、光電式傳感器和霍爾式傳感器以及其他類(lèi)型傳感器的綜合技能實(shí)訓(xùn)，重點(diǎn)對(duì)讀者檢測(cè)和應(yīng)用各種傳感器的技能進(jìn)行實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)。本書(shū)用簡(jiǎn)明的語(yǔ)言說(shuō)明了傳感器的工作原理，通俗易懂，減少了原理中復(fù)雜公式的推導(dǎo)，加強(qiáng)了實(shí)用性，能使讀者結(jié)合實(shí)際即學(xué)即用。本書(shū)可作為高職、中職電子技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)、數(shù)控及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、儀器儀表專(zhuān)業(yè)、機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)等課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教材，也可作為電子企業(yè)

2、和機(jī)電工程技術(shù)人員及廣闊電子愛(ài)好者學(xué)習(xí)的參考和自學(xué)用書(shū)。前言：隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，特別是近 20 年來(lái)，電子技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)的普及和應(yīng)用把人類(lèi)帶到了信息時(shí)代，各種電器設(shè)備充滿了人們生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，相當(dāng)大一局部的電器設(shè)備都應(yīng)用到了傳感器件，傳感器技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)中主要技術(shù)之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)有極其重要的地位。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，工廠的自動(dòng)流水生產(chǎn)線，全自動(dòng)加工設(shè)備，許多智能化的檢測(cè)儀器設(shè)備，都大量地采用了各種各樣的傳感器，它們?cè)诤侠砘剡M(jìn)行生產(chǎn)，減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，防止有害的作業(yè)發(fā)揮了巨大的作用。在家用電器領(lǐng)域，象全自動(dòng)洗衣機(jī)、電飯褒和微波爐都離不開(kāi)傳感器。醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)

3、域，電子脈博儀、體溫計(jì)、醫(yī)用呼吸機(jī)、超聲波診斷儀、斷層掃描CT及核磁共振診斷設(shè)備，都大量地使用了各種各樣的傳感技術(shù)。這些對(duì)改善人們的生活水平，提高生活質(zhì)量和健康水平起到了重要的作用。在軍事國(guó)防領(lǐng)域，各種偵測(cè)設(shè)備，紅外夜視探測(cè)，雷達(dá)跟蹤、武器的精確制導(dǎo)，沒(méi)有傳感器是難以實(shí)現(xiàn)的。在航空航天領(lǐng)域，空中管制、導(dǎo)航、飛機(jī)的飛行管理和自動(dòng)駕駛，儀表著陸盲降系統(tǒng)，都需要傳感器。人造衛(wèi)星的遙感遙測(cè)都與傳感器緊密相關(guān)。沒(méi)有傳感器，要實(shí)現(xiàn)這樣的功能那是不可能的。 CSY 系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于各大、中專(zhuān)院校及職業(yè)院校開(kāi)設(shè)的“傳感器原理與技術(shù)“自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)“非電量電測(cè)技術(shù)“工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制“機(jī)械量

4、電測(cè)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。CSY998 型系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用的大局部傳感器雖然是教學(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)用的根底，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以幫助廣闊學(xué)生加強(qiáng)對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解，并在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過(guò)程中，通過(guò)信號(hào)的拾取，轉(zhuǎn)換，分析，掌握作為一個(gè)科技工作者應(yīng)具有的根本的操作技能與動(dòng)手能力。CSY2000 系列傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是在 CSY998 的根底上，為適應(yīng)不同類(lèi)別、不同層次的專(zhuān)業(yè)需要，最新推出的模塊化的新產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)在于：能適應(yīng)不同專(zhuān)業(yè)的需要，不同專(zhuān)業(yè)可以有不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?。能適應(yīng)不斷開(kāi)展的形勢(shì)，作為信息拾取的工具，傳感器開(kāi)展很快，可以不斷補(bǔ)充新型的傳感器模板?？梢岳弥?/p>

5、控臺(tái)的共用源用于學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和自制裝置。當(dāng)然，由于編寫(xiě)者時(shí)間、水平、精力所限，難免有疏漏謬誤之處，熱切期望您的賜教！每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有考前須知。希望學(xué)生認(rèn)真閱讀，謹(jǐn)慎操作，否那么容易引起器件損壞。本書(shū)由孔令宇主編、蔣麗麗、王蘊(yùn)珊審稿。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中參閱了許多兄弟院校的有關(guān)教材，吸取了珍貴經(jīng)驗(yàn)，謹(jǐn)此表示衷心感謝；本教材的編寫(xiě)工作還得到了機(jī)械學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，在此我們特一一表示忠心的感謝。目目 錄錄第一局部第一局部 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的理論根底傳感器與檢測(cè)技術(shù)的理論根底 .7 7第一章 電阻式傳感器.7第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器 .7第二節(jié) 濕敏電阻傳感器 .15第三節(jié) 氣敏電阻傳感器 .16

6、第二章 電感式傳感器 .17第一節(jié) 差動(dòng)變壓器 .17第二節(jié) 自感傳感器 .19第三節(jié) 電渦流傳感器 .21第三章 電容傳感器 .24第四章 壓電傳感器 .28第五章 霍爾傳感器 .32第二局部第二局部 傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) .3333第一章 CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介 .33一、CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介.33二、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說(shuō)明 .33第二章 CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn) .36實(shí)驗(yàn)一A 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋 .36實(shí)驗(yàn)一B 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋 .37實(shí)驗(yàn)二A 金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比擬 .38實(shí)驗(yàn)二B 金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪邸霕?、全橋比擬

7、 .39實(shí)驗(yàn)三A 應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及補(bǔ)償 .40實(shí)驗(yàn)三B 應(yīng)變片的溫度影響 .41實(shí)驗(yàn)四A 熱電偶原理及現(xiàn)象 .41實(shí)驗(yàn)四B 熱電偶原理及現(xiàn)象 .42實(shí)驗(yàn)五 移相器實(shí)驗(yàn).44實(shí)驗(yàn)六 相敏檢波器實(shí)驗(yàn).45實(shí)驗(yàn)七A 金屬箔式應(yīng)變片交流全橋.47實(shí)驗(yàn)七 金屬箔式應(yīng)變片交流全橋 .48實(shí)驗(yàn)八 交流全橋的應(yīng)用振幅測(cè)量.49實(shí)驗(yàn)九A 交流全橋的應(yīng)用電子秤之一 .49實(shí)驗(yàn)九B 交流全橋的應(yīng)用電子秤之一.50實(shí)驗(yàn)十 差動(dòng)變壓器性能.51實(shí)驗(yàn)十一 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)剩余電壓的補(bǔ)償.52實(shí)驗(yàn)十二 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定靜態(tài)位移性能 .53實(shí)驗(yàn)十三 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量 .54實(shí)驗(yàn)十四 差動(dòng)變壓器的作用電子秤之二.55實(shí)

8、驗(yàn)十五 差動(dòng)螺管式電感傳感器的靜態(tài)位移性能.56實(shí)驗(yàn)十六 差動(dòng)螺管式電感傳感器振動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)性能 .57實(shí)驗(yàn)十七 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定 .58實(shí)驗(yàn)十八 被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響.59實(shí)驗(yàn)十九電渦流式傳感器的應(yīng)用振幅測(cè)量 .59實(shí)驗(yàn)二十電渦傳感器應(yīng)用電子秤之三 .60實(shí)驗(yàn)二十一 霍爾式傳感器的特性直流鼓勵(lì).61實(shí)驗(yàn)二十二 霍爾式傳感器的應(yīng)用電子秤之四.62實(shí)驗(yàn)二十三 霍爾式傳感的特性交流鼓勵(lì).62實(shí)驗(yàn)二十四 霍爾式傳感器的應(yīng)用振幅測(cè)量 .63實(shí)驗(yàn)二十五 磁電式傳感器的性能 .64實(shí)驗(yàn)二十六 壓電傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn) .65實(shí)驗(yàn)二十七 壓電傳感器的引線電容對(duì)電壓放大器的影響、電荷放大器

9、 .66實(shí)驗(yàn)二十八差動(dòng)變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性 .67實(shí)驗(yàn)二十九 擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器實(shí)驗(yàn) .67實(shí)驗(yàn)三十 光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn) .69實(shí)驗(yàn)三十一 光纖位移傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量一 .70實(shí)驗(yàn)三十二 光纖位移傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量二.71實(shí)驗(yàn)三十三 PN 結(jié)溫度傳感器測(cè)溫實(shí)驗(yàn).72實(shí)驗(yàn)三十四 熱敏電阻演示實(shí)驗(yàn) .73實(shí)驗(yàn)三十五 氣敏傳感器MQ3實(shí)驗(yàn).74實(shí)驗(yàn)三十六 濕敏電阻RH實(shí)驗(yàn).76實(shí)驗(yàn)三十七光電傳感器反射型測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)選配 .77第三章 CSY2000 型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介 .78一、CSY2000 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介.78二、電路原理 .78三、使用方法 .78四、儀器維護(hù)及故

10、障排除 .79五、考前須知 .79第四章 CSY2000 型傳感器實(shí)驗(yàn).80實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片高精度單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) .80實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn).82實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片高精度、高靈敏度全橋性能實(shí)驗(yàn).84實(shí)驗(yàn)四 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比擬.85實(shí)驗(yàn)五 直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn).86實(shí)驗(yàn)六 金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn).87實(shí)驗(yàn)七 交流全橋的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn).88實(shí)驗(yàn)八 壓阻式壓力傳感器的壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn) .90實(shí)驗(yàn)九 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn).92實(shí)驗(yàn)十 鼓勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響 .94實(shí)驗(yàn)十一 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn).94實(shí)驗(yàn)十二 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn).

11、96實(shí)驗(yàn)十三 直流鼓勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn).97實(shí)驗(yàn)十四 交流鼓勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器的位移實(shí)驗(yàn).98實(shí)驗(yàn)十五 霍爾測(cè)速實(shí)驗(yàn).100實(shí)驗(yàn)十六 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn).101實(shí)驗(yàn)十七 壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn).101實(shí)驗(yàn)十八 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn).102實(shí)驗(yàn)十九 被測(cè)體面積大小對(duì)電渦流傳感器的特性影響實(shí)驗(yàn).104實(shí)驗(yàn)二十 光纖傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn).104實(shí)驗(yàn)二十一 光電轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn).105實(shí)驗(yàn)二十二 利用光電傳感器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 .106實(shí)驗(yàn)二十三 溫度源的溫度控制調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn).119實(shí)驗(yàn)二十四 A PT100 鉑電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn).122實(shí)驗(yàn)二十四 B PT100 鉑電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn).124實(shí)驗(yàn)

12、二十五 A 銅熱電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn).126實(shí)驗(yàn)二十五 B 銅熱電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn).127實(shí)驗(yàn)二十六 A K 型熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn).128實(shí)驗(yàn)二十六 B K 型熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn).130實(shí)驗(yàn)二十七 A K 型熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn).132實(shí)驗(yàn)二十七 B K 型熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn).134實(shí)驗(yàn)二十八 A E 型熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn) .137實(shí)驗(yàn)二十八 B E 型熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn).138實(shí)驗(yàn)二十九 A 集成溫度傳感器(AD590)溫度特性實(shí)驗(yàn).139實(shí)驗(yàn)二十九 B 集成溫度傳感器(AD590)溫度特性實(shí)驗(yàn).140實(shí)驗(yàn)三十 氣敏傳感器實(shí)驗(yàn).142實(shí)驗(yàn)三十一 濕敏傳感器實(shí)驗(yàn).143實(shí)驗(yàn)三十二 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

13、實(shí)驗(yàn)靜態(tài)采集舉例.144實(shí)驗(yàn)三十三 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)采集舉例.144實(shí)驗(yàn)三十四發(fā)光二極管光源的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn).145實(shí)驗(yàn)三十五光敏電阻特性實(shí)驗(yàn).146實(shí)驗(yàn)三十六 光敏二極管的特性實(shí)驗(yàn).149實(shí)驗(yàn)三十七 光敏三極管特性實(shí)驗(yàn).151實(shí)驗(yàn)三十八硅光電池特性實(shí)驗(yàn).153實(shí)驗(yàn)三十九 光電開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn).154附表：常用熱電阻、熱電偶分度表.155參考文獻(xiàn) .160第一局部第一局部 傳感器與檢測(cè)技術(shù)的理論根底傳感器與檢測(cè)技術(shù)的理論根底第一章 電阻式傳感器第一節(jié) 電阻應(yīng)變式傳感器一、應(yīng)變片的類(lèi)型和材料應(yīng)變片可分為金屬電阻應(yīng)變片及半導(dǎo)體應(yīng)變片兩大類(lèi)。這里以金屬電阻應(yīng)變片為例。金屬電阻應(yīng)變片分金屬絲式、金屬箔式和金

14、屬薄膜式三種。1. 金屬絲式應(yīng)變片金屬絲式應(yīng)變片有回線式和短接式兩種。圖 1-1 所示為回線式應(yīng)變片，它的敏感柵絲的直徑在 圖 1-1 絲式應(yīng)變片mm，以左右為最常用，絲線的曲率半徑 r 為 mm，基片用厚度為左右的薄紙稱(chēng)紙基，用黏結(jié)劑和有機(jī)樹(shù)脂基膜制成稱(chēng)膠基，粘貼性能好，能保證有效地傳遞變形。引線多用 mm直徑的鍍錫銅線與敏感柵相接。因制作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，本錢(qián)低，易粘貼，所以最為常用。但因彎曲部的變形使其橫向效應(yīng)較大。為了克服橫向效應(yīng)，有短接式應(yīng)變片。兩端用直徑比柵絲直徑粗 510 倍的鍍銀絲短接而成。由于焊點(diǎn)多，易在焊點(diǎn)處出現(xiàn)疲勞損壞，制造工藝要求高，使用較少。絲式應(yīng)變片敏感柵的材料要求是

15、：靈敏系數(shù)高，電阻率高,穩(wěn)定性好，溫度系數(shù)小，機(jī)械強(qiáng)度高，抗氧化，耐腐蝕。常用的材料有康銅、鎳鉻合金、鎳鉻鋁合金、鐵鎳鉻合金以及貴金屬鉑、鉑鎢合金等。2金屬箔式應(yīng)變片圖 1-2 為金屬箔式應(yīng)變片。金屬箔式應(yīng)變片是在絕緣基底上，將厚度為 mm的電阻箔材，利用照相制版或光刻腐蝕的方法，制成適用于各種需要的形狀，圖 1-2 金屬箔式應(yīng)變片它的優(yōu)點(diǎn)是：1可制成多種復(fù)雜形狀尺寸準(zhǔn)確的敏感柵，柵長(zhǎng)最小可做到，以適應(yīng)不同的測(cè)量要求。2與被測(cè)試件接觸面積大，黏結(jié)性能好。散熱條件好，允許電流大，提高了輸出靈敏度。3橫向效應(yīng)可以忽略。4蠕變、機(jī)械滯后小，疲勞壽命長(zhǎng)。它的主要缺點(diǎn)是電阻值的分散性大，有的能相差幾十歐

16、姆，故需要作阻值調(diào)整。3. 金屬薄膜應(yīng)變片 金屬薄膜應(yīng)變片是薄膜技術(shù)開(kāi)展的產(chǎn)物。它是采用真空蒸發(fā)或真空沉積等方法在薄的絕緣基片上形成厚度在 m 以下的金屬電阻材料薄膜敏感柵，最后再加上保護(hù)層，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變靈敏系數(shù)大，允許電流密度大，可在-197317溫度下工作。主要問(wèn)題是，尚難控制其電阻與溫度和時(shí)間的變化關(guān)系。二、應(yīng)變片的工作原理當(dāng)金屬絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)。設(shè)有一根長(zhǎng)度為 L、截面積為S、電阻率為的金屬絲，在未受力時(shí)，原始電阻為 1-1當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力F F作用時(shí)，將伸長(zhǎng) L，橫截面積相應(yīng)減小 S，電阻

17、率因晶格變化等因素的影響而改變 ，故引起電阻值變化 R。對(duì)式11全微分，并用相對(duì)變化量來(lái)表示，那么有: (1-2)SSLLRR 圖 1-3 電阻絲拉伸應(yīng)變示意圖式中的為電阻絲的軸向應(yīng)變，用表示。假設(shè)徑向應(yīng)變?yōu)?r/r，電阻絲的縱向伸長(zhǎng)和橫向收縮LL的關(guān)系用泊松比表示為：，因?yàn)?S/S2(r/r)，那么12式可以寫(xiě)成LLrr 13LLKLLLLLLRR0)/21 ()21 (公式13為“應(yīng)變效應(yīng)的表達(dá)式。k0稱(chēng)為金屬電阻的靈敏度系數(shù)，由式13可見(jiàn)，k0受兩個(gè)因素影響，一個(gè)是1+2，它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個(gè)是 /，是材料的電阻率隨應(yīng)變引起的稱(chēng)“壓阻效應(yīng)。對(duì)于金屬材料而言，以前者為主，那

18、么k01+2，對(duì)半導(dǎo)體，k0值主要是由電阻率相對(duì)變化所決定。實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明，在金屬電阻絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對(duì)變化與軸向應(yīng)變成正比。通常金屬絲的靈敏度系數(shù)k0=27 左右。三、應(yīng)變片的常用材料及粘貼技術(shù)1常用材料1 4YC3：4YC3 是 Fe-Cr-Al 系 550高應(yīng)變電阻合金，其電阻率高，電阻溫度系數(shù)低，熱穩(wěn)定性好，主要用于工作溫度550的電阻應(yīng)變計(jì)。2 4YC4：4YC4 是 Fe-Cr-Al 系 750高溫應(yīng)變電阻合金，其電阻率高、電阻溫度系數(shù)低，尤其是在600以上有較好的熱輸入和重現(xiàn)性低的零飄。合金主要用作工作溫度750的電阻應(yīng)變計(jì)，用于大型汽輪機(jī)、航空、原子反響堆等領(lǐng)域中靜態(tài)和準(zhǔn)靜

19、態(tài)測(cè)量。3 4YC8：4YC8 銅鎳錳鈷合金精密箔材，專(zhuān)用于高精度箔式電阻應(yīng)變計(jì)，其溫度自補(bǔ)償性能及其它技術(shù)指標(biāo)符合?電阻應(yīng)變計(jì)?標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 A 級(jí)產(chǎn)品質(zhì)量要求。箔材平均熱輸出系數(shù) ct1，而(1+A)Cf時(shí)，放大器輸出電壓可以表示為 4-9 由式中可以看出，由于引入了電容負(fù)反響，電荷放大器的輸出電壓僅與傳感器產(chǎn)生的電荷量及放大器的反響電容有關(guān)，電纜電容等其他因素對(duì)靈敏度的影響可以忽略不計(jì)。電荷放大器的靈敏度為 (4-10) 放大器的輸出靈敏度取決于 C。在實(shí)際電路中，是采用切換運(yùn)算放大器負(fù)反響電容 C的方法來(lái)調(diào)節(jié)ff靈敏度的。C越小那么放大器的靈敏度越高。f為了放大器的工作穩(wěn)定，減小零漂，在

20、反響電容 C兩端并聯(lián)了一反響電阻，形成直流負(fù)反響，用以穩(wěn)f定放大器的直流工作點(diǎn)。第五章 霍爾傳感器霍爾傳感器是利用半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的一種傳感器。它可以直接測(cè)量磁場(chǎng)及微位移量，也可以間接測(cè)量液位、壓力等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)。目前，霍爾傳感器已從分立元件開(kāi)展到了集成電路的階段，正越來(lái)越受到人們的重視，應(yīng)用日益廣泛。一、霍爾效應(yīng)在置于磁場(chǎng)的導(dǎo)體或半導(dǎo)體中通入電流，假設(shè)電流與磁場(chǎng)垂直，那么在與磁場(chǎng)和電流都垂直的方向上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)橫向電位差，這種現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)制成的元件稱(chēng)為霍爾傳感器。見(jiàn)圖 5-1，半導(dǎo)體材料的長(zhǎng)、寬、厚分別為 l、和。在與軸相垂直的兩個(gè)端面和上做兩個(gè)金屬電極，稱(chēng)為

21、控制電極。在控制電極上外加一電壓，材料中便形成一個(gè)沿方向流動(dòng)的電流，稱(chēng)為控制電流。zxyIADBCBbldUH圖6-2-1 霍爾效應(yīng)、A B-霍爾電極 C D-控制電極fffifCAUACUAUCUUQ0000)1 ()()(ffaciCAUAQCAUAQCCCAU000)1 ()1 ()(faciCACCCAQU)1 (0fCQU0fCQUK10圖 5-1 霍爾效應(yīng)設(shè)圖中的材料是型半導(dǎo)體，導(dǎo)電的載流子是電子。在軸方向的磁場(chǎng)作用下，電子將受到一個(gè)沿軸負(fù)方向力的作用，這個(gè)力就是洛侖茲力。洛侖茲力用表示，大小為： 1FFL=qvB (6-2-1) 式中，q 為載流子電荷；為載流子的運(yùn)動(dòng)速度；為磁感

22、應(yīng)強(qiáng)度。 在洛侖茲力的作用下，電子向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，使該側(cè)形成負(fù)電荷的積累，另一側(cè)那么形成正電荷的積累。這樣，A、B 兩端面因電荷積累而建立了一個(gè)電場(chǎng)H，稱(chēng)為霍爾電場(chǎng)。該電場(chǎng)對(duì)電子的作用力與洛侖茲力的方向相反，即阻止電荷的繼續(xù)積累。當(dāng)電場(chǎng)力與洛侖茲力相等時(shí)，到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)有 qH=qvB霍爾電場(chǎng)的強(qiáng)度為 H=vB (6-2-2)在 A 與 B 兩點(diǎn)間建立的電勢(shì)差稱(chēng)為霍爾電壓，用 UH表示 UH=H b= vBb (6-2-3) 由式(6-2-3)可見(jiàn)，霍爾電壓的大小決定于載流體中電子的運(yùn)動(dòng)速度，它隨載流體材料的不同而不同。材料中電子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)速度的大小常用載流子遷移率來(lái)表征所謂載流子遷移率

23、，是指在單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，載流子的平均速度值。載流子遷移率用符號(hào)表示，=v/EI。其中 EI 是 C、D 兩端面之間的電場(chǎng)強(qiáng)度。它是由外加電壓 U 產(chǎn)生的，即 EIU/L。因此我們可以把電子運(yùn)動(dòng)速度表示為 v=U/l。這時(shí)式(6-2-3)可改寫(xiě)為: (6-2-4)第二局部 傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)第一章 CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介一、CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)儀主要由四局部組成：傳感器安裝臺(tái)、顯示與鼓勵(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)局部：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

24、光電變換座、光纖及探頭小機(jī)電、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線 3.5 插孔、霍爾傳感器的二個(gè)半圓磁鋼、振動(dòng)平臺(tái)圓盤(pán)測(cè)微頭及支架、振動(dòng)圓盤(pán)圓盤(pán)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、bBlUUH磁電傳感器的可動(dòng)芯子 、擴(kuò)散硅壓阻式傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒。備注：CSY 系列傳感器實(shí)驗(yàn)儀的傳感器具體配置根據(jù)需方的合同安裝。顯示及鼓勵(lì)源局部：電機(jī)控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源2V10V 擋位調(diào)節(jié) 、FV 數(shù)字顯示表可作為電壓表和頻率表 、動(dòng)圈毫伏表5mV500mV及調(diào)零、音頻振蕩器、低頻振蕩器、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

25、：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，實(shí)驗(yàn)時(shí)傳感器的輸出信號(hào)包括鼓勵(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)。教師也可以利用傳感器及處理電路開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)工程。二、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說(shuō)明一傳感器安裝臺(tái)局部雙平行振動(dòng)梁的自由端及振動(dòng)圓盤(pán)下面各裝有磁鋼，通過(guò)各自測(cè)微頭或激振線圈接入低頻激振器，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。傳感器：1差動(dòng)變壓器

26、量程:5mm 直流電阻：510，由一個(gè)初級(jí)、二個(gè)次級(jí)線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體。2電渦流位移傳感器量程:1mm。直流電阻：12。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：鼓勵(lì)源端口 8001.5K，輸出端口 300500。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 T 冷端溫度為環(huán)境溫度。5電容式傳感器量程：2mm由兩組定片和一組動(dòng)片組成的差動(dòng)變面積式電容傳感器。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

27、傳感器由多模光纖、發(fā)射、接收電路組成的導(dǎo)光型傳感器，線性范圍2mm。紅外線發(fā)射、接收，直流電阻：5001.5k，260 股丫形、半圓分布。8壓阻式壓力傳感器量程：10KPa(差壓)。供電： 6V。直流電阻： Vs+-Vs- ：350450，Vo+-Vo- ：3K3.5K。美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的 MPX 型壓阻式差壓傳感器，具有溫度自補(bǔ)償功能，先進(jìn)的 X 型工作片帶溫補(bǔ) 。9壓電加速度計(jì)PZT-5 雙壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。諧振頻率：10KHZ，電荷靈敏度：q20pc/g。10應(yīng)變式傳感器箔式應(yīng)變片阻值：350，應(yīng)變系數(shù)：211PN 結(jié)溫度傳感器利用半導(dǎo)體 P-N 結(jié)良好的線性溫度電壓特性制成的

28、測(cè)溫傳感器，能直接顯示被測(cè)溫度。靈敏度：-。12磁電式傳感器直流電阻：3040。由線圈和動(dòng)鐵永久磁鋼組成，靈敏度：s13氣敏傳感器MQ3：酒精：測(cè)量范圍：50 ppm2000ppm。14濕敏電阻高分子薄膜電阻型：RH：幾兆 幾 K。響應(yīng)時(shí)間：吸濕、脫濕小于 10 秒。濕度系數(shù)：H%/ 。測(cè)量范圍：1095。工作溫度：050。二信號(hào)及變換1電橋 用于組成應(yīng)變電橋，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 0 kHz10kHz可接成同相、反相，差動(dòng)輸入結(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 T 電橋組成的處理電路。4電壓放大器 增益約為

29、5 倍，同相輸入，通頻帶 0 kHz 10 kHz。5移相器 允許最大輸入電壓 10Vp-p，移相范圍20(5kHz 時(shí))。6相敏檢波器 可檢波電壓頻率 0 kHz10kHz允許最大輸入電壓 10Vp-p。極性反轉(zhuǎn)整形電路與電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成的檢波電路。7電荷放大器 電容反響型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號(hào)。8低通濾波器 由 50Hz 陷波器和 RC 濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率 35Hz 左右。9渦流變換器 輸出電壓|8|V(探頭離開(kāi)被測(cè)物變頻式調(diào)幅變換電路，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、接收管組成。三 二套顯示儀表1數(shù)字式電壓/頻率表 3位半顯示，電壓范圍 0 V2V

30、、0 V20V，頻率范圍 3Hz2KHz、10Hz20KHz，靈 敏度50mV。2指針式毫伏表 85c1 表，分 500mV、50mV、5mV 三擋，精度%。四二種振蕩器1音頻振蕩器 KHz10KHz 輸出連續(xù)可調(diào)，V-p-p 值 20V，180、0反相輸出，Lv 端最大功率輸出電流。2低頻振蕩器 1Hz30Hz 輸出連續(xù)可調(diào)，Vp-p 值 20V，最大輸出電流 A，Vi 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，另一副裝在內(nèi)部與振動(dòng)圓盤(pán)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)行壓力位移與振動(dòng)實(shí)驗(yàn)。六電加熱器二組電熱絲組成，加熱時(shí)可獲得

31、高于環(huán)境溫度 30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、光纖、渦流傳感器配合進(jìn)行測(cè)速實(shí)驗(yàn)。八二組穩(wěn)壓電穩(wěn)直流15V，主要提供溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)的加熱電源，最大鼓勵(lì) A。2V10V 分五擋輸出，最大輸出電流A。提供直流鼓勵(lì)源。九計(jì)算機(jī)連接與處理數(shù)據(jù)采集卡：十二位 A/D 轉(zhuǎn)換，采樣頻率 20 次/秒25000 次/秒，采樣速度可控制，分單次采樣與連續(xù)采樣。標(biāo)準(zhǔn) RS-232 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)工程的選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形分析與比擬、文件存取打印。第二章 CSY998 型傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一A 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電

32、橋型實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。所需單元及部件所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁測(cè)微頭、一片應(yīng)變片、F/V 表、主、副電源。旋鈕初始位置旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V 擋，F(xiàn)/V 表打到 2V 擋，差動(dòng)放大增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外外表各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測(cè)微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。2將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正 、負(fù) 、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與FV 表

33、的輸入插口 Vi 相連；開(kāi)啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使 FV 表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。根據(jù)圖 1 接線 R1、R2、R3 為電橋單元的固定電阻。Rx為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置4V 擋，F(xiàn)V 表置 20V 擋。調(diào)節(jié)測(cè)微頭脫離雙平行梁，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的 W1，使 FV 表顯示為零，然后將 FV 表置 2V 擋，再調(diào)電橋 W1慢慢地調(diào) ，使 FV 表顯示為零。 圖3將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到 10mm 刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端與自由端磁鋼吸合 ，調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度梁的自由端跟隨變化使 FV 表顯示最小，再旋動(dòng)測(cè)微頭，使 FV

34、 表顯示為零細(xì)調(diào)零 ，這時(shí)的測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。4往下或往上旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下 FV 表顯示的值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即 X記一個(gè)數(shù)值填入下表：位移mm電壓mv據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度 SVX式中 X 為梁的自由端位移變化，V 為相應(yīng) FV 表顯示的電壓相應(yīng)變化 。5實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置?？记绊氈记绊氈?電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。2為確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當(dāng)減小差動(dòng)放大增益，此時(shí)差動(dòng)放大器不必重調(diào)零。3做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其

35、對(duì)直流電橋的影響。4電位器 W1、W2，在有的型號(hào)儀器中標(biāo)為 RD、RA。問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 本實(shí)驗(yàn)電路對(duì)直流穩(wěn)壓電源和對(duì)放大器有何要求？實(shí)驗(yàn)一B 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋?qū)嶒?yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。所需單元及部件所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙孔懸臂梁稱(chēng)重傳感器、砝碼、一片應(yīng)變片、F/V 表、主、副電源。旋鈕初始位置旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒2V 擋，F(xiàn)/V 表打到 2V 擋，差動(dòng)放大增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外外表各貼二片受力

36、應(yīng)變片。2將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正 、負(fù) 、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與FV 表的輸入插口 Vi 相連；開(kāi)啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使 FV 表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。根據(jù)圖接線 R1、R2、R3 為電橋單元的固定電阻。Rx為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置4V 擋，F(xiàn)V 表置 20V 擋。開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的 W1，使 FV 表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將FV 表置 2V 擋，再調(diào)電橋 W1慢慢地調(diào) ，使 FV 表顯示為零。3在傳感器托盤(pán)上放上一只砝碼，記下此時(shí)的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個(gè)數(shù)值并將這些數(shù)值

37、填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 S=VW，并作出 V-W 關(guān)系曲線，V 為電壓變化率，W 為相應(yīng)的重量變化率。重量g電壓mV考前須知考前須知：1電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。2為確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當(dāng)減小差動(dòng)放大增益，此時(shí)差動(dòng)放大器不必重調(diào)零。3做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對(duì)直流電橋的影響。4電位器 W1、W2，在有的型號(hào)儀器中標(biāo)為 RD、RA。問(wèn)題：?jiǎn)栴}： 本實(shí)驗(yàn)電路對(duì)直流穩(wěn)壓電源和對(duì)放大器有何要求？實(shí)驗(yàn)二A 金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證單臂、半橋

38、、全橋的性能及相互之間關(guān)系。所需單元和部件所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、FV 表、測(cè)微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V 擋，F(xiàn)V 表打到 2V 擋，差動(dòng)放大器增益打到最大。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1按實(shí)驗(yàn)一方法將差動(dòng)放大器調(diào)零后，關(guān)閉主、副電源。2按圖 1 接線，圖中 Rx為工作片，r 及 W1 為調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。3調(diào)整測(cè)微頭使雙平行梁處于水平位置(目測(cè))，將直流穩(wěn)壓電源打到4V 擋。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆妫缓笳{(diào)整電橋平衡電位器 W1，使表頭顯示零(需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來(lái))。4旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔 0 .5mm 讀

39、一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源：位移mm電壓mv5保持放大器增益不變，將 R3 固定電阻換為與 R4 工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片，即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置目測(cè) ，調(diào)節(jié)電橋 W1 使 FV 表顯示表顯示為零，重復(fù)“4過(guò)程同樣測(cè)得讀數(shù)，填入下表：位移mm電壓mv 6保持差動(dòng)放大器增益不變，將 R1，R2 兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片即 R1 換成 ，R2 換成 。組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否那么相互抵消沒(méi)有輸出。接成一個(gè)直流全橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋 W1 同樣使 FV 表顯示零。重復(fù)

40、“4過(guò)程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移mm電壓mv7在同一坐標(biāo)紙上描出 X-V 曲線，比擬三種接法的靈敏度?？记绊氈记绊氈?在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。2在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過(guò)載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。3在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否那么系統(tǒng)不能正常工作。4直流穩(wěn)壓電源4V 不能打的過(guò)大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。5接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各應(yīng)變片子的工作狀態(tài)方向。實(shí)驗(yàn)二B 金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。所需單元和部件所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、FV 表、雙孔懸臂梁稱(chēng)重傳感器、應(yīng)變片、砝碼、主、副

41、電源。有關(guān)旋鈕的初始位置有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到2V 擋，F(xiàn)V 表打到 2V 擋，差動(dòng)放大器增益打到最大。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：1按實(shí)驗(yàn)一方法將差動(dòng)放大器調(diào)零后，關(guān)閉主、副電源。2根據(jù)圖接線 R1、R2、R3 為電橋單元的固定電阻。Rx為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置4V擋，F(xiàn)V 表置 20V 擋。開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的 W1，使 FV 表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將 FV 表置 2V 擋，再調(diào)電橋 W1慢慢地調(diào) ，使 FV 表顯示為零。3在傳感器托盤(pán)上放上一只砝碼，記下此時(shí)的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個(gè)數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 S=VW

42、，并作出 V-W 關(guān)系曲線，V 為電壓變化率，W 為相應(yīng)的重量變化率。重量g電壓mV4保持放大器增益不變，將 R3 固定電阻換為與 Rx工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)電橋 W1 使 FV 表顯示表顯示為零，重復(fù)3過(guò)程同樣測(cè)得讀數(shù)，填入下表：重量g電壓mV 5保持差動(dòng)放大器增益不變，將 R1，R2 兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否那么相互抵消沒(méi)有輸出。接成一個(gè)直流全橋，調(diào)節(jié)電橋 W1 同樣使 FV 表顯示零。重復(fù)3過(guò)程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：重量g電壓mV6在同一坐標(biāo)紙上描出 X-V 曲線，比

43、擬三種接法的靈敏度?？记绊氈记绊氈?在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。2在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過(guò)載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。3在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否那么系統(tǒng)不能正常工作。4直流穩(wěn)壓電源4V 不能打的過(guò)大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。5接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。實(shí)驗(yàn)三A 應(yīng)變片的溫度效應(yīng)及補(bǔ)償 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的影響。所需單元和部件所需單元和部件：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、FV 表、測(cè)微頭、加熱器、雙平行梁、水銀溫度計(jì)自備 、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置有關(guān)旋鈕的初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓

44、電源置4V 擋，F(xiàn)V 表置 20V 擋，差動(dòng)放大器增益旋鈕置最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解加熱器在實(shí)驗(yàn)儀所在的位置及加熱符號(hào)，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。2將差動(dòng)放大器的 、 輸入端與地短接，輸出端插口與 FV 表的輸入插口 Vi 相連。開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點(diǎn)旋鈕，使 FV 表顯示零。再把 FV 表的切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋，細(xì)調(diào)差放零點(diǎn)，使 FV 表顯示零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)V 表的切換開(kāi)關(guān)置 20V 擋，拆去差動(dòng)放大器輸入端的連線。3按圖 1 接線，開(kāi)啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的 W1 電位器，使 FV 表顯示零，然后將 FV 表的切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋，調(diào) W1

45、 電位器，使 FV 表顯示零。4在雙平行梁的自由端可動(dòng)端裝上測(cè)微頭，并調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使 FV 表顯示零。5將15V 電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地；FV 表的顯示在變化，待 FV 表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計(jì)自備測(cè)出溫度，記下溫度值。 注意：溫度計(jì)探頭不要觸在應(yīng)變片上，只要觸及應(yīng)變片附近的梁體即可。 關(guān)閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫。6將 FV 表的切換開(kāi)關(guān)置 20V 擋，把圖中的 R3 換成 應(yīng)變片補(bǔ)償片 ，重復(fù) 46 過(guò)程。比擬二種情況的 FV 表數(shù)值：在相同溫度下，補(bǔ)償后的數(shù)值小很多。7實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置。思考思考：為什么不能

46、完全補(bǔ)償。提示提示：從補(bǔ)償應(yīng)變片和受力應(yīng)變片所貼的位置點(diǎn)，梁的溫度梯度考慮。實(shí)驗(yàn)三B 應(yīng)變片的溫度影響 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的影響。所需單元和部件所需單元和部件：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、FV 表、加熱器、雙孔懸臂梁稱(chēng)重傳感器、應(yīng)變片、砝碼、水銀溫度計(jì)自備 、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置有關(guān)旋鈕的初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源置4V 擋，F(xiàn)V 表置 20V 擋，差動(dòng)放大器增益旋鈕置最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解加熱器在實(shí)驗(yàn)儀所在的位置及加熱符號(hào)，加熱器封裝在雙孔懸臂梁下片梁的外表，結(jié)構(gòu)為電阻絲。2將差動(dòng)放大器的 、 輸入端與地

47、短接，輸出端插口與 FV 表的輸入插口 Vi 相連。開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點(diǎn)旋鈕，使 FV 表顯示零。再把 FV 表的切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋，細(xì)調(diào)差放零點(diǎn)，使FV 表顯示零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)V 表的切換開(kāi)關(guān)置 20V 擋，拆去差動(dòng)放大器輸入端的連線。3按圖 1 接線，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的 W1 電位器，使 FV 表顯示零，然后將 FV表的切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋,調(diào) W1 電位器，使 FV 表顯示零。4在傳感器托盤(pán)上放上所有砝碼，記下此時(shí)的電壓數(shù)值。將-15V 電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地；FV 表的顯示在變化，待 FV 表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值。比擬二種情況的

48、 FV表數(shù)值，即為溫度對(duì)應(yīng)變電橋的影響。5實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置。實(shí)驗(yàn)四A 熱電偶原理及現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象所需單元及附件：所需單元及附件：15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、FV 表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)自備 、主副電源旋鈕初始位置旋鈕初始位置：FV 表切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋，差動(dòng)放大器增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解熱電偶原理：兩種不同的金屬導(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(chēng)為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同金屬的這種組合稱(chēng)為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書(shū)。2解熱電偶

49、在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，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 T。實(shí)驗(yàn)儀有兩個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上外表在梁外表中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶和下片梁的下外表，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。3按圖 2-2 接線，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使 FV 表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。圖 2-24將15V 直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察 FV 表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下 FV 表顯示的讀數(shù) E。5用自備的溫度計(jì)測(cè)出上梁外表熱電偶處的溫度 t 并記錄下來(lái)。 注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要

50、觸及熱電偶處附近的梁體即可 。6根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t -熱電偶的熱端工作端或稱(chēng)測(cè)溫端溫度。tn-熱電偶的冷端自由端即熱電勢(shì)輸出端溫度也就是室溫。 to-0熱端溫度為 t,冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)。Eab(t,tn)=(f/v 顯示表 E)/100*2(100 為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2 為二個(gè)熱電偶串聯(lián))。熱端溫度為室溫，冷端溫度為 0，銅康銅的熱電勢(shì)：Eab(tn,to):查附表的熱電偶自由端為 0時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫溫度計(jì)測(cè)得時(shí)熱電勢(shì)。計(jì)算：熱端溫度為 t，冷端溫度為 0時(shí)的

51、熱電勢(shì)，Eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度 t。 熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比擬。 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，只要了解熱電勢(shì)現(xiàn)象 。8實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器15V 電源自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去15V 電源連接線 ，其他旋鈕置原始位置。 思考思考：1為什么差動(dòng)放大器接入熱電偶后需再調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器零點(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？實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四BB 熱電偶原理及現(xiàn)象熱電偶原理及現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象 所需單元及附件：所需單元及附件：15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差

52、動(dòng)放大器、FV 表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)自備 、主副電源旋鈕初始位置旋鈕初始位置：FV 表切換開(kāi)關(guān)置 2V 擋，差動(dòng)放大器增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解熱電偶原理：兩種不同的金屬導(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(chēng)為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同金屬的這種組合稱(chēng)為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書(shū)。2了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，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 T。它封裝在雙孔懸臂梁的下片梁的加熱器里面不可見(jiàn) 。3按圖 2-2 接線、開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使 FV 表顯示零，記錄

53、下自備溫度計(jì)的室溫。 4將15V 直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察 FV 表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下 FV 表顯示的讀數(shù) E。5用自備的溫度計(jì)測(cè)出下梁外表加熱器處的溫度 t 并記錄下來(lái)。 注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭要觸及熱電偶處附近的梁體即可 。6根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t -熱電偶的熱端工作端或稱(chēng)測(cè)溫端溫度。 tn-熱電偶的冷端自由端即熱電勢(shì)輸出端溫度，也就是室溫。to-0熱端溫度為 t,冷端溫度為室溫時(shí)的熱電勢(shì)：Eab(t,tn)=(f/v 顯示表 E)/100，100 為差動(dòng)放大器

54、的放大倍數(shù)。熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅康銅的熱電勢(shì)： Eab(tn,to)：查附表的熱電偶自由端為0時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫溫度計(jì)測(cè)得時(shí)熱電勢(shì)。計(jì)算：熱端溫度為 t，冷端溫度為 0時(shí)的熱電勢(shì)：Eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度 t。熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比擬。 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，只要了解熱電勢(shì)現(xiàn)象 。 8實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器15V 電源自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去15V 電源連接線 ，其他旋鈕置原始位置。 思考思考：1為什么差動(dòng)放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)

55、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？實(shí)驗(yàn)五 移相器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私膺\(yùn)算放大器構(gòu)成的移相電路的原理及工作情況所需單元及部件所需單元及部件：移相器、音頻振蕩器、雙線雙蹤示波器、主副電源實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解移相器在實(shí)驗(yàn)儀所在位置及電路原理見(jiàn)圖 2-3 。 圖 2-32將音頻振蕩器的信號(hào)引入移相器的輸入端音頻信號(hào)從、插口輸出均可 ，開(kāi)啟主、副電源。3將示波器的兩根線分別接到移相器的輸入和輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。旋動(dòng)移相器上的電位器，觀察兩個(gè)波形間相位的變化。改變音頻振蕩器的頻率,觀察不同頻率的最大移相范圍。思思 考：考：分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的

56、現(xiàn)象。提示：A1、R1、R2、R3、C 超前移相，在R3R1 時(shí)，KF1j=Vm/V=-(1-j RwC2)/(1+jR2C1),KF1()=1, F1()=- -2tg-1R2C1。A2、R4、R5、RW、C2 滯后移相，在 R5R4 時(shí)，KF2j=V/Vm=(1-jRwC2)/(1+jC2),KF2()=1, F2()=-2tg-1RwC1，2f 。分析：f 一定時(shí) Rw=0K10K，相移 及 Rw一定時(shí)，f 變化相移 。2如果將雙線示波器改為單蹤示波器，兩路信號(hào)分別從軸和軸送入，根據(jù)李沙育圖形是否可完成此實(shí)驗(yàn)？實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)六 相敏檢波器實(shí)驗(yàn)相敏檢波器實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庀嗝魴z波器的

57、原理和工作情況。所需單元和部件所需單元和部件：相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、雙線示波器自備 、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、V 表、主副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置有關(guān)旋鈕的初始位置: :V 表置擋。音頻振蕩器頻率為Hz，幅度置最小逆時(shí)針到底 ，直流穩(wěn)壓電源輸出置于擋，主、副電源關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟：1了解相敏檢波器和低通濾波器在實(shí)驗(yàn)儀面板上的符號(hào)。2根據(jù)圖 2-4A 的電路接線，將音頻振蕩器的信號(hào)輸出端輸出至相敏檢波器的輸入端1 ，把直流穩(wěn)壓電源2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端5 ，把示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端1和輸出端3組成一個(gè)測(cè)量線路。 圖 2-4 A3調(diào)整好示波器，開(kāi)啟

58、主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰峰值 4V。觀察輸入和輸出波的相位和幅值關(guān)系。4改變參考電壓的極性除去直流穩(wěn)壓電源2V 輸出端與相敏檢波器參考輸入端5的連線，把直流穩(wěn)壓電源的2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端5 ，觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當(dāng)參考電壓為正時(shí)，輸入和輸出 相，當(dāng)參考電壓為負(fù)時(shí)，輸入和輸出 相，此電路的放大倍數(shù)為 倍。5關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖 2-4B 電路重新接線，將音頻振蕩器的信號(hào)從輸出端輸出至相敏檢波器的輸入端 1，將從 0輸出端輸出接至相敏檢波器的參考輸入端 2，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入 1 和輸出端

59、3，將相敏檢波器輸出端 3 同時(shí)與低通濾波器的輸入端連接起來(lái)，將低能濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路。 此時(shí)，V 表置于表?yè)?。圖 2-4 B6開(kāi)啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時(shí)記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。單位：Vip-p124816Vo7關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖C 的電路重新接線，將音頻振蕩器的信號(hào)從輸出端輸出至相敏檢波器的輸入端 1，將從輸出端輸出接至移相器的輸入端，將從移相器輸出端接至相敏檢波器的參考輸入端 2，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端 1 和輸出端 3，將相敏檢波器輸出端 3 同時(shí)與低通濾波器輸入端連接起來(lái)，將低通濾波器的輸出端與直流

60、電壓表連接起來(lái)，組成一測(cè)量線路。圖 2-4 C8開(kāi)啟主、副電源，轉(zhuǎn)動(dòng)移相器上的移相電位器，觀察示波器的顯示波形及電壓表的讀數(shù)，使得輸出最大。9調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時(shí)記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。單位：Vip-p1246816Vo思思 考考：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么?移相器在實(shí)驗(yàn)線路中的作用是什么？即參考端輸入波形相位的作用在完成第五步驟后，將示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端 1 和附加觀察端 6 和 2，觀察波形來(lái)答復(fù)相敏檢波器中的整形電路是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波，相位如何？起什么作用？當(dāng)相敏檢波器的輸入與開(kāi)關(guān)信號(hào)同相時(shí)，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是