傳感器與檢測技術(shù)實驗指導(dǎo)書

1、目錄實驗一 金屬箔式應(yīng)變片性能單橋臂電橋 3實驗二 金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較 6實驗三 金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)補償 8實驗四 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用 10實驗五 移相器實驗 14實驗六 相敏檢波器實驗 16實驗七 金屬箔式應(yīng)變片交流全橋 19實驗八 激勵頻率對交流全橋的影響 21實驗九 交流全橋應(yīng)用振幅測量 22實驗十 交流全橋的應(yīng)用電子稱 23實驗十一 差動變壓器（互感式）的性能 25實驗十二 差動變壓器（互感式）零殘余電壓的補償 27實驗十三 差動變壓器（互感式）的標定 29實驗十四 差動變壓器（互感式）的應(yīng)用振幅測量 30實驗十五 差動變壓器（互感式）的應(yīng)用電子稱 31實驗

2、十六 差動螺管式（自感式）傳感器的靜態(tài)位移性能 32實驗十七 差動螺管式（自感式）傳感器的振幅測量 34實驗十八 激勵頻率對差動螺管式傳感器的影響 36實驗十九 電渦流式傳感器的靜態(tài)標定 38實驗二十 被測體材料對電渦流傳感器特性的影響 39實驗二十一 電渦流式傳感器的應(yīng)用振幅測量 41實驗二十二 電渦流傳感器的應(yīng)用電子秤 43實驗二十三 霍爾式傳感器的直流激勵特性 44實驗二十四 霍爾式傳感器的應(yīng)用電子秤 45實驗二十五 霍爾式傳感器的直流激勵特性 47實驗二十六 霍爾式傳感器的應(yīng)用振幅測量 49實驗二十七 磁電式傳感器的性能 51實驗二十八 壓電式傳感器的動態(tài)響應(yīng)實驗 53實驗二十九 壓電

3、式傳感器引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器 55實驗三十 差動便面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性 57實驗三十一 雙平行梁的動態(tài)特性正弦波穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 59實驗三十二 綜合傳感器力平衡式傳感器 60實驗三十三 半導(dǎo)體擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗 62實驗三十四 光纖位移傳感器靜態(tài)實驗 64實驗三十五 光纖位移傳感器的動態(tài)實驗（一） 67實驗三十六 光纖位移傳感器的動態(tài)實驗（二） 68實驗三十七 PN結(jié)溫度傳感器測溫實驗 69實驗三十八 熱敏電阻演示實驗 71實驗三十九 氣敏傳感器（MQ3）實驗 73實驗四十 濕敏電阻（RH）實驗 76實驗四十一 熱釋電傳感器 78實驗四十二 光電開關(guān)的轉(zhuǎn)速測量實

4、驗 80實驗四十三 硅光電池 81實驗四十四 光敏電阻 82附錄 84實驗一 金屬箔式應(yīng)變片性能單橋臂電橋一、實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片，單橋臂的工作原理和工作情況。二、實驗原理本實驗說明箔式應(yīng)變片及單橋臂直流電橋電源的原理和工作情況。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)變片要牢牢的粘貼在測力體表面，當測件受力發(fā)生變形時，應(yīng)變片敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變形，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，橋路對橋臂電阻乘積相等，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R1/R1、R2/R

5、2、R3/R3、R4/R4，當使用一個應(yīng)變片時，R=R1/R1；當?shù)诙€應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，且R1=R2=R3=R4=R，R=4R1/R1。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗單元及部件直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平衡梁、測微頭、一片應(yīng)變片、F/V表頭、主副電源。旋鈕初始化位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表頭2V檔，差動放大增益最大。四、實驗步驟（1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片尾棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、

6、右調(diào)節(jié)。（2）將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（+）、負（-）、地短接。將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連；開啟主、負電源；調(diào)接差動放大器增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。（3）根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；Rx=R4為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。調(diào)節(jié)測位頭脫離雙平行梁，開關(guān)主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，在調(diào)節(jié)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。（4）將測微頭轉(zhuǎn)動到10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（

7、與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動測微頭，使F/V表顯示為零（細調(diào)零），這時的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。圖1（5）往下或網(wǎng)上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F/V表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即X=0.5mm即一個數(shù)值填入下表：位移（mm）電壓（mV）（6）根據(jù)所的結(jié)果計算靈敏度S=V/X（式中X為梁的自由端位移變化，V為相應(yīng)的F/V表顯示的電壓相應(yīng)變化）。（7）實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。五、注意事項（1）電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓學(xué)生組橋容易。（2）做此實驗是應(yīng)將低頻振蕩器的

8、幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。六、思考題（1）本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？（2）根據(jù)所給的差動放大器電路原理圖（見附錄一），分析其工作原理，說明它既能做差動放大，又可做同相或反相放大器。實驗二 金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較一、實驗?zāi)康尿炞C單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關(guān)系。二、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R分別為R/R、2R/R、4R/R。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.E. R，電橋靈敏度Ku=V/R/R，于是對應(yīng)單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4.E、1/2.E、E。由此可知，當E

9、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)。三、實驗單元及部件直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、F/V表、測微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源。所有旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。四、實驗步驟（1）按實驗一方法將差動放大器調(diào)零后，關(guān)閉主、副電源。（2）按圖一接線，圖中Rx=R4為工作片，r及W1為電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。（3）調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置（目測），將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔。選擇適當?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)整電橋平衡電位器W1，使表頭顯示零（須預(yù)熱幾分鐘才能穩(wěn)定下來）。（4）旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0

10、.5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入表1，然后關(guān)閉主、副電源。表1位移（mm）電壓（mV）（5）保持放大器增益不變，將R3固定電阻換成與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)測微頭使梁到水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋W1使F/V表顯示為零，重復(fù)（4）過程同樣測得讀數(shù)填入表2。表2位移（mm）電壓（mV）（6）保持放大器增益不變，將R1、R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即R1換成 R2換成 ） 組橋時只要掌握對臂應(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，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋W1同樣使F/V表顯示零。重

11、復(fù)（4）過程將讀出數(shù)據(jù)填入表3。表3 位移（mm）電壓（mV）（7）在同一坐標字上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。五、注意事項（1）在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。（2）在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴大。（3）在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。（4）直流穩(wěn)壓電源±4V不能打得過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴重自熱效應(yīng)。（5）接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)補償一、實驗?zāi)康牧私鉁囟葘?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)即電阻絲與測試中膨脹系數(shù)不同，由此

12、引起測試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。用補償偏筏式應(yīng)變電橋溫度補償方法中的一種，如圖3所示。 圖3在電橋中，R1為工作片，R2為補償片，R1=R2。當溫度變化使兩應(yīng)變片的電阻變化，R1與R2相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后R1R4=R2R3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。三、實驗單元及部件可調(diào)直流電壓源、-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、F/V表、測微頭、加熱器、雙平行梁、水銀溫度計（自備）、主、副電源。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檔，F(xiàn)/V表置20V檔，

13、差動放大器增益旋至最大。四、實驗步驟（1）了解加熱器在實驗以上所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙平行梁的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。（2）將差動放大器的（+）（-）輸入端與地短接，輸出端口F/V表的輸入插口Vi相連。（3）開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點旋鈕，使F/V表顯示零，再把F/V標的切換開關(guān)置2V檔，細調(diào)差放零點，使F/V表顯示為零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)/V表的切換開關(guān)置20V檔，采取差動放大器輸入端連線。（4）按圖1接線，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的W1電位器，使F/V表顯示零，然后將F/V表切換開關(guān)置2V檔，調(diào)電位器W1，使F/V表顯示零。（5）在雙平行梁的自由端（可動端）裝上

14、測微頭，并調(diào)節(jié)測微頭，使F/V表顯示零。（6）將-15V電源接到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地；F/V表顯示在變化，待F/V表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計測出溫度，記下溫度值。（注意：溫度計控頭不要觸到應(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。（7）將F/V表切換開關(guān)置20V檔，把圖中的R3換成應(yīng)變片（補償片），重復(fù)4-6過程。（8）比較二種情況的F/V表數(shù)值：在相同溫度下，補償后的輸出變化小很多。（9）實驗完畢，關(guān)閉主副電源，所有旋鈕旋至初始位置。五、思考題為什么不能完全補償？實驗四 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用一、實驗?zāi)康牧私鉄犭娕?/p>

15、的原理幾分度表的應(yīng)用。二、實驗原理熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(dǎo)體相互焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。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科書）。即冷端和熱端溫度不同時，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零攝氏度）。則另一端溫度就可知，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶。三、實驗單元及部件-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、F/V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源旋鈕初始位置：F/V表切換開關(guān)置

16、2V檔，差動放大器增益最大。四、實驗步驟（1）了解熱電偶原理。（2）了解熱電偶在實驗以上的位置及符號，實驗儀所配置的熱電偶是由銅康銅組成的熱電偶，分度號為T。實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者之和。（3）按圖4-1接線、開啟主副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。（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F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。（5）用自備溫度計測出上梁表面熱電偶出的溫度t

17、并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶附近的梁體即可）。（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關(guān)系式：Eab（t，to）= Eab（t，tn）+ Eab（tn，to） 其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn熱電偶的冷端（自由端）溫度也就是室溫。 to0（tn=to）1、熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時的電動勢： Eab（t，tn）= （F/V表顯示值E）/100*2（100為差動放大器的放大倍數(shù)，2為兩個熱電偶串聯(lián)）。2、熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅康銅的熱電勢：Eab（tn，to）：查一下所附的自由溫度為0時的熱電勢和溫度關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得

18、到室溫（溫度計測的）是熱電勢。3、計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時的熱電勢，Eab（t，to），根據(jù)計算結(jié)果，差分度表得到溫度t。銅康銅熱電偶分度表（自由端溫度0）分度號：T工作端溫度0123456789熱電動勢（mv）-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-0.608-0.616-0.683-0.7200-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.

19、4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569工作端溫度00123456789熱電動勢（mv）401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6

20、872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715（7）熱電偶測得的溫度與自備溫度計測得的溫度之相比較。（本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只是了解熱電勢現(xiàn)象）。（8）關(guān)閉

21、主副電源，尤其是加熱器-15V電源，（自備溫度計測出溫度后馬上拆去-15V電源連接線），其它按扭置原始位置。（9）按圖4-2接線、開啟主副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。（10）將-將直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，將-2V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E，填入表1中。（11）用自備溫度計測出上梁表面熱電偶出的溫度t，并填入表1中。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶附近的梁體即可）。（12）斷開加熱器電源，待加熱器冷卻到室溫后，將可調(diào)直流電源打到&

22、#177;4V檔，將-2V直流電源接入加熱器的一端，重復(fù)10-11操作。（13）同理將將可調(diào)直流電源打到±6V檔、±8V檔、±10V檔，重復(fù)10-11操作。表1溫度（0）熱電勢（V）（14）實驗完畢，關(guān)閉主副電源，尤其是加熱器電源，其它按扭置原始位置。（15）繪制熱電勢溫度曲線。五、思考題（1）為什么差動放大器接入熱電偶后需要再調(diào)差放零點？（2）即使采用標準熱電偶按本實驗方法測量溫度也會有很大誤差，為什么？實驗五 移相器實驗一、實驗?zāi)康牧私膺\算放大器構(gòu)成的移相電路和原理及工作情況。二、實驗原理圖5為移相電路示意，由移相器原理圖可求的該電路的閉環(huán)增益G(s)以上是可

23、看出，調(diào)節(jié)電位器W2將產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化。三、實驗單元及部件移相器、音頻振蕩器、雙蹤示波器、主副電源。四、實驗步驟（1）了解移相器在實驗儀上的位置及電路原理（見圖5，電路原理見附錄）。（2）將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從0°、180°插口輸出均可），開啟主副電源。（3）將示波器的兩個探頭分別接到移相器的輸入輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。（4）調(diào)節(jié)移相器的電位器，觀察兩個波形間相位的變化。（5）改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同頻率的最大移相范圍。五、思考題（1）根據(jù)電路原理，分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的現(xiàn)象。（2）如果將雙蹤示波器改為單蹤示

24、波器，兩路信號分別接在Y軸和X軸送入，根據(jù)李沙育圖形是否可完成此實驗？六、注意事項（1）本儀器中音頻信號有函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。（2）正確選擇示波器中的“觸發(fā)”形式，以保證雙蹤示波器能看到波形變化。實驗六 相敏檢波器實驗一、實驗?zāi)康牧私庀嗝魴z波器的原理和工作情況。二、實驗原理相敏檢波電路如圖6-1所示，圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓輸入端，為直流參考電壓輸入。當端輸入控制電壓信號時，通過開環(huán)放大器的作用場效應(yīng)管處于開關(guān)狀態(tài)。從而把輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成半波整流信號。三、實驗單元及部件相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、雙蹤示波器、直流穩(wěn)壓源、低通濾

25、波器、F/V表、主副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：F/V表置20K檔。音頻振蕩器頻率為4kHZ，幅度置最?。鏁r針到底）。直流穩(wěn)壓電源輸出置于±2V檔，主副電源關(guān)閉。四、實驗步驟（1）了解相敏檢波器和低通濾波器在實驗儀面板上的符號。（2）根據(jù)圖6-1的電路接線，將音頻振蕩器的信號0°輸出端輸出至相敏檢波輸入端，把直流穩(wěn)壓電源+2V輸出接至相敏檢波器的參考輸入端，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端和輸出端組成一個測量線路。（3）調(diào)整好示波器，開啟主副電源，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，觀察輸入和輸出波形的相位和幅度值關(guān)系。（4）改變參考電壓極性

26、，觀察輸入和輸出波形相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當參考電壓為正時，輸入和輸出同相，當參考電壓為負時，輸入和輸出相反。（5）關(guān)閉主副電源，根據(jù)圖6-2重新接線，將音頻振蕩器的信號從0°輸出至相敏檢波器的輸入端，并同時按相敏檢波器的參考輸入端，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入和輸出端，將相敏檢波器輸出端同時與低通濾波器的輸入端連接起來，降低通濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來，組成一個測量線路。（此時，F(xiàn)/V表置于20V檔）。（6）開啟主副電源，調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入表1。表1Vip-p(V)0.51234816Vo(V)（7）關(guān)閉主副電源，

27、根據(jù)圖6-3的電路重新接線，將音頻振蕩器的信號從0°端輸出至相敏檢波器的輸入端，將從180°輸出端輸出接至移相器的輸入端，把移相器輸出端接至相敏檢波器的參考輸入端，把示波器的兩個探頭分別接到移相器的輸入端和輸出端，同時與低通濾波器輸入端連接起來，將低通濾波器輸出端與輸入端連接起來，組成測量線路。（8）開啟主副電源，轉(zhuǎn)動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，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入表2。表2Vip-p(V)0.51234816Vo(V)五、思考題（1）根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗

28、線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用）（2）在完成第五步驟后，將示波器兩探頭分別接至相敏檢波器的輸入端和附加觀察端和，觀察波形后回答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?（3）當相敏檢波器的輸入與開關(guān)信號同相時，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。實驗七 金屬箔式應(yīng)變片交流全橋一、實驗?zāi)康牧私饨涣鞴╇姷乃谋蹜?yīng)變電橋的原理和工作情況。二、實驗原理圖7是交流全橋的一般形式，當電橋平衡時，Z1Z3=Z2Z4,電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化為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比例。交流電橋工

29、作時，增大相角差可以提高敏度，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平衡。三、實驗單元及部件音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V表、雙平行梁、應(yīng)變片、測微頭、主副電源、示波器。四、實驗步驟（1）差動放大器調(diào)整為零：將差動放大器（+）（-）輸入端與地短接，輸出端與F/V輸入端Vi相連，開啟主、副電源后調(diào)節(jié)差放的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，再將F/V表切換開關(guān)置2V檔，細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關(guān)閉主副電源。（2）按圖7接線，圖中R1、R2、R3、R4為應(yīng)變片；W1、W2、C、r為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，

30、電橋交流勵磁源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入，音頻振蕩器幅度旋鈕置中間位置。（3）用手按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭脫離振動梁自由端并遠離，將F/V表的切換開關(guān)置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.10.5ms（以合適為宜），Y軸CH1或CH2切換開關(guān)置5V/div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置5kHZ，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的W1和W2，使F/V表和示波器顯示最小，再把F/V表和示波器Y軸的切換開關(guān)分別置2V檔和50mv/div，細調(diào)W1和W2及差動放大器的旋零旋鈕，使F/V表和示波器顯示最小，示波器的波形大致為一條水平線（F/V表顯示值與示波器圖形不完全

31、符合，二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器和移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后，梁復(fù)原，示波器圖形基本成一條直線。（4）在雙平行梁的自由端裝上測微頭，旋轉(zhuǎn)測微頭使F/V表顯示為零，以后每轉(zhuǎn)動測微頭一周即0.5mm。記錄F/V表顯示值，填入表1。表1Xmm0.511.522.533.544.555.566.577.588.599.510Vo根據(jù)所測數(shù)據(jù)，作出X-V曲線，標出線性范圍，計算靈敏度S=V/X，并與以前直流全橋試驗結(jié)果相比較。（5）實驗完畢，關(guān)閉主副電源，所有旋鈕置初始值。五、思考題在交流全橋中，必須有幾個可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡，這是因為電路中存在什

32、么而引起的？ 實驗八 激勵頻率對交流全橋的影響一、實驗原理由于交流電橋中各種阻抗的影響，改變激勵頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾能力。二、實驗單元及部件電橋、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、操作均按實驗七進行。（2）音頻振蕩器0°端輸出信號，頻率從0.4kHz10kHz，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X-V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。XmmV2k(V)V5k(V)V8k(V)V10k(V)四、注意事項在做上述實驗時頻率改變，應(yīng)保持音頻在振蕩

33、器幅值不變，否則無可比性。實驗九 交流全橋應(yīng)用振幅測量一、實驗?zāi)康牧私饨涣骷畹慕饘俨綉?yīng)變片電橋的應(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、實驗單元及部件音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、低頻振蕩器、電壓表、示波器、主副電源、激振線圈。所有旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5kHz，低頻振蕩器頻率旋鈕置5kHz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副電源關(guān)閉。四、實驗步驟（1）按圖7接線，并且保持實驗（1）（2）（3）的步

34、驟。（2）關(guān)閉主副電源，將低頻振蕩器的輸出Vo引入激振線圈的一端，激振線圈的另一端接地，低頻振蕩器的幅度旋鈕置中按位置，開啟主副電源，雙平行梁在振動，慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率按鈕，使梁振動比較明顯，如梁振動幅度不夠大，可調(diào)大低頻振蕩器的幅度。（3）將示波器的X軸掃描旋鈕切換到10ms/div級檔，Y軸切換到50mv/div或0.1v/div，分別觀察差放輸出端、相敏檢波輸出端、低通輸出端波形，并描出各級波形。改變低頻振蕩器頻率f（320Hz），測得相應(yīng)的峰峰值（低通濾波器輸出用CH1觀察），填入下表，畫出f-Vp-p曲線。f(Hz)3571012151720Vp-p(mV)做完以上實驗，可反復(fù)調(diào)

35、節(jié)線路中的各按鈕，用示波器觀察個輸出環(huán)節(jié)波形變化，加深實驗體會并了解各旋鈕的作用。（4）實驗完畢關(guān)閉主副電源，各旋鈕置初始位置。實驗十 交流全橋的應(yīng)用電子稱一、實驗?zāi)康牧私饨涣鞴╇姷慕饘俨綉?yīng)變片電橋的實際應(yīng)用。二、實驗單元及部件音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、F/V表、砝碼、主副電源、雙平行梁、應(yīng)變片。三、實驗步驟（1）差動放大器調(diào)整為零，將差動放大器（+）（-）輸入端與地短接，輸出端與F/V表輸入端Vi相連，開啟主副電源后調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，在將F/V表切換到2V檔，在細調(diào)差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關(guān)閉主副電源。（2）按圖7接線，

36、圖中R1、R2、R3、R4為應(yīng)變片；W1、W2、C、r為交流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入，音頻振蕩器旋鈕置中間位置。（3）按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭遠離振動梁自由端。將F/V表的切換開關(guān)置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.10.5ms，Y軸CH1和CH2切換開關(guān)置5V/div，音頻怎當起的頻率旋鈕置5kHz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的W1和W2使F/V表和示波器顯示最小，再把F/V表和示波器Y軸的切換開關(guān)分別置2V檔和50mv/div，細調(diào)W1和W2及差動放大器的調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示最小，示波器的波形大致為一條水平

37、線（F/V表顯示值與示波器圖形不完全符合，二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相按鈕，使示波器顯示全波檢波的波形。放手后，梁復(fù)原，示波器圖形基本成一條直線，否則調(diào)節(jié)W1和W2。（4）在梁的自由端加所有砝碼，調(diào)節(jié)差放增益旋鈕，使F/V表顯示對應(yīng)的量值，去除所有砝碼，調(diào)節(jié)W1使F/V表顯示零，這樣重復(fù)幾次進行標定。（5）在梁自由端（磁鋼處）逐一加上砝碼，把F/V表的顯示值填入下表。并計算靈敏度。W(g)V(v)（6）梁自由端放上一個重量未知的重物，記錄F/V表的顯示值，得出未知重物的重量。四、思考題要將這個電子稱方案投入實際應(yīng)用，應(yīng)如何改進？五、注意事項砝碼和重物應(yīng)放

38、在梁的自由端的磁鋼上的同一點。實驗十一 差動變壓器（互感式）的性能一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯脑砑肮ぷ髑闆r。二、實驗原理差動變壓器有銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈有兩個結(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，差動變壓器的開磁路，工作是建立在互感的基礎(chǔ)上的，其原理及輸出特性見圖11-1。圖11-1三、實驗單元及部件音頻振蕩器、測微頭、示波器、主副電源、差動變壓器、振動臺。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz8 kHz，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度10mv/div，觸發(fā)選擇打到

39、第一第一通道，主副電源關(guān)閉。四、實驗步驟（1）根據(jù)圖11-2接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙蹤示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主副電源，將示波器探頭（CH2、CH1）分別接到差動變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動變壓器原邊線圈，音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。圖11-2（2）用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第一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。（3）轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭使測微頭與振動平臺吸合，再向上轉(zhuǎn)動測微頭5mm，使振動平臺往上位移。（4）向下旋轉(zhuǎn)測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算

40、靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應(yīng)振動平臺的位移變化），做出X-V關(guān)系曲線。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相應(yīng)關(guān)系。X（mm）54.84.60.20-0.2-4.8-5Vo（p-p）五、思考題（1）根據(jù)實驗結(jié)果，指出線性范圍。（2）當差動變壓器中磁棒的位置由上到下變化時，雙蹤示波器觀察到的波形會發(fā)發(fā)生怎樣的變化?（3）用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺的位置，使示波器上觀察的差動變壓器的輸出阻抗端信號最小，這個最小電壓是什么？由于什么原因造成的？六、注意事項示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。實驗十二 差動變壓器（互感式）零殘余電壓的補償一、實驗?zāi)康恼f明如何用適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)線路對殘余電壓進行補償。二、實

41、驗原理零殘電壓中主要包含兩種波形成分：1、基波分量。這由于差動變壓器兩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(dǎo)磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流所產(chǎn)生磁通不同相。2、高次諧波。主要是由于導(dǎo)磁材料曲線非線性引起，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。減少零殘電壓的方法有：（1）從設(shè)計和工藝制作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、實驗單元及部件音頻振蕩器、測微頭、電橋、差動放大器、雙蹤示波器、主副電源、差

42、動變壓器、振動臺。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz8 kHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度1v/div，觸發(fā)選擇打到第一第一通道，差動放大器增益旋到最大，主副電源關(guān)閉。四、實驗步驟（1）按圖12接線，音頻振蕩器必須從LV插口輸出，W1、W2、C、r，為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。（2）開啟主副電源，利用示波器，調(diào)振音頻振蕩器副度旋鈕，使示波器一通道顯示輸出為2V峰峰值。調(diào)接音頻振蕩器頻率，使示波器二通道波形不失真。（3）調(diào)節(jié)測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。（4）依次調(diào)節(jié)W1、W2，使輸出電壓進一步減小，必要時重新調(diào)節(jié)測位頭，盡量使輸出電壓最小。（5）將二通道

43、的靈敏度提高，觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓開相比較。觀察經(jīng)過補償后的殘余電壓波形為什么波形，這說明波形中有什么分量？（6）將經(jīng)過補償后的殘余電壓與實驗十未經(jīng)補償殘余電壓相比較。（7）實驗完畢后，關(guān)閉主副電源。五、思考題本實驗也可以把電橋平衡網(wǎng)絡(luò)搬到次級線圈上進行零點殘余電壓補償。六、注意事項（1）由于該補償線路要求差動變壓器的輸出必須懸浮。因此次級輸出波形難以用一般示波器來看，要用差動放大器使雙端輸出轉(zhuǎn)換成單端輸出。（2）音頻信號必須從LV端插口引出。實驗十三 差動變壓器（互感式）的標定一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯膶嶋H應(yīng)用。二、實驗單元及部件音頻振蕩器、測微頭、電橋、移相器、相敏檢波

44、器、低通濾波器、F/V表、差動放大器、雙蹤示波器、主副電源、差動變壓器。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz8 kHz之間，差動放大器增益旋到最大，F(xiàn)/V表置2V檔，主副電源關(guān)閉。三、實驗步驟（1）按圖13接線。（2）裝上測微頭，上下調(diào)整使差動變壓器鐵心處于線圈中段位置。（3）開啟主副電源，利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，使激勵電壓幅度峰峰值為2V.（4）利用示波器和電壓表，調(diào)整各調(diào)零及平衡電位器，使電壓表指示為零。（5）給梁一個較大的位移，調(diào)整移相器，使電壓表指數(shù)為最大，同時可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形。（6）旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.1mm讀數(shù)記錄實驗數(shù)據(jù)，填入下表，作出V-X曲線，

45、并求出靈敏度。X(mm)V(mV)實驗十四 差動變壓器（互感式）的應(yīng)用振幅測量一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯膶嶋H應(yīng)用。二、實驗單元及部件音頻振蕩器、測微頭、電橋、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V表、差動放大器、雙蹤示波器、主副電源、差動變壓器、激振器。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器4kHz8 kHz之間，差動放大器增益旋到最大，低頻振蕩器旋鈕旋至最小，幅度旋鈕置中，主副電源關(guān)閉。三、實驗步驟（1）按圖12接線，調(diào)節(jié)測微頭遠離振動臺（不用測微頭），將低頻振蕩器輸出Vo接入激振振動臺線圈一端，線圈另一端接地，開啟主副電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度按鈕之中間位置，頻率從最小慢慢調(diào)大，讓振動臺起振并幅度

46、適中（如振動幅度太小可調(diào)大幅度旋鈕）。（2）將音頻旋鈕置5kHz，幅度旋鈕置2Vp-p。用示波器觀察個單元即：差放、檢波、低通濾波輸出波形（示波器X軸掃描為5-10ms/div，Y軸CH1或CH2旋鈕打到0.2-2V）。（3）保持低頻振蕩器幅度不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率，用示波器（CH1）觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值記下實驗數(shù)據(jù)填入下表中：F(Hz)34567810122025Vp-p(V)根據(jù)實驗結(jié)果作出梁的振幅頻率（幅頻）特性曲線，指出振動平臺自振頻率（諧振頻率）的大致值，并與用應(yīng)變片測出實驗（實驗九）的結(jié)果相比較。實驗完畢關(guān)閉主副電源。四、注意事項適當選擇低頻激振電壓，以免振動平臺

47、在自振頻率附近振幅過大。實驗十五 差動變壓器（互感式）的應(yīng)用電子稱一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯膶嶋H應(yīng)用。二、實驗單元及部件音頻振蕩器、電橋、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V表、差動放大器、主副電源、差動變壓器、振動平臺。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5kHz，F(xiàn)/V表打到2V檔。三、實驗步驟（1）按圖13接線，開啟主副電源，利用示波器觀察調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度旋鈕，使音頻振蕩器輸出波形峰峰值為2V。（2）將測量系統(tǒng)調(diào)零（與實驗十（3）的步驟相同）。（3）適當調(diào)節(jié)差動放大器的放大倍數(shù)，使在稱的平臺上放上一定數(shù)量的砝碼時，電壓表指示不溢出。（4）去掉砝碼，必要的話將系統(tǒng)重新調(diào)零。然后逐個加上砝

48、碼，讀出表頭讀數(shù)，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表：W(g)V(V)（5）去掉砝碼，在平臺上放一個重量未知的重物，記下電壓表讀數(shù)。關(guān)閉主幅電源。（6）利用所的數(shù)據(jù)，求得系統(tǒng)靈敏度及重物的重量。四、注意事項（1）砝碼不宜太重，以免梁端位移過大。（2）砝碼應(yīng)放在平臺中間部位，為好做方便，可將測微頭卸掉。實驗十六 差動螺管式（自感式）傳感器的靜態(tài)位移性能一、實驗?zāi)康牧私獠顒勇莨苁絺鞲衅鞯脑?。二、實驗原理利用差動變壓器的兩個次級線圈和銜鐵組成。銜鐵和線圈相對位置變化引起螺管線圈電感的變化，次級二個線圈必須呈差動狀態(tài)連接，當銜鐵移動時，第一個線圈電感量增加，而另一個線圈電感減小。三、實驗單元及部件音頻振蕩器、電

49、橋、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V表、測微頭、示波器、差動放大器、主副電源、差動變壓器兩組次級線圈與鐵心。有關(guān)旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5kHz，幅度旋到適中位置，差動放大器增益適當，主副電源關(guān)閉。四、實驗步驟（1）按圖16接線，組成一個電感電橋測量系統(tǒng)。（2）裝上測微頭，調(diào)節(jié)鐵芯到中間位置。（3）開起主副電源，音頻振蕩頻率置5kHz-8kHz之間，以差放輸出波形不失真為好，音頻幅度2Vp-p。用類似于實驗七（3）的方法，利用示波器和電壓表，調(diào)整個平衡及調(diào)零旋鈕，使F/V表讀數(shù)為零（F/V表始終調(diào)不到零，說明差動變壓器的鐵芯不處在中間位置，可適當調(diào)節(jié)測微頭）。（4）轉(zhuǎn)動測微頭，同時記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表：（建議每隔0.2mm讀數(shù)）位移（mm）電壓（mV）作出V-X曲線，計算出靈敏度，比較此實驗與實驗十三的異同。關(guān)閉主副電源。五、注意事項（1）此實驗只要用原差動變壓器的兩次線圈，注意接法。（2）音頻振蕩器必須從LV插口輸出。實驗十七 差動螺管式（