《傳感器與檢測技術(shù)》（張佑春）實驗指導(dǎo)書

西安電子科技大學(xué)出版社張佑春、王海榮主編《傳感器與檢測技術(shù)》資源課教材配套資料實驗一金屬箔式應(yīng)變片性能測試——單臂電橋型一、實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片、單臂電橋的工作原理和工作情況。二、實驗原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：式中ΔR/R為電阻絲阻值的相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=Δl/l為電阻絲長度相對變化，即應(yīng)變，金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位的受力狀態(tài)變化，電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓UO1=EKε/4。三、實驗器材直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動變換器Ⅰ、應(yīng)變片傳感器、砝碼、電壓表、電源。直流穩(wěn)壓電源±5V，電壓表20V擋，差動變換器Ⅰ增益最大。應(yīng)變片應(yīng)變片引出線固定墊圈固定螺絲限程螺絲模塊彈性體托盤加熱絲應(yīng)變片圖S1.1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖四、實驗步驟1．了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置。2．將差動變換器I調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端Uout與電壓表的輸入端正（+）相連，接地端與負(fù)（-）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益到接近最大位置，調(diào)整差動變換器I的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉電源。根據(jù)圖1.2接線，R1=R2=R3=R4=350Ω。R4是應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源調(diào)至±5V，電壓表20V檔。開啟電源，緩慢調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的RW1，使電壓表顯示為零，然后將電壓表分別置于2V、200mV擋，再調(diào)電橋RW1（慢慢地調(diào)），使電壓表顯示為零(單臂單橋電路由于單個傳感器與電阻結(jié)合，受外部干擾實驗調(diào)零不易，需要通電運行2分鐘之后方可穩(wěn)定）。圖S1.2單臂電橋型接線參考圖3．用手輕輕的按一下應(yīng)變片傳感器上的托盤，松開手后觀察差動變換器I輸出是否為0，如果不是，繼續(xù)調(diào)節(jié)RW1，使輸出為0。反復(fù)操作這個步驟2~3遍即可。將砝碼逐個輕輕的放在應(yīng)變片傳感器的托盤上，放置砝碼的時候不能碰到導(dǎo)線以及實驗儀的其他部位，每放一個砝碼記下一個數(shù)據(jù)。4．Δm＝20g記一個數(shù)值填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）根據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度S＝ΔV／Δm（式中Δm為20g的稱重變化，ΔV為相應(yīng)電壓表顯示的電壓相應(yīng)變化）。5．實驗完畢，關(guān)閉電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。五、注意事項1．為確保實驗過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)減小差動變換器I增益，此時差動變換器I不必重調(diào)零。2．做此實驗時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。3．電位器RW1、RW2，在有的型號儀器中標(biāo)為RD、RA。六、問題本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？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關(guān)系。二、全橋?qū)嶒炘砣珮驕y量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄煌慕尤豚忂?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1=R2=R3=R4，其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時，其橋路輸出電壓Uo3=EKε。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、所需單元及部件直流穩(wěn)壓電源、差動變換器I、電橋、電壓表、砝碼、應(yīng)變片傳感器、電源。直流穩(wěn)壓電源±5V，電壓表2V擋，差動變換器I增益最大。四、實驗步驟1．按實驗一的方法將差動變換器I調(diào)零后，關(guān)閉電源。2．按圖S2.1接線，圖中R4接應(yīng)變片。圖S2.1單臂電橋型接線參考圖3．按實驗一的方法進行調(diào)節(jié)，使電壓表示數(shù)顯示為零后，在傳感器托盤上放上一只20g的砝碼，記下此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值，并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計算系統(tǒng)靈敏度S=Δv／Δm，并作出v-m關(guān)系曲線，ΔV為電壓變化率，Δm為相應(yīng)的重量變化率。重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）4．按圖S2.2接線，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，重復(fù)實驗步驟3過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）圖S2.2半橋接線參考圖5．按圖2.3接線，保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片，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，重復(fù)實驗步驟3過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）圖S2.3全橋接線參考圖6．在同一坐標(biāo)紙上描出v-m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±5V不能過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。5．接全橋時請注意區(qū)別各應(yīng)變片的工作狀態(tài)方向。

實驗三應(yīng)變片的溫度效應(yīng)一、實驗?zāi)康牧私鉁囟葘?yīng)變測試系統(tǒng)的影響。二、實驗原理電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來自兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當(dāng)溫度變化時，在被測體受力狀態(tài)不變時，輸出會有變化。三、所需單元及部件可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動變換器I、電壓表、加熱器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應(yīng)變片、砝碼、水銀溫度計（自備）、電源。電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源±5V檔，電壓表置20V檔，差動變換器I增益旋鈕置最大。四、實驗步驟1．了解加熱器在實驗儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙孔懸臂梁下片梁的表面，結(jié)構(gòu)為電阻絲。2．將差動變換器I調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端與電壓表的輸入端正（+）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益接近到最大位置，然后調(diào)整差動變換器I的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉電源。3．按圖S3.1接線，開啟電源，調(diào)電橋平衡RW1電位器，使電壓表顯示為零，然后將電壓表的切換開關(guān)置2V檔，調(diào)電位器RW1，使電壓表顯示也為零。圖S3.1實驗接線參考圖4．在傳感器托盤上放上所有砝碼，記下此時的電壓數(shù)值。將-5V電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地；電壓表的顯示在變化，待電壓表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值。比較兩種情況的電壓表數(shù)值，即為溫度對應(yīng)變電橋的影響。5．實驗完畢，關(guān)閉電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置。

實驗四直流全橋的應(yīng)用―電子秤之一一、實驗?zāi)康牧私庵绷鞴╇姷慕饘俨綉?yīng)變片電橋的實際應(yīng)用。二、實驗原理通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。三、所需單元及部件電橋、差動變換器Ⅰ、電壓表、砝碼、電源、應(yīng)變片傳感器。四、實驗步驟將差動變換器I調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端與電壓表的輸入端正（+）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益接近到最大位置，然后調(diào)整差動變換器I的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉電源。圖S4.1直流全橋應(yīng)用實驗接線參考圖按圖S4.1接線，圖中R1、R2、R3、RX為應(yīng)變片所替代。2.在傳感器托盤上放上總重為200g的砝碼，調(diào)節(jié)差動變換器I增益旋鈕，使電壓表顯示為0.200V（2V檔測量）或-0.200V。3.拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器RW1，使電壓表顯示為0.000V或-0.000V。4.重復(fù)3、4步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱g，就可稱重，成為一臺原始的電子秤。5.把砝碼依次放在托盤上，填入下表：重量（g）電壓（v）7．托盤上放上一個重量未知的重物，記錄電壓表的顯示值，得出未知重物的重量。五、注意事項砝碼和重物應(yīng)放在梁自由端的磁鋼上的同一點。六、思考要將這個電子秤方案投入實際應(yīng)用，應(yīng)如何改進？

實驗五差動變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼兠娣e式電容傳感器的原理及其特性。二、所需單元及部件電容傳感器、差動變換器Ⅱ、低通濾波器、電壓表、測微頭、示波器。差動變換器Ⅱ增益旋鈕置于中間，電壓表置于20V檔，電容放大器增益最大。三、實驗步驟1．差動變換器II調(diào)零，按圖S5.1接線。圖S5.1接線參考圖2．電壓表2V檔，安裝好測微頭，讓測微頭與振動臺吸合，調(diào)節(jié)測微頭使電壓表的輸出為零。轉(zhuǎn)動測微頭,每次0.1mm，記下此時測微頭的讀數(shù)及電壓表的讀數(shù)，直至電容動片與上（或下）靜片覆蓋面積最大為止。X(mm)V(mv)4．退回測微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動。同上法，記下X(mm)及V(mv)值。5．計算系統(tǒng)靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ為電壓變化，ΔＸ為相應(yīng)的梁端位移變化），并作出Ｖ－Ｘ關(guān)系曲線。X(mm)V(mv)6.卸下測微頭，將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端及振動源相連，對照圖S5.2，，用示波器觀察輸出波形。圖S5.2輸出波形觀察

實驗六差動變壓器的應(yīng)用—振動測量一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯膶嶋H應(yīng)用。二、實驗原理利用差動變壓器測量動態(tài)參數(shù)與測位移量的原理相同。三、所需單元及部件音頻振蕩器、差動變換器Ⅱ、移相器、相敏檢波器、電橋、低通濾波器、轉(zhuǎn)速/頻率表、低頻振蕩器、激振器、示波器、電源、差動變壓器、振動平臺、振動源。音頻振蕩4kHz～８kHz之間，差動變換器Ⅱ增益最大，低頻振蕩器頻率旋鈕置最小，幅值旋鈕置中。四、實驗步驟差動變換器II調(diào)零，調(diào)節(jié)測微頭遠(yuǎn)離振動臺（不用測微頭），將低頻振蕩器與振動源相連，以及將低頻振蕩器與轉(zhuǎn)速/頻率表相連，開啟電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕置中，頻率從最小慢慢調(diào)大，讓振動臺起振并振動幅度適中（如振動幅度太小可調(diào)大幅度旋鈕）。圖S6.1接線參考圖2．將音頻鈕置5KHz，幅度鈕置2Vp-p。用示波器觀察各單元，即：差放、檢波、低通輸出的波形（示波器Ｘ軸掃描為５ms/div~１０ms/div，Y軸CH1或CH2旋鈕0.2v~2V）。調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的時候，用示波器觀察相敏檢波器的輸出信號，是的輸出的信號為一個類似于全波整流的波形就可以。3．保持低頻振蕩器的幅度不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率，接線如圖S6.1所示，用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰－峰電壓值，記入數(shù)據(jù)的時候，在頻率超過20Hz的時候，由于振幅很小，不利于記入數(shù)據(jù)，我們可以記入在7Hz左右的更多的數(shù)據(jù)。記下實驗數(shù)據(jù)填入下表：F(Hz)34567810122025Vp-p(V)4．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。5．實驗完畢，關(guān)閉電源。五、注意事項適當(dāng)選擇低頻激振電壓，以免振動平臺在自振頻率附近振幅過大。六、問題如果用直流電壓表來讀數(shù)，需增加哪些測量單元，測量線路該如何？

實驗七電渦流式傳感器的應(yīng)用--振幅測量一、實驗?zāi)康牧私怆姕u式傳感器測量振動的原理和方法。二、實驗原理根據(jù)電渦流傳感器動態(tài)特性和位移特性，選擇合適的工作點即可測量振幅。三、所需單元及部件電渦流傳感器、渦流變換器、差動變換器II、電橋、鋁測片、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、激振線圈、電壓表、轉(zhuǎn)速/頻率表、示波器、電源。差動變換器I增益置最大，直流穩(wěn)壓電源±5Ｖ。四、實驗步驟1．轉(zhuǎn)動測微器，將振動平臺中間的磁鐵與測微頭分離，使梁振動時不至于再被吸?。ㄟ@時振動臺處于自由靜止?fàn)顟B(tài)），適當(dāng)調(diào)節(jié)渦流傳感器頭的高低位置（目測）。差動變換器II電壓表、直流穩(wěn)壓電源連接起來，組成一個測量線路（這時直流穩(wěn)壓電源應(yīng)調(diào)置于±5Ｖ），電壓表置20V擋,開啟電源。圖S7.1振幅測量接線參考圖3．調(diào)節(jié)RW1電橋網(wǎng)絡(luò)，使電壓表讀數(shù)為零。4．去除差動變換器II與電壓表連線，將差動變換器的Uout2與示波器連起來，將轉(zhuǎn)速／頻率表置于頻率檔位，將低頻振蕩器與轉(zhuǎn)速／頻率表和振動源相連（見圖S7.2）。5．固定低頻振蕩器的幅度旋鈕至某一位置（以振動臺振動時不碰撞其他部件為好），調(diào)節(jié)頻率旋鈕，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率變化，用示波器讀出峰峰值填入下表，關(guān)閉電源。F/(Hz)34…25V/(P-P)圖S7.2轉(zhuǎn)速／頻率測量接線參考圖五、思考1．根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致為多少？2．如果已知被測梁振幅為0.2mm，傳感器是否一定要安裝在最佳工作點？3．如果此傳感器僅用來測量振動頻率，工作點問題是否仍十分重要？

實驗八霍爾式位移傳感器檢測一、實驗?zāi)康?.掌握霍爾傳感器工作原理與應(yīng)用；2.通過靜態(tài)位移量輸入了解霍爾傳感器工作特性。二、實驗儀器霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、測微頭、直流電源、數(shù)顯電壓表。三、實驗原理霍耳元件置于磁感應(yīng)強度為的磁場中，在垂直于磁場方向通以電流，則與這二者垂直的方向上將產(chǎn)生霍耳電勢差，式中K為元件的霍耳靈敏度。如果保持霍耳元件的電流不變，而使其在一個均勻梯度的磁場中移動時，則輸出的霍耳電勢差變化量為：式中為位移量，此式說明若為常數(shù)時，與成正比。為實現(xiàn)均勻梯度的磁場，可以如圖5-20所示兩塊相同的磁鐵（磁鐵截面積及表面磁感應(yīng)強度相同）相對放置，即N極與N極相對，兩磁鐵之間留一等間距間隙，霍耳元件平行于磁鐵放在該間隙的中軸上。間隙大小要根據(jù)測量范圍和測量靈敏度要求而定，間隙越小，磁場梯度就越大，靈敏度就越高。磁鐵截面要遠(yuǎn)大于霍耳元件，以盡可能的減小邊緣效應(yīng)影響，提高測量精確度。圖S8.1均勻梯度磁場示意圖若磁鐵間隙內(nèi)中心截面處的磁感應(yīng)強度為零，霍耳元件處于該處時，輸出的霍耳電勢差應(yīng)該為零。當(dāng)霍爾元件偏離中心沿Z軸發(fā)生位移時，由于磁感應(yīng)強度不再為零，霍爾元件也就產(chǎn)生相應(yīng)的電勢差輸出，其大小可以用數(shù)字電壓表測量。由此可以將霍爾電勢差為零時元件所處的位置作為位移參考零點。霍爾電勢差與位移量之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)位移量較小(<2mm)，這一一對應(yīng)關(guān)系具有良好的線性。四、實驗內(nèi)容與步驟1.在霍爾傳感器模塊上，按圖S8-2接線。2.開啟電源，直流數(shù)顯電壓表選擇“2V”檔，將測微頭的起始位置調(diào)到“1cm”處，手動調(diào)節(jié)測微頭的位置，先使霍爾片大概在磁鋼的中間位置（數(shù)顯表大致為0），固定測微頭，再調(diào)節(jié)Rw1使數(shù)顯表顯示為零。3.分別向左、右不同方向旋動測微頭，每隔0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入下表X(mm）U(mV)圖S8.2霍爾傳感器直流激勵接線圖五、數(shù)據(jù)處理根據(jù)所得數(shù)據(jù)作出U－X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度并定性給出結(jié)論。

實驗九壓電傳感器的動態(tài)響應(yīng)一、實驗?zāi)康牧私鈮弘娛絺鞲衅鞯脑?、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。二、所需單元及部件低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電傳感器、雙線示波器、振動源、轉(zhuǎn)速／頻率表、電源、振動平臺。低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小檔，轉(zhuǎn)速／頻率表撥置于頻率檔。三、實驗步驟1．觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖S9.1接線，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。圖S9.1接線參考圖2．將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端及振動源相連,如圖S9.2所示。圖S9.2振動源連接圖3．調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕適中，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：F(HZ)56789...25V(p-p)4．示波器兩個通道分別監(jiān)測低通濾波器的輸入和輸出端的波形，觀察比較其波形。四、思考1．根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致多少？2．試回答壓電式傳感器的特點。比較磁電式傳感器輸出波形的相位差Δφ大致為多少？為什么？

實驗十熱電偶傳感器測試一、實驗?zāi)康牧私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象。二、實驗原理兩種不同的金屬導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時，當(dāng)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。三、所需單元及附件可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動變換器Ⅰ、電壓表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、電源。電壓表切換開關(guān)置2V檔，直流穩(wěn)壓電源±5V，差動變換器I增益最大。四、實驗步驟1．了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅——康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。實驗儀有一個熱電偶，它封裝在雙平行梁的下片梁的上表面。2．先將差動變換器Ⅰ調(diào)零：用導(dǎo)線將差動變換器I的Uin1、Uin2、地短接。將差動變換器I的輸出端與電壓表的輸入端正（+）相連，接地端與負(fù)（-）相連；開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I的增益接近到最大位置，然后調(diào)整差動變換器I的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉電源。3.按圖S10.1接線，開啟電源，調(diào)節(jié)差動變換器I調(diào)零旋鈕，使電壓表顯示為零，記錄下自備溫度計的室溫。圖S10.1熱電偶實驗接線參考圖4．將+5V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察電壓表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下電壓表顯示的讀數(shù)E。5．用自備的溫度計測出下梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。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（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。to------0℃熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時熱電勢。Eab(t,tn)=(f/v顯示表E)/100(100為差動變換器I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：Eab(tn,to):查附表的熱電偶自由端為0℃時的熱電勢和溫度的關(guān)系即銅－康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。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，查分度表得到溫度t。7．熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶，并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象）。8．實驗完畢，關(guān)閉電源，尤其是加熱器電源，其他旋鈕置原始位置。五、思考1．為什么差動放大器接入熱電偶后需再調(diào)節(jié)差動放大器零點？2．即使采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按本實驗方法測量溫度也會有很大誤差，為什么？

實驗十一PN結(jié)溫度傳感器測試一、基本原理下降約2.1mV，利用這種特性可做成各種各樣的PN結(jié)溫度傳感器。它具有線性好、時間常數(shù)小(0.2～2秒)，靈敏度高等優(yōu)點，測溫范圍為-50℃～+150℃。其不足之處是離散性大，互換性較差。二、實驗?zāi)康牧私釶N結(jié)溫度傳感器的特性及工作情況。三、所需單元±5V穩(wěn)壓電源、電源、差動變換器II、電壓表、加熱器、電橋、水銀溫度計(自備)。直流穩(wěn)壓電源±5V，差動變換器II增益最小逆時針到底（1倍）。四、實驗步驟1．了解PN結(jié)，加熱器，電橋在實驗儀所在的位置及它們的符號。2．觀察PN結(jié)傳感器結(jié)構(gòu)、用數(shù)字萬用表“二極管”檔，測量正反向PN結(jié)電壓，得出其結(jié)果。3．差動變換器II調(diào)零，然后將直流穩(wěn)壓電源V+插口用所配的專用電阻線(51K)與PN結(jié)傳感器的正端相連，并按圖S11.1接好放大電路，注意各旋鈕的初始位置，電壓表置2V擋。圖S11.1PN結(jié)溫度測試接線參考圖4．開啟電源，調(diào)節(jié)RW1電位器，使電壓表指示為零，同時記下此時水銀溫度計的室溫值（Δt）。5．將-5V接入加熱器，觀察電壓表讀數(shù)的變化（如果溫度變化不大，可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)高電壓，但是電壓不能過高），因PN結(jié)溫度傳感器的溫度變化靈敏度約為：-2.1mV/℃。隨著溫度的升高，其PN結(jié)電壓將下降ΔV，該ΔV電壓經(jīng)差動放大器隔離傳遞(增益為1)，至電壓放大器放大4.5倍，此時的系統(tǒng)靈敏度S≈10mV/℃。待電壓表讀數(shù)穩(wěn)定后，即可利用這一結(jié)果，將電壓值轉(zhuǎn)換成溫度值，從而演示出加熱器在PN結(jié)溫度傳感器處產(chǎn)生的溫度值(ΔT)。此時該點的溫度為ΔT+Δt。五、注意事項1．該實驗僅作為一個演示性實驗。2．加熱器不要長時間的接入電源，此實驗完成后應(yīng)立即將電源拆去，以免影響梁上的應(yīng)變片性能。六、思考1．分析一下該測溫電路的誤差來源。2．如要將其作為一個0℃～100℃的較理想的測溫電路，你認(rèn)為還必須具備哪些條件?

實驗十二光電二極管、三極管特性檢測一、實驗?zāi)康牧私夤怆姸O管光電特性、伏安特性。了解光電三極管光電特性，當(dāng)光電管的工作偏壓一定時，光電管輸出光電流與入射光的照度（或通量）的關(guān)系。二、實驗內(nèi)容分別測試光電二極管、三極管的光電特性和伏安特性。比較兩種器件的相同點和區(qū)別。三、實驗設(shè)備及儀器光電二極管。光電二極管變換單元。電壓表。光電三極管。光電三極管變換單元。四、注意事項為使實驗直觀，該實驗沒有在封閉的黑盒中進行，所以具有一定的外界因素干擾，實驗時請注意不要使正面干擾光較大，同時注意人員移動時的影響。因光電二極管產(chǎn)生的光電流比較小，為便于讀數(shù)，所以采用I/V變換器將光電流ILi轉(zhuǎn)換成電壓，其關(guān)系為：ILi=|V/Rf|五、實驗線路及原理光電二極管是一種典型的光伏器件，用高阻P型硅作為基片，表面摻雜生長一層極薄的N型層（大約1μm），從而形成一很淺的表面PN結(jié)，而空間電荷區(qū)較寬，所以保證大部分光子能夠入射到耗盡層內(nèi)。由光子激發(fā)的電子-空穴對在反向偏置電壓VBB作用下形成二極管的反向光電流。此光電流通過外加負(fù)載RL后產(chǎn)生電壓信號輸出。圖S12.1光電二極管測量電路光電三極管是一種光生伏特器件，用高阻P型硅作為基片，然后在基片表面進行摻雜形成PN結(jié)。N區(qū)擴散得很淺為1um左右，而空間電荷區(qū)（即耗盡層）較寬，所以保證了大部分光子入射到耗盡層內(nèi)。光子入射到耗層內(nèi)被吸收而激發(fā)電子-空穴對，電子-空穴對在外加反向偏置電壓VBB作用下，空穴流向正極，形成了三極管的反向電流即光電流。光電流通過外加負(fù)載電阻RL后產(chǎn)生電壓信號輸出。圖S12.2光電三極管測量電路六、實驗方法與步驟直流穩(wěn)壓電源置V檔，光敏二極管探頭用專用導(dǎo)線一端連接后，插入照度實驗架上傳感器安裝孔，導(dǎo)線另一端插入面板上“光敏二極管Ti”插口。開啟光強開關(guān)，并將光強/加熱開關(guān)置“5”檔，此時入射照度最大。在“光電二極管單元”如圖S12.1接線，并在負(fù)載單元中選擇R=__200K_作為Rf接入I/V變換器。關(guān)閉光強開關(guān)，記下電壓表的讀數(shù)（暗電流），并將數(shù)據(jù)填入下表。隨后將光強/加熱開關(guān)置“1”檔。光強012345電壓（U）電流（I）（U/Rf）開啟光強開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，并逐步將“光強/加熱”開關(guān)轉(zhuǎn)換到“5”檔，記下每一檔的電壓表讀數(shù)并填入上表。作出照度—電流曲線（ILi=V/Rf）。將光電二極管的“+”極與“|”之間聯(lián)線拆去，在“+”極接入-4V電壓使光電二極管出負(fù)偏壓狀態(tài)。重復(fù)4-5過程，比較一下與零偏壓是有什么區(qū)別？開啟光強開關(guān)，并將光強/加熱開關(guān)置“5”檔，同時檢查加熱開關(guān)是否關(guān)閉，仍按圖S12.1接線（零偏壓）。記錄下這時電壓表讀數(shù)，并填入下表偏壓（V）0-4-6-8-10電壓（Vo）電流（|Vo/Rf|）將光電二極管的“+”極與“|”之間聯(lián)線拆去，將“直流穩(wěn)壓電源”單元中“-Vo”端口與光電二極管“+”極相連，給二極管加上偏壓。直流穩(wěn)壓電從-4V逐步調(diào)整至-10V，記錄下每一步的電壓表讀數(shù)值。并填入上表。做出V-I曲線。將光強/加熱開關(guān)分別調(diào)至“4—3”檔，重復(fù)上述9-12步，比較三條V-I曲線有什么不同？直流穩(wěn)壓電源置V檔，光敏三極管探頭用專用導(dǎo)線一端連接后，插入照度實驗架上傳感器安裝孔，導(dǎo)線另一端插入面板上“光電二極管Ti”插口。開啟電源及光強開關(guān)，并將光強/加熱開關(guān)置“5”檔，此時入射照度最大。同時檢查加熱開關(guān)是否關(guān)閉。在“光電三極管單元”如圖S12.2接線，選擇Re=200Ω,Rb=2K。關(guān)閉光強開關(guān)，記下電流表的讀數(shù)（暗電流），并將數(shù)據(jù)填入下表。隨后將光強/加熱開關(guān)置“1”檔。光強012345電流（mA）開啟光強開關(guān)，記下電流表讀數(shù)，并逐步將“光強/加熱”開關(guān)轉(zhuǎn)換到“5”檔，記下每一檔的電流表讀數(shù)并填入上表。作出照度—電流曲線。重復(fù)1-2步，記錄下這時電流表讀數(shù)，并填入下表V+4V+6V+8V+10V+12VI(mA)直流穩(wěn)壓電源從V逐步降至V，每隔一步記錄下電壓表讀數(shù)，并填入上表。作出V-I曲線。將光強/加熱開關(guān)分別調(diào)至“4—3”檔，重復(fù)上述7-9步，比較三條V-I曲線有什么不同？七、實驗報告內(nèi)容與要求填寫實驗數(shù)據(jù)表格。作出光電二極管不同檔位伏安特性曲線圖。作出光電三極管不同檔位伏安特性曲線圖。八、思考比較光電二極管、三極管的伏安特性曲線圖的不同之處。

實驗十三濕敏電阻傳感器測試一、實驗原理本實驗采用的是集成濕度傳感器，該傳感器的敏感元件采用的屬水分子親和力型中的高分子材料濕敏元件(濕敏電阻)。它的原理是采用具有感濕功能的高分子聚合物(高分子膜)涂敷在帶有導(dǎo)電電極的陶瓷襯底上，導(dǎo)電機理為水分子的存在影響高分子膜內(nèi)部導(dǎo)電離子的遷移率，形成阻抗隨相對濕度變化成對數(shù)變化的敏感部件。由于濕敏元件阻抗隨相對濕度變化成對數(shù)變化，一般應(yīng)用時都經(jīng)放大轉(zhuǎn)換電路處理將對數(shù)變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的線性電壓信號輸出以制成濕度傳感器模塊形式。原理圖如圖S13.1所示。圖S13.1原理圖二、實驗?zāi)康牧私鉂衩魝鞲衅鞯脑砼c應(yīng)用。三、所需器件電壓放大器、F/V表、電橋、RH濕敏電阻、直流穩(wěn)壓電源等。四、實驗步驟1．觀察濕敏電阻結(jié)構(gòu)，它是在一塊特殊的絕緣基底上淺射了一層高分子薄膜而形成的，按圖S13.2接線。圖S13.2接線圖2.取二種不同潮濕度的海綿或其它易吸潮的材料。分別輕輕地與傳感器接觸，觀察電壓表數(shù)字變化，此時電壓表的指示，也就是RH阻值變，說明RH檢測到了溫度的變化，而且隨著濕度的不同阻值變化也不一樣。注意取濕材料不要太濕，有點潮就行了。否則會產(chǎn)生濕度飽和現(xiàn)象，延長脫濕時間。3.RH的通電穩(wěn)定時間、脫濕時間與環(huán)境的濕度、溫度有關(guān)。這點請實驗者注意。五、思考如果你手上有這樣一個熱敏電阻，想把它作為一個0℃～50℃的溫度測量電路，你認(rèn)為該怎樣來實現(xiàn)？

實驗十四光纖位移傳感器的靜態(tài)測試一、實驗?zāi)康牧私夤饫w位移傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和性能。二、實驗器件電源、電壓表、光纖傳感器、振動臺、測微頭。三、實驗步驟1．觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，探頭固定在光纖固定件安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布。2．了解振動臺在實驗儀上的位置以及反光部位（反光部位為鋁測片）。3．如圖S14.1接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已安裝好，所以可將電信號直接經(jīng)差動放大器放大。電壓表的切換開關(guān)置20V檔，開啟電源。圖S14.1接線參考圖4．安裝好測微頭，再旋轉(zhuǎn)測微頭，使其與振動圓盤吸合且高度居中，再調(diào)節(jié)光纖固定支架，使光纖探頭與振動臺面反光部位接觸，調(diào)節(jié)光纖變換器中差動放大器旋鈕至增益最大，再旋轉(zhuǎn)測微頭，使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋轉(zhuǎn)測微頭使反光部位慢慢離開探頭，觀察電壓讀數(shù)由小—大—小的變化。5．旋轉(zhuǎn)測微頭使電壓表指示重新回零，記下測微頭讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.5mm讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入下表：ΔX（mm）0.51.01.52.0…10.0指示（V）6.關(guān)閉電源，把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。7.作出V-ΔX曲線，計算靈敏度S=ΔV／ΔX及線性范圍。

實驗十五光纖位移傳感器的動態(tài)測試一、實驗?zāi)康牧私夤饫w位移傳感器的動態(tài)應(yīng)用。二、實驗器件電源、差動變換器Ⅱ、光纖位移傳感器、低通濾波器、振動臺、低頻振蕩器、振動源、示波器。三、實驗步驟1．了解振動源在實驗儀上所在位置及振動源的符號。2．差動變換器II調(diào)零，按照圖S15.1接線。圖S15.1接線參考圖3．將測微頭與振動臺面脫離，測微頭遠(yuǎn)離振動臺。將光纖探頭與振動臺反射部位的距離調(diào)整在光纖傳感器工作點即線性段中點上（利用靜態(tài)特性實驗中得到的特性曲線，選擇線性中點的距離為工作點，目測振動臺上的反射面與光纖探頭端面之間的相對距離即線性區(qū)ΔX的中點）。4．將低頻振蕩的輸出端接入振動源，開啟電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕，使振動臺振動且振動幅度適中。5．保持低頻振蕩器輸出的Vp-p幅值不變，改變低頻振蕩器的頻率（用示波器觀察低頻振蕩器輸出的Vp-p值為一定值，在改變頻率的同時如幅值發(fā)生變化則調(diào)整幅度旋鈕使Vp-p相同），將頻率和示波器上所測的峰峰值（此時的峰峰值Vp-p是指經(jīng)低通后的Vp-p）填入下表，并作出幅頻特性圖：幅度（Vp-p）頻率（Hz）6．關(guān)閉電源，把所有旋鈕復(fù)原到原始最小位置。

實驗十六了解LabVIEW軟件一、實驗?zāi)康?、初步了解LabVIEW軟件的前面板程序與流程圖程序2、初步了解調(diào)用控件和函數(shù)模塊的方法二、實驗步驟1、創(chuàng)建一個VI（1）、啟動LABVIEW，在如圖S16.1所示的界面上點擊菜單“文件>>新建VI”按鈕。圖S16.1LABVIEW啟動界面（2）、在圖S16.2所示的出現(xiàn)新建的空白VI子程序。圖S16.2“新建”的子程序（3）、在新創(chuàng)建的VI中，點擊下拉菜單“文件”，選擇“另存為…”，將VI命名為exp1.vi，并保存到E:\test目錄下。2、修改一個已存在的VI（1）在圖S16.1的界面上，點擊“打開…”按鈕，找到已經(jīng)保存的空白VI，其路徑為E:\measurement\exp1.vi（2）、從前面板開發(fā)窗口轉(zhuǎn)到程序框圖編輯窗口選擇主菜單“窗口>>顯示窗口”或者按“Ctrl+E”鍵（3）指示燈設(shè)計一①、前面板設(shè)計放入兩個按鈕和一個指示燈：執(zhí)行點擊鼠標(biāo)右鍵“控件>>按鈕與開關(guān)>>文件按鈕和停止按鈕”和“控件>>指示燈>>方形指示燈”操作，分別在按鈕和指示燈上點擊右鍵，選擇“屬性”,在彈出的對話框中將“標(biāo)簽”改為“控制按鈕”，操作→單擊時轉(zhuǎn)換；將“指示燈“的標(biāo)簽改為“顯示燈”；如圖S16.3（a）所示。（a）前面板（b）程序框圖圖S16.3指示燈顯示界面②、程序框圖的設(shè)計放入一個while結(jié)構(gòu)：在后臺程序窗口中右擊出現(xiàn)“編程>>結(jié)構(gòu)>>While循環(huán)”操作，按如圖S16.3（b）連線。③、保存文件④、運行程序。按下程序運行按鈕后，操作控制按鈕，觀察指示燈變化情況。應(yīng)該當(dāng)控制按鈕按下時，燈亮，彈起時燈熄滅。⑤、停止程序運行操作。按下stop按鈕。⑥、右鍵單擊控制按鈕，選擇“屬性>>操作”中改變“按鈕動作”，重復(fù)運行程序，比較按鈕和燈的變化；（4）指示燈設(shè)計二在指示燈設(shè)計一的基礎(chǔ)上進行添加①、前面板的設(shè)計放入一個布爾量控件執(zhí)行“按鈕與開關(guān)>>垂直搖桿開關(guān)”操作，在布爾量控件上點擊右鍵，選擇“屬性”，在彈出的對話框中將其“標(biāo)簽”改為“開關(guān)1”。放入一個指示燈執(zhí)行“指示燈>>圓形指示燈”操作，在指示燈上點擊右鍵，選擇“屬性”，在彈出的對話框中將其“標(biāo)簽”改為指示燈1。設(shè)計好的前面板如圖S16.3（a）所示②、程序框圖的設(shè)計打開程序框圖，在將鼠標(biāo)放在While循環(huán)結(jié)構(gòu)的右下角上，光標(biāo)變成一個雙向箭頭，按下鼠標(biāo)左箭頭，往外拖就可以改變While結(jié)構(gòu)框的大小。將開關(guān)1、指示燈1放入While結(jié)構(gòu)框內(nèi)，連接開關(guān)1和指示燈1，如圖S16.4（b）所示（a）前面板（b）程序框圖圖S16.4指示燈1③、運行程序。按下程序運行按鈕后，操作開關(guān)1，觀察指示燈1變化情況。④、停止程序運行操作。按下stop按鈕。（5）指示燈設(shè)計三在指示燈設(shè)計二的基礎(chǔ)上進行添加①、前面板的設(shè)計放入一個布爾量控件執(zhí)行“按鈕與開關(guān)>>垂直搖桿開關(guān)”操作，在布爾量控件上點擊右鍵，選擇“屬性”，在彈出的對話框中將其“標(biāo)簽”改為“開關(guān)2”。放入一個指示燈執(zhí)行“指示燈>>圓形指示燈”操作，在指示燈上點擊右鍵，選擇“屬性”，在彈出的對話框中將其“標(biāo)簽”改為指示燈2。設(shè)計好的前面板如圖S16.4（a）所示②、程序框圖的設(shè)計將開關(guān)2、指示燈2放入While結(jié)構(gòu)框內(nèi)，連接開關(guān)2和指示燈2，如圖S16.5（b）所示。（a）前面板（b）程序框圖圖S16.5指示燈2③、運行程序。按下程序運行按鈕后，操作開關(guān)2，觀察指示燈2變化情況，同時操作控制按鈕、開關(guān)1，其對應(yīng)指示燈會亮。④、停止程序運行操作，按下stop按鈕。三、實驗分析與小結(jié)分析實驗過程，寫出在本次實驗中所取得的收獲。

實驗十七虛擬波形發(fā)生器與示波器的使用一、實驗?zāi)康?、加深學(xué)習(xí)控件的調(diào)用和屬性設(shè)計。2、學(xué)習(xí)case結(jié)構(gòu)的使用方法、學(xué)習(xí)正弦波、三角波、方波信號發(fā)生函數(shù)的使用。二、實驗內(nèi)容與步驟1、實驗內(nèi)容：波形發(fā)生器與示波器功能描述：該波形仿真信號發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波信號，指標(biāo)如下：頻率范圍：0.1Hz~10kHz，可選。初始相位：0°~180°，可選幅值：0.1V~5V生成波形的總點數(shù)：N=8~1024，可選2、設(shè)計步驟（1）創(chuàng)建一個空白VI，命名為exp3.vi，并保存到E:\measurement目錄下。（2）波形發(fā)生器與示波器設(shè)計①、前面板設(shè)計5個數(shù)值型控件執(zhí)行“經(jīng)典>>經(jīng)典數(shù)值>>數(shù)值輸入控件”操作，分別將“標(biāo)簽”修改為信號頻率（HZ）、采樣頻率（HZ）、采樣點數(shù)、amplitude(v)、相位(度)，按照指標(biāo)修改各控件的數(shù)據(jù)范圍；在信號頻率（HZ）上點擊右鍵，選擇“屬性>>數(shù)值輸入”在設(shè)置框中，取消“使用默認(rèn)界限”，將最小值設(shè)置為0.1，將最大值設(shè)置為100000；同理在采樣點數(shù)的設(shè)置中不選擇“使用默認(rèn)界限”，將最小值設(shè)置為8，將最大值設(shè)置為1024；在amplitude(v)的設(shè)置中不選擇“使用默認(rèn)界限”，將最小值設(shè)置為0.1，將最大值設(shè)置為10；在相位(度)的設(shè)置中不選擇“使用默認(rèn)界限”，將最小值設(shè)置為0，將最大值設(shè)置為180；一個布爾量控制件執(zhí)行“經(jīng)典>>經(jīng)典布爾>>垂直開關(guān)”操作，將“標(biāo)簽”修改為復(fù)位相位。一個菜單環(huán)控制件執(zhí)行“控件>>系統(tǒng)>>系統(tǒng)下拉列表”操作，將“標(biāo)簽”修改為波形選擇，并隱藏“標(biāo)簽”，點擊右鍵，選擇“屬性>>編輯項”，選擇“有序值”，點擊“插入”按鈕添加選項，分別將“標(biāo)簽”修改為正弦波、三角波、方波（漢字可在別的地方寫好，拷貝進去。），如圖S17.1所示一個圖形顯示件。執(zhí)行“經(jīng)典>>經(jīng)典圖形>>波形圖”操作，隱藏“標(biāo)簽”。注意：控件參數(shù)設(shè)置應(yīng)考慮采樣頻率，信號頻率，一個周期采樣的點數(shù)n和總采樣點數(shù)N的關(guān)系：，故的最大值應(yīng)是被測信號頻率最大值的n倍，且N≥n。按照圖S17.2（a）修飾前面板圖S17.1波形選擇件屬性修改①、程序框圖的編輯放入一個case結(jié)構(gòu)執(zhí)行“編程>>結(jié)構(gòu)>>條件循環(huán)”操作。放入一個While結(jié)構(gòu)執(zhí)行“編程>>結(jié)構(gòu)>>While循環(huán)”操作。放入一個wait函數(shù)執(zhí)行“編程>>定時>>等待（ms）”操作。放入一個除法器執(zhí)行“編程>>數(shù)值>>除”操作。放入一個求倒數(shù)函數(shù)執(zhí)行“編程>>數(shù)值>>倒數(shù)”操作。放入一個正弦波發(fā)生