測(cè)試技術(shù)與傳感器

PAGEPAGE22測(cè)試技術(shù)與傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書羅志增、倪紅霞、席旭剛編倪紅霞校杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院二○一○年五月前言本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書是為了配合“測(cè)試技術(shù)與傳感器”、“傳感器原理及應(yīng)用”“集成傳感器與應(yīng)用”等課程而編寫的，實(shí)驗(yàn)儀器是杭州高聯(lián)教學(xué)儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀CSY-910，實(shí)驗(yàn)過程中大部分實(shí)驗(yàn)需由雙蹤示波器配合測(cè)試完成。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)編排基本按照教材《測(cè)試技術(shù)與傳感器》講課進(jìn)程，每個(gè)實(shí)驗(yàn)從易到難，從靜態(tài)測(cè)量到動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的規(guī)律安排。全書共列四個(gè)實(shí)驗(yàn)，涉及七種不同傳感器，計(jì)劃每個(gè)實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)，教師可根據(jù)不同教學(xué)要求，按需要選做。目錄實(shí)驗(yàn)一、應(yīng)變片與直流電橋（單臂、半橋、全橋比較）…………3實(shí)驗(yàn)二、應(yīng)變片與交流電橋、應(yīng)變片電橋的應(yīng)用………6實(shí)驗(yàn)三、差動(dòng)變壓器性能、零殘及補(bǔ)償、標(biāo)定實(shí)驗(yàn)…………………9實(shí)驗(yàn)四、渦流傳感器、霍耳傳感器、壓電加速度、電容傳感器實(shí)驗(yàn)………12附錄A實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式、要求…………17附錄B實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹………………………17

實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片與直流電橋（單臂、半橋、全橋比較）一、金屬箔式應(yīng)變片性能——單臂單橋?qū)嶒?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。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、測(cè)微頭、應(yīng)變片、電壓表。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)電橋平衡（或調(diào)整到平衡）時(shí)，輸出為零，當(dāng)橋臂電阻變化時(shí)，電橋產(chǎn)生相應(yīng)輸出。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：直流穩(wěn)壓電源打到4V檔，接線過程應(yīng)關(guān)閉電源，電壓表打到2V檔，如實(shí)驗(yàn)過程中指示溢出則改為20V檔，接線過程注意電源不能短接。實(shí)驗(yàn)時(shí)位移起始點(diǎn)不一定在10mm處，可根據(jù)實(shí)際情況而定。為確保實(shí)驗(yàn)過程中輸出指示不溢出，差動(dòng)放大增益不宜過大，可先置中間位置，如測(cè)得的數(shù)據(jù)普遍偏小，則可適當(dāng)增大，但一旦設(shè)定，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中不能改變。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）觀察雙平行梁上的應(yīng)變片、測(cè)微頭的位置，每一應(yīng)變片在傳感器實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)上有引出插座。（2）將差動(dòng)放大器調(diào)零。方法是用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器正負(fù)輸入端相連并與地端連接起來，然后將輸出端接到電壓表的輸入插口。接通主、副電源。調(diào)整差動(dòng)放大器上的調(diào)零旋鈕使表頭指為示零。關(guān)閉主副電源。（3）根據(jù)圖1的電路結(jié)構(gòu)，利用電橋單元上的接線座用導(dǎo)線連接好測(cè)量線路（差動(dòng)放大器接成同相反相均可）。RxW1A+4VR1rR2R3VRxW1A+4VR1rR2R3Vrr-4V-4Vc電橋RXRXR1R2W2W1c電橋RXRXR1R2W2W1圖1儀器上的電橋模塊及單臂電橋接線圖圖1儀器上的電橋模塊及單臂電橋接線圖（4）檢查測(cè)微頭安裝是否牢固，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭至10mm刻度處，并調(diào)整旋緊固定螺釘，使測(cè)微頭上下移動(dòng)至雙平行梁處于水平位置（目測(cè)），測(cè)微頭與梁的接觸緊密。（5）將直流穩(wěn)壓電源開關(guān)打到4V檔，打開主副電源，預(yù)熱數(shù)分鐘，調(diào)整電橋平衡電位器W1，使電壓表指示為零。調(diào)零時(shí)逐步將電壓表量程20V檔轉(zhuǎn)換到2V檔。（6）旋動(dòng)測(cè)微頭，記下梁端位移與電壓表的數(shù)值，每一圈0.5mm記一個(gè)數(shù)值。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，并作出V一X關(guān)系曲線。，其中為電壓變化，為相應(yīng)的梁端位移變化。（7）按最小二乘法求出擬合直線，并求線性度誤差，最后根據(jù)擬合直線求靈敏度。（8）在最大位移處，以每0.5mm減至原始值，記錄反行程下的示值，根據(jù)所得結(jié)果算出滯后誤差位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5電壓（mV）正行程電壓（mV）反行程思考題1．本實(shí)驗(yàn)電路對(duì)直流穩(wěn)壓源、差動(dòng)放大器有何要求？它們對(duì)輸出結(jié)果影響怎樣？二、金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比較實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證單臂、半橋、全橋的性能。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、應(yīng)變片、電壓表、測(cè)微頭實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)電橋平衡（或調(diào)整到平衡）時(shí)，輸出為零，當(dāng)橋臂電阻變化時(shí)，電橋產(chǎn)生相應(yīng)輸出。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：直流穩(wěn)壓電源打到4V檔，電壓表打到2V檔，實(shí)驗(yàn)過程還須注意的事項(xiàng)：（1）在連線和更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將直流穩(wěn)壓電源關(guān)閉。（2）在實(shí)驗(yàn)過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表過載，應(yīng)將量程擴(kuò)大。（3）在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。（4）接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各應(yīng)變片的工作狀態(tài)與方向，不得接錯(cuò)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：按單臂電橋?qū)嶒?yàn)中的方法將差動(dòng)放大器調(diào)零。W1R2rVR3W1R2rVR3+4V+4VR1R1R4––4V圖2全橋電路圖2全橋電路(2)按圖2接線，圖中為應(yīng)變片，其余為固定電阻，及為調(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)壓電源打到士4V檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?。然后調(diào)整電橋平衡電位器，使電壓表示零（需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）。（4）向上旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁向上移動(dòng)每隔0.5mm位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5電壓（mV）（5）保持差動(dòng)放大器增益不變，將換為與工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片（一片為拉時(shí)，另一片為壓），形成半橋，調(diào)好零點(diǎn)，同樣測(cè)出讀數(shù)，填入下表：位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5電壓（mV）（6）保持差動(dòng)放大器增益不變，將，兩個(gè)電阻換成另兩片相反工作的應(yīng)變片，接成一個(gè)直流全橋，調(diào)好零點(diǎn)，將讀出數(shù)據(jù)填人下表：位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5電壓（mV）（7）在同一坐標(biāo)紙上描出三根X一V曲線，比較三種接法的靈敏度，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。思考題1．如用最小二乘法擬合三根X一V曲線，寫出各自的線性化方程。理論上三種接法中哪一種線性最好？對(duì)實(shí)際結(jié)果是否符合理論情況作出具體分析。

實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片與交流電橋、應(yīng)變片電橋的應(yīng)用一、相敏檢波器、移相器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庀嗝魴z波器的原理和工作情況。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：相敏檢波器、音頻振蕩器、移相器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、電壓表、雙蹤示波器實(shí)驗(yàn)原理：相敏檢波利用參考端電壓的極性不同，導(dǎo)致輸入—輸出相位發(fā)生改變的原理。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：參考輸入端1（DC）與參考輸入端5（AC）不能同時(shí)接線。由于作為電子開關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)管3DJ7H性能所限，相敏檢波器輸出有兩個(gè)半波不一樣的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）把音頻振蕩器的輸出電壓（0°輸出端）接至相敏檢波器的輸入端4。（2）將直流穩(wěn)壓電源打到2V檔，把輸出電壓（正或負(fù)均可）接到相敏檢波器的參考輸入端1（DC）。參考輸入端也稱相敏檢波器的控制端，控制信號(hào)是直流時(shí)，接1，交流時(shí)接5。W151KW151KR52.2K513264R222KR130KR330KA1A2R430K場(chǎng)效應(yīng)管INOUTINOUT123456DC圖3相敏檢波器圖3相敏檢波器（3）把示波器的兩根輸入線分別接到相敏檢波器的輸入端和輸出端，觀察輸入和輸出波形的相位關(guān)系和幅值關(guān)系。（4）改變參考輸入端1的電壓極性，觀察輸入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)，輸入與輸出相，當(dāng)參考電壓為負(fù)時(shí)，輸入與輸出相，此電路的放大倍數(shù)為倍。（5）從音頻振蕩器的0°輸出插口輸出信號(hào)再接一根線至移相器輸入端，移相器的輸出端與相敏檢波器的參考輸入端5（AC）之間連接起來，此時(shí)應(yīng)斷開參考輸入端1的連線。保持原相敏檢波器的信號(hào)輸入端與音頻振蕩器0°輸出插口的連接。（6）將示波器的兩根輸入線分別連到相敏檢波器輸入端和參考輸入端5，調(diào)整移相器，使兩個(gè)信號(hào)同相位。再將接相敏檢波器參考輸入端5的示波器的探頭移至相敏檢波器輸出端，觀察示波器上的兩個(gè)波形。由此得出：相敏檢波器和移相器組合整形電路的作用是將輸入的波轉(zhuǎn)變成波。（7）將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接起來，低通濾器的輸出端接至電壓表的輸入端（20V檔）。（8）適當(dāng)調(diào)整音頻振蕩器的幅度，仔細(xì)觀察示波器的波形和電壓表讀數(shù)變化，然后將相敏檢波器的輸入端接到音頻振蕩器的180°輸出插口，保持移相器接0°不變，觀察示器波的波形和電壓表數(shù)字變化。由此可以看出：當(dāng)相敏撿波器的輸入與控制信號(hào)（參考輸入端5信號(hào)）（同、反）相時(shí)，輸出為正極性的波形，電壓表指示為極性方向的最大值，反之則輸出為極性的波形，電壓表指示為極性的最值。當(dāng)音頻振蕩器的幅值增大時(shí)，波形幅值，電壓表讀數(shù)。所以，相敏檢波器、移相器、低通濾波器組合后可用來測(cè)量交流信號(hào)的幅值。（9）改變音頻振蕩器的頻率，發(fā)現(xiàn)信號(hào)間相位，輸出波形也發(fā)生，此時(shí)要重新調(diào)整移相器才能使信號(hào)間相位一致。（10）調(diào)整移相器，使電壓表輸出最大，利用示波器和電壓表，測(cè)出相敏檢波器的輸入電壓峰峰值與輸出直流電壓的關(guān)系。（注意應(yīng)置示波器探頭衰減為×1，對(duì)應(yīng)的通道VAR為最大）輸入Vip-p（V）0．51248輸出Vo（V）（11）使輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位差改為180°，測(cè)出上述關(guān)系數(shù)據(jù)：輸入Vip-p（V）0．51248輸出Vo（V）思考題當(dāng)相敏檢波器輸入為直流時(shí)，輸出波形如何？其平均值為多少？二、金屬箔式應(yīng)變片——交流全橋?qū)嶒?yàn)?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷乃谋蹜?yīng)變片電橋的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測(cè)微頭、砝碼、示波器。實(shí)驗(yàn)原理：工作原理同直流電橋，但供橋電源為交流，差放的輸出值也為交流電壓。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：旋鈕初始位置是，音頻振蕩器4KHz左右，幅度適中，電壓表打到2V檔，差動(dòng)放大器增益旋至中位。其它還須注意的事項(xiàng)有：（1）本實(shí)驗(yàn)也可用示波器觀察各環(huán)節(jié)的波形。（2）組橋時(shí)應(yīng)注意應(yīng)變片的受力狀態(tài)，使橋路正常工作。（3）如果緊接著做后續(xù)的實(shí)驗(yàn)，則不要變動(dòng)音頻振蕩器的幅度旋鈕及差動(dòng)放大器的增益旋鈕。（4）做電子稱應(yīng)用部分實(shí)驗(yàn)時(shí)，磚碼應(yīng)盡量放在應(yīng)變梁端部的正中間。（5）做電子稱應(yīng)用部分實(shí)驗(yàn)時(shí)，在懸壁梁系統(tǒng)的自由端部不得有與外部相碰擦的情況。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）按實(shí)驗(yàn)一的方法將差動(dòng)放大器調(diào)零。（2）引出四片金屬箔式應(yīng)變片（2個(gè)正片、2個(gè)負(fù)片），在電橋單元上組成全橋（注意應(yīng)變片的正確接入）。（3）按圖4的電路搭成工作電橋，圖中～為應(yīng)變片，為調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，電橋供橋電壓必須從音頻振蕩器的插口輸出（負(fù)載能力強(qiáng)）。（4）將音頻振蕩器的幅度旋至中位。根據(jù)相敏檢波、移相器實(shí)驗(yàn)方法調(diào)整好移相器（使電壓表的讀數(shù)最大）。如差放的輸出偏小，可適當(dāng)增加音頻振蕩器的幅度。（5）確認(rèn)測(cè)微頭安裝到位，調(diào)整旋緊固定螺釘，旋動(dòng)測(cè)微頭至10mm處使梁處于水平位置（目測(cè)）。調(diào)整W1與W2使電壓表指零。（W1與W2須交互反復(fù)調(diào)整）由此可見：在交流電橋中，必須有個(gè)可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡，這是因?yàn)殡娐反嬖诙鸬?。?）旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.X（mm）V（mV）根據(jù)所得數(shù)值，作出X一V曲線，并與前面直流電橋的結(jié)果相比較。4KHz4KHz（0°）4KHz（LV）VPP＝10～20V1圖4交流電橋接線圖圖4交流電橋接線圖R4VW1CR1rW2R2R3R4VW1CR1rW2R2R3交流全橋的應(yīng)用——電子秤實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按圖4接線，調(diào)好移相器，去掉測(cè)微頭。（2）將系統(tǒng)重新調(diào)零（調(diào)整W1、W2）。（3）在位移臺(tái)上加不同重量的簡(jiǎn)易法碼（鐵環(huán)）進(jìn)行標(biāo)定，將結(jié)果填入下表：W（g）20406080100120V（V）（4）在位移臺(tái)上加上一個(gè)重量未知的重物（如：鑰匙串），記上電壓表的讀數(shù)：（5）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出未知重物的重量。思考題要將這個(gè)電子秤方案投入實(shí)際應(yīng)用，你認(rèn)為哪些部分需要改進(jìn)？

實(shí)驗(yàn)三差動(dòng)變壓器性能、零殘及補(bǔ)償、標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的原理及工作情況。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：音頻振蕩器、測(cè)微頭、雙蹤示波器、差動(dòng)式電感。實(shí)驗(yàn)原理：交流電通過偶合的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：旋鈕初始位置是，音頻振蕩器4KHz～6KHz左右，幅度適中，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mV/cm，第二通道靈敏度10mV／cm。其它還須注意的事項(xiàng)有：（1）差動(dòng)變壓器的激勵(lì)源必須從音頻振蕩器的電源輸出插口（LV插口）輸出。（2）差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)線圈必須接成差動(dòng)形式，即，兩個(gè)同名端短接，另兩個(gè)同名端則構(gòu)成輸出。（3）差動(dòng)變壓器與激勵(lì)信號(hào)的連線應(yīng)盡量短一些，以避免引入干擾。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：接示波器第二通道（靈敏度10mV／接示波器第二通道（靈敏度10mV／cm）觀測(cè)輸出信號(hào)接Lv：4KHz～6KHz左右，Vpp=2V；同時(shí)接示波器第一通道觀測(cè)輸入信號(hào)。接Lv：4KHz～6KHz左右，Vpp=2V；同時(shí)接示波器第一通道觀測(cè)輸入信號(hào)。圖5差動(dòng)變壓器接線方式圖5差動(dòng)變壓器接線方式調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，觀察第一通道示波器，使音頻LV信號(hào)輸入到初級(jí)線圈的電壓為VPP＝2伏。調(diào)整測(cè)微頭，使銜鐵處于中間位置M（此時(shí)輸出信號(hào)最?。?，記下此時(shí)測(cè)微頭的刻度值填入下表（4）旋動(dòng)測(cè)微頭，從示波器第二通道上讀出次級(jí)差動(dòng)輸出電壓的峰一峰值填入下表：X（mm）M-2.0M-1.5M-1.0M-0.5M(中間位置)M+0.5M+1.0M+1.5M+2.0Vop-p（mV）*如果第二通道的信號(hào)實(shí)在太弱，可先接差放再行觀察。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相位關(guān)系：當(dāng)鐵芯從上至下過零位時(shí),相位由（同、反）相變?yōu)椋ㄍ?、反）相；再由下至上過零位時(shí)，相位由相變?yōu)橄?；?）仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭使次級(jí)的差動(dòng)輸出電壓為最小，必要時(shí)應(yīng)將通道二的靈敏度打到最高檔，這個(gè)最小電壓叫做，可以看出它的基波與輸入電壓的相位差約為。(6)根據(jù)所得結(jié)果，畫出（Vop-p一X）曲線，指出線性工作范圍，求出靈敏度：，更一般地，由于靈敏度還與激勵(lì)電壓有關(guān)，因此：＝。二、差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饬泓c(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償及其方法。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：音頻振蕩器、測(cè)微頭、電橋、差動(dòng)放大器、雙蹤示波器。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：音頻信號(hào)必須從LV插口引出。旋鈕初始位置是，音頻振蕩器4KHz～6KHz左右，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mV/cm，第二通道靈敏度1V/cm，觸發(fā)選擇打到第一通道，差動(dòng)放大器的增益旋到適中。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器的輸出為2伏峰一峰值。（2）觀察差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)。按圖6接好線，音頻振蕩器必須從LV插口輸出，為電橋單元中的調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。（3）調(diào)整測(cè)微頭，使差動(dòng)放大器輸出電壓最小（此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出是零點(diǎn)殘余電壓）。（4）依次調(diào)整使輸出電壓進(jìn)一步減小，必要時(shí)重新調(diào)節(jié)測(cè)微頭。（5）將第二通道的靈敏度提高，觀察零點(diǎn)殘余電壓的波形，注意與激勵(lì)電壓波形相比較。經(jīng)過補(bǔ)償后的殘余電壓波形：為一波形，這說明波形中有分量。LVCr接第一通道5kHz，Vpp=2V接第二通道W2W1LVCr接第一通道5kHz，Vpp=2V接第二通道W2W1圖6零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償圖6零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償接第二通道LV接第一通道4kHz，Vpp=2VW2W1Cr接第二通道LV接第一通道4kHz，Vpp=2VW2W1Cr圖7零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償?shù)牧硪环N方法圖7零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償?shù)牧硪环N方法思考題1．本實(shí)驗(yàn)也可用附圖7所示線路，試解釋原因。三、差動(dòng)變壓器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器測(cè)量系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：音頻振蕩器、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測(cè)微頭、電橋、電壓表、示波器。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：旋鈕初始位置是，音頻振蕩4KHz，差動(dòng)放大器的增益打到最大，電壓表打到2V檔。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：按圖8接好線路W2W2W1rrCC圖8差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)接線圖8差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)接線音頻振蕩器，4kHz，Vpp=2VV0°LV音頻振蕩器，4kHz，Vpp=2VV0°LV（2）裝上測(cè)微頭，上下調(diào)整，使差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈的中段位置（差動(dòng)放大器輸出最?。?。（3）利用示波器和電壓表，調(diào)整W1、W2電位器，使電壓表指示最小，再調(diào)整差放的調(diào)零旋鈕，使電壓表指示為零。（4）給測(cè)微頭一個(gè)較大的位移，調(diào)整移相器，使電壓表指示為最大，同時(shí)可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形（全半波為正常）。（5）電壓表在20V檔，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使電壓表讀數(shù)為零（此時(shí)鐵芯又回到中間位置），記錄該中間位置的刻度。旋動(dòng)測(cè)微頭，每隔0.X（mm）V（V）（6）測(cè)微頭回零位，反方向旋動(dòng)測(cè)微頭，每隔0.X（mm）V（V）思考題1．作出V一X曲線，給出你認(rèn)為較好的線性工作區(qū)間，分析產(chǎn)生非線性誤差的原因是什么？求出靈敏度。

實(shí)驗(yàn)四渦流傳感器、霍耳傳感器、電容傳感器、壓電加速度傳感器實(shí)驗(yàn)一、渦流傳感器實(shí)驗(yàn)1.1電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流式傳感器的原理及工作性能。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：渦流變換器、電壓表、測(cè)微頭、鐵測(cè)片、渦流傳感器、示波器。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)渦流傳感器（線圈）接近金屬導(dǎo)體時(shí)，在金屬表面形成渦流，在渦流作用下，線圈感抗發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：被測(cè)體與渦流傳感器測(cè)試頭平面必須平行，并將測(cè)頭盡量對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體中間。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）裝好傳感器、測(cè)微頭、鐵測(cè)片，使鐵測(cè)片和渦流傳感器間距3～5mm。（2）觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)平繞線圈。（3）用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器的輸入端，將輸出端接至電壓表，電壓表初始位置置于20V檔，見圖9。（4）適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器與鐵測(cè)片的距離，使其與被測(cè)鐵片基本接觸，從此開始讀數(shù)（旋動(dòng)測(cè)微頭，使被測(cè)片遠(yuǎn)離），記下電壓表的讀數(shù)值，填入下表：X（mm）V（直流表讀數(shù)）建議每隔0．25mm讀一次數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止。注意，當(dāng)傳感器與鐵測(cè)片距離小到一定程度時(shí)，渦流傳感器的輸出可能不再改變。渦流變換器渦流變換器OUTINOUTIN渦流傳感器渦流變換器渦流傳感器渦流變換器VV圖圖9電渦流式傳感器接線思考題1．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在座標(biāo)紙上畫出V一X曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度S，（最好能用誤差理論的方法求出線性范圍內(nèi)的線性度，靈敏度）?？梢姡簻u流傳感器最大的特點(diǎn)是，傳感器與被測(cè)體間有一個(gè)最佳初始工作點(diǎn)。1.2、被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠煌牧媳粶y(cè)體對(duì)渦流傳感器的影響。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：渦流傳感器、渦流變換器、電壓表、測(cè)微頭、鐵測(cè)片、鋁測(cè)片。實(shí)驗(yàn)原理：當(dāng)渦流傳感器（線圈）接近金屬導(dǎo)體時(shí)，在金屬表面形成渦流，在渦流作用下，線圈感抗發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：被測(cè)體與渦流傳感器測(cè)試頭平面必須平行，并將測(cè)頭盡量對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體中間。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）裝上鋁測(cè)片，安裝好渦流傳感器，調(diào)整好位置，裝好測(cè)微頭。（2）仍按圖9接線。從傳感器與被測(cè)鋁片接觸開始，旋動(dòng)測(cè)微頭改變傳感器與被測(cè)體的距離，記錄電壓表讀數(shù)，到出現(xiàn)明顯的非線性時(shí)止，然后換上鐵片重復(fù)上述過程，將所得結(jié)果填入下表：X（mm）V鋁（V）V鐵（V）思考題據(jù)所得結(jié)果，在同一座標(biāo)紙上畫出兩條V一X曲線，分別計(jì)算出它們的靈敏度與線性度，并比較它們的線性范圍和靈敏度。可見，這種電渦流式傳感器在被測(cè)體不同時(shí)必須重新進(jìn)行工作。二、霍耳式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣舳絺鞲衅鞯脑砼c特往。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：霍耳片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動(dòng)放大器、電壓表、直流穩(wěn)壓電源、測(cè)微頭。實(shí)驗(yàn)原理：霍耳效應(yīng)。在霍耳器件中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)著的電子在磁場(chǎng)的作用下，受洛侖磁力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，電荷的堆積形成霍耳電勢(shì)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：有關(guān)旋鈕初始位置是，差動(dòng)放大器增益旋鈕打到中位，電壓表置2V檔（或20V檔），直流穩(wěn)壓電源置2V檔。其它注意事項(xiàng)：1．由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍耳片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。2．一旦調(diào)整好后，測(cè)量過程中不能再移動(dòng)調(diào)零電路系統(tǒng)。激勵(lì)電壓不能任意過大，以免損壞霍耳片。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：按圖10接線：為電橋單元中的直流平衡網(wǎng)絡(luò)。ｒ1ｒ1＋２ＶV＋２ＶVW1W1－２Ｖ－２Ｖ圖10圖10霍耳式傳感器直流激勵(lì)方式（2）調(diào)整測(cè)微頭，目測(cè)使霍耳片基本處于上下中間位置。（3）開啟電源，差動(dòng)放大器調(diào)零，然后重新接好線路。（4）調(diào)整，使電壓表指示為零。上下旋動(dòng)測(cè)微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.5mmＸ（ｍｍ）Ｖ（Ｖ）Ｘ（ｍｍ）Ｖ（Ｖ）思考題1．作出V一Ｘ曲線，指出線性范圍，求出靈敏度?？梢姡罕緦?shí)驗(yàn)測(cè)出的實(shí)際上是磁場(chǎng)的分布情況，它的線性越好，位移測(cè)量的線性度也越好，它的變化越陡，位移測(cè)量的靈敏度也就。三、壓電加速度傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘娂铀俣葌鞲衅鞯脑?、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：低頻振蕩器（激振信號(hào)）、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電加速度傳感器、雙蹤示波器。實(shí)驗(yàn)原理：質(zhì)量塊在加速度的作用下產(chǎn)生慣性力，慣性力作用于壓電傳感器則生成電荷。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1．雙平行梁振動(dòng)時(shí)應(yīng)無碰撞現(xiàn)象，否則將嚴(yán)重影響輸出波形。必要時(shí)可松開梁的固定端，小心調(diào)整一個(gè)位置再試。2．低頻振蕩器的幅度應(yīng)適當(dāng)，避免失真。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：觀察裝于雙平行梁上的壓電加速度傳感器的結(jié)構(gòu)，它主要由壓電陶瓷片及慣性質(zhì)量塊組成。低頻振蕩器的輸出（V0、GND）接雙平行梁的激振器Ⅱ。低頻振蕩器的輸出（V0）接移相器，移相器的輸出接相敏檢波器的控制端5（AC）。將壓電加速度傳感器的輸出接到電荷放大器的輸入端，引線要盡量地短，盡可能用屏蔽線。然后將電荷放大器的輸出接到相敏檢波器，通過低通濾波接至電壓表的輸入端，同時(shí)在電荷放大器的輸出端用示波器觀察輸出波形（如圖11所示）。（低頻振蕩器Vo）振動(dòng)信號(hào)（低頻振蕩器Vo）振動(dòng)信號(hào)VV加速度傳感器加速度傳感器電荷放大器電荷放大器圖11圖11壓電式傳感器的接線（5）卸去測(cè)微頭。（6）開啟電源，觀察雙平行梁是否振動(dòng)，如無，檢查低頻振蕩器的輸出是否正確接到激振器Ⅱ上，適當(dāng)調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度，不宜過大。（7）用示波器的觀察電荷放大器的輸出波形和電壓表的讀數(shù)（需要按前面的方法調(diào)移相器）。（8）改變頻率，觀察輸出波形的變化和電壓表的讀數(shù)。（9）用手輕擊試驗(yàn)臺(tái)，觀察輸出波形的變化?？梢娗脫魰r(shí)輸出波形會(huì)產(chǎn)生，試解釋原因。四、電容傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備：電容傳感器、電容變換器、差動(dòng)放大器、電壓表、低通濾波器、激振器、示波器。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：差動(dòng)放大器調(diào)零，按圖12接線。差動(dòng)放大器電容變送器差動(dòng)放大器電容變送器VVC2C1C2C1C2C1C2C1VoVo圖1圖12差動(dòng)變面積式電容傳感器實(shí)驗(yàn)接線（2）差動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，電壓表打到2V檔，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使輸出為零。（3）旋動(dòng)測(cè)微頭，每次位移0.X（mm）V（V）（4）退回測(cè)微頭至初始位置，并開始以相反方向旋動(dòng)，同上法，記下X（mm）及V（mV）值。X（mm）V（V）（5）計(jì)算系統(tǒng)靈敏度，并作出V一X曲線。

附錄A實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式、要求實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖褂脙x器設(shè)備編號(hào)、部件及備件實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)、現(xiàn)象記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、誤差分析、現(xiàn)象分析回答思考題附錄BCSY910綜合傳感器實(shí)驗(yàn)儀簡(jiǎn)介CSY910傳感器實(shí)驗(yàn)儀總體介紹實(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、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線Φ3.5插孔、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）。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（±2V－±10V檔位調(diào)節(jié)）、數(shù)字顯示電壓表、動(dòng)圈毫伏表（5mV-500mV）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：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。CSY910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發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。傳感器實(shí)驗(yàn)裝置外形圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置外形圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置頂部傳感器布局圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置頂部傳感器布局圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置頂部傳感器布局平面圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置頂部傳感器布局平面圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置操作面板接線圖傳感器實(shí)驗(yàn)裝置操作面板接線圖二、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