傳感器使用手冊

前s

CSY系列傳感器與檢測技術試驗臺主要用于各大、中專院校及職業(yè)院校開設的“傳感器

原理與技術”“自動化檢測技術”“非電量電測技術”“工業(yè)自動化儀表與把握”“機械量電測”

等課程的試驗教學。

CSY系列傳感器與檢測技術試驗臺上承受的大局部傳感器雖然是教學傳感器（透亮構造便

于教學），但其構造與線路是工業(yè)應用的根底，期望通過試驗幫助寬闊學生加強對書本學問

的理解，并在試驗的進展過程中，通過信號的拾取，轉換，分析，把握應具有的根本的操作

技能與動手力量。

CSY2022與3000系列傳感器與檢測技術試驗臺是本公司多年生產傳感技術教學試驗裝

置的根底上，為適應不同類別、不同層次的專業(yè)需要而設計的產品。

其優(yōu)點在于：

1、適應不同專業(yè)的需要，不同專業(yè)可以有不同的菜單，本公司還可以為用戶的特別要求

制作模板。

2、能適應不斷進展的形勢，作為信息拾取的工具，傳感器進展很快，可以不斷補充型的

傳感器模板。

3、可以利用試驗臺的信號源、試驗電路、傳感器用于學生課程設計、畢業(yè)設計和自制裝

置。

為了讓教師、學生盡快生疏把握試驗臺的使用方法，本手冊列舉了一些試驗示范例子，

教師、學生通過試驗示范例子舉一反三可以自己組織開發(fā)很多試驗頂目。

本手冊由于編寫時間、水平所限，難免有疏漏錯誤之處，熱切期望教師與學生們提出貴重

的意見，予以完善，感謝。

目錄

CSY-2022型傳感器與檢測技術試驗臺說明書，,,,,,,,,,,,,,5

CSY-3000型傳感器與檢測技術試驗臺說明書8

示范試驗名目

2022系列根本試驗舉例

試驗一應變片單臂電橋性能試驗11

試驗二應變片半橋性能試驗17

試驗三應變片全橋性能試驗18

試驗四應變片單臂、半橋、全橋性能比較試驗，,,,,,,,,,,,,,20

試驗五應變片直流全橋的應用一電子秤試驗，,,,,,,,,,,,,,,,21

試驗K應變片溫度影響試驗22

試驗七移相器、相敏檢波器試驗,,,,,,23

試驗八應變片溝通全橋（應變儀）的應用一振動測量試驗,,,,,,,,27

試驗九壓阻式壓力傳感相測量壓力特性試驗,_,,,,,,30

*試驗十壓阻式壓力傳感器應用一壓力計試驗,,,,32

試驗H-一差動變壓器的性能試驗,32

試驗十二鼓勵頻率對差動變壓器特性影響試驗，,,,,,,,,,,,,,,,37

試驗十三差動變壓器零點剩余電壓補償試驗，—,,,,,,,,38

試驗十四差動變壓器測位移特性試驗，——,―39

試驗十五差動變壓器的應用一振動測量試驗，,,-,,,,,,41

試驗十六電容式傳感器測位移特性試驗

試驗十七線性霍爾傳感器測位移特性試驗45

試驗十八線性霍爾傳感器溝通鼓勵時位移特性試驗,,,,,,,,,,,,,,48

試驗十九開關式霍爾傳感器測轉速試驗50

試驗二十磁電式轉速傳感器測轉速試驗,51

試驗二H-----壓電式傳感器測振動試驗53

試驗二十二電渦流傳感器測量位移特性試驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,57

試驗二十三被測體材質對電渦流傳感器特性影響試驗60

用容鯉手妣

試驗二十四被測風光積大小對電渦流傳感器特性影響試驗,,,,,,,,,,61

試驗二十五電渦流傳感器測量振動試驗,,_,,,,,,,,,,,,62

試驗二十六光纖位移傳感器測位移特性試驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,63

試驗二十七光電傳感器測量轉速試驗,,,,,,,66

試驗二十八光電傳感器把握電機轉速試驗,—67

試驗二十九溫度源的溫度調整把握試驗，,———75

試驗三十PtlOO銷電阻測溫特性試驗,,,”,，79

試驗三H??一Cu50銅電阻測溫特性試驗,,,85

試驗三十二K熱電偶測溫特性試驗…,__86

試驗三十三K熱電偶冷端溫度補償試驗,,92

試驗三十四E熱電偶測溫特性試驗,__,,,,,95

試驗三十五集成溫度傳感器（AD590）的溫度特性試驗，_,96

試驗三十六氣敏傳感器試驗.........................99

試驗三十七濕度傳感器試驗1OO

試驗三十八數據采集系統(tǒng)試驗一靜態(tài)舉例，,,,,,,,,,,,,,一,,102

試驗三十九數據采集系統(tǒng)試驗一動態(tài)舉例，,,,—,,,,,-104

3000系列試驗（包含2022系列根本試驗外，還包含以下試驗。）

試驗四十光源的光照度標定試驗??????????????105

試驗四d----光敏電阻特性試驗107

試驗四十二光敏二極管特性試驗，110

試驗四十三光敏三極管特性試驗

試驗四十四硅光電池特性試驗,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,113

試驗四十五透射式光電開關試驗115

試驗四十六反射式紅外光電接近開關試驗——116

2022、3000系列增加型試驗（包含根本試驗外，可以選配以下試驗。）

試驗四十七PSD位置傳感器測位移試驗

試驗四十八扭矩傳感器測量試驗

試驗四十九超聲波傳感器測距試驗

試驗五十CCD應用試驗

試驗五十一光柵位移傳感器位移測量試驗

試驗五十二被動紅外熱釋電探測試驗

試驗五十三指紋傳感器演示試驗

備注：1、帶大號試驗為思考試驗；學生也可以參考示范試驗例子組建開發(fā)其它試驗工程.

2、同類型傳感器試驗方法及接線方式都很類似。

3、選配試驗資料附帶在所選配的試驗裝置上或供給光盤。

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CSY-2022型傳感器與檢測技術試驗臺

說明書

一、試驗臺的組成

CSY-2022型傳感器與檢測技術試驗臺由主機箱、傳感器、試驗電路（試驗模板）、轉動

源、振動源、溫度源、數據采集卡及處理軟件、試驗桌等組成。

1、主機箱：供給高穩(wěn)定的±15V、±5V、+5V、±2V?±10V（步進可調）、+2V?+24V

（連續(xù)可調）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號源（音頻振蕩器）lKHz?10KHz（連續(xù)可調）：低頻信

號源（低頻振蕩器）1Hz?30Hz（連續(xù)可調）；傳感器信號調理電路；智能調整儀；計算機通

信口；主機箱上裝有電壓、氣壓等相關數顯表。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振

蕩器都具有過載保護功能，在排解接線錯誤后重開機恢復正常工作。主機箱右側面裝有供電電

源插板及漏電保護開關。

2、振動源（動態(tài)應變振動梁與振動臺）：振動頻率3Hz?30Hz可調（諧振頻率9Hz?12

Hz左右）；

3、轉動源：手動把握0轉/分?2400轉/分、自動把握300~2200轉/分。

4、溫度源：常溫?200℃。

5、氣壓源：0?20Kpa（連續(xù)可調）。

6、傳感器：根本型有箔式應變片（350C）傳感器（秤重200g）、集中硅壓力傳感器

（20Kpa）、差動變壓器（土4mm）、電容式位移傳感器（±2.5mm）、霍爾式位移傳感器（±1mm）、

霍爾式轉速傳感器（2400轉/分）、磁電轉速傳感器（250轉/分?2400轉/分）、壓電式傳感器、

電渦流傳感器（1mm）、光纖位移傳感器（1mm）、光電轉速傳感器（2400轉/分）、集成溫度（AD590）

傳感器（室溫?120C）、K熱電偶（室溫?150℃）、E熱電偶（室溫?15（TC）、Ptl00銷電阻（室

溫?150℃）、Cu50銅電阻（室溫?100C）、濕敏傳感器（10?95%RH）、氣敏傳感器（50?

2022ppm）等。

增加型：根本型根底上可選配扭矩傳感器（25用01）、超聲位移傳感器（200?1500mm）、

PSD位置傳感器（±2mm）、CCD電荷耦合器件、光柵位移傳感器（25mm）、紅外熱釋電傳感器、

指紋傳感器（演示）等。

7、調理電路（試驗模板）：根本型有電橋及調平衡網絡、差動放大器、電壓放大器、電

荷放大器、電容變換器、電渦流變換器、光電變換器、溫度變換器、移相器、相敏檢波器、

低通濾波器。增加型增加與選配傳感器配套的試驗模板。

理史卿現

8、數據采集處理軟件，另附。

9、試驗臺：尺寸為160038003750mm,試驗臺桌上預留了計算機及示波器安放位置。

二、電路原理

試驗電路原理已印刷在面板上（試驗模板上），試驗接線圖參見文中的具體試驗內容。

三、使用方法

1、開機前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔；電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔；步進

可調直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到±2V檔；其余旋鈕都打到中間位置。

2、將AC220V電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關，數顯表顯示0000,表示

試驗臺已接通電源。

3、做每個試驗前應先閱讀試驗指南，每個試驗均應在斷開電源的狀態(tài)下按試驗線路接

好連接線（試驗中用到可調直流電源時，應在該電源調到試驗值后再接到試驗線路中），檢

查無誤前方可接通電源。

4,合上調整儀（器）電源開關，設置調整儀（器）參數，調整儀（器）的PV窗顯示測量值，

SV窗顯示設定值（具體內容參見試驗）。

5、數據采集卡及處理軟件使用方法另附說明。

四、儀器維護及故障排解

1、維護

⑴防止硬物撞擊、劃傷試驗臺面；防止傳感器跌落地面。

⑵試驗完畢要將傳感器、配件及連線全部整理放置好。

2、故障排解

⑴開機后數顯表都無顯示，應查AC220V電源有否接通；主機箱側面AC220V插

座中的保險絲是否燒斷。如都正常，則更換主機箱中主機電源。

⑵轉動源不工作，則手動輸入+12V電壓，如不工作，更換轉動源；如工作正常，應查

調整儀設置是否準確；把握輸出V。有無電壓，如無電壓，更換主機箱中的轉速把握板。

⑶振動源不工作，檢查主機箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號板；如

有輸出，更換振動源的振蕩線圈。

（4）溫度源不工作，檢查溫度源電源開關有否翻開；溫度源的保險絲是否燒斷：調整儀設

置是否準確。如都正常，則更換溫度源。

五、留意事項

1、在試驗前務必具體閱讀試驗指南。

2、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機箱及面板。

3、請勿將主機箱的電源、信號源輸出端與地（JJ短接，因短接時間長易造成電路故

障。

4、請勿將主機箱的土電源引入試驗電路時接錯。

5、在更換接線時，應斷開電源，只有在確保接線無誤前方可接通電源。

6、試驗完畢后，請將傳感器及附件放回原處。

7、假照試驗臺長期未通電使用，在試驗前先通電格外鐘預熱，再檢查按一次漏電保護

按鈕是否有效。

8、試驗接線時，要握住手柄插拔試驗線，不能拉扯試驗線。

六、隨機附件詳見裝箱清單。

—鄰一-

CSY-3000型傳感器與檢測技術試驗臺

說明書

CSY3000型傳感器與檢測技術試驗臺是本公司為適應不同類別、不同層次的專業(yè)需要，

在2022系列傳感器與檢測技術試驗臺的根底上，增加了一些光電傳感器而最推出的模塊化

的產品。

CSY-3000型傳感器與檢測技術試驗臺，主要用于各大專院校、中專及職業(yè)技術院校開

設的“自動檢測技術”“傳感器原理與技術”“工業(yè)自動化把握”“非電量電測技術”

等課程的教學試驗。它是承受最推出的模塊化構造的產品。試驗臺上承受的大局部傳感器雖然

是教學傳感器（透亮構造便于教學），但其構造與線路是工業(yè)應用的根底。期望通過試驗幫

助寬闊學生加強對書本學問的理解，并在試驗的進展過程中通過信號的拾取、轉換、分析、把

握作為一個科技工作者應具有的根本的操作技能與動手力量。

一、試驗臺的組成

CSY-3000型傳感器與檢測技術試驗臺由主機箱、溫度源、轉動源、振動源、傳感器、

相應的試驗模板、數據采集卡及處理軟件、試驗桌等組成。

1、主機箱：供給高穩(wěn)定的±1W、±5V、+5V、±2V?±10V（步進可調）、+2V?+24V

（連續(xù)可調）直流穩(wěn)壓電源；直流恒流源0.6mA?20mA可調；音頻信號源（音頻振蕩器）lKHz?

lOKHz（連續(xù)可調）；低頻信號源（低頻振蕩器）1Hz?30Hz（連續(xù)可調）；氣壓源0?20KPa

（可調）；智能調整儀（器）；計算機通信口；主控箱面板上裝有電壓、電流、頻率轉速、氣壓、

光照度數顯表；漏電保護開關等。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器都具有過

載切斷保護功能，在排解接線錯誤后重開機一下才能恢復正常工作。

2、振動源：振動臺振動頻率1Hz?30Hz可調〔諧振頻率9Hz左右）。

3、轉動源：手動把握0-2400轉/分；自動把握300-2200轉/分。

4、溫度源：常溫?200℃。

5、氣壓源0?20KPa（可調）；

6、傳感器：根本型有電阻應變式傳感器、集中硅壓力傳感器、差動變壓器、電容式位

移傳感器、霍爾式位移傳感器、霍爾式轉速傳感器、磁電轉速傳感器、壓電式傳感器、電渦

流傳感器、光纖傳感器、光電轉速傳感器（光電斷續(xù)器）、集成溫度傳感器、K型熱電偶、E

型熱電偶、PtlOO鉗電阻、Cu50銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器、光照度探頭、純白高亮

發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池、反射式光

—鄰一-

電開關共一十六個（其中一個發(fā)光源）。

增加型：根本型根底上可選配扭矩傳感器、超聲位移傳感器、PSD位置傳感器、CCD電荷

耦合器件、光柵位移傳感器、紅外熱釋電傳感器、紅外夜視傳感器、指紋傳感器、色敏傳感

器。

7、調理電路（試驗模板）：根本型有應變式、壓力、差動變壓器、電容式、霍爾式、壓

電式、電渦流、光纖位移、溫度、移相/相敏檢波/低通濾波共十塊模板。增加型還增加與

選配傳感器配套的試驗模板。

8、數據采集卡及處理軟件，另附。

9、試驗臺：尺寸為160038003750mm,試驗臺桌上預留了計算機及示波器安放位置。

二、電路原理

試驗模板電路原理已印刷在面板上（試驗模板上），試驗接線圖參見下文中的具體試驗

內容。

三，使用方法

1、開機前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔：電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔；步進

可調直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到±2V檔；其余旋鈕都打到中間位置。

2、將AC220V電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關，數顯表顯示0000,表示

試驗臺已接通電源。

3、做每個試驗前應先閱讀試驗指南，每個試驗均應在斷開電源的狀態(tài)下按試驗線路接

好連接線（試驗中用到可調直流電源時，應在該電源調到試驗值后再接到試驗線路中），檢

查無誤前方可接通電源。

4、合上調整儀（器）電源開關，在參數及狀態(tài)設置好的狀況下，調整儀的PV窗口顯示測

量值；SV窗口顯示給定值。

5、合上氣源開關，氣泵有聲響，說明氣泵工作正常。

6、數據采集卡及處理軟件使用方法另附說明。

四、儀器維護及故障排解

1、維護

⑴防止硬物撞擊、劃傷試驗臺面；防止傳感器及試驗模板跌落地面損壞。

⑵試驗完畢要將傳感器、配件、試驗模板及連線全部整理好。

2、故障排解

（1）開機后數顯表都無顯示，應查AC220V電源有否接通；主控箱側面AC220V插

。_奧巴使用于肘

座中的保險絲是否燒斷。如都正常，則更換主控箱中主機電源。

⑵轉動源不工作，則手動輸入+12V（0—24V可調）電壓，如不工作，更換轉動源；如工

作正常，應查調整儀設置.是否準確；把握輸出Vo有無電壓（將可調24V電源調整到電機相應

的工作電壓狀況下），如無電壓，更換主控箱中的轉速把握板。否則更換智能調整儀。

⑶振動源不工作，檢查主控箱面板上的低頻振蕩器有無輸出（調整較大幅度后調整頻

率），如無輸出，更換信號板：如有輸出，更換振動源的振蕩線圈。

（4）溫度源不工作，檢查溫度源電源開關有否翻開；溫度源的保險廷是否燒斷；調整儀設

置是否準確。如都正常，則更換溫度源。

五、留意事項

1、在試驗前務必具體閱讀試驗指南。

2、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主控箱的面板和試驗模板面板。

3、嚴禁將主控箱的電源、信號源輸出端與地（_L）短接，因短接時間長易造成電路故障。

4、嚴禁將主控箱的土電源引入試驗模板時接錯。

5、在更換接線時，應斷開電源，只有在確保接線無誤前方可接通電源。

6、試驗完畢后，請將傳感器及試驗模板放回原處。

7、假照試驗臺長期未通電使用，在試驗前先通電格外鐘預熱，再檢查按一次漏電保護

按鈕是否有效。

六、隨機附件詳見裝箱清單

示范試驗舉例

試驗一應變片單臂電橋性能試驗

一、試驗目的：了解電阻應變片的工作原理與應用并把握應變片測量電路。

二、根本原理：電阻應變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應變片來組成。

一種利用電阻材料的應變效應將工程構造件的內部變形轉換為電阻變化的傳感器。此類傳感器

主要是通過肯定的機械裝置將被測量轉化成彈性元件的變形，然后由電阻應變片將彈性元件的

變形轉換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉換成電壓或電流變化信號輸

出。它可用于能轉化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在

機械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應用格外廣泛。

1、應變片的電阻應變效應

所謂電阻應變效應是指具有規(guī)章外形的金屬導體或半導體材料在外力作用下產生應變而

其電阻值也會產生相應地轉變，這一物理現象稱為“電阻應變效應”。以圓柱形導體為例：設

其長為：L、半徑為八材料的電阻率為p時，依據電阻的定義式得

LL

Rn=P—=P----2

A"(1-1)

當導體因某種緣由產生應變時，其長度L、截面積A和電阻率p的變化為dL、dA、dp相應

的電阻變化為dR。對式(1-1)全微分得電阻變化率dR/R為:

—dR=—dL—z_—dr+—dp

RLrp(1—2)

式中：dITL為導體的軸向應變量￡；dr/r為導體的橫向應變量￡

Lr

由材料力學得：￡=-pc(1—3)

Lr

式中：u為材料的泊松比，大多數金屬材料的泊松比為0.3?0.5左右；負號表示兩者的變

化方向相反。將式(1-3)代入式(1-2)得：

鄉(xiāng)=(1+2〃)一蟲

RP(1—4)

圓史蛆更t

式（1-4）說明電阻應變效應主要取決于它的幾何應變（幾何效應）和本身特白的導電性能

（壓阻效應）。

2、應變靈敏度

它是指電阻應變片在單位應變作用下所產生的電阻的相對變化量。

（1）、金屬導體的應變靈敏度K：主要取決于其幾何效應；可取

空口（1+2〃）J

R（1—5）

其靈敏度系數為：

K=a=（1+2〃）

金屬導體在受到應變作用時將產生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮E寸電阻減小，且與其軸

向應變成正比。金屬導體的電阻應變靈敏度一般在2左右。

（2）、半導體的應變靈敏度：主要取決于其壓阻效應；dR/Rv^dpp半導體材料之所以

具有較大的電阻變化率，是由于它有遠比金屬導體顯著得多的壓阻效應。在半導體受力變形時

會臨時轉變晶體構造的對稱性，因而轉變了半導體的導電機理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種

物理現象稱之為半導體的壓阻效應。不同材質的半導體材料在不同受力條件下產生的壓阻效

應不同，可以是正（使電阻增大）的或負（使電阻減?。┑膲鹤栊Ｒ簿褪钦f，同樣是拉

伸變形，不同材質的半導體將得到完全相反的電阻變化效果。

半導體材料的電阻應變效應主要表達為壓阻效應，其靈敏度系數較大，一般在100到200

左右。

3、貼片式應變片應用

在貼片式工藝的傳感器上普遍應用金屬箔式應變片，貼片式半導體應變片（溫漂、穩(wěn)定性、

線性度不好而且易損壞）很少應用。一般半導體應變承受N型單晶硅為傳感器的彈性元件，

在它上面直接蒸鍍集中出半導體電阻應變薄膜（集中出敏感柵），制成集中型壓阻式［壓阻效應）

傳感器。

*本試驗以金屬箔式應變片為爭辯對象.

4、箔式應變片的根本構造

金屬箔式應變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右

的金屬絲或金屬箔制成，如圖1—1所示。

小鯉整I

MUi及何曲絕緣M

(a)絲式應變片

圖1—1應變片構造圖

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，與絲式應變片工作原

理一樣。電阻絲在外力作用下發(fā)生氣械變形時，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：AR/R=K￡式中：AR/R為電阻遑電阻相對變化，K為

應變靈敏系數,￡=△L/L為電阻絲長度相對變化。

5、測量電路

為了將電阻應變式傳感器的電阻變化轉換成電壓或電流信號，在應用中一般承受電橋電

路作為其測量電路。電橋電路具有閡造簡潔、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現溫度

補償等優(yōu)點。能較好地滿足各種應變測量要求，因此在應變測量中得到了廣泛的應用。電

橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩(wěn)定性較

差;雙憎輸出是單憎的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單博時的四倍，性

能最好。因此，為了得到較大的輸H電壓信號一般都承受雙臂或全橋工作。根本電路如圖1-2

(a)、(b)、(c)所示。

圖1一2應變片測量電路

⑸、單臂

Uo=U①一嗨

=((RI+ARI)/(RI+ARI4-R5)~R7/(R7+R6))E

={((R7+R6)(R1+AR1)-R7(R5+R1+AR1J)/((R5+R1+ZSR1)(R7+R6))}E

設R1=R5=R6=R7,且4Rl/R1=AR/RVVI,△R/R=K€,K為靈敏度系數。則

UOP(1/4)(ARI/Ri)E=(1/4)(AR/R)E=(l/4)KeE

用m便用于肘

⑹、雙臂（半橋）

同理:Uo~（l/2）SR/R）E=（1/2）K￡E

（0、全橋

同理:UO-SR/R）E=K￡E

6、箔式應變片單臂電橋試驗原理圖

也壓表

圖中R5、R6、R7為350Q固定電阻，R1為應變片；Rwi和R8組成電僑調平衡網絡，E為供

橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo^（l/4）（AR4/R4）E=（1/4）（AR/R）E=（1/4）KEE。差

動放大器輸出為Vo。

三、需用器件與單元：主機箱中的±2V?±10V（步進可調）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流

穩(wěn)壓電源、電壓表；應變式傳感器試驗模板、托盤、詼碼；41位數顯萬用表（自備）。

2

四、試驗步驟：

應變傳感器試驗模板說明：應變傳感器試驗模板由應變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重

傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應變片測量電路、差動放大器組成。試驗模板

中的R1（傳感器的左下）、R2（傳感器的右下）、R3（傳感器的右上）、R4（傳感器的左上）為稱

重傳感器上的應變片輸出口；沒有文字標記的5個電阻符號是空的無實體，其中4個電阻符號

組成電橋模型是為電路初學者組成電橋接線便利而設：電、即、R7是350。固定電阻，是為應

變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器

的電源輸入口，做應變片溫度影響試驗時用。多芯插頭是振動源的振動梁上的應變片輸入口，

做應變片測量振動試驗時用。

圓史蛆更I

2、測量應變片的阻值：當傳感器的托盤上無重物時，分別測量應變片RI、R2、R3、R4

的阻值。在傳感器的托盤上放置10只祛碼后再分別測量RI、R2、R3、R4的阻值變化，分析

應變片的受力狀況（受拉的應變片：阻值變大，受壓的應變片：阻值變小.）。

4（1/2）位

數顯萬用表RO2Roa

^^1

2k檔測陰值Bs1

--5VO2+15OV

OO

仁□I—，—-iFinn]TE-7I&HkTTSFT-?*?2

Rwi^―LJBSDK以2RW3Rwi

6^666應變傳感相實驗模板

圖1—5測量應變片的阻值示意圖

3、試驗模板中的差動放大器調零：按圖1-6示意接線，將主機箱上的電壓表量程切換

開關切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關；調整放大器的增益電位器RW3適

宜位置（先順時針輕輕轉到底，再逆時針回轉1圈）后，再調整試驗模板放大器的調零電位器

RW4?使電壓表顯示為零。

圓史蛆現

應變傳感器實驗模板

圖1—6差動放在器調零接線示意圖

4、應變片單臂電橋試驗：關組主機箱電源，按圖1-7示意圖接線，將±2V?±10V可

調電源調整到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關，調整試驗模板上的橋路平衡

電位器RW1，使主機箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g祛碼(盡

重量(g)

電壓(mV)

5、依據表1數據作出曲線并計算系統(tǒng)靈敏度$=△V/AWV輸出電壓變化量，AW重

量變化量)和非線性誤差b,6m/yFS?100%式中Am為輸出值(屢次測量時為平均值)

與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200go試驗完畢，關閉電源。

試驗二應變片半橋性能試驗

一、試驗目的：了解應變片半橋(雙臂)工作特點及性能。

二、根本原理：應變片根本原理參閱試驗一。應變片半橋特性試驗原理如圖2—1所示。

不同應力方向的兩片應變片接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸

出電壓UOQ(1/2)(Z\R/R)E=(1/2)K￡E。

三、需用器件與單元：主機箱中的±2V?±10V(步進可調)直流穩(wěn)壓電源、±15V直流

穩(wěn)壓電源、電壓表；應變式傳感器試驗模板、托盤、祛碼。

四、試驗步驟：

1、按試驗一(單臂電橋性能試驗)中的步驟1和步驟3試驗。

2、關閉主機箱電源，除將圖1—7改成圖2-2示意圖接線外，其它按試驗一中的步驟

4試驗。讀取相應的數顯表電壓值，填入表2中。

圖2-2應變片半橋試驗接線示意圖

表2應變片平橋試驗數據

重量(g)0

電壓(mV)0

3、依據表2試驗數據作出試驗曲線，計算靈敏度S=AV/ATV,非線性誤差b。試驗完

畢，關閉電源。

五、思考題：

半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：(1)對邊(2)鄰邊。

試驗三應變片全橋性能試驗

一、試驗目的：了解應變片全橋工作特點及性能。

二、根本原理：應變片根本原理參閱試驗一。應變片全橋特性試驗原理如圖3—1所示。

應變片全橋測量電路中，將應力方向一樣的兩應變片接入電橋對邊，相反的應變片接入電橋鄰

邊。當應變片初始阻值：R1=R2=R3=R4，其變化值△R1=AR2=AR?=AR4時，其橋路輸

出電壓UO-(4R/R)E=K￡E。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。

圖3-1應變片全橋特性試驗接線示意圖

三、需用器件和單元：主機箱中的±2V?±10V(步進可調)直流穩(wěn)壓電源、±15V直流

穩(wěn)壓電源、電壓表；應變式傳感器試驗模板、托盤、跌碼。

四、試驗步驟：

試驗步驟與方法（除了按圖3—2示意接線外）參照試驗二，將試驗數據填入表3作出

試驗曲線并進展靈敏度和非線性誤差計算。試驗完畢，關閉電源。

圖3-2應變片全橋性能試驗接線示意圖

表3全橋性能試驗數據

重量（g）

電壓（mV）

五、思考題：

測量中，當兩組對邊1R1、R3為對邊）電阻值R一樣時，即R1=R3,R2=R4,而R1W

R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不行以。

試驗四應變片單臂、半橋、全橋性能比較

一、試驗目的：比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應的結論。

二、根本原理：如圖4(a)、(b)>(c)

(a)單臂(b)半橋(c)全橋

圖4應變電橋

(a)、Uo=U①一U③

=((RI+ARI)/(R1+AR1+R2)-R4/(R3+R4))E

=((1-I-ARI/RI)/(1+AR1/R1+R2/R2)一(R4/R3)/(1+R4/R3))E

設R1=R2=R3=R4,且△R1/R1VV1。

Uo^(l/4)(ARI/RDE

所以電橋的電壓靈敏度:S=Uo/(△RI/Rl)QkE=(l/4)E

(b)、同理:Uo=(l/2)SR1/R1)E

S=(l/2)E

(C).同理:Uo-(△理/R1)E

S=E

三、需用器件與單元：主機箱中的±2V?±10V(步進可調)直流穩(wěn)壓電源、±15V直流

穩(wěn)壓電源、電壓表；應變式傳感器試驗模板、托盤、祛碼。

四、試驗步驟：依據試驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從

理論上進展分析比較。經試驗驗證闡述理由〔留意：試驗一、二、三中的放大器增益必需一

樣)。試驗完畢，關閉電源。

試驗五應變片直流全橋的應用一電子秤試驗

一、試驗目的：了解應變直流全橋的應用及電路的標定。

二、根本原理：常用的稱重傳感器就是應用了箔式應變片及其全橋則量電路。數字電子秤

試驗原理如圖5-1o本試驗只做放大器輸出V。試驗，通過對電路的標定使電路輸出的電壓

值為重量對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。

圖5-1數字電子稱原理框圖

三、需用器件與單元：主機箱中的士2V?±10V（步進可調）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流

穩(wěn)壓電源、電壓表；應變式傳感器試驗模板、托盤、祛碼。

四、試驗步驟：

1、按試驗一中的1和3步驟試驗。

2、關閉主機箱電源，按圖3-2（應變片全橋性能試驗接線示意圖）示意接線，將

±2V-±10V可調電源調整到±4V檔。檢查接線無誤后合上土機箱電源開關，調整試驗模板

上的橋路平衡電位器RW1，使主機箱電壓表顯示為零；

3、將10只祛碼全部置于傳感器的托盤上，調整電位器第3（增益即滿量程調整）使數

顯表顯示為0.200V（2V檔測量）。

4、拿去托盤上的全部祛碼，調整電位器RW4（零位調整）使數顯表顯示為0.000V。

5、重復3、4步驟的標定過程，始終到準確為止，把電壓量綱V改為重量綱g,將祛碼

依次放在托盤上稱重：放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。試驗完畢，關閉電源。

—鄰一四-

試驗六應變片的溫度影響試驗

一、試驗目的：了解溫度對應變片測試系統(tǒng)的影響。

二、根本原理：電阻應變片的溫度影響，主要來自兩個方面。敏感柵絲的溫度系數，應變

柵的線膨脹系數與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數不全都會產生附加應變。因此當溫度

變化時，在被測體受力狀態(tài)不變時，輸出會有變化。

三、需用器件與單元：主機箱中±2V?±10V（步進可調）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)

壓電源、電壓表；應變傳感器試驗模板、托盤、祛碼、加熱器（在試驗模板上，己粘貼在應

變傳感器左下角底部）。

四、試驗步驟：

1、依據試驗三試驗。

2、將200g祛碼放在托盤上，在數顯表上讀取記錄電壓值Uoi。

3、將主機箱中直流穩(wěn)壓電源+5V、，接于試驗模板的加熱器+5V、_1_插孔上，數分鐘后

待數顯表申壓顯示根本穩(wěn)定后，音記讀數Uot,Uot-Uol即為溫度變化的影響。計算這一港

度變化產生的相對誤差：

欠u-U

6=oixKX）%

U

01

試驗完畢，關閉電源。

—鄰_四您-

試驗七移相器、相敏檢波器試驗

一、試驗目的：了解移相器、相敏檢波器的工作原理。

二、根本原理：

1、移相器工作原理:

圖7-1移相器原理圖與模板上的面板圖

構成一階移相器(超前)，在R2=R1的條件下，可證明其幅頻特性和相頻特性分別表示為：

Kn(ja))=Vi/Vi=-(l-jwR3C1)/(l+jwR3C』

KF1(W)=1

0P1(0))=-Jl-2tgI(x)R3cl

其中：3=2nf,f為輸入信號頻率。同理由IC-2,R4,R5,RW,C3構成另一個一階移相器(滯

后)，在R5=R.條件下的特性為：

KF2(ju))=Vo/Vi=-(l-ju)RwC3)/(l+j3RWC3)

KF2(W)=1

①F2(3)-2tgu)RWC3

由此可見，依據幅頻特性公式，移相前后的信號幅值相等。依據相頻特性公式，相移角度的

大小和信號頻率f及電路中阻容元件的數值有關。明顯，當移相電位器Rw=0,上式中0)F2=0,

因此eM打算了圖7-1所示的二階移相器的初始移相角：

1?-0ri=-n-2tg->2nfR3cl

假設調整移相電位器Rw,則相應的移相范圍為：△中產①臼0)F2=-2tgT2nfR3C1+2tg>2nfARwC3

R3=10kQ,C!=6800p,ARw=10kQ,C3=0.022pF,假設輸入信號頻率f一旦確定，即可計

算出圖7-1所示二階移相器的初始移相角和移相范圍。

2、相敏檢波器工作原理：

圖7—2為相敏檢波器［開關式)原理圖與試驗模板上的面板圖。圖中，AC為溝通參考

。_奧巴使用于肘

電壓輸入端，DC為直流參考電壓輸入端，VI端為檢波信號輸入端，Vo端為檢波輸出端。

原理圖中各元器件的作用：C5-1溝通耦合電容并隔離直流；IC5T反相過零比較器，將

參考電壓正弦波轉換成矩形波（開關波+14V?-14V）；D5-1二極管箝位得到適宜的開關波

形V7W0V（0?-14V）；Q5T是結型場效應管，工作在開、關狀態(tài)；IC5-2工作在倒相器、

跟隨器狀態(tài)；R5-6限流電阻起保護集成塊作用。

關鍵點：Q5T是由參考電壓丫7矩形波把握的開關電路。當V7=0V時，Q5-1導通，使

IC5-2同相輸入5端接地成為倒相器，即V3=-V1；當V7V0V時，Q5T截止（相當于斷開），

IC5-2成為跟隨器，即V3=V1。相敏檢波器具有鑒相特性，輸出波形Y3的變化由檢波信號VI

與參考電壓波形V2之間的相位打算。以下圖7-3為相敏檢波器的工作時序圖。

圖7-3相敏檢波器工作時序圖

Q_&.蜩型_

三、需用器件與單元：主機箱中的±2V?±1UV〔步進可調）直流穩(wěn)壓電源、±lbV直流

穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；移相器/相敏檢波器/低通濾波器試驗模板；雙蹤示波器（自備）。

四、試驗步驟：

（一）移相器試驗

1、調整音頻振蕩器的幅度為最小（幅度旋鈕逆時針輕輕轉到底），按圖7-4示意接線，

檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關，調整音頻振蕩器的頻率（用示波器測量）為f=lkHz,幅

度適中（2VWVp-pW8V）。

音頻振蕩器主

.6。陽機

幅度箱

雙

rO。

y踩

刖

K0O示

1-H波

器

圖7-4移相器試驗接線圖

2、正確選擇雙線1雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設置（提示：觸發(fā)源選擇內觸發(fā)

CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.ImS?10兩范圍內選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO。垂直顯示

方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇溝通耦合AC、靈敏度VOLTS/DIV在IV?5V

范圍內選擇），調整移相器模板上的移相電位器（旋鈕），用示波器測量波形的相角變化。

3、調整移相器的移相電位器（逆時針到底OkQ?順時針到底10k。變化范圍），用示波

器可測定移相器的初始移相角和移相范圍△①F。

4、轉變輸入信號頻率為f=9kHz,再次測試相應的eF和4①F。測試完畢關閉主電源。

（二）相敏檢波器試驗

1、調整音頻振蕩器的幅度為最小（幅度旋鈕逆時針輕輕轉到底L將士2V?土10V可調

電源調整到±2V檔。按圖7—5示意接線，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關，調整音頻

振蕩器頻率f=5kHz,峰峰值Vp-p=5V（用示波器測量）；結合相敏檢波器工作原理，分析觀

看相敏檢波器的輸入、輸出波形關系（跟隨關系，波形一樣）。*提示：示波器設置除與（一）

移相器試驗2中的垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC外，其它設置都一樣；但當CHI、CH2

輸入對地短接時，將二者光跡線移動到顯示屏中間（居中）后再進展測量波形。

小鯉整I

一

雙

「

示

波

器

圖7-5相敏檢波器跟隨、倒相試驗接線示意圖

2、將相敏檢波器的DC參考電壓改接到-2V（Tout）,調整相敏檢波器的電位器鈕使示波

器顯示的兩個波形幅值相等（相敏檢波器電路已調整完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕），觀

看相敏檢波器的輸入、輸出波形關系（倒相作用，反相波形）.關閉電源.

3、按圖7-6示意圖接線，合上主機箱電源，調整移相電位器鈕（相敏檢波器電路上一

步已調好不要動），結合相敏檢波器的工作原理，分析觀看相敏檢波器的輸入、輸出波形關

系。注：一般要求相敏檢波器工作狀態(tài)Vi檢波信號與參考電壓AC相位處于同相或反相。

音頻振蕩器

i:

]K出J10KH:機

III

0

^

2

圖7-6相敏檢波器檢波試驗接線示意圖

4、將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180。，調整移相電位器，觀看相敏檢波器的輸

入、輸出波形關系。關閉電源。

五、思考題：通過移相器、相敏檢波器的試驗是否對二者的工作原理有了更深入的理解。

作出相敏檢波器的工作時序波形，能理解相敏檢波器同時具有鑒幅、鑒相特性嗎?

試驗八應變片溝通全橋的應用（應變儀）一振動測量試驗

一、試驗目的：了解利用應變溝通電橋測量振動的原理與方法。

二、根本原理：圖8-1是應變片測振動的試驗原理方塊圖。當振動源上的振動臺受到F（t）

作用而振動，使粘貼在振動梁上的應變片產生應變信號dR/R,應變信號dR/R由振蕩器供給

的載波信號經溝通電橋調制成微弱調幅波，再經差動放大器放大為）（二），J⑴經相敏檢波

器檢波解調為4（t）,與⑴經低通濾波器濾除高頻裁波成分后輸出應變片檢測到的振動信號

%（t）（調幅波的包絡線），“（力可用示波器顯示。圖中，溝通電橋就是一個調制電路，Wi（Kwi）.

r（R8）、胞（RW2）、C是溝通電橋的平衡調整網絡，移相器為相敏檢波器供給同步檢波的參考

電壓。這也是實際應用中的動態(tài)應變儀原理。