CSY2000實驗指南(舊臺子)

1、CSY2000實驗指南 第50頁 共50頁 前 言 CSY2000系列傳感器與檢測技術實驗臺是本公司多年生產傳感技術教學實驗裝置的基礎上，為適應不同類別、不同層次的專業(yè)需要，最新推出的模塊化的新產品。 其優(yōu)點在于：1、 能適應不同專業(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殊要求制作模板。2、 能適應不斷發(fā)展的形勢，作為信息拾取的工具，傳感器發(fā)展很快，可以不斷補充新型的傳感器模板。3、 指導教師和學生自己可以開發(fā)與組織新實驗，本公司可以提供空白的模板。4、 可以利用主控臺的共用源用于學生課程設計、畢業(yè)設計和自制裝置。CSY2000系列傳感器與檢測技術實驗臺主要用于各大、中專院校

2、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)自動化儀表與控制”“機械量電測”等課程的實驗教學。CSY2000系列傳感器與檢測技術實驗臺上采用的大部分傳感器雖然是教學傳感器（透明結構便于教學），但其結構與線路是工業(yè)應用的基礎，希望通過實驗幫助廣大學生加強對書本知識的理解，并在實驗的進行過程中，通過信號的拾取，轉換，分析，掌握作為一個科技工作者應具有的基本的操作技能與動手能力。 本實驗指導書，由于編寫時間，水平所限，又是初次試用，難免有疏漏廖誤之處，熱切期望實驗指導老師與學生們，能提出寶貴的意見，謝謝。實 驗 目 錄實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗實驗二 金

3、屬箔式應變片半橋性能實驗實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗實驗四 金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較實驗實驗五 金屬箔式應變片溫度影響實驗實驗六 直流全橋的應用電子秤實驗實驗七 交流全橋的應用振動測量實驗實驗八 擴散硅壓阻壓力傳感器的壓力測量實驗實驗九 擴散硅壓阻壓力傳感器差壓測量實驗實驗十 差動變壓器的性能實驗實驗十一 激勵頻率對差動變壓器特性的影響實驗實驗十二 差動變壓器零點殘余電壓補償實驗實驗十三 差動變壓器的應用振動測量實驗實驗十四 電容式傳感器的位移特性實驗實驗十五 直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗電容傳感器動態(tài)特性實驗實驗十六 交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗實驗十七

4、霍爾測速實驗實驗十八 磁電式轉速傳感器的測速實驗霍爾式傳感器振動測量實驗實驗十九 用磁電式原理測量地震 霍爾式傳感器的應用電子秤實驗實驗二十 壓電式傳感器振動實驗實驗二十一 電渦流傳感器的位移特性實驗實驗二十二 被測體材質對電渦流傳感器的特性影響實驗實驗二十三 被測體面積大小對電渦流式傳感器的特性影響實驗實驗二十四 電渦流傳感器測量振動實驗實驗二十五 電渦流測轉速實驗實驗二十六 光纖傳感器的位移特性實驗實驗二十七 光電轉速傳感器的轉速測量實驗實驗二十八 利用光電傳感器測轉速的其它方案實驗二十九 集成溫度傳感器的溫度特性實驗實驗三十 鉑電阻溫度特性實驗實驗三十一 銅電阻溫度特性實驗光纖傳感器測量

5、振動實驗實驗三十二 K型熱電偶測溫實驗 光纖傳感器的測速實驗實驗三十三 E型熱電偶測溫實驗實驗三十四 熱電偶冷端溫度補償實驗實驗三十五 氣敏傳感器實驗實驗三十六 溫度傳感器實驗熱電阻溫度特性實驗實驗三十七 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗靜態(tài)舉例實驗三十八 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗動態(tài)舉例實驗三十九 PSD位置傳感器測定位移實驗實驗四十 PSD位置傳感器測量振動實驗四十一 扭矩傳感器的不同的信號傳輸方式實驗四十二超聲波傳感器測量距離實驗實驗四十三 超聲波傳感器的方位角測定實驗實驗四十四 超聲自動開閉門的實驗實驗四十五 CCD電荷耦合器體測定直徑實驗實驗四十六 光學系統(tǒng)對CCD測徑系統(tǒng)的影響實驗四十七 光柵位移傳感器位

6、移測量實驗備注：帶號實驗為思考實驗，由學生自己動手組建。實驗一至實驗四十三為普通型、增強型共用實驗，實驗四十四至實驗五十三為增強型實驗。 實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理：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，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為： RRK式中RR為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數(shù),=l/l為電阻絲長度相對變化，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，通過它轉換被測部位受力狀態(tài)變化 、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應的受

7、力狀態(tài)。，對單臂電橋輸出電壓 Uo1= EK/4。三、需用器件與單元：應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器電子秤、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。四、實驗步驟：1、 根據(jù)圖（11）應變式傳感器（電子秤）已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為50左右 圖11 應變式傳感器安裝示意圖2、 接入模板電源±15V（從主控臺引入），檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將實驗模板調節(jié)增益電位器RW3順時針調節(jié)大致到中間位置，再進行差動

8、放大器調零，方法為將差放的正負輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數(shù)顯表輸入端Vi相連，調節(jié)實驗模板上調零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關打到2V檔）。關閉主控箱電源（注意：當Rw3、Rw4的位置一旦確定，就不能改變。一直到做完實驗三為止）。3、 將應變式傳感器的其中一個電阻應變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內已接好），接好電橋調零電位器RW1，接上橋路電源±4V（從主控臺引入）如圖12所示。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關。調節(jié)RW1，使數(shù)顯表顯示為零。圖12應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖4、

9、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表11，關閉電源。重量(g)電壓(mv)5、 根據(jù)表11計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差f1=m/yF.S ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yF·S滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（受壓）應變片（3）正、負應變片均可以。 實驗二 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的：比較半橋與單臂

10、電橋的不同性能、了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EK2。三、 需用器件與單元：同實驗一。四、 實驗步驟：1、 傳感器安裝同實驗一。做實驗（一）的步驟2，實驗模板差動放大器調零。2、 根據(jù)圖13接線。R1、R2為實驗模板左上方的應變片，注意R2應和R1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4V，調節(jié)電橋調零電位器RW1進行橋路調零，實驗步驟3、4同實驗一中4、5的步驟，將實驗數(shù)據(jù)記入表12，計算靈敏度S

11、2UW，非線性誤差f2。若實驗時無數(shù)值顯示說明R2與R1為相同受力狀態(tài)應變片，應更換另一個應變片。圖13應變式傳感器半橋實驗接線圖表12半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量電壓五、 思考題：1、 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。2、 橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應變片應變效應是非線性的（3）調零值不是真正為零。實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的：了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊，當應變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值

12、R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。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、需用器件和單元：同實驗一四、實驗步驟：1、 傳感器安裝同實驗一。2、 根據(jù)圖14接線，實驗方法與實驗二相同。將實驗結果填入表13；進行靈敏度和非線性誤差計算。14全橋性能實驗接線圖表13全橋輸出電壓與加負載重量值重量電壓五、思考題：1、 全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2、 某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電

13、阻。FFR1R3R2R1R2R3R4R4FF圖15應變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖實驗四 金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實驗目的：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、實驗步驟：根據(jù)實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進行分析比較。闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同）。實驗五 金屬箔式應變片的溫度影響實驗一、實驗目的：了解溫度對應變片測試系統(tǒng)的影響。二、基本原理：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(shù)，應變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會產生附加應變。因此

14、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：應變傳感器實驗模板、數(shù)顯表單元、直流源、加熱器（已貼在應變片底部）四、實驗步驟：1、 保持實驗四的實驗結果。2、 放200g砝碼加于砝碼盤上，在數(shù)顯表上讀取某一整數(shù)值UO1。3、 將5V直流穩(wěn)壓電源接于實驗模板的加熱器插孔上，數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù)Uot ,Uot-U01即為溫度變化的影響。計算這一溫度變化產生的相對誤差五、思考題1、 金屬箔式應變片溫度影響有哪些消除方法？2、 應變式傳感器可否用于測量溫度？實驗六 直流全橋的應用電子秤實驗一、實驗目的：了解應變直流全橋的應用及電路的標定。二、基本原

15、理：電子秤實驗原理為實驗三，全橋測量原理，通過對電路調節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對應值，電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子秤。三、 需用器件與單元：應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼四、實驗步驟：1、 按實驗一中2的步驟，將差動放大器調零，按圖14全橋接線，合上主控臺電源開關，調節(jié)電橋平衡電位RW1，使數(shù)顯表顯示0.00V。2、 將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.200V。3、 拿去托盤上的所有砝碼，調節(jié)電位器R W4（零位調節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.0000V。4、 重復2、3步驟的標定過程，

16、一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，就可以稱重。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14。 重量（g）電壓(mv)6、 根據(jù)上表，計算誤差與非線性誤差。實驗七 交流全橋的應用振動測量實驗一、實驗目的：了解利用交流電橋測量動態(tài)應變參數(shù)的原理與方法。二、基本原理：對于交流應變信號用交流電橋測量時，橋路輸出的波形為一調制波，不能直接顯示其應變值，只有通過移相檢波和濾波電路后才能得到變化的應變信號，此信號可以從示波器或用交流電壓表讀得。三、 需用器件與單元：音頻振蕩器、低頻振蕩器、萬用表（自備）、應變式傳感器實驗模板、相敏檢波器模板、雙綜示波器、振動源。四、 實驗步驟：1、

17、 模塊上的傳感器不用，改為振動梁的應變片，即臺面上的應變輸出。2、 將臺面三源板上的應變插座用連接線插入應變傳感器實驗模板上。因振動梁上的四片應變片已組成全橋，引出線為四芯線，因此可直接接入實驗模板面上已聯(lián)成電橋的四個插孔上。接線時應注意連接線上每個插頭的意義，對角線的阻值為350，若二組對角線阻值均為350則接法正確（萬用表測量）。3、 根據(jù)圖18，接好交流電橋調平衡電路及系統(tǒng)，R8、Rw1、C、Rw2為交流電橋調平衡網(wǎng)絡。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，將音頻振蕩器的頻率調節(jié)到1KHz左右，幅度調節(jié)到10Vp-p（頻率可用數(shù)顯表Fin監(jiān)測，幅度用示波器監(jiān)測）圖16應變片振動測量實驗接線

18、圖4、 將低頻振蕩器輸出接入振動臺激勵源插孔，調低頻輸出幅度和頻率使振動臺（圓盤）明顯感到振動。5、 固定低頻振蕩器幅度鈕旋位置不變，低頻輸出端接入數(shù)顯單元的Fin，把數(shù)顯表的切換開關打到頻率檔監(jiān)測低頻頻率，調低頻頻率，用示波器讀出頻率改變時低通濾波器輸出Vo的電壓峰峰值，填入表15。f(Hz) Vo(p-p)從實驗數(shù)據(jù)得振動梁的自振頻率為 HZ。五、 思考題：1、 在交流電橋測量中，對音頻振蕩器頻率和被測梁振動頻率之間有什么要求？2、 請歸納直流電橋和交流電橋的特點？小結： 電阻應變式傳感器從1938年開始使用到目前，仍然是當前稱重測力的主要工具，電阻應變式傳感器最高精度可達萬分之一甚至更高

19、，電阻應變片、絲除直接用以測量機械、儀器及工程結構等的應變外，主要是與種種形式的彈性體相配合，組成各種傳感器和測試系統(tǒng)。如稱重、壓力、扭矩、位移、加速度等傳感器，常見的應用場合如各種商用電子稱、皮帶稱、吊鉤稱、高爐配料系統(tǒng)、汽車衡、軌道衡等。附移相器和相敏檢波器電路原理圖圖17移相器電路原理圖圖18相敏檢波器的電路原理圖實驗八 壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗一、實驗目的：了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。二、基本原理：擴散硅壓阻式壓力傳感器在單晶硅的基片上擴散出P型或N型電阻條，接成電橋。在壓力作用下根據(jù)半導體的壓阻效應，基片產生應力，電阻條的電阻率產生很大變化，引起電阻的變化，

20、我們把這一變化引入測量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。三、 需用器件與單元：壓力源（已在主控箱）、壓力表、壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實驗模板、流量計、三通連接導管、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源±4V、±15V。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖21連接管路和電路，主控箱內的氣源部分，壓縮泵、貯氣箱、流量計已接好。將標準壓力表放置傳感器支架上，三通連接管中硬管一端插入主控板上的氣源快速插座中（注意管子拉出時請用雙指按住氣源插座邊緣往內壓，則可輕松拉出）。其余兩根黑色導管分別與標準表和壓力傳感器接通。這里選用的差壓傳感器兩只氣咀中，一只為高壓咀，另一只為低壓咀。當高壓咀接入

21、正壓力時，輸出為正，反之為負，若輸出負時可調換氣咀。本實驗模板連接見圖22，壓力傳感器有4端： 1端線接地線，2端為U0，3端接4V電源，4端為Uo。1、2、3、4端順序排列見圖22。圖21壓阻式壓力傳感器測量系統(tǒng)圖22壓力傳感器壓力實驗接線圖2、 實驗模板上RW2用于調節(jié)零位，RW1可調放大倍數(shù)，按圖22接線，模板的放大器輸出Vo引到主控箱數(shù)顯表的Vi插座。將顯示選擇開關撥到2V檔，反復調節(jié)RW2（RW1旋到滿度的確13）使數(shù)顯表顯示為零。3、 先松開流量計下端進氣口調氣閥的旋鈕，開通流量計。4、 合上主控箱上的氣源開關K3，啟動壓縮泵，此時可看到流量計中的滾珠浮子在向上浮起懸于玻璃管中。5

22、、 逐步關小流量計旋鈕，使標準壓力表指示某一刻度，觀察數(shù)顯表顯示電壓的正、負，若為負值則對調傳感器氣咀接法。6、 仔細地逐步由小到大調節(jié)流量計旋鈕，使壓力顯示在414KP之間每上升1KP分別讀取壓力表讀數(shù)，記下相應的數(shù)顯表值列于表（21）表（21）壓力傳感器輸出電壓與輸入壓力值P(KP) Vo(p-p)7、 計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。8、 如果本實驗裝置要成為一個壓力計，則必須對電路進行標定，方法如下：輸入4KPa氣壓，調節(jié)Rw2（低限調節(jié)），使數(shù)顯表顯示0.400V，當輸入12KPa氣壓，調節(jié)Rw1（高限調節(jié)）使數(shù)顯表顯示1.200V這個過程反復調節(jié)直到足夠的精度即可。五、 思考題：利

23、用本系統(tǒng)如何進行真空度測量？實驗九 擴散硅壓阻式壓力傳感器差壓測量一、實驗目的：了解利用壓阻式壓力傳感器進行差壓測量的方法。二、基本原理：壓阻式壓力傳感器的硅膜片受到兩個壓力P1和P2作用時由于它們對膜片產生的應力正好相反，因此作用在壓力膜片上是PP1P2，從而可以進行差壓測量。三、需用器件與單元：實驗九所用器件和單元、壓力氣囊。四、實驗步驟：請學員們自擬一個差壓測量的方法。實驗十 差動變壓器的性能實驗一、 實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。二、 基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結構。當傳感器隨著被測體

24、移動時，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應電勢產生變化，一只次級感應電勢增加，另一只感應電勢則減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。三、 需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器、差動變壓器、音頻信號源、直流電源（音頻振蕩器）、萬用表。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖31，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。圖31差動變壓器電容傳感器安裝示意圖2、 在模塊上按圖32接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的Lv端子輸出，調節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為45KHz（可用主控箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）。調節(jié)輸出幅度為峰

25、峰值Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div）。圖中1、2、3、4、5、6為連接線插座的編號。接線時，航空插頭上的號碼與之對應。當然不看插孔號碼，也可以判別初次級線圈及次級同名端。判別初次線圖及次級線圈同中端方法如下：設任一線圈為初級線圈，并設另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖32接線。當鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當次級波形輸出幅度值變化很大，基本上能過零點，而且相應與初級線圈波形（Lv音頻信號Vp-p2波形）比較能同相或反相變化，說明已連接的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）

26、為實驗模塊中的插孔編號。3、 旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰峰值Vp-p為最小，這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，另一個方向位稱為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表31，再人Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關系。圖32雙蹤示波器與差動變壓器連結示意圖4、 實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表31畫出Vop-pX曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。表（31）差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表V(m

27、v) X(mm) 五、 思考題：1、 用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1KHZ的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什么影響？2、 試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？3、 移相器的電路原理圖如圖17，試分析其工作原理？4、 相敏檢波器的電路原理圖如圖18，試分析其工作原理？實驗十一 激勵頻率對差動變壓器特性的影響一、 實驗目的：了解初級線圈激勵頻率對差動變壓器輸出性能的影響。二、 基本原理：差動變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關系式： 表示,式中LP、RP為初級線圈電感和損耗電阻，Ui、為激勵電壓和頻率，M1、M2為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關系式可以看出，當初級線圈激勵頻

28、率太低時，若RP22LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當2LP2RP2時輸出Uo與無關，當然過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。三、 需用器件與單元：與實驗十相同。四、 實驗步驟：1、 差動變壓器安裝同實驗十。接線圖同實驗十。2、 選擇音頻信號輸出頻率為1KHZ，Vp-p2V。從LV輸出，（可用主控箱的數(shù)顯表頻率檔顯示頻率）移動鐵芯至中間位置即輸出信號最小時的位置，調節(jié)Rw1 、Rw2使輸出變得更小，3、 用示波器監(jiān)視第二通道，旋動測微頭，向左（或右）旋到離中心位置2.50mm處，有較大的輸出。將測試結果記入表32。4、 分別改變激勵頻率從1KHZ9KHZ，幅值

29、不變，將測試結果記入表32表32不同激勵頻率時輸出電壓的關系。F(Hz)1KHz2 KHz3 KHz4 KHz5 KHz6 KHz7 KHz8 KHz9 KHzV0(v)5、作出幅頻特性曲線。實驗十二 差動變壓器零點殘余電壓補償實驗一、 實驗目的：了解差動變壓器零點殘余電壓補償方法。二、 基本原理：由于差動變壓器二只次級線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，二次級的不均勻、不一致，鐵芯BH特性的非線性等，因此在鐵芯處于差動線圈中間位置時其輸出電壓并不為零。稱其為零點殘余電壓。三、 需用器件與單元：音頻振蕩器、測微頭、差動變壓器、差動變壓器實驗模板、示波器。四、 實驗步驟：1、 按

30、圖33接線，音頻信號源從LV插口輸出，實驗模板R1 、C1 、RW1 、RW2為電橋單元中調平衡網(wǎng)絡。圖33零點殘余電壓補償電路2、 利用示波器調整音頻振蕩器輸出為2V峰峰值。3、 調整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。4、 依次調整RW1、RW2，使輸出電壓降至最小。5、 將第二通道的靈敏度提高，觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓相比較。6、 從示波器上觀察，差動變壓器的零點殘余電壓值（峰峰值）。（注：這時的零點殘余電壓經放大后的零點殘余電壓V零點p-pK，K為放大倍數(shù)）五、 考題：1、 請分析經過補償后的零點殘余電壓波形。2、 本實驗也可用圖34所示線路，請分析原理。圖34零點殘余電壓

31、補償電路之二實驗十三 差動變壓器的應用振動測量實驗一、 實驗目的：了解差動變壓器測量振動的方法。二、 基本原理：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、 需用器件與單元：音頻振蕩器、差動放大器模板、移相器/相敏檢波器/濾波器模板、測微頭、數(shù)顯單元、低頻振蕩器、振動源單元（臺面上）、示波器、直流穩(wěn)壓電源。四、 實驗步驟：1、 將差動變壓器按圖35，安裝在臺面三源板的振動源單元上。 圖3-5差動變壓器振動測量安裝圖2、 按圖36接線，并調整好有關部分，調整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，用示波器觀察LV峰峰值，調整音頻振蕩器幅度旋鈕使Vop-p=2V（2）利用示波器觀察

32、相敏檢波器輸出，調整傳感器連接支架高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（3）仔細調節(jié)RW1和RW2使示波器（相敏檢小波器）顯示的波形幅值更小，基本為零點。（4）用手按住振動平臺（讓傳感器產生一個大位移）仔細調節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為一個接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失變?yōu)橐粭l接近零點線。（否則再調節(jié)RW1和RW2）激振源接上低頻振蕩器，調節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。用示波器觀察放大器Vo相敏檢波器的Vo及低通濾波器的Vo波形。圖36差動變壓器振動測量實驗接線圖3、 保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率（頻率與輸出電壓Vp-p的監(jiān)測

33、方法與實驗十相同）用示波器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33表33f(Hz) Vp-p（V）4、 根據(jù)實驗結果作出梁的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與用應變片測出的結果相比較。5、 保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗可得到振幅與電壓峰峰值Vp-p曲線（定性）。注意事項：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。五、 思考題：1、 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？2、 利用差動變壓器測量振動，在應用上有些什么限制？實驗十四 電容式傳感器的位移實驗一、 實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。二、 基本

34、原理：利用平板電容CAd和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）測微小位移（變d）和測量液位（變A）等多種電容傳感器。三、 需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、 實驗步驟：1、 按圖31安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上，判別CX1和CX2時，注意動極板接地，接法正確則動極板左右移動時，有正、負輸出。不然得調換接頭。一般接線：二個靜片分別是1號和2號引線，動極板為3號引線。2、 將電容傳感器電容C1和C2的靜片接線分別插

35、入電容傳感器實驗模板Cx1、Cx2插孔上，動極板連接地插孔（見圖41）。圖41電容傳感器位移實驗接線圖3、 將電容傳感器實驗模板的輸出端Vo1與數(shù)顯表單元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw調節(jié)到中間位置。4、 接入±15V電源，旋動測微頭推進電容器傳感器動極板位置，每間隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表41。表41 電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) V(mv)5、 根據(jù)表41數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。五、 思考題：試設計利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結構？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？實驗十五 直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗一、 實驗目

36、的：了解霍爾式傳感器原理與應用。二、 基本原理：根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UHKHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進行位移測量。三、 需用器件與單元：霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、直流源、測微頭、數(shù)顯單元。四、 實驗步驟：1、 將霍爾傳感器按圖51安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗模板的連接按圖52進行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。2、 開啟電源，調節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置再調節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。圖5圖51 霍爾傳感器安裝示意圖 3、4、圖52霍爾傳感器位移直流激勵實驗接線圖3、 微頭向軸向方向推進，每轉動0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表51。

37、表51X（mm）V(mv)作出VX曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。五、 思考題： 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗十六 交流激勵時霍爾式傳感器的位移實驗一、 實驗目的：了解交流激勵時霍爾式傳感器的特性。二、 基本原理：交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、 需用器件與單元：在實驗十六基礎上加相敏檢波、移相、濾波模板、雙線示波器。四、 實驗步驟：1、 傳感器安裝同實驗十六，實驗模板上連線見圖53。圖53交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖2、 調節(jié)音頻振動器頻率和幅度旋鈕，從Lv輸出，用示波器測量使電壓輸出頻率為1

38、KHz，電壓峰峰值為接上交流電源，激勵電壓從音頻輸出端LV輸出頻率1KHZ，幅值為4V峰峰值（注意電壓過大會燒壞霍爾元件）。3、 調節(jié)測微頭使霍爾傳感器處于磁鋼中點，先用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最小，然后從數(shù)顯表上觀察，調節(jié)電位器RW1、RW2使顯示為零。4、 調節(jié)測微頭使霍爾傳感器產生一個較大位移，利用示波器觀察相敏檢波器輸出，旋轉移相單元電位器RW和相敏檢波電位器RW，使示波器顯示全波整流波形，且數(shù)顯表顯示相對值。5、 使數(shù)顯表顯示為零，然后旋動測微頭記下每轉動0.2mm時表頭讀數(shù)，填入表52。表52交流激勵時輸出電壓和位移數(shù)據(jù)X（mm）V(mv)6、 根據(jù)表52作出VX曲線，計算

39、不同量程時的非線性誤差。五、 思考題：利用霍爾元件測量位移和振動時，使用上有何限制？實驗十七 霍爾測速實驗一、 實驗目的：了解霍爾轉速傳感器的應用。二、 基本原理：利用霍爾效應表達式：UHKHIB，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉一周磁場就變化N次。每轉一周霍爾電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉物的轉速。三、 需用器件與單元：霍爾轉速傳感器、直流源5V、轉動源224V、轉動源單元、數(shù)顯單元的轉速顯示部分。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖54，將霍爾轉速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對準反射面內的磁鋼。圖54霍爾、光電、磁電轉速傳感順安裝示意圖2、 將5V直

40、流源加于霍爾轉速傳感器的電源端（1號接線端）。3、 將霍爾轉速傳感器輸出端（2號接線端）插入數(shù)顯單元Fin端，3號接線端接地。4、 將轉速調節(jié)中的2V24V轉速電源接入三源板的轉動電源插孔中。5、 將數(shù)顯單元上的開關撥到轉速檔。6、 調節(jié)轉速調節(jié)電壓使轉動速度變化。觀察數(shù)顯表轉速顯示的變化。五、 思考題：1、 利用霍爾元件測轉速，在測量上有否限制？2、 本實驗裝置上用了十二只磁鋼，能否用一只磁鋼？實驗十八 磁電式轉速傳感器測速實驗一、 實驗目的：了解磁電式測量轉速的原理。二、 基本原理：基于電磁感應原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應電勢： 發(fā)生變化，因此當轉盤上嵌入N個磁棒時，每轉

41、一周線圈感應電勢產生N次的變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可以測量轉速。三、 需用器件與單元：磁電式傳感器、數(shù)顯單元測轉速檔、直流源224V。四、 實驗步驟：1、 磁電式轉速傳感器按圖54安裝傳感器端面離轉動盤面2mm左右。將磁電式傳感器輸出端插入數(shù)顯單元Fin孔。（磁電式傳感器兩輸出插頭插入臺面板上二個插孔）2、 將顯示開關選擇轉速測量檔。3、 將轉速電源224V用引線引入到臺面板上24V插孔，合上主控箱電開關。使轉速電機帶動轉盤旋轉，逐步增加電源電壓觀察轉速變化情況。五、 思考題：為什么說磁電式轉速傳感器不能測很低速的轉動，能說明理由嗎？實驗十九 用磁電式原理測量地震磁電式傳感器是絕對測

42、量原理的傳感器，因此它可以直接放在地面上測量地震，用而不用找其它相對靜止點。請設計一個簡易的地震儀用來測量車床、床身振動。實驗二十 壓電式傳感器測振動實驗一、 實驗目的：了解壓電傳感器的測量振動的原理和方法。二、 基本原理：壓電式傳感器由慣性質量塊和受壓的壓電片等組成。（觀察實驗用壓電加速度計結構）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應，壓電晶片上產生正比于運動加速度的表面電荷。三、 需用器件與單元：振動臺、壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳感器實驗模板。雙蹤示波器。四、 實驗步驟：1、 壓電傳感器已裝在振動臺面上。2、 將

43、低頻振蕩器信號接入到臺面三源板振動源的激勵源插孔。圖71壓電式傳感器性能實驗接線圖3、 將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實驗模板兩輸入端，見圖71，與傳感器外殼相連的接線端接地，另一端接R1。將壓電傳感器實驗模板電路輸出端Vo1，接R6。將壓電傳感器實驗模板電路輸出端V02，接入低通濾波器輸入端Vi，低通濾波器輸出V0與示波器相連。4、 合上主控箱電源開關，調節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察示波器波形。5、 改變低頻振蕩器的頻率，觀察輸出波形變化。6、 用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形。實驗二十一 電渦流傳感器位移實驗一、 實驗目的：了解電渦流傳感器測量

44、位移的工作原理和特性。二、 基本原理：通過高頻電流的線圈產生磁場，當有導電體接近時，因導電體渦流效應產生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。三、 需用器件與單元：電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測微頭、鐵圓片。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖81安裝電渦流傳感器。圖81電渦流傳感器安裝示意圖圖8-1 電渦流傳感器安裝示意圖圖82電渦流傳感器位移實驗接線圖2、 觀察傳感器結構，這是一個平繞線圈。3、 將電渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件。4、 在測微頭端部裝上鐵質金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。5、 將

45、實驗模板輸出端Vo與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關選擇電壓20V檔。6、 用連結導線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標有15V的插孔中。7、 使測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結果列入表81。表81電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）V(v)8、 根據(jù)表81數(shù)據(jù)，畫出VX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進行正、負位移測量時的最佳工作點，試計算量程為1mm、3 mm及5mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。五、 思考題：1、 電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量

46、7;5mm的量程應如何設計傳感器？2、 用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。實驗二十二 被測體材質對電渦流傳感器特性影響一、 實驗目的：了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。二、 基本原理：渦流效應與金屬導體本身的電阻率和磁導率有關，因此不同的材料就會有不同的性能。三、 需用器件與單元：除與實驗二十五相同外，另加銅和鋁的被測體圓盤。四、 實驗步驟：1、 傳感器安裝與實驗二十五相同。2、 將原鐵圓片換成鋁和銅圓片。3、 重復實驗二十五步驟，進行被測體為鋁圓片和銅圓片時的位移特性測試，分別記入表82和表83。表82被測體為鋁圓片時的位移為輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）V

47、(v)表83被測體為銅圓片時的位移與輸出電在數(shù)據(jù)X（mm）V(v)4、 根據(jù)表82和表83分別計算量程為1mm和3mm時的靈敏度和非線性誤差（線性度）。5、 分別比較實驗二十五和本實驗所得結果進行小結。五、 思考題： 當被測體為非金屬材料如何利用電渦流傳感器進行測試？實驗二十三 被測體面積大小對電渦流傳感器的特性影響實驗一、 實驗目的：了解電渦流傳感器在實際應用中其位移特性與被測體的形狀和尺寸有關。二、 基本原理：電渦流傳感器在實際應用中，由于被測體的形狀，大小不同會導致被測體上渦流效應的不充分，會減弱甚至不產生渦流效應，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須針對具體的被測

48、體進行靜態(tài)特性標定。三、 需用器件與單元：直流源、電渦流傳感器、測微頭、電渦流傳感器實驗模板、不同形狀鋁被測體二個、數(shù)顯單元。四、 實驗步驟：1、 傳感器安裝見圖81，與前面靜態(tài)特性實驗相同。2、 按照測靜態(tài)特性實驗要求連接好測量線路。3、 在測微頭上分別用三種不同的被測鋁圓盤進行電渦位移特性測定，分別記入表85。表85不同尺寸時的被測體特性數(shù)據(jù)X（mm）被測體1被測體24、 根據(jù)表85數(shù)據(jù)計算目前范圍內三種被測體1號、2號的靈敏度、并說明理由。五、 思考題：目前現(xiàn)有一個直徑為10mm的電渦流傳感器，需對一個軸直徑為8mm的振動進行測量？試說明具體的測試方法與操作步驟。實驗二十四 電渦流傳感器

49、測量振動實驗一、實驗目的：了解電渦流傳感器測量振動的原理與方法。二、基本原理：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、需用器件與單元：電渦流傳感實驗模板、電渦流傳感器、低頻振蕩器、振動臺、直流電源、檢波、濾波模塊、數(shù)顯單元、測微頭、示波器。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖35安裝電渦流傳感器。注意傳感器端面與被測體振動臺面（鋁材料）之間的安裝距離即為線形區(qū)域（可利用實驗二十五中鋁材料的特性曲線）。將電渦流傳感器兩端插入實驗模板標有L的兩端插孔中，實驗模板輸出端接示波器一個通道，接入15V電源。2、 將低頻振蕩信號接入振動臺激勵源插孔，一般應避開梁的自振頻率,將振蕩頻率

50、設置在610HZ之間。3、 低頻振蕩器幅度旋鈕初始為零，慢慢增大幅度，但振動臺面與傳感器端面不碰撞。4、 用示波器觀察電渦流實驗模板輸出端Vo波形，調節(jié)傳感器安裝支架高度，讀取正弦波形失真最小時的電壓峰峰值。5、 保持振動臺的振動頻率不變，改變振動幅度可測出相應的傳感器輸出電壓峰峰值。 六、 思考題：1、 電渦流傳感器動態(tài)響應好可以測高頻振動的物體，電渦流傳感器的可測高頻上限受什么限制？2、 有一個振動頻率為10K的被測體需要測其振動參數(shù)，你是選用壓電式傳感器還是電渦流傳感器或認為兩者均可？3、 能否用本系統(tǒng)數(shù)顯表頭，顯示振動？還需要添加什么單元，如何實行？實驗二十五 電渦流轉速傳感器一、 實

51、驗目的：了解電渦流傳感器測轉速的原理與組成。二、 基本原理：利用電渦流的位移傳感器及其位移特性，當被測轉軸的端面或徑向有明顯的位移變化（齒輪，凸臺）時，就可以得到相應的電壓變化量，再配上相應電路測量轉軸轉速。本實驗請實驗人員自己利用電渦流傳感器和轉動源、數(shù)顯單元組建。實驗二十六 光纖傳感器的位移特性實驗一、 實驗目的：了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。二、 基本原理：本實驗采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成Y型光纖，半園分布即雙D型一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一束端部與光電轉換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距X，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經被測體反射回來，另一束光纖接收光信號由光電轉換器轉換成電量，而光電轉換器轉換的電量大小與間距X有關，因此可用于測量位移。三、 需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器實驗模板、數(shù)顯單元、測微頭、直流源、反射面。四、 實驗步驟：1、 根據(jù)圖91安裝光纖位移傳感器，二束光纖插入實驗板上的座孔上。其內部已和發(fā)光管D及光電轉換管T 相接。圖91光纖傳感器安裝示意圖2、 將光纖實驗模板輸出端VO1與數(shù)顯單元相連，見圖92。圖92光纖傳感器位移實驗接線圖3、 調節(jié)測微頭，使探頭與反射面圓平板接觸。4、 實驗模板接入±15V電源，合上主控箱電源開關，調RW、使數(shù)顯表顯示為零。5