傳感器實驗指導書修改版

1、傳感器原理實驗指導書電子信息學院傳感器原理課程組編2010.2目 錄第一章 概述 2第二章 實驗要求及注意事項 3實驗1 應變片：單臂、半橋、全橋比較4實驗2 金屬箔式應變片交流全橋 6實驗3 交流全橋的應用振幅測量8實驗4 交流全橋的應用電子稱之一 9實驗 5 差動變壓器（互感式）的性能及應用 10實驗6 差動變壓器(互感式)的標定(靜態(tài)位移特性)13實驗7差動變壓器(互感式)的應用電子秤之二14實驗8 差動螺管式電感傳感器特性 15實驗9 電渦流式傳感器的靜態(tài)標定 16實驗10被測體材料對電渦流傳感器特性的影響 17實驗11電渦流式傳感器的應用振幅測量18實驗12 電渦流傳感器的應用電子秤

2、之三 19實驗13霍爾式傳感器的特性直流激勵 20實驗14 霍爾傳感器的應用電子秤之四 22實驗15 壓電傳感器的動態(tài)響應實驗 23實驗16 壓電傳感器引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器 24實驗17 差動面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性 26實驗18 熱電偶的原理及現(xiàn)象28實驗19 熱敏式溫度傳感器30實驗20 熱敏電阻測溫實驗31實驗21光電傳感器（反射型）測轉(zhuǎn)速實驗 32實驗22智能傳感器特性實驗35附錄 產(chǎn)品說明書38第一章 概述傳感器是機電一體化中各種設備和裝置的“感覺器官”，它將各種各樣形態(tài)各異的信息量轉(zhuǎn)換成能夠被直接檢測的信號。在當今信息社會的時代，如果沒有傳感器，現(xiàn)代科學技

3、術(shù)將無法發(fā)展。傳感器在機電一體化系統(tǒng)乃至整個現(xiàn)代科學技術(shù)領域占有極其重要的地位。為了適應這一時代發(fā)展的需要，全國各大中專院校及各類職業(yè)技術(shù)學校都相繼將傳感器教學納入教學任務，作為電子、電器、測控以及工業(yè)自動化類專業(yè)的一門必修課。實驗的目的是使學生了解一些電氣設備和各種非電量電測傳感元件，理解一定的非電量電測技術(shù)，學會使用常用的測量儀器儀表，掌握基本的非電量電測方法。要求學生通過實際操作，培養(yǎng)獨立思考、獨立分析和獨立實驗的能力，并通過實驗加深對理論內(nèi)容的理解。 該實驗指導書適用于測控技術(shù)與儀器、電子信息、自動化等其他相關專業(yè)。本指導書由傳感器原理課程組編寫，可能存在缺點與不足，希望使用指導書的教

4、師與同學積極提出批評與建議，在此表示感謝。第二章 實驗要求及注意事項一、 實驗要求1、實驗前必須認真閱讀實驗指導書，預習與本實驗內(nèi)容相關的理論知識，明確實驗目的、原理、步驟，寫出實驗預習報告。2、進入實驗室后應保持安靜，不得高聲喧嘩和打鬧，不準抽煙，不準隨地吐啖，不準亂拋紙屑雜物，要保持實驗室和儀器設備的整齊清潔。3、實驗中必須嚴格遵守實驗室的規(guī)章制度和儀器設備，聽從實驗指導老師安排，充分發(fā)揮自己的主觀能動性，獨立進行實驗，嚴禁抄襲。4、愛護儀器設備，節(jié)約使用材料；實驗完畢要整理就位，發(fā)現(xiàn)丟失或損壞應立即報告。不準將任何物品帶出室外。5、必須注意安全，防止人身和設備事故的發(fā)生。若遇到事故或發(fā)生

5、異常現(xiàn)象應立即切斷電源，及時向指導教師報告，并保持現(xiàn)場，不得自行處置。待指導教師查明原因排除故障后，方可繼續(xù)實驗。實驗后對實驗數(shù)據(jù)、程序進行充分理解分析，按要求寫出實驗報告。6、實驗完畢，實驗結(jié)果須經(jīng)指導教師審閱無誤后方可拆線。經(jīng)實驗室工作人員檢查儀器設備、工具、材料后，并清理完本實驗臺及地面衛(wèi)生方可離開。7、實驗后要認真完成實驗報告,包括分析結(jié)果,處理數(shù)據(jù),繪制曲線及圖表等。二、 注意事項凡屬下列情況之一者，不準進行實驗： 沒有按要求完成預習報告者； 實驗開始遲到十分鐘以上者； 遵守實驗規(guī)程，不愛護儀器設備又不聽批評教育者。實驗1 金屬箔式應變片：單臂、半橋、全橋比較一、實驗目的：1觀察了解

6、箔式應變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。 2測試應變梁變形的應變輸出。 3測試單臂橋、差分橋的輸出，并比較兩種橋路間的輸出關系。二、實驗性質(zhì)：綜合性三、實驗原理本實驗說明箔式應變片及單臂、半橋、全橋直流電橋的原理和工作情況。應變片是最常用的測力元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件（本實驗中的懸臂梁）受力發(fā)生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應的變化。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/R2、R3

7、/R3、R4/R4，當使用一個應變片時，其電阻變化率為R/R；當二個應變片組成差動狀態(tài)工作時，則電阻變化率為2R/R；用四個應變片組成二個差動對工作，且有R1=R2=R3=R4=R，其電阻變化率為4R/R。由此可見，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。四、所需單元和部件：CSY傳感器實驗儀、直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、FV表、測微頭、雙平行梁、應變片、主副電源、箔式應變片阻值：350，應變系數(shù)：2。五、有關旋鈕的初始位置：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。六、實驗步驟：1. 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

8、與FV表的輸入插口Vi 相連；開啟主副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使FV表顯示為零；關閉主副電源。2根據(jù)圖接線，R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。R4為應變片，r及W1為調(diào)平衡網(wǎng)絡。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的W1，使FV表顯示為零。 圖4. 調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置(目測)，旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁分別向上和向下移動，每隔0.5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，測量點數(shù)不少于10。然后關閉主副電源：位移X（mm）電壓V（mv）5. 保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應變片,即取二片受力方向不同

9、應變片，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FV表顯示表顯示為零，重復4過程,同樣測得讀數(shù)，填入下表：位移X（mm）電壓V（mv）6. 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變片，組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應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FV表顯示零。重復4過程，將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移X（mm）電壓V（mv）7. 在同一坐標紙上描出V-X曲線，比較三種接法的靈敏度。七、注意事項：1. 在更換應變片時應將電源關閉。2. 在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生

10、過載，應將電壓量程擴大。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)壓電源不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。5. 接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。八、實驗報告要求及思考題：1. 在同一坐標紙上描出V-X曲線，比較三種接法的靈敏度。2. 選擇合適比例，繪出單臂電橋的輸出電壓U0與其所對應的梁端位移x之間的關系曲線，計算出靈敏度。3. 在測量數(shù)據(jù)時，測微頭向上和向下移動時，電路的輸出有何不同？輸入輸出關系曲線是否重合？為什么？。實驗2 金屬箔式應變片交流全橋 一、 實驗目的：1交流供電的不平衡電橋的工作原理和工作情況。 2了解交流供電的四臂電橋

11、的原理和工作情況。 二、 實驗性質(zhì)：驗證性三、 實驗原理圖2 為交流全橋的一般形式。當電橋平衡時，Z1Z4=Z2Z3，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化為D Z1/Z1、D Z2/Z2、D Z3Z3、D Z4/Z4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化。交流電橋工作時增大相角差可以提高靈敏度，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會平衡。四、所需單元及部件：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、FV表、雙平行梁、應變片、測微頭、主副電源、示波器。五、有關旋鈕的初始位置：音頻振蕩器KHz，幅度關至最小，F(xiàn)V表打到20V檔，差動放

12、大器增益旋至最大。六、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)差放的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，再將F/V表切換開關置2V檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關閉主、副電源。2.按圖2接線，圖中R1、R2、R3、R4為應變片；W1、W2、C、r為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入。圖23.用手按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭使測微頭脫離振動梁自由端并遠離。將F/V表的切換開關置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.1-0.5ms（以合適為宜），Y軸CH1或CH

13、2切換開關置5V/div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置5KHz，幅度旋鈕置1/4幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡中的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軸的切換開關分別置2V檔和50mv/div，細調(diào)W1和W2及差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表的顯示值最小，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相符時二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后，梁復原，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，F(xiàn)/V表顯示

14、值記錄下表：位移X（mm）電壓V（mv）5.實驗完畢，關閉主、副電源，所有旋鈕置初始位置。七、實驗報告要求及思考題：根據(jù)所得數(shù)據(jù)，作出VX曲線，找出線性范圍，計算靈敏度SVX，并與以前直流全橋?qū)嶒灲Y(jié)果相比較。實驗3 交流全橋的應用振幅測量一、實驗目的：了解交流激勵的金屬箔式應變片電橋的應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理：當梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應變片的應力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產(chǎn)生諧振，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。四、所需單元及部件：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

15、、示波器、主副電源、激振線圈。五、有關旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5KHz，低頻振蕩器頻率旋鈕置5Hz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副電源關閉。六、實驗步驟：1.按圖2接線，并且保持實驗、的步驟。2.關閉主副電源，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間位置，開啟主副電源，雙平行梁在振動，慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率旋鈕，使梁振動比較明顯，如梁振幅不夠大，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0.1ms/div級檔，Y軸切換到50mv/div或0.1v/div，分別觀察差放輸出端、相敏檢波器輸出端、低通濾波器輸出端的波形。并描出

16、各級波形。改變低頻震蕩器頻率f（3-20Hz），測得相應的電壓峰峰值（低通濾波器輸出Vp-p），填入下表。畫出f-Vp-p曲線。f（Hz）3571012151720Vp-p（mv）做完以上實驗，可反復調(diào)節(jié)線路中的各旋鈕,用示波器觀察各輸出環(huán)節(jié)波形的變化，加深實驗體會并了解各旋鈕的作用。4.實驗完畢，關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。七、思考題及實驗報告要求：根據(jù)所得數(shù)據(jù)，作出畫出f-Vp-p曲線。實驗4 交流全橋的應用電子秤之一一、實驗目的：了解交流供電的金屬箔式應變片電橋的實際應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理：即交流全橋測量原理。通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量的對應值，電壓量綱

17、（V）改為重量量綱（g）即可成為一臺原始電子秤。四、所需單元及部件：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、FV表、砝碼、主副電源、雙平行梁、應變片。五、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FV表 輸入端Vi相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使FV表顯示為零，再將FV表切換開關置檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使FV表顯示為零，然后關閉主、副電源。2.按圖2接線，圖中R1、R2、R3、R4為應變片；W1、W2、C、r為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入。3.按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭使測微頭振動梁

18、自由端并遠離。將FV表的切換開關置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.1-0.5ms，Y軸CH1或CH2切換開關置5V/div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置5KHz，幅度旋鈕置1/4幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡中的W1和W2，使FV表和示波器,顯示最小，再把FV表和示波器Y軸的切換開關分別置2V檔和50mv/div，細調(diào)W1和W2及差動放大器調(diào)零旋鈕，使FV表的顯示值最小，示波器的波形為一條水平線（FV表顯示值與示波器圖形不完全相符時二者兼顧即可）?，F(xiàn)用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形：放手后，梁復原，示波器圖形基本成一條直線，否則調(diào)節(jié)W1和W

19、2。4.在梁的自由端加所有砝碼，調(diào)節(jié)差放增益旋鈕，使FV表顯示對應的量值，去除所有砝碼，調(diào)W1使FV表顯示零，這樣重復幾次即可。5.在梁自由端（磁鋼處）逐一加上砝碼，把FV表的顯示值填入下表。作出V-W關系曲線，并計算靈敏度S=VW，V為電壓變化率，W為相應的重量變化率。重量W(g)電壓V(mv)6.梁自由端放上一個重量未知的重物，記錄FV表的顯示值，得出未知重物的重量7.實驗完畢，關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。六、注意事項：砝碼和重物應放在梁自由端的磁鋼上的同一點。七、思考題及實驗報告要求：1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出V-W關系曲線，并計算靈敏度S=VW。2.要將這個電子秤方案投入實際應用，應

20、如何改進？實驗5 差動變壓器性能及應用一、實驗目的：1了解差動變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理。 2了解音頻振蕩器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器等單元的作用。3了解如何用適當?shù)木W(wǎng)絡線路對殘余電壓進行補償。 4了解差動變壓器的實際應用。二、實驗性質(zhì)：綜合性三、實驗原理差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初組線圈作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(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。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上，其原理及輸出特性見圖3所示。圖3 變壓器原理圖差動變壓器的工作原理是建立在互感的基礎上，當外面非電量變化，引起銜鐵在螺線管

21、中的位置發(fā)生變化，導致初級線圈和兩個次級線圈的互感系數(shù)發(fā)生變化，從而使兩次級線圈上感應的電壓發(fā)生變化。又因為兩次級線圈是反向串接的，輸出電壓是兩個次級所感應的電壓之差。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。四、所需單元及部件：測微頭、主副電源、差動變壓器、振動平臺、電橋、差動放大器、雙線示波器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、FV表、音頻振蕩器、低頻振蕩器、激振器。五、有關旋鈕初始位置：音頻振蕩器4KHz8KHz之間，雙線示波器第一通道靈敏

22、度500mv/div ,第二通道靈敏度10mv/div，觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關閉。差動放大器的增益旋到最大。低頻振蕩器頻率鈕置最小，幅值鈕置中。六、實驗步驟：（一）差動變壓器性能檢測1.根據(jù)圖4接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入端和輸出端，觀察差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。圖42.轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合。再向上轉(zhuǎn)動測微頭mm，使振動平臺往上位移。3.往下旋動測微頭，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的峰峰值填入下表，根

23、據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度S。SVX（式中V為電壓變化，X為相應振動平臺的位移變化），作出VX關系曲線。X（mm）54.84.60.20-0.2-4.8-5Vop-p(mv)（二）差動變壓器零點殘余電壓的補償1.接圖5接線，音頻振蕩必須從LV插口輸出，W1，W2，r,C為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡。圖52. 開啟主副電源，利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器幅度鈕使示波器一通道顯示出為2伏峰峰值。調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率，使示波器二通道波形不失真。3. 調(diào)整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。4. 依次調(diào)整W1，W2，使輸出電壓進一步減小，必要時重新調(diào)節(jié)測微頭，盡量使輸出電壓最小。5. 將二通道的靈敏度提高，觀察零點殘余電

24、壓的波形，注意與激勵電壓波形相比較。經(jīng)過補償后的殘余電壓波形為 波形，這說明波形中有 分量。6.經(jīng)過補償后的殘余電壓大?。篤殘余p-pVop-p/100,與實驗十未經(jīng)補償殘余電壓相比較。7.實驗完畢后，關閉主、副電源。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)換為單端輸出。2.音頻信號必須從LV插口引出。（三）差動變壓器在振動測量中的應用1.按圖6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)低頻振蕩器幅度鈕置中，頻率從最小慢慢調(diào)大，讓振動

25、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62.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510ms/div，Y軸CH1或CH2旋鈕打到0.2-2V）。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，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：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，關閉主、副電源。注意事項：適當選擇低頻激振電壓，以免振動平臺在自振頻率附近振幅過大。七、思考：1

26、.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，雙線示波器觀察到的波形相位會發(fā)生怎樣的變化？3.用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出端信號為最小，這個最小電壓稱作什么？由于什么原因造成？實驗6 差動變壓器的標定（靜態(tài)位移性能）一、實驗目的：1了解差動變壓器測量系統(tǒng)的組成。 2了解差動變壓器測量系統(tǒng)的標定方法。 二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初組線圈作為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(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。差動變壓器是開磁路，工作是建立

27、在互感基礎上，其原理及輸出特性見圖7所示。圖7 變壓器原理圖四、所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測微頭、電橋、F/V表、示波器、主副電源。五、有關旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz8KHz，差動放大器的增益打到最大，F(xiàn)V表置2V檔，主、副電源關閉。六、實驗步驟：1. 按圖6接好線路。2. 裝上測微頭，上下調(diào)整使差動變壓器鐵芯處于線圈的中段位置。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，使電壓表指示為最

28、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，并求出靈敏度。X（mm）V（mv）實驗7 差動變壓器的應用電子秤之二一、實驗目的：了解差動變壓器的實際應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理：即差動變壓器的靜態(tài)位移性能。通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即可成為一臺原始電子秤。四、所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、FV表、電橋、砝碼、振動平臺、主副電源。五、有關旋鈕初始位置：音頻振蕩器5KHz、FV表打到2V檔。六、實驗步驟：1.按圖8接線并調(diào)

29、整好電路各個部分的零位。圖82.開啟主、副電源，利用示波器觀察調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度鈕,使音頻振蕩器的輸出為峰一峰值2V。3. 將測量系統(tǒng)調(diào)零（與實驗1相同）。4.適當調(diào)整差動放大器的放大倍數(shù)，使在秤重平臺上放上所有砝碼時電壓表指示不溢出。5.去掉砝碼，必要的話將系統(tǒng)重新調(diào)零。然后逐個加上砝碼，讀出表頭讀數(shù) ，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表：W（g）Vp-p(V)6.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)。關閉主、副電源。7. 利用所得數(shù)據(jù)，求得系統(tǒng)靈敏度及重物的重量。七、注意事項：1. 砝碼不宜太重，以免梁端位移過大。2. 砝碼應放在平臺中間部位，為使操作方便，可將測微頭卸掉。實驗8

30、差動螺管式電感傳感器的靜態(tài)位移性能一、實驗目的：了解差動螺管式傳感器的原理二、實驗性質(zhì)：驗證性實驗三、所需單元及部件：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低頻濾波器、電壓表、測微頭、示波器、差動變壓器二組次級線圈與鐵芯、主副電源。四、有關旋鈕的初始位置：音頻振蕩器5KHz，幅度旋到適中位置，差動放大器增益適當，主、副電源關閉。五、實驗步驟：1.按圖15接線，組成一個電感電橋測量系統(tǒng)。差放先調(diào)零，增益適當大一些。圖152. 裝上測微頭，調(diào)整鐵芯到中間位置。3. 開啟主、副電源，音頻振蕩器頻率置5-8KHz之間，以差放輸出波形不失真為好，音頻幅度為2Vp-p。用類似于實驗十三的方法，

31、利用示波器和電壓表，調(diào)整各平衡及調(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.給振動平臺一個大位移，從相敏檢波器處觀察示波器是否有幅值變化。調(diào)節(jié)移相器旋鈕，使波形形成為全波整流的00或1800，然后接上測微頭，轉(zhuǎn)動測微頭，同時記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表：位移X（mm）電壓V（mV）作出V-X曲線，計算出靈敏度，比較此實驗與實驗十六的異同。5. 根據(jù)圖15的結(jié)構(gòu)，將差動螺管式電感傳感器，音頻振蕩器，電橋平衡網(wǎng)絡，差動放大器，相敏檢波器，移相器，低通濾波器連接起來，組成一個測量電路。將示波器探頭分別接至差動放大器的輸出端和相敏檢波器的輸

32、出端。6.轉(zhuǎn)動測微頭，脫離振動平臺并遠離，（使振動臺振動時不至于再被吸住，這時振動平臺處于自由靜止狀態(tài)），開啟主、副電源。7.調(diào)整電橋平衡網(wǎng)絡的電位器W1和W2，使差動放大器的輸出端輸出的信號最小，這時差動放大器的增益旋鈕旋至最大。（如果電橋平衡網(wǎng)絡調(diào)整不過零，則需要調(diào)整電感中鐵芯上下的位置）8.為了使相敏檢波器輸出端的兩個半波的基準一致，可調(diào)整差動放大器的調(diào)零電位器。將低頻振蕩器輸出接入激振線圈。9.調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率旋鈕、幅度旋鈕固定至某一位置，使梁產(chǎn)生上下振動。10.調(diào)整移相器上的移相電位器，使得相敏檢波器輸出端的波形如圖16所示。 圖1611.將示波器探頭換接至低通濾波器的輸出端。

33、12.調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時可用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表，并作幅頻特性曲線，關閉主、副電源。f（Hz）102030Vo（pp）注意事項：1. 此實驗只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。3.實驗中，電橋平衡網(wǎng)絡的電位器W1和W2要配合調(diào)整。4.實驗中，為了便于觀察，需要調(diào)整示波器的靈敏度。思考題及實驗報告要求：1. 作出V-X曲線，計算出靈敏度。并分析差動電感傳感器的誤差及線性度。2. 本實驗中可代替電阻R1、R2作為平衡臂的元件還有哪些？3. 為什么采用相敏檢波測量電路能夠?qū)崿F(xiàn)測量電壓，鑒別相位及消除零點殘余電壓這三個目的？4. 為何要移相器對

34、音頻振蕩器的輸出移相后再作為參考電壓輸入到相敏檢波器？相移的大小對實驗結(jié)果有何影響？5. 本實驗與實驗十三比較相似，請指出它們的各自特點。6. 研究差動螺管式電感傳感器的頻率特性時，為何要保持音頻振蕩器輸出電壓的幅值？*實驗8差動螺線管電感式傳感器特性一、 實驗目的：通過該實驗進一步掌握差動式測量電路的使用方法和螺線管電感式傳感器的特性。二、實驗性質(zhì)：設計性實驗三、實驗要求：1參考差動變壓器的實驗原理，設計一個差動螺線管電感式傳感器的測量線路，并進行位移測量。2寫出實驗原理、實驗步驟，對實驗結(jié)果進行列表、分析、計算，畫出其XV曲線。3從理論和實際測試系統(tǒng)兩個方面找出產(chǎn)生誤差的原因。4在進行具體

35、實驗操作前先擬定實驗方案，經(jīng)實驗指導教師審核通過后方能進入實驗室操作。四、可供實驗設備：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低頻濾波器、電壓表、測微頭、示波器。實驗9 電渦流式傳感器的靜態(tài)標定一、實驗目的：了解電渦流式傳感器的原理及工作性能二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理電渦流傳感器由平面線圈和框架組成，它和被測體兩部分組成測試系統(tǒng)。當線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導頻率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關，當平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關，

36、將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。四、所需單元及部件：渦流變換器、FV表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、示波器、振動平臺、主副電源。五、實驗步驟：1.裝好傳感器（傳感器對準鐵測片安裝）和測微頭。2.觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個扁平線圈。3.用導線將傳感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至FV表，電壓表置于20V檔，見圖9，開啟主、副電源。圖94.用示波器觀察渦流變換器輸入端的波形。如發(fā)現(xiàn)沒有振蕩波形出現(xiàn)，再將被測體移開一些?？梢?，波形為 波形，示波器的時基為 s/cm，故振蕩頻率約為 。5.適當調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數(shù)，記下示波器及電壓

37、表的數(shù)值，填入下表。建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴重變壞為止。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)。在坐標紙上畫出VX曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度。（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?，渦流傳感器最大的特點是 ，傳感器與被測體間有一個最佳初始工作點。這里采用的變換電路是一種 。實驗完畢關閉主、副電源。X(mm)Vp-p(v)V(v)六、注意事項：被測體與渦流傳感器測試探頭平面盡量平行，并將探頭盡量對準被測體中間，以減少渦流損失。實驗10 被測體材料對電渦流傳感器特性的影響一、實驗目的：了解被測體材料對渦流傳感器性能的影響。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理：渦流效應與金屬被測導

38、體本身的電導率和磁導率有關，電導率越高，靈敏度也越高。因此不同的材料就會有不同的性能。四、所需單元及部件：渦流傳感器、渦流變換器、鐵測片、FV表、測微頭、鋁測片、振動臺、主副電源。五、實驗步驟：1.安裝好渦流傳感器，調(diào)整好位置。裝好測微頭。2.按圖9接線，檢查無誤，開啟主、副電源。3.從傳感器與鐵測片接觸開始，旋動測微頭改變傳感器與被測體的距離，記錄FV表讀數(shù)，到出現(xiàn)明顯的非線性為止，然后換上鋁測片重復上述過程，結(jié)果填入下表（建議每隔0.05mm讀數(shù)）：X(mm)V鋁(v)V鐵(v)根據(jù)所得結(jié)果，在同一坐標紙上畫出被測體為鋁和鐵的兩條VX曲線，照實驗十七的方法計算靈敏度與線性度，比較它們的線性

39、范圍和靈敏度。關閉主、副電源?？梢姡@種電渦流式傳感器在被測體不同時必須重新進行 工作。六、注意事項：1.傳感器在初始時可能為出現(xiàn)一段死區(qū)。2.此渦流變換線路屬于變頻調(diào)幅式線路，傳感器是振蕩器中一個元件，因此材料與傳感器輸出特性之間的關系與定頻調(diào)幅式線路不同。七、實驗思考題：鋁測片和鐵測片哪一個的靈敏度高，為什么？實驗11電渦流式傳感器的應用振幅測量一、實驗目的：了解電渦流式傳感器測量振動的原理和方法二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理 電渦流傳感器振動測量的原理：由于振動，使平面線圈與被測體的相對距離發(fā)生周期性的變化，引起被測體上的渦流量發(fā)生周期性的變化，導致線圈的阻抗發(fā)生周期性的變化，經(jīng)過渦流

40、變換器使之轉(zhuǎn)換成周期性的電壓變化。四、所需單元及部件：電渦流傳感器、渦流變換器、差動放大器、電橋、鐵測片、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、激振線圈、FV表、示波器、主副電源。五、有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益置最?。鏁r針到底），直流穩(wěn)壓電源置4V檔。六、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狀態(tài)），適當調(diào)節(jié)渦流傳感器頭的高低位置（目測），以實驗十七的結(jié)果（線性范圍的中點附近為佳）為參考。2.根據(jù)圖10的電路結(jié)構(gòu)接線，將渦流傳感器探頭、渦流變換器、電橋平衡網(wǎng)絡、差動放大器、 FV表、直流穩(wěn)壓電源連接起來，組成一個測量線路（這時

41、直流穩(wěn)壓電源應置于4V檔），F(xiàn)V表置20V檔,開啟主、副電源。圖103.調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡，使電壓表讀數(shù)為零。4.去除差動放大器與電壓表連線，將差動放大器的輸出與示波器連起來，將FV表置2V檔，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。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，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，關閉主、副電源。f（Hz）325V（p-p）七、思考題：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

42、仍十分重要？實驗12電渦流傳感器應用電子秤之三一、實驗目的：了解電渦流傳器在靜態(tài)測量中的應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理：即電渦流式傳感器的靜態(tài)標定原理。通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即可成為一臺原始電子秤。四、所需單元及部件：渦流傳感器、渦流變換器、FV表、砝碼、差動放大器、電橋、鐵測片、主、副電源。五、有關旋鈕初始位置：電壓表置20V檔，差動放大器增益旋至最小。六、實驗步驟：1.按圖10的電路接線。2.調(diào)整傳感器的位置，使其處于線性范圍的終點距離附近處（與被測體之間的距離為線性終端處附近，目測）。3.開啟主、副電源，調(diào)整電橋單元上的電

43、位器W1，使電壓表為零。4.在平臺上放上砝碼，讀出表頭指示值，填入下表：W(g)V(v)5.在平臺上放一重物，記上電壓表讀,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出VW曲線，計算靈敏度及重物的重量。說明：差動放大器的增益適當，視指示而定。七、注意事項：1.砝碼重物不得使位移超出線性范圍。2.做此實驗應與電子秤之一、之二相比較。實驗13 霍爾式傳感器的特性直流激勵一、實驗目的： 了解霍爾式傳感器的原理與特性。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理霍爾式傳感器是由兩個環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出。霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁

44、場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。四、所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主副電源。五、有關旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置20V檔，直流穩(wěn)壓電源置2V檔，主、副電源關閉。六、實驗步驟：1.了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號?；魻柶惭b在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。2.開啟主、副電源，將差動放大器調(diào)零后，增益置最小，關閉主電源，根據(jù)圖11接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡。圖113.裝好測微頭，調(diào)

45、節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。4.開啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指示為零。5.上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.5mm讀一個數(shù)，將讀數(shù)填入下表：X(mm)V(V)關閉主、副電源。可見，本實驗測出的實際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場，位移測量的線性度、靈敏度與磁場分布有很大關系。6.實驗完畢關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。七、注意事項：1.由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。2.一旦調(diào)整好后，測量過程中不能移動磁路系統(tǒng)。3.激勵電壓不能過大，以免損壞霍爾片。八、實驗報告要求及思考題1. 作出VX曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。2

46、. 圖中W1起什么作用？實驗14 霍爾式傳感器的應用電子秤之四一、實驗目的：了解霍爾式傳感器在靜態(tài)測量中的應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、 實驗原理：即霍爾傳感器的直流激勵特性原理。通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量的對應值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即可成為一臺原始電子秤。四、所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、電橋、砝碼、FV表、主副電源、振動平臺。五、有關旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源2V，F(xiàn)V表2V檔，主、副電源關閉。六、實驗步驟：1.開啟主、副電源，將差動放大器調(diào)零，關閉主、副電源。2.調(diào)節(jié)測微頭脫離平臺并遠離振動臺。3.按圖11接線，開啟主、副電源，將系

47、統(tǒng)調(diào)零。4.差動放大器增益調(diào)至最小位置，然后不再改變。5.在稱重平臺上放上砝碼，填入下表：W(g)V(v) 6.在平面上放一個未知重量之物，記下表頭讀數(shù)。七、注意事項：1.此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應太重。2.砝碼應置于平臺的中間部分。八、實驗報告要求及思考題：1. 根據(jù)實驗結(jié)果作出VW曲線，求得未知重量。2. 由于霍爾傳感器的線性范圍較小，稱重時應注意什么問題？實驗15 壓電傳感器的動態(tài)響應實驗一、實驗目的：1掌握壓電式傳感器的原理。 2理解壓電式傳感器的外形和特性。 3了解壓電加速度計的結(jié)構(gòu)、原理和應用。二、實驗性質(zhì)：驗證性三、實驗原理壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（

48、發(fā)電型傳感器）。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應力、加速度等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實現(xiàn)非電量的電測。四、所需單元及設備：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、激振線圈、磁電傳感器、F/V表、主、副電源、振動平臺。五、有關旋鈕的初始位置：低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)V表置2KHz檔。六、實驗步驟：1.觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖12的電路結(jié)構(gòu)，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。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。圖122.將低頻振蕩信號接入振動臺的激振線圈。3.調(diào)整好示波器，低頻振蕩器

49、的幅度旋鈕固定至適中，測微頭移開平行梁，低頻振蕩信號接入激振線圈，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表（打在2K檔）監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：f(Hz)571215172025V(p-p)七、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大致為多少？為什么？實驗16 壓電傳感器的引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器一、實驗目的：1. 驗證引線電容對電壓放大器的影響。2. 了解電荷放大器的原理和使用。二、實驗性質(zhì)：驗證性一、 實驗原理壓電傳感器的前置放大器有兩個作用：一是把壓電式傳感器的高輸出阻抗變換成低阻抗輸出；二是放

50、大壓電傳感器輸出的弱信號。根據(jù)壓電傳感器的工作原理及其等效電路，它的輸出可以是電壓信號也可以是電荷信號。因此設計前置放大器也有兩種形式：一種是電壓放大器，其輸出電壓與輸入電壓（傳感器的輸出電壓）成正比；另一種是電荷放大器，其輸出電壓與輸入電荷成正比。四、所需單元及部件：低頻振蕩器、電壓放大器、電荷放大器、低通濾波器、相敏檢波器、F/V表、單芯屏蔽線、差動放大器、直流穩(wěn)壓源、雙線示波器。五、有關旋鈕的初始位置：按下低頻振蕩器的振動控制開關，低頻蕩器的幅度旋鈕置于最小 ，F(xiàn)/V表置V表20V檔，差動放大器增益旋鈕至最小，直流穩(wěn)壓電源輸出置于4V檔。六、實驗步驟：1.按圖13接線，注意低頻振蕩器的頻

51、率應打在530Hz，相敏檢波器參考電壓應從直流輸入插口輸入，差動放大器的增益旋鈕旋到適中。直流穩(wěn)壓電源打到2V檔。圖132.示波器的兩個通道分別接到差動放大器和相敏檢波器的輸出端。3.開啟電源，觀察示波器上顯示的波形，調(diào)節(jié)低頻振蕩器為諧振頻率時，適當調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度旋鈕或W1，使差動放大器的輸出波形較大且沒有明顯的失真。改變低頻振蕩器的頻率，觀察相敏檢波器輸出波形為00或1800，900和-900，分別記錄頻率大小。4.將屏蔽線換為導線，觀察差放輸出波形有無干擾，將導線加長，觀察差放輸出波形峰值有無減少。6.將電壓放大器換成電荷放大器，重復4步驟。七、注意事項：1.低頻振蕩器的幅度要適當，以免引起波形失真。2.梁振動時不應發(fā)生碰撞，否則將引起波形畸變，不再是正弦波。3.由于梁的相頻特性影響，壓電式傳感器的輸出與激勵信號一般不為