試驗(yàn)七移相器相敏檢波器試驗(yàn)

1、用戶手冊(cè)前言YC-2000D-I型創(chuàng)新傳感器實(shí)驗(yàn)裝置主要用于各大、中專院校及職業(yè)院校開(kāi)設(shè)的“傳感器原理與技術(shù)”、 “自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)”、“非電量電測(cè)技術(shù)”、“工業(yè)自動(dòng)化儀表與控制”、“機(jī)械量電測(cè)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用的大部分傳感器雖然是教學(xué)傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學(xué)） ，但其結(jié)構(gòu)與線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助廣大學(xué)生加強(qiáng)對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解，并在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過(guò)程中，通過(guò)信號(hào)的拾取、轉(zhuǎn)換、分析、掌握作為一個(gè)科技工作者應(yīng)具有的基本的操作技能與動(dòng)手能力。YC-2000D-I型創(chuàng)新傳感器實(shí)驗(yàn)裝置為適應(yīng)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(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)在于：1、能適應(yīng)不同專業(yè)的需要

2、，不同專業(yè)可有不同的菜單，可以根據(jù)用戶的特殊要求制作模塊。2、能適應(yīng)不斷發(fā)展的趨勢(shì)，可以不斷補(bǔ)充新型的傳感器模塊。3、指導(dǎo)教師和學(xué)生可以開(kāi)發(fā)與組織新實(shí)驗(yàn)，本公司可以提供空白的模塊。4、可以利用主控臺(tái)的共用平臺(tái)用于學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和自制裝置。本實(shí)驗(yàn)指南，由于編寫(xiě)時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，難免有疏漏廖誤之處，熱切期望實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師與學(xué)生們，能提出寶貴意見(jiàn)，謝謝！1用戶手冊(cè)目錄YC-2000D-I 型創(chuàng)新傳感器實(shí)驗(yàn)裝置。 3示范實(shí)驗(yàn)舉例。 。 5實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)。 5實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)。 。11實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)。 。12* 實(shí)驗(yàn)四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較。 。14實(shí)驗(yàn)

3、五應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)。15實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn)。16實(shí)驗(yàn)七移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)。 16實(shí)驗(yàn)八差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)。21實(shí)驗(yàn)九激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響。26實(shí)驗(yàn)十差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。26實(shí)驗(yàn)十一差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)。28實(shí)驗(yàn)十二差動(dòng)變壓器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)。30實(shí)驗(yàn)十三線性霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)。32實(shí)驗(yàn)十四線性霍爾傳感器交流激勵(lì)時(shí)的位移性能實(shí)驗(yàn)。34實(shí)驗(yàn)十五光纖位移傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)。36實(shí)驗(yàn)十六光纖溫度傳感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)。39實(shí)驗(yàn)十七光纖壓力傳感系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)。42備注： 1、帶號(hào)實(shí)驗(yàn)為思考實(shí)驗(yàn)；學(xué)生也可以參考示范實(shí)驗(yàn)例子組建開(kāi)發(fā)其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2、同類型傳

4、感器實(shí)驗(yàn)方法及接線方式都很類似。2用戶手冊(cè)YC-2000D-I型創(chuàng)新傳感器實(shí)驗(yàn)裝置說(shuō)明書(shū)一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成YC-2000D-I 型創(chuàng)新傳感器實(shí)驗(yàn)裝置由主機(jī)箱、傳感器、實(shí)驗(yàn)電路( 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?) 、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、溫度源、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)桌等組成。1、主機(jī)箱： 提供高穩(wěn)定的±15V、 5V、± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）、 1.6V 24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號(hào)源（音頻振蕩器） 1KHz 10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號(hào)源（低頻振蕩器） 1Hz 30Hz（連續(xù)可調(diào)） ；傳感器信號(hào)調(diào)理電路；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱上裝有電壓、頻率等相關(guān)數(shù)顯表。其中， 直

5、流穩(wěn)壓電源具有過(guò)載保護(hù)功能， 在排除接線錯(cuò)誤后重新開(kāi)機(jī)恢復(fù)正常工作。主機(jī)箱左側(cè)面裝有供電電源插板及漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)。2、振動(dòng)源（動(dòng)態(tài)應(yīng)變振動(dòng)梁與振動(dòng)臺(tái)）：振動(dòng)頻率3Hz 30Hz 可調(diào)（諧振頻率9Hz 12Hz 左右）；3、溫度源：常溫150。4、傳感器：基本型有箔式應(yīng)變片 (350 ) 傳感器 ( 秤重 200g) 、差動(dòng)變壓器 ( ± 4mm)、霍爾式位移傳感器 ( ± 1mm)、光纖位移傳感器 (1mm)、集成溫度 (AD590) 傳感器 ( 室溫 120 ) 、 Pt100 鉑電阻 ( 室溫 150 ) 等。5、調(diào)理電路 ( 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?) ：基本型有電橋及調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)、差

6、動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器等。6、數(shù)據(jù)采集處理軟件，另附。二、電路原理實(shí)驗(yàn)電路原理已印刷在面板上( 實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?) ，實(shí)驗(yàn)接線圖參見(jiàn)文中的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。三、使用方法1、開(kāi)機(jī)前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V 檔；步進(jìn)可調(diào)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(kāi)關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實(shí)驗(yàn)臺(tái)已接通電源。3、做每個(gè)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先閱讀實(shí)驗(yàn)指南，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均應(yīng)在斷開(kāi)電源的狀態(tài)下按實(shí)驗(yàn)線路接好連接線（實(shí)驗(yàn)中用到可調(diào)直流電源時(shí)，應(yīng)在該電源調(diào)到實(shí)驗(yàn)值后再接到實(shí)驗(yàn)線路中），檢3用戶手冊(cè)查無(wú)誤后方可接通電源。4、數(shù)據(jù)采集

7、卡及處理軟件使用方法另附說(shuō)明。四、儀器維護(hù)及故障排除1、維護(hù)防止硬物撞擊、劃傷實(shí)驗(yàn)臺(tái)面；防止傳感器跌落地面。實(shí)驗(yàn)完畢要將傳感器、配件及連線全部整理放置好。2、故障排除開(kāi)機(jī)后數(shù)顯表都無(wú)顯示，應(yīng)查AC220V 電源有否接通；主機(jī)箱側(cè)面AC220V 插座中的保險(xiǎn)絲是否燒斷。如都正常，則更換主機(jī)箱中主機(jī)電源。振動(dòng)源不工作， 檢查主機(jī)箱面板上的低頻振蕩器有無(wú)輸出，如無(wú)輸出， 更換信號(hào)板；如有輸出，更換振動(dòng)源的振蕩線圈。溫度源不工作， 檢查溫度源電源開(kāi)關(guān)有否打開(kāi)；溫度源的保險(xiǎn)絲是否燒斷；調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確。如都正常，則更換溫度源。五、注意事項(xiàng)1、在實(shí)驗(yàn)前務(wù)必詳細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)指南。2、嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它

8、具有腐蝕性溶液擦洗主機(jī)箱及面板。3、請(qǐng)勿將主機(jī)箱的電源、信號(hào)源輸出端與地（）短接，因短接時(shí)間長(zhǎng)易造成電路故障。4、請(qǐng)勿將主機(jī)箱的±電源引入實(shí)驗(yàn)電路時(shí)接錯(cuò)。5、在更換接線時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)電源，只有在確保接線無(wú)誤后方可接通電源。6、實(shí)驗(yàn)完畢后，請(qǐng)將傳感器及附件放回原處。7、如果實(shí)驗(yàn)臺(tái)長(zhǎng)期未通電使用，在實(shí)驗(yàn)前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護(hù)按鈕是否有效。8、實(shí)驗(yàn)接線時(shí)，要握住手柄插拔實(shí)驗(yàn)線，不能拉扯實(shí)驗(yàn)線。六、隨機(jī)附件詳見(jiàn)裝箱清單。4用戶手冊(cè)示范實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解電阻應(yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測(cè)量電路。二、基本原理： 電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元

9、件上通過(guò)特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來(lái)組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過(guò)一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過(guò)測(cè)量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號(hào)輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測(cè)，如力、 壓力、加速度、 力矩、 重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測(cè)量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)” 。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長(zhǎng)為

10、： L、半徑為 r 、材料的電阻率為 時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得（ 11）當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度 L、截面積 A 和電阻率 的變化為 dL、 dA、 d相應(yīng)的電阻變化為 dR。對(duì)式（ 11）全微分得電阻變化率 dR/R 為：（1 2）式中： dL/L 為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量 L; dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量 r由材料力學(xué)得： L=- r(1 3)式中： 為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3 0.5 左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（1 3）代入式（ 1 2）得：5用戶手冊(cè)（14）式（1 4）說(shuō)明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。

11、2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。(1) 、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可?。?5）其靈敏度系數(shù)為：K=金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2 左右。(2)、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R< d ? 。半導(dǎo)體材料之所以具有較大的電阻變化率，是因?yàn)樗羞h(yuǎn)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。不同材質(zhì)的半

12、導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同， 可以是正 （使電阻增大） 的或負(fù)（使電阻減?。?的壓阻效應(yīng)。 也就是說(shuō)，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到 200 左右。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、 穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。 一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N 型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵） ，制成擴(kuò)散型壓阻式 （壓阻效應(yīng)）傳感器。本實(shí)驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為研究對(duì)象。4、箔式應(yīng)

13、變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹(shù)脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右6用戶手冊(cè)的金屬絲或金屬箔制成，如圖1 1 所示。(a)絲式應(yīng)變片(b) 箔式應(yīng)變片圖 11 應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、 腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件， 與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，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： R RK 式中： R R為電阻絲電阻相對(duì)變化， K 為應(yīng)變靈敏系數(shù) , = L/L 為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。5、測(cè)量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)， 在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測(cè)量

14、電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng)變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)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(hào)最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí)的輸出是單臂時(shí)的四倍，性能最好。 因此，為了得到較大的輸出電壓信號(hào)一般都采用雙臂或全橋工作。 基本電路如圖 1 2（ a）、（ b）、（ c）所示。（a）單臂（ b）半橋（ c）全橋圖 12 應(yīng)變片測(cè)量電路（ a）、單臂Uo U U (R1 R1) (R1 R1 R5) R7 (R7 R6) E7用戶手冊(cè)（ R7

15、R6）（R1 R1） R7（ R5R1 R1）（ R5 R1 R1）（R7 R6） E設(shè) R1 R5 R6 R7，且 R1R1 R R 1， R R K， K 為靈敏度系數(shù)。則 Uo (1 4)( R1 R1)E (1 4)( R R)E (1 4)K E(b) 、雙臂 (半橋)同理 :Uo (1 2)( R R)E (1 2)K E(C) 、全橋同理 :Uo ( RR)E KE6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖圖 1 3 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)原理圖圖中 R5、 R6、 R7 為 350固定電阻， R1 為應(yīng)變片； R W1和 R8 組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E 為供橋電源± 4V。橋路輸

16、出電壓Uo (1 4)(R R )E (1 4)(R R)E (1 4)K E 。差 44動(dòng)放大器輸出為Vo。三、需用器件與單元： 主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼；41位數(shù)顯萬(wàn)用表（自備） 。2四、實(shí)驗(yàn)步驟：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f(shuō)明：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逵蓱?yīng)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(yīng)變片測(cè)量電路、差動(dòng)放大器組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1(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

17、傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒(méi)有文字標(biāo)記的5 個(gè)電阻符號(hào)是空的無(wú)實(shí)體，其中 4 個(gè)電阻符號(hào)組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋接線方便而設(shè)；R5、R6、R7 是 350 固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。加熱器+5V 是傳感器上8用戶手冊(cè)的加熱器的電源輸入口， 做應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)時(shí)用。 多芯插頭是振動(dòng)源的振動(dòng)梁上的應(yīng)變片輸入口，做應(yīng)變片測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)用。1、將托盤(pán)安裝到傳感器上，如圖1 4 所示。圖 14傳感器托盤(pán)安裝示意圖2、測(cè)量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤(pán)上無(wú)重物時(shí)，分別測(cè)量應(yīng)變片R1、R2、R3、 R4的阻值。在傳感器的托盤(pán)上放置10 只砝碼后再分別測(cè)量R

18、1、R2、R3、R4 的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）。圖 1 5 測(cè)量應(yīng)變片的阻值示意圖3、實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖 1 6 示意接線， 將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開(kāi)關(guān)切換到2V 檔，檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3合適位置 ( 先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1 圈 ) 后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。9用戶手冊(cè)圖 16 差動(dòng)放在器調(diào)零接線示意圖4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1 7 示意圖接線，將±2V± 10V 可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±

19、;4V 檔。檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤(pán)上依次增加放置一只20g 砝碼 ( 盡量靠近托盤(pán)的中心點(diǎn)放置) ，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。圖 1 7 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表 1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量 (g)0電壓 (mV)05、根據(jù)表 1 數(shù)據(jù)作出曲線并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S V/W（V 輸出電壓變化量，W重量變化量） 和非線性誤差 ， =m/yFS ×100式中m為輸出值 （多次測(cè)量時(shí)為平均值）10用戶手冊(cè)與擬合直線的最大偏差：yFS 滿量程輸出平均值，此處為200g。實(shí)驗(yàn)完

20、畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解應(yīng)變片半橋（雙臂）工作特點(diǎn)及性能。二、基本原理： 應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖2 1 所示。不同應(yīng)力方向的兩片應(yīng)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Uo (1 2)( RR)E (1 2)K E 。圖 21應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按實(shí)驗(yàn)一（單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)）中的步驟1 和步驟 3 實(shí)驗(yàn)。2 、關(guān)閉

21、主機(jī)箱電源，除將圖1 7 改成圖 2 2 示意圖接線外，其它按實(shí)驗(yàn)一中的步驟4 實(shí)驗(yàn)。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表2 中。11用戶手冊(cè)圖 2 2應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表 2應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)重量 (g)0電壓 (mV)03、根據(jù)表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算靈敏度SV/W，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（ 1）對(duì)邊（ 2）鄰邊。實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解應(yīng)變片全橋工作特點(diǎn)及性能。二、基本原理： 應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖3 1 所示。應(yīng)變片全橋測(cè)量電路中，將應(yīng)力方向相同的兩

22、應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1 R2 R3 R4，其變化值R1R2R3R4 時(shí)，其橋路輸出電壓Uo ( R 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。12用戶手冊(cè)圖 3 1 應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)接線示意圖三、需用器件和單元：主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟與方法（除了按圖3 2 示意接線外）參照實(shí)驗(yàn)二，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表3 作出實(shí)驗(yàn)曲線并進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。圖 32 應(yīng)變片

23、全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖表 3 全橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量 (g)電壓 (mV)五、思考題：測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R1、 R3 為對(duì)邊）電阻值R 相同時(shí)，即R1 R3，R2 R4，而 R1R2 時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以（ 2）不可以。13用戶手冊(cè)* 實(shí)驗(yàn)四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、基本原理： 如圖 4 （ a）、（b）、（ c）（ a）單臂（ b）半橋（ c）全橋圖 4應(yīng)變電橋（ a）、Uo U U (R1 R1)(R1 R1 R2) R4 (R3 R4)E（ 1 R1R1）（ 1 R1R1 R2R2）（ R4

24、R3）（ 1 R4 R3） E設(shè) R1 R2 R3 R4，且 R1 R1 1。Uo (1 4)( R1 R1)E所以電橋的電壓靈敏度:S Uo ( R1 R1) kE (1 4)E(b) 、同理 :Uo (1 2)( R1 R1)ES (1 2)E(C) 、同理 :Uo ( R1 R1)ES E三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)實(shí)驗(yàn)一、 二、三所得的單臂、 半橋和全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證闡述理由（注意：實(shí)

25、驗(yàn)一、二、三中的放大器增益必須相同）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。14用戶手冊(cè)實(shí)驗(yàn)五應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測(cè)量電路。數(shù)字電子秤實(shí)驗(yàn)原理如圖 5 1。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出 Vo 實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)電路的標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（ V）改為重量量綱（ g）即成為一臺(tái)原始電子秤。圖 5 1數(shù)字電子稱原理框圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼。四、

26、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按實(shí)驗(yàn)一中的1 和 3 步驟實(shí)驗(yàn)。2、關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖3 2 （應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖）示意接線，將±2V± 10V 可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V 檔。檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W4，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；3、將 10 只砝碼全部置于傳感器的托盤(pán)上，調(diào)節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V 檔測(cè)量 ) 。4、拿去托盤(pán)上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器RW1（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.000V 。5、重復(fù) 3、 4 步驟的標(biāo)定過(guò)程，一直到精確為止，把電壓量綱V 改為重量綱g，將砝碼依次放在

27、托盤(pán)上稱重；放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。15用戶手冊(cè)實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解溫度對(duì)應(yīng)變片測(cè)試系統(tǒng)的影響。二、基本原理： 電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來(lái)自兩個(gè)方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測(cè)試件） 的線膨脹系數(shù)不一致會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當(dāng)溫度變化時(shí)，在被測(cè)體受力狀態(tài)不變時(shí)，輸出會(huì)有變化。三、需用器件與單元： 主機(jī)箱中± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼、加熱器（在實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，已粘貼在應(yīng)變傳感器左下角底部） 。四、實(shí)驗(yàn)步驟：

28、1、按照實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)。2、將 200g 砝碼放在托盤(pán)上，在數(shù)顯表上讀取記錄電壓值Uo1。3、將主機(jī)箱中直流穩(wěn)壓電源+5V、接于實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募訜崞?5V、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-Uo1 即為溫度變化的影響。計(jì)算這一溫度變化產(chǎn)生的相對(duì)誤差：U otU o1100%U 01實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)七移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解移相器、相敏檢波器的工作原理。二、基本原理：1、 移相器工作原理：圖 71 為移相器電路原理圖與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖中，IC-1 、 R1、 R2、R3、 C116用戶手冊(cè)圖 71 移相器原理圖與模板上的面板圖構(gòu)成一階移

29、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：KF113131(j )=Vi/V=-(1-j R C )/(1+j R C )KF1( )=1 F1( )=- -2tg -1 R3C1其中： =2 f,f為輸入信號(hào)頻率。同理由IC-2,R4,R ,Rw,C3構(gòu)成另一個(gè)一階移相器（滯5后），在 R =R 條件下的特性為：54K (j )=Vo/V =-(1-jRwC)/(1+j RwC)F2133KF2( )=1 F2( )=- -2tg -1 RwC3由此可見(jiàn)， 根據(jù)幅頻特性公式，移相前后的信號(hào)幅值相等。根據(jù)相頻特性公式，相移角度的大小和信號(hào)頻率 f 及電路中

30、阻容元件的數(shù)值有關(guān)。顯然，當(dāng)移相電位器 Rw=0，上式中 =0，F(xiàn)2因此 F1 決定了圖71 所示的二階移相器的初始移相角：即 =- -2tg-1F12fR CF31若調(diào)整移相電位器Rw，則相應(yīng)的移相范圍為： FF1-F2=-2tg-13 1+2tg-12 f3=2 fR CRwC已知 R =10k ,C =6800p,Rw=10k,C =0.022 F, 如果輸入信號(hào)頻率 f一旦確定，即313可計(jì)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 72 為相敏檢波器（開(kāi)關(guān)式）原理圖與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖中，AC為交流參考電壓輸入端， DC為直流參考電壓輸入端，

31、Vi 端為檢波信號(hào)輸入端，Vo 端為檢波輸出端。17用戶手冊(cè)圖 72 相敏檢波器原理圖與模板上的面板圖原理圖中各元器件的作用：C5-1 交流耦合電容并隔離直流；IC5-1 反相過(guò)零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波（開(kāi)關(guān)波+14V -14V ）；D5-1 二極管箝位得到合適的開(kāi)關(guān)波形 V7 0V（ 0 -14V ）； Q5-1 是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，工作在開(kāi)、關(guān)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(hù)集成塊作用。關(guān)鍵點(diǎn)： Q5-1 是由參考電壓 V7 矩形波控制的開(kāi)關(guān)電路。當(dāng)V7 0V 時(shí)， Q5-1 導(dǎo)通，使IC5-2同相輸入 5 端接地成為倒相器， 即 V3 -V

32、1 ；當(dāng) V7 0V 時(shí)，Q5-1 截止（相當(dāng)于斷開(kāi)） ，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V3 的變化由檢波信號(hào)V1 與參考電壓波形V2 之間的相位決定。下圖73 為相敏檢波器的工作時(shí)序圖。圖 7 3 相敏檢波器工作時(shí)序圖三、需用器件與單元： 主機(jī)箱中的± 2V± 10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V 直流18用戶手冊(cè)穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；移相器/ 相敏檢波器 / 低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；雙蹤示波器( 自備 ) 。四、實(shí)驗(yàn)步驟：( 一 ) 移相器實(shí)驗(yàn)1、 調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最小 （幅度旋鈕逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底） ，按圖 7 4

33、 示意接線，檢查接線無(wú)誤后， 合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)， 調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率 （用示波器測(cè)量） 為 =1kHz，幅度適中（ 2V Vp-p 8V）。圖 74 移相器實(shí)驗(yàn)接線圖2、正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置( 提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV 在 0.1mS10S范圍內(nèi)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交流耦合AC、靈敏度VOLTS/DIV 在 1V 5V范圍內(nèi)選擇 ) ，調(diào)節(jié)移相器模板上的移相電位器（旋鈕），用示波器測(cè)量波形的相角變化。3、調(diào)節(jié)移相器的移相電位器（逆時(shí)針到底0k 順時(shí)針到底10k 變

34、化范圍），用示波器可測(cè)定移相器的初始移相角（ = 1）和移相范圍 。4、改變輸入信號(hào)頻率為=9kHz，再次測(cè)試相應(yīng)的 和 。測(cè)試完畢關(guān)閉主電源。（二）相敏檢波器實(shí)驗(yàn)1、調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將± 2V± 10V 可調(diào)電源調(diào)節(jié)到± 2V 檔。按圖 7 5 示意接線，檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率 f=5kHz ，峰峰值 Vp-p=5V（用示波器測(cè)量） ；結(jié)合相敏檢波器工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系( 跟隨關(guān)系，波形相同) 。提示：示波器設(shè)置除與( 一 )移相器實(shí)驗(yàn)2 中的垂直輸入耦合方式選擇直

35、流耦合DC外，其它設(shè)置都相同；但當(dāng)CH1、CH2輸入對(duì)地短接時(shí)，將二者光跡線移動(dòng)到顯示屏中間( 居中 ) 后再進(jìn)行測(cè)量波形。19用戶手冊(cè)圖 7 5 相敏檢波器跟隨、倒相實(shí)驗(yàn)接線示意圖2、將相敏檢波器的DC參考電壓改接到-2V(-Vout)，調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示的兩個(gè)波形幅值相等( 相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕) ，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系( 倒相作用，反相波形) 。關(guān)閉電源。3、按圖 76 示意圖接線，合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)移相電位器鈕( 相敏檢波器電路上一步已調(diào)好不要?jiǎng)? ，結(jié)合相敏檢波器的工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。注：一

36、般要求相敏檢波器工作狀態(tài)Vi 檢波信號(hào)與參考電壓AC相位處于同相或反相。圖 76 相敏檢波器檢波實(shí)驗(yàn)接線示意圖4、將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180°，調(diào)節(jié)移相電位器，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。關(guān)閉電源。五、思考題： 通過(guò)移相器、相敏檢波器的實(shí)驗(yàn)是否對(duì)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(shí)序波形，能理解相敏檢波器同時(shí)具有鑒幅、鑒相特性嗎?20用戶手冊(cè)實(shí)驗(yàn)八差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解差動(dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動(dòng)變壓器的工作原理電磁互感原理。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖11 1 所示，由一個(gè)一次繞組1 和二個(gè)二次繞組 2、3 及一個(gè)銜

37、鐵 4組成。差動(dòng)變壓器 一、二 次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移改變而變化。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（同名端相接），以差動(dòng)電勢(shì)輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。當(dāng)差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖11 2所示。圖中 U 為一次繞組激勵(lì)電壓；M 、 M 分別為一次繞組與兩個(gè)二112次繞組間的互感：L 、 R 分別為一次繞組的電感和有效電阻；L、 L分別為兩個(gè)二次繞組112122的電感； R 、R分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置2122時(shí)，兩個(gè)二次繞

38、組互感相同， 因而由一次側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組L21，這時(shí)互感 M 大， M 小，12圖 11 1 差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖圖 11 2 差動(dòng)變壓器的等效電路圖因而二次繞組 L21 內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于二次繞組 L22 內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組 L22 一邊移動(dòng)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)仍不為零，但由于移動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此通過(guò)差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。21用戶手冊(cè)由圖 11 2 可以看出一

39、次繞組的電流為：二次繞組的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為：由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動(dòng)勢(shì)為：其有效值為：差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如圖11 3 所示 . 圖中 E21、 E22 分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， E2 為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)，x 表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2 的實(shí)線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實(shí)際的輸出特性。E0 為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對(duì)稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的存在，使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏， 給測(cè)量帶來(lái)誤差，此值的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)可采取以下方法：圖 11 3 差動(dòng)變壓器輸出特

40、性1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對(duì)稱。磁性材料要經(jīng)過(guò)處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。3、采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。圖11 4 是其中典型的幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)22用戶手冊(cè)勢(shì)的補(bǔ)償電路。 在差動(dòng)變壓器的線圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整W1、W2時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。(a)(b)(c)圖 11 4減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)電路三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的± 15V 直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：附：測(cè)微頭的組成與使用測(cè)微頭組成和讀數(shù)如圖11 5測(cè)微頭讀數(shù)圖圖 115 測(cè)位頭組成與讀數(shù)測(cè)微頭組成：測(cè)微頭由不可動(dòng)部分安裝套、軸套和可動(dòng)部分測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。