傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)課件

傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?/p>

1.實(shí)驗(yàn)須知

3.

實(shí)驗(yàn)原理

2.

實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)介

1實(shí)驗(yàn)須知

1.1實(shí)驗(yàn)的基本態(tài)度

進(jìn)行任何科學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)人員均應(yīng)具備一種最基本的態(tài)度——實(shí)事求是的態(tài)度。

“實(shí)事求是”，就是說要把實(shí)驗(yàn)中所得到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及其規(guī)律性忠實(shí)地記錄下來，記錄下來的是實(shí)際觀測(cè)的情況，而不能以任何理由進(jìn)行編造、修改或歪曲。

實(shí)驗(yàn)中直接觀察到的現(xiàn)象和數(shù)字，也可能不夠準(zhǔn)確，或是錯(cuò)誤的，此時(shí)就需要反復(fù)多次測(cè)量，并加以核對(duì)，或通過數(shù)據(jù)處理，或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法來改善其準(zhǔn)確性。

只有遵循“實(shí)事求是”的態(tài)度，才能從實(shí)驗(yàn)中獲得知識(shí)，并提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。2.實(shí)驗(yàn)組織

一般實(shí)驗(yàn)可能由幾個(gè)人合作進(jìn)行，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)必須做好組織工作，實(shí)驗(yàn)方案的擬定應(yīng)在組內(nèi)討論，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)明確分工，并且做到既分工又合作，這樣既能保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，又能使實(shí)驗(yàn)人員受到全面訓(xùn)練。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄

（1）事先擬好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，在表格中應(yīng)記下有關(guān)物理量的名稱、符號(hào)和單位，并要保證數(shù)據(jù)完整。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)位數(shù)的取值是以實(shí)驗(yàn)儀器所能達(dá)到的精度為依據(jù)的，同一條件下至少讀取兩次數(shù)據(jù)(研究不穩(wěn)定過程或動(dòng)態(tài)過程的實(shí)驗(yàn)除外)，而且只有當(dāng)兩次讀數(shù)比較接近時(shí)，才能改變操作條件，在另一條件下進(jìn)行觀測(cè)。

（2）記錄實(shí)驗(yàn)中使用的儀器、設(shè)備等的型號(hào)、規(guī)格及使用的條件等。（3）凡影響實(shí)驗(yàn)效果或數(shù)據(jù)整理過程中必須的數(shù)據(jù)都需測(cè)取并記錄。如天氣條件、環(huán)境溫度、濕度等。

（4）實(shí)驗(yàn)中的記錄數(shù)據(jù)應(yīng)以實(shí)際讀數(shù)為準(zhǔn)，但因客觀條件的原因，如由于測(cè)量條件的意外改變（如電源電壓及環(huán)境溫度的突然變化、機(jī)械沖擊、外界振動(dòng)等），數(shù)據(jù)出現(xiàn)不正常的情況或有粗大誤差時(shí)，應(yīng)在備注欄中加以說明。5.整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）同一條件下測(cè)得一組數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)舍去含有粗大誤差的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（2）整理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)根據(jù)有效數(shù)字的運(yùn)算法則，確定測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)位數(shù)。

（3）數(shù)據(jù)整理時(shí)可采用列表法、圖解法，這視其具體情況而定，以盡可能準(zhǔn)確描述實(shí)驗(yàn)結(jié)果或?qū)嶒?yàn)結(jié)論為最終目的。6.實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容及要求

一份好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，必須寫得簡(jiǎn)單、明了，數(shù)據(jù)完整，交待清楚，結(jié)論明確，有討論，有分析，得出的公式或圖線有明確的使用條件。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式雖不必強(qiáng)求一致，但一般應(yīng)包括下列各項(xiàng)：

（1）實(shí)驗(yàn)題目，實(shí)驗(yàn)者及共同實(shí)驗(yàn)人員、班級(jí)、日期；

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?；?）實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境條件；

（4）實(shí)驗(yàn)的基本原理、實(shí)驗(yàn)線路、接線圖或流程圖；

（5）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及主要操作簡(jiǎn)述；

（6）整理原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出便于處理和分析的表格、曲線或波形；

（7）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)傳感器的原理、性能特性、技術(shù)指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行討論，提出新的設(shè)想及研究的方法。圖2－1CSY-910型傳感器實(shí)驗(yàn)儀的外形箔式應(yīng)變片雙平行懸梁電渦流傳感器差動(dòng)變壓器壓電加速度傳感器霍爾傳感器電容傳感器振動(dòng)平臺(tái)激振線圈熱電偶傳感器螺旋測(cè)微器2.1.1傳感器安裝臺(tái)1.二套懸臂梁、激振電路、測(cè)微頭

雙平行式懸臂梁的自由端及振動(dòng)圓盤下面各裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測(cè)微頭。通過各自的測(cè)微頭或激振線圈，可進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)量。

應(yīng)變梁采用不銹鋼片，雙梁結(jié)構(gòu)。端部有良好的線性位移。2.傳感器1.電阻應(yīng)變傳感器：由BHF泊式應(yīng)變片構(gòu)成，6片工作片、2片補(bǔ)償片。

2.熱電式(熱電偶)傳感器：由兩個(gè)銅一康銅熱電偶串接而成冷端溫度為環(huán)境溫度。加熱器由電熱絲組成，加熱時(shí)可獲得高于環(huán)境溫度30℃左右的升溫。

3.壓電加速度傳感器：PZT—5雙壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。f>

1OKHZ、Q電荷>20pc／g

4.電感式(差動(dòng)變壓器)傳感器：由一個(gè)初級(jí)、二個(gè)次級(jí)線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體，測(cè)量范圍≥12mm。

5.電渦流傳感器：多股漆包線繞制的扁平線圈與多種被測(cè)金屬渦流片組成，線性范圍3mm。

6.霍爾式傳感器：HZ型日本JVC公司生產(chǎn)的線性半導(dǎo)體霍爾片，置于環(huán)形磁鋼構(gòu)成的梯度磁場(chǎng)中，霍爾信號(hào)線性范圍>3mm。

7.電容式傳感器：由兩組定片和一組動(dòng)片組成的差動(dòng)變面積式電容，線性范圍≥±3mm。傳感器安裝示意圖1傳感器安裝示意圖22.1.2信號(hào)調(diào)理電路1.電

橋：用于組成應(yīng)變電橋，提供組橋插座，標(biāo)準(zhǔn)電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。

2.差動(dòng)放大器：可接成同相、反相，差動(dòng)結(jié)構(gòu)，增益為1-100倍的直流放大器。

3.電容變換器：由高頻振蕩，放大和雙T電橋組成的處理電路。

4.移相器：增益為1，移相范圍≥±400(與fi有關(guān))

5.相敏檢波器：極性反轉(zhuǎn)電路構(gòu)成的檢波電路o

6.電荷放大器：電容反饋型放大器，用于放大壓電式傳感器的輸出信號(hào)。

7.渦流變換器：變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件。傳感器面板示意圖2.1.3振蕩器音頻音頻信號(hào)發(fā)生器0．4KHz—10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp—p值20V，1800、00反相輸出，Lv端最大功率輸出電流0．5A，輸出作為交流激勵(lì)信號(hào)。2.低頻振蕩器

1—30Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp—p值20V，最大輸出電流0．5A，輸出作為振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)。

2.1.5顯示儀表數(shù)字式電壓／頻率表3位半顯示，電壓范圍O—2V、O—20V，

頻率范圍10Hz—20KHz，

靈敏度≤50mV。2.指針式毫伏表

分500mV、50mV、5mV三檔，精度25％。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備１．直流穩(wěn)壓電源；２．差動(dòng)放大器；３．電橋；４．F/V表；５．測(cè)微頭６．雙平行梁；７．應(yīng)變片；８．主、副電源。三、實(shí)驗(yàn)原理1．應(yīng)變電橋的性能和原理(1)電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)原理

電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)的基本原理是調(diào)整螺旋測(cè)微器以改變雙平行懸梁的應(yīng)變，此時(shí)粘貼在懸梁上的應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再通過轉(zhuǎn)換電路（測(cè)量電橋）將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，在數(shù)字電壓表上顯示出與應(yīng)變對(duì)應(yīng)的電壓值，實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖3－1所示。3-1電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)原理框圖圖3－2為電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)原理電路圖。測(cè)量電橋?yàn)橹绷麟姌?，R1、R2、R3、R4為四個(gè)橋臂電阻，可以接成單臂電橋、半橋差動(dòng)電橋和全橋差動(dòng)電橋的形式，RW1為電橋平衡調(diào)節(jié)電位器，UCC和USS為電橋電源。差動(dòng)放大器為由集成運(yùn)算放大器組成的增益可調(diào)的交直流差動(dòng)放大器，可接成同相、反相及差動(dòng)狀態(tài)，增益在1~100倍可調(diào)。輸出由直流電壓表顯示。圖3-2實(shí)驗(yàn)接線圖圖3-3電橋平衡網(wǎng)絡(luò)原理圖

（2）應(yīng)變電橋的性能比較

已知單臂、半橋和全橋電路的∑R分別為ΔR/R、2ΔR/R、4ΔR/R。在的條件下，根據(jù)戴維定理可以得出測(cè)試電橋的輸出電壓近似等于U=1/4.E.∑R，電橋靈敏度Ku=U/ΔR/R，于是對(duì)應(yīng)單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。

由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。

圖3-4差動(dòng)放大器電路原理圖Aifi2i1iiRi=R1

Rf=R3

根據(jù)“虛短”和“虛斷”的原則：

由A點(diǎn)節(jié)點(diǎn)電流方程的：

差動(dòng)放大器增益為：

采用該電路，實(shí)現(xiàn)選取小Rf電阻值，獲得高的Au的目的！箔式應(yīng)變片電阻值：350Ω、應(yīng)變系數(shù)：2；平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對(duì)應(yīng)地貼有4片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號(hào)↑和↓表示。在910型儀器中，橫向所貼的兩片為溫度補(bǔ)償片，用符號(hào)→←表示。2．應(yīng)變式傳感器四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.單臂電橋靜態(tài)特性

（1）了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測(cè)微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。（2）差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（+）、負(fù)（-）、地短接，將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連。開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置（順時(shí)針方向旋到底），然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。（3）根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；Rx=R4為應(yīng)變片；r及W1為電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。調(diào)節(jié)測(cè)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(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。（需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）（4）將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動(dòng)動(dòng)測(cè)微頭，使F/V表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時(shí)的測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。（5）旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔0.5mm（1圈）讀一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。表1-1單臂電橋應(yīng)變輸出2.半橋靜態(tài)特性

（1）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(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋。調(diào)節(jié)測(cè)微頭使測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度，調(diào)節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。（2）旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔0.5mm（1圈）讀一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。表1-2半橋應(yīng)變輸出

3.全橋靜態(tài)特性

（1）保持差動(dòng)放大器增益不變，將R1，R2兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即R1換成，R2換成，）組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)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(gè)直流全橋。

調(diào)節(jié)測(cè)微頭使測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度，調(diào)節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。（2）旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔0.5mm（1圈）讀一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。表1-3全橋應(yīng)變輸出4.電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用—電子秤（1）電子秤實(shí)驗(yàn)電路如圖3－2所示，橋臂電阻接成全橋差動(dòng)電橋形式。卸掉螺旋測(cè)微器，對(duì)差動(dòng)放大器調(diào)零，電橋調(diào)平衡。（2）在振動(dòng)臺(tái)中心加上電子秤最大量程砝碼，調(diào)節(jié)放大器增益，使電壓表顯示最大值；卸下全部砝碼，再進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)零。反復(fù)進(jìn)行調(diào)試直到系統(tǒng)零點(diǎn)、量程準(zhǔn)確為止。對(duì)電子秤標(biāo)定，根據(jù)在零點(diǎn)和滿量程之間加的砝碼和相應(yīng)的輸出電壓關(guān)系作出U－W曲線。（3）對(duì)電子秤標(biāo)定，每增加一只砝碼，記下一個(gè)數(shù)值并將這些數(shù)值，填入表1-4中。表1-4電子秤標(biāo)定（4）卸下全部砝碼，放上一未知重物，讀出電壓表的值，根據(jù)U－W曲線推算出未知重物的重量。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與討論

1．在同一坐標(biāo)紙上描出X-U曲線。2．根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度（、）比較三種接法的靈敏度。

3．根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果與X-U曲線，比較三種橋路的電壓靈敏度，做出定性結(jié)論，并進(jìn)行誤差分析。

六、注意事項(xiàng)

１．連接電路時(shí)，應(yīng)盡量使用短的接插線，以避免引入干擾。接插線插入插孔時(shí)，輕輕地做小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，以保證接觸良好。拔出時(shí)也輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)一下拔出，切忌用力拉扯插線尾部，以避免造成內(nèi)部導(dǎo)線斷裂。２．實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)確認(rèn)接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。３．在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。４．在實(shí)驗(yàn)過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。５．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。６．直流穩(wěn)壓電源±4V不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。７．接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。

實(shí)驗(yàn)二熱電偶原理及分度表的應(yīng)用

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解熱電偶的原理及分度表的應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

１．-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；２．差動(dòng)放大器；３．F/V表；４．加熱器；５．熱電偶；６．溫度計(jì)（自備）；７．主副電源。三、實(shí)驗(yàn)原理

熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時(shí)，通過測(cè)量此電動(dòng)勢(shì)即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本儀器中熱電偶為銅—康銅熱電偶。直流電阻：10Ω左右。由兩個(gè)銅一康銅熱電偶串接而成，分度號(hào)為T，冷端溫度為環(huán)境溫度。銅一康熱電偶分度表如表3-5所示。圖3-5實(shí)驗(yàn)接線圖表2-1銅一康熱電偶分度(自由端溫度OoC)

四、實(shí)驗(yàn)步驟

旋鈕初始位置：F/V表切換開關(guān)置2V檔，差動(dòng)放大器增益最大。1．了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅—康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為T。實(shí)驗(yàn)儀有二個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。2．按圖2-1接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。3．將-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。4．用自備溫度計(jì)測(cè)出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。5.用自備室內(nèi)溫度計(jì)測(cè)出室溫tn。6．實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器-15V電源，（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去-15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與討論1.根據(jù)熱電偶的的中間溫度定律，熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：

Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t――熱電偶的熱端（工作端或稱測(cè)溫端）溫度。tn――熱電偶的冷端（自由端）溫度也就是室溫。to――――――0℃（tn=to）（1）熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)：

Eab(t,tn)=(f/v顯示表E)/100×2（100為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2為二個(gè)熱電偶串聯(lián)）。（2）熱端溫度為室溫，冷端溫度為0℃，銅-康銅的熱電勢(shì)：Eab(tn,to)：查以下所附的熱電偶自由端為0℃時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即銅-康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測(cè)得）時(shí)熱電勢(shì)。（3）計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電勢(shì)，Eab(t,to)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表（表2-1）得到溫度t。2．熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只是了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）。并分析產(chǎn)生誤差的原因。３．為什么差動(dòng)放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)三差動(dòng)變壓器(互感式)的輸出特性

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器原理及工作情況二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.音頻振蕩器；2.測(cè)微頭；3.示波器；4.主、副電源；5.差動(dòng)變壓器；6.振動(dòng)平臺(tái)。三、實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊，差動(dòng)變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖3-1。差動(dòng)變壓器（電感式）：量程≤±5mm直流電阻：5Ω-10Ω。由一個(gè)初級(jí)、二個(gè)次級(jí)線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體。

差動(dòng)變壓器輸出電勢(shì)u0與銜鐵位移x的關(guān)系。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。

圖3-1

差動(dòng)變壓器輸出電壓的特性曲線

圖3-2實(shí)驗(yàn)接線圖注意：示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1．有關(guān)旋鈕室始位置：音頻振蕩器4KHz—8KHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度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(guān)閉。２．根據(jù)圖３－２接線，將差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙蹤示波器連接起來，組成一個(gè)測(cè)量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動(dòng)變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵(lì)信號(hào)峰峰值為2V。３．用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端。４．轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使測(cè)微頭與振動(dòng)平臺(tái)吸合，再向上轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭5mm，使振動(dòng)平臺(tái)往上位移。５．向下旋鈕測(cè)微頭，使振動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生位移。每位移0.５mm（1圈），用示波器讀出差動(dòng)變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S。S=△V/△X（式中△V為電壓變化，△X為相應(yīng)振動(dòng)平臺(tái)的位移變化），作出V-X關(guān)系曲線。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相應(yīng)關(guān)系。

表３-1差動(dòng)變壓器輸出端峰峰值并記錄X為2.0mm和-2.0mm處的激勵(lì)信號(hào)和輸出信號(hào)的波形（畫在同一坐標(biāo)系，便于比較兩者的相位）。

五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與討論

１．根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出線性范圍。２．當(dāng)差動(dòng)變壓器中磁棒的位置由上到下變化時(shí)，雙線示波器觀察到的波形相位會(huì)發(fā)生怎樣的變化？３．用測(cè)微頭調(diào)節(jié)振動(dòng)平臺(tái)位置，使示波器上觀察到的差動(dòng)變壓器的輸出阻抗端信號(hào)為最小，這個(gè)最小電壓是什么？由于什么原因造成？實(shí)驗(yàn)四差動(dòng)變壓器（互感式）的靜態(tài)標(biāo)定

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解差動(dòng)變壓器測(cè)量系統(tǒng)的組成和靜態(tài)標(biāo)定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.音頻振蕩器；2.差動(dòng)放大器；3.差動(dòng)變壓器；4.移相器；5.相敏檢波器；6.低通濾波器；7.測(cè)微頭；8.電橋；9.F/V表；10．示波器；11．主、副電源。圖４-１實(shí)驗(yàn)接線圖三、實(shí)驗(yàn)原理1.實(shí)驗(yàn)電路u0+x-x2104-6相敏檢波后的輸出特性2.相敏檢波器的功能與原理1）什么是相敏檢波電路相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和選頻能力的檢波電路。即一種能判別相位的檢波電路，不但可以反映位移的大?。ǖ姆担€可以反映位移的方向（的相位），這種檢波電路稱為相敏檢波電路。２）電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的開關(guān)式全波相敏檢波電路如圖1所示。其中:A1為零電壓比較器；D為檢波二極管；3DJ7J為場(chǎng)效應(yīng)管電子開關(guān)；A2為差動(dòng)放大器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大與合成。A1、A2均采用具有高阻抗，用于弱信號(hào)放大的雙運(yùn)放的集成芯片LF353N。圖4-2開關(guān)式全波相敏檢波電路u1u2u3urusu03）工作原理

相敏檢波器工作時(shí)要求參考信號(hào)和被測(cè)信號(hào)頻率相同。在實(shí)際的測(cè)量系統(tǒng)中,兩信號(hào)采用同一信號(hào)源激勵(lì),保證同頻。頻率為低頻至十萬赫,對(duì)其頻率穩(wěn)定度要求不高。且、同相或反相,相敏檢波器可獲最大輸出,便于測(cè)量。（1）與同相參考信號(hào)經(jīng)A1和D組成的整形電路后的輸出是與被測(cè)信號(hào)同頻、反相,占空比1∶1的方波。此方波信號(hào)是控制電路電流流通的開關(guān),為場(chǎng)效應(yīng)管3DJ7J提供柵源偏置電壓,控制電子開關(guān)的動(dòng)作,決定場(chǎng)效應(yīng)管漏極信號(hào)。由場(chǎng)效應(yīng)管工作原理知:當(dāng)時(shí),V截止：

當(dāng)時(shí)，V導(dǎo)通：差放A2對(duì)信號(hào)和進(jìn)行合成，得到相敏檢波器輸出信號(hào)，其表達(dá)式為:

（2）當(dāng)時(shí)：

當(dāng)時(shí)：由式(3)知，從相敏檢波器輸出信號(hào)中得到了被測(cè)信號(hào)。

當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管截止時(shí)，運(yùn)放A2工作在跟隨狀態(tài)；當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，A2工作在反相放大狀態(tài)。驗(yàn)證測(cè)量時(shí)取Rf=R4。把式(1)代入式(2)中，得:對(duì)上述相敏檢波器電路進(jìn)行性能測(cè)試，通過調(diào)整Rf可以改變運(yùn)放A2對(duì)信號(hào)放大的幅度,測(cè)試波形如圖2所示。對(duì)應(yīng)圖1，再對(duì)進(jìn)行濾波，即可取其直流分量，從而得到被測(cè)信號(hào)幅值。（2）與反相分析原理同（1），若與反相時(shí)檢波輸出，如圖3（b）所示。圖4-3開關(guān)式全波相敏檢波電路波形圖（a）、同相波形

（b）、反相波形

圖4-4、相位不同時(shí)波形圖銜鐵在零位以上ttu0tu0u0銜鐵在零位以下銜鐵在零位4-5全波整流波形圖波形圖被測(cè)位移變化波形圖差動(dòng)變壓器激磁電壓波形差動(dòng)變壓器輸出電壓波形相敏檢波解調(diào)電壓波形

相敏檢波輸出電壓波形

相敏檢波器參考信號(hào)波形X>0,且u2、us均為正半周時(shí)X>0,且u2、us均為負(fù)半周時(shí)X<0時(shí)，u2、us同頻反相

四、實(shí)驗(yàn)步驟１．有關(guān)旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz-8KHz，差動(dòng)放大器的增益打到最大，F(xiàn)/V表置2V檔，主、副電源關(guān)閉。２．按圖４－１接好線路。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(lì)電壓幅峰-峰值為2V。4．裝上測(cè)微頭，上下調(diào)整使差動(dòng)變壓器鐵芯處于