CSY系列傳感器用戶(hù)手冊(cè)

CSY系列傳感器用戶(hù)手冊(cè)CSY系列傳感器用戶(hù)手冊(cè)/1/3CSY系列傳感器用戶(hù)手冊(cè) 前言 CSY系列傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于各大、中專(zhuān)院校及職業(yè)院校開(kāi)設(shè)的“傳感器原理及技術(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)化儀表及控制”“機(jī)械量電測(cè)”等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。CSY系列傳感器及檢測(cè)技術(shù)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)及線路是工業(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，掌握應(yīng)具有的基本的操作技能及動(dòng)手能力。CSY2000及3000系列傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是本公司多年生產(chǎn)傳感技術(shù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)不同類(lèi)別、不同層次的專(zhuān)業(yè)需要而設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品。其優(yōu)點(diǎn)在于：1、適應(yīng)不同專(zhuān)業(yè)的需要，不同專(zhuān)業(yè)可以有不同的菜單，本公司還可以為用戶(hù)的特殊要求制作模板。2、能適應(yīng)不斷發(fā)展的形勢(shì)，作為信息拾取的工具，傳感器發(fā)展很快，可以不斷補(bǔ)充新型的傳感器模板。3、可以利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)的信號(hào)源、實(shí)驗(yàn)電路、傳感器用于學(xué)生課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和自制裝置。為了讓老師、學(xué)生盡快熟悉掌握實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用方法，本手冊(cè)列舉了一些實(shí)驗(yàn)示范例子，老師、學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)示范例子舉一反三可以自己組織開(kāi)發(fā)很多實(shí)驗(yàn)頂目。本手冊(cè)由于編寫(xiě)時(shí)間、水平所限，難免有疏漏錯(cuò)誤之處，熱切期望老師及學(xué)生們提出寶貴的意見(jiàn)，予以完善，謝謝。目錄CSY－2000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書(shū)…5CSY－3000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書(shū)…8示范實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?000系列基本實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)…………………11實(shí)驗(yàn)二應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)………17實(shí)驗(yàn)三應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)………18實(shí)驗(yàn)四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn)…20實(shí)驗(yàn)五應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用—電子秤實(shí)驗(yàn)……21實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)………22實(shí)驗(yàn)七移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)…………………23實(shí)驗(yàn)八應(yīng)變片交流全橋(應(yīng)變儀)的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)…………27實(shí)驗(yàn)九壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力特性實(shí)驗(yàn)………30*實(shí)驗(yàn)十壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計(jì)實(shí)驗(yàn)………32實(shí)驗(yàn)十一差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)………32實(shí)驗(yàn)十二激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性影響實(shí)驗(yàn)……37實(shí)驗(yàn)十三差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)………38實(shí)驗(yàn)十四差動(dòng)變壓器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)………………39實(shí)驗(yàn)十五差動(dòng)變壓器的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)………41實(shí)驗(yàn)十六電容式傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)……………43實(shí)驗(yàn)十七線性霍爾傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)…………45實(shí)驗(yàn)十八線性霍爾傳感器交流激勵(lì)時(shí)位移特性實(shí)驗(yàn)…48實(shí)驗(yàn)十九開(kāi)關(guān)式霍爾傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)………………50實(shí)驗(yàn)二十磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)……………51實(shí)驗(yàn)二十一壓電式傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)……53實(shí)驗(yàn)二十二電渦流傳感器測(cè)量位移特性實(shí)驗(yàn)……………57實(shí)驗(yàn)二十三被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)…60實(shí)驗(yàn)二十四被測(cè)體面積大小對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn)……………61實(shí)驗(yàn)二十五電渦流傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)…………………62實(shí)驗(yàn)二十六光纖位移傳感器測(cè)位移特性實(shí)驗(yàn)……………63實(shí)驗(yàn)二十七光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)……66實(shí)驗(yàn)二十八光電傳感器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)……………67實(shí)驗(yàn)二十九溫度源的溫度調(diào)節(jié)控制實(shí)驗(yàn)………………75實(shí)驗(yàn)三十Pt100鉑電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)…………………79實(shí)驗(yàn)三十一Cu50銅電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)…………………85實(shí)驗(yàn)三十二K熱電偶測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)………86實(shí)驗(yàn)三十三K熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)…………………92實(shí)驗(yàn)三十四E熱電偶測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)………95實(shí)驗(yàn)三十五集成溫度傳感器(AD590)的溫度特性實(shí)驗(yàn)…96實(shí)驗(yàn)三十六氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)………………99實(shí)驗(yàn)三十七濕度傳感器實(shí)驗(yàn)……………100實(shí)驗(yàn)三十八數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)—靜態(tài)舉例……………102實(shí)驗(yàn)三十九數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)—?jiǎng)討B(tài)舉例……………1043000系列實(shí)驗(yàn)(包含2000系列基本實(shí)驗(yàn)外，還包含以下實(shí)驗(yàn)。)實(shí)驗(yàn)四十光源的光照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)……105實(shí)驗(yàn)四十一光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)…………107實(shí)驗(yàn)四十二光敏二極管特性實(shí)驗(yàn)………110實(shí)驗(yàn)四十三光敏三極管特性實(shí)驗(yàn)………112實(shí)驗(yàn)四十四硅光電池特性實(shí)驗(yàn)…………113實(shí)驗(yàn)四十五透射式光電開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)………115實(shí)驗(yàn)四十六反射式紅外光電接近開(kāi)關(guān)實(shí)驗(yàn)……………1162000、3000系列增強(qiáng)型實(shí)驗(yàn)(包含基本實(shí)驗(yàn)外，可以選配以下實(shí)驗(yàn)。)實(shí)驗(yàn)四十七PSD位置傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四十八扭矩傳感器測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四十九超聲波傳感器測(cè)距實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五十CCD傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五十一光柵位移傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五十二被動(dòng)紅外熱釋電探測(cè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五十三指紋傳感器演示實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五十四光纖壓力、溫度實(shí)驗(yàn)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(lèi)型傳感器實(shí)驗(yàn)方法及接線方式都很類(lèi)似。3、選配實(shí)驗(yàn)資料附帶在所選配的實(shí)驗(yàn)裝置上或提供光盤(pán)。CSY－2000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書(shū)一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成CSY－2000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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、＋5V、±2V～±10V（步進(jìn)可調(diào)）、＋2V～＋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；智能調(diào)節(jié)儀；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱上裝有電壓、氣壓等相關(guān)數(shù)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(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)箱右側(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)梁及振動(dòng)臺(tái)）：振動(dòng)頻率3Hz～30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz～12Hz左右）；3、轉(zhuǎn)動(dòng)源：手動(dòng)控制0轉(zhuǎn)/分～2400轉(zhuǎn)／分、自動(dòng)控制300～2200轉(zhuǎn)／分。4、溫度源：常溫～200℃。5、氣壓源：0～20Kpa（連續(xù)可調(diào)）。6、傳感器：基本型有箔式應(yīng)變片(350Ω)傳感器(秤重200g)、擴(kuò)散硅壓力傳感器(20Kpa)、差動(dòng)變壓器(±4mm)、電容式位移傳感器(±2.5mm)、霍爾式位移傳感器(±1mm)、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器(2400轉(zhuǎn)/分)、磁電轉(zhuǎn)速傳感器(250轉(zhuǎn)/分～2400轉(zhuǎn)/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(zhuǎn)速傳感器(2400轉(zhuǎn)/分)、集成溫度(AD590)傳感器(室溫～120℃)、K熱電偶(室溫～150℃)、E熱電偶(室溫～150℃)、Pt100鉑電阻(室溫～150℃)、Cu50銅電阻(室溫～100℃)、濕敏傳感器(10～95％RH)、氣敏傳感器(50～2000ppm)等。增強(qiáng)型：基本型基礎(chǔ)上可選配扭矩傳感器(25N·m)、超聲位移傳感器(200～1500mm)、PSD位置傳感器(±2mm)、CCD傳感器、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(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)、差動(dòng)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。增強(qiáng)型增加相應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?、數(shù)據(jù)采集處理軟件，另附。9、實(shí)驗(yàn)臺(tái)：尺寸為1600×800×750mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上預(yù)留了計(jì)算機(jī)及示波器安放位置。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；電流表顯示選擇旋鈕打到200mA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），檢查無(wú)誤后方可接通電源。4、合上調(diào)節(jié)儀(器)電源開(kāi)關(guān)，設(shè)置調(diào)節(jié)儀(器)參數(shù)；調(diào)節(jié)儀(器)的PV窗顯示測(cè)量值；SV窗顯示設(shè)定值(具體內(nèi)容參見(jiàn)實(shí)驗(yàn))。5、數(shù)據(jù)采集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)⑴防止硬物撞擊、劃傷實(shí)驗(yàn)臺(tái)面；防止傳感器跌落地面。⑵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⑴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。⑵轉(zhuǎn)動(dòng)源不工作，則手動(dòng)輸入＋12V電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動(dòng)源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準(zhǔn)確；控制輸出Vo有無(wú)電壓，如無(wú)電壓，更換主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速控制板。⑶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。⑷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)閱讀用戶(hù)手。2、嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它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)源輸出端及地（⊥）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。CSY－3000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 說(shuō)明書(shū)CSY—3000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是本公司為適應(yīng)不同類(lèi)別、不同層次的專(zhuān)業(yè)需要，在2000系列傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加了一些光電傳感器而最新推出的模塊化的新產(chǎn)品。CSY－3000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要用于各大專(zhuān)院校、中專(zhuān)及職業(yè)技術(shù)院校開(kāi)設(shè)的“自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)”“傳感器原理及技術(shù)”“工業(yè)自動(dòng)化控制”“非電量電測(cè)技術(shù)”等課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。它是采用最新推出的模塊化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。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)及線路是工業(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及動(dòng)手能力。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成CSY－3000型傳感器及檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、溫度源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、傳感器、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?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、＋5V、±2V～±10V（步進(jìn)可調(diào)）、＋2V～＋24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；直流恒流源0.6mA～20mA可調(diào)；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)）；氣壓源0～20KPa（可調(diào)）；智能調(diào)節(jié)儀(器)；計(jì)算機(jī)通信口；主控箱面板上裝有電壓、電流、頻率轉(zhuǎn)速、氣壓、光照度數(shù)顯表；漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)等。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器都具有過(guò)載切斷保護(hù)功能，在排除接線錯(cuò)誤后重新開(kāi)機(jī)一下才能恢復(fù)正常工作。2、振動(dòng)源：振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)頻率1Hz～30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz左右）。3、轉(zhuǎn)動(dòng)源：手動(dòng)控制0～2400轉(zhuǎn)／分；自動(dòng)控制300～2200轉(zhuǎn)／分。4、溫度源：常溫～200℃。5、氣壓源0～20KPa（可調(diào)）；6、傳感器：基本型有電阻應(yīng)變式傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、差動(dòng)變壓器、電容式位移傳感器、霍爾式位移傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電轉(zhuǎn)速傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)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、Pt100鉑電阻、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、反射式光電開(kāi)關(guān)共二十六個(gè)（其中二個(gè)發(fā)光源）。增強(qiáng)型：基本型基礎(chǔ)上可選配扭矩傳感器、超聲位移傳感器、PSD位置傳感器、CCD傳感器、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。7、調(diào)理電路(實(shí)驗(yàn)?zāi)０?：基本型有應(yīng)變式、壓力、差動(dòng)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。增強(qiáng)型還增加相應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件，另附。9、實(shí)驗(yàn)臺(tái)：尺寸為1600×800×750mm，實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌上預(yù)留了計(jì)算機(jī)及示波器安放位置。電路原理實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐吩硪延∷⒃诿姘迳?實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，實(shí)驗(yàn)接線圖參見(jiàn)下文中的具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。使用方法1、開(kāi)機(jī)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(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），檢查無(wú)誤后方可接通電源。4、合上調(diào)節(jié)儀(器)電源開(kāi)關(guān)，在參數(shù)及狀態(tài)設(shè)置好的情況下，調(diào)節(jié)器的PV窗口顯示測(cè)量值；SV窗口顯示給定值。5、合上氣源開(kāi)關(guān)，氣泵有聲響，說(shuō)明氣泵工作正常。6、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件使用方法另附手冊(cè)。四、儀器維護(hù)及故障排除1、維護(hù)⑴防止硬物撞擊、劃傷實(shí)驗(yàn)臺(tái)面；防止傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓涞孛鎿p壞。⑵實(shí)驗(yàn)完畢要將傳感器、配件、實(shí)驗(yàn)?zāi)０寮斑B線全部整理好。2、故障排除⑴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。⑵轉(zhuǎn)動(dòng)源不工作，則手動(dòng)輸入＋12V(0—24V可調(diào))電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動(dòng)源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)器設(shè)置是否準(zhǔn)確；控制輸出Vo有無(wú)電壓，如無(wú)電壓，更換主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速控制板。否則更換智能調(diào)節(jié)器。⑶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(調(diào)節(jié)較大幅度后調(diào)節(jié)頻率)，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。⑷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)器設(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)閱讀用戶(hù)手冊(cè)。2、嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機(jī)箱的面板和實(shí)驗(yàn)?zāi)０迕姘濉?、嚴(yán)禁將主機(jī)箱的電源、信號(hào)源輸出端及地（⊥）短接，因短接時(shí)間長(zhǎng)易造成電路故障。4、嚴(yán)禁將主機(jī)箱的±電源引入實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍟r(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)將傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸呕卦帯?、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。六、隨機(jī)附件詳見(jiàn)裝箱清單 示范實(shí)驗(yàn)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)康模毫私怆娮钁?yīng)變片的工作原理及應(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(lèi)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(chēng)為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長(zhǎng)為：L、半徑為r、材料的電阻率為ρ時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得（1—1）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ρ的變化為dL、dA、dρ相應(yīng)的電阻變化為dR。對(duì)式（1—1）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εL;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量εr

由材料力學(xué)得：

εL=-μεr

(1—3)

式中：μ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：（1—4）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)）。

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)；可取（1—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，且及其軸向應(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<≈dρ?ρ。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(chēng)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(chēng)之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。不同材質(zhì)的半導(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?。┑膲鹤栊?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)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式材料的基板上，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。(a)絲式應(yīng)變片

(b)箔式應(yīng)變片圖1—1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，及絲式應(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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/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(mǎn)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?；倦娐啡鐖D1—2（a）、（b）、（c）所示。 （a）單臂（b）半橋（c）全橋圖1—2應(yīng)變片測(cè)量電路（a）、單臂Uo＝U①－U③＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R5)－R7／(R7＋R6)〕E＝｛〔（R7＋R6）（R1＋△R1）－R7（R5＋R1＋△R1）〕／〔（R5＋R1＋△R1）（R7＋R6）〕｝E設(shè)R1＝R5＝R6＝R7，且△R1／R1＝ΔR／R＜＜1，ΔR／R＝Kε，K為靈敏度系數(shù)。則Uo≈(1／4)(△R1／R1)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE(C)、全橋同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE6、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350Ω固定電阻，R1為應(yīng)變片；RW1和R8組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E為供橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE。差動(dòng)放大器輸出為Vo。三、需用器件及單元：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；4位數(shù)顯萬(wàn)用表（自備）。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(chēng)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(chēng)重傳感器上的應(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350Ω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。將托盤(pán)安裝到傳感器上，如圖1—4所示。圖1—4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R1、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。圖1—6差動(dòng)放大器調(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±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＝ΔV/ΔW（ΔV輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δ，δ=Δm/yFS×100％式中Δm為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）及擬合直線的最大偏差：yFS滿(mǎn)量程輸出平均值，此處為200g。實(shí)驗(yàn)完畢，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)康模毫私鈶?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)(△R／R)E＝(1／2)KεE。圖2—1應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖三、需用器件及單元：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濉⑼斜P(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。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S＝ΔV/ΔW，非線性誤差δ。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)康模毫私鈶?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ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo≈(△R／R)E＝KεE。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(yīng)變片全橋性能實(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)步驟及方法（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3—2應(yīng)變片全橋性能實(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R1≠R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。*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)康模罕容^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＝U①－U③＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R2)－R4／(R3＋R4)〕E＝〔（1＋△R1／R1）／（1＋△R1／R1＋R2／R2）－（R4／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、需用器件及單元：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)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。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)康模毫私鈶?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(chēng)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(chēng)原理框圖三、需用器件及單元：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W1，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(mǎn)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RW4（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，將砝碼依次放在托盤(pán)上稱(chēng)重；放上筆、鑰匙之類(lèi)的小東西稱(chēng)一下重量。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。 實(shí)驗(yàn)六應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?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?xún)蓚€(gè)方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵的線膨脹系數(shù)及彈性體（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、需用器件及單元：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迳希颜迟N在應(yīng)變傳感器左下角底部）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：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：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)康模毫私庖葡嗥?、相敏檢波器的工作原理。二、基本原理：移相器工作原理：圖7—1為移相器電路原理圖及實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖中，IC-1、R1、R2、R3、C1圖7—1移相器原理圖及模板上的面板圖構(gòu)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：KF1(jω)=Vi/V1=-(1-jωR3C1)/(1+jωR3C1)KF1(ω)=1ΦF1(ω)=-л-2tg-1ωR3C1其中：ω=2лf,f為輸入信號(hào)頻率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另一個(gè)一階移相器（滯后），在R5=R4條件下的特性為：KF2(jω)=Vo/V1=-(1-jωRwC3)/(1+jωRwC3)KF2(ω)=1ΦF2(ω)=-л-2tg-1ωRwC3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ΦF2=0，因此ΦF1決定了圖7—1所示的二階移相器的初始移相角：即ΦF=ΦF1=-л-2tg-12лfR3C1若調(diào)整移相電位器Rw，則相應(yīng)的移相范圍為：ΔΦF=ΦF1-ΦF2=-2tg-12лfR3C1+2tg-12лfΔRwC3已知R3=10kΩ,C1=6800p,△Rw=10kΩ,C3=0.022μF,如果輸入信號(hào)頻率f一旦確定，即可計(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7—2為相敏檢波器（開(kāi)關(guān)式）原理圖及實(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，Vi端為檢波信號(hào)輸入端，Vo端為檢波輸出端。圖7—2相敏檢波器原理圖及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＝-V1；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及參考電壓波形V2之間的相位決定。下圖7—3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、需用器件及單元：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、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)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ｆ=1kHz，幅度適中（2V≤Vp-p≤8V）。圖7—4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0.1mS～10μS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0kΩ～順時(shí)針到底10kΩ變化范圍），用示波器可測(cè)定移相器的初始移相角（ΦＦ=ΦＦ1）和移相范圍△ΦＦ。4、改變輸入信號(hào)頻率為ｆ=9kHz，再次測(cè)試相應(yīng)的ΦＦ和△ΦＦ。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)置除及(一)移相器實(shí)驗(yàn)2中的垂直輸入耦合方式選擇直流耦合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。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7—6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：一般要求相敏檢波器工作狀態(tài)Vi檢波信號(hào)及參考電壓AC相位處于同相或反相。圖7—6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?實(shí)驗(yàn)八應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饫脩?yīng)變交流電橋測(cè)量振動(dòng)的原理及方法。二、基本原理：圖8—1是應(yīng)變片測(cè)振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)原理方塊圖。當(dāng)振動(dòng)源上的振動(dòng)臺(tái)受到F(t)作用而振動(dòng)，使粘貼在振動(dòng)梁上的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號(hào)dR/R，應(yīng)變信號(hào)dR/R由振蕩器提供的載波信號(hào)經(jīng)交流電橋調(diào)制成微弱調(diào)幅波，再經(jīng)差動(dòng)放大器放大為u1(t)，u1(t)經(jīng)相敏檢波器檢波解調(diào)為u2(t)，u2(t)經(jīng)低通濾波器濾除高頻載波成分后輸出應(yīng)變片檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)u3(t)(調(diào)幅波的包絡(luò)線)，u3(t)可用示波器顯示。圖中，交流電橋就是一個(gè)調(diào)制電路，W1(RW1)、r(R8)、W2(RW2)、C是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，移相器為相敏檢波器提供同步檢波的參考電壓。這也是實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀原理。圖8—1應(yīng)變儀實(shí)驗(yàn)原理方塊圖三、需用器件及單元：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、音頻振蕩器、低頻振蕩器；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、振動(dòng)源、雙蹤示波器（自備）、萬(wàn)用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：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0.1mS～10μS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直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V～5V范圍內(nèi)選擇)并將光跡線居中(當(dāng)CH1、CH2輸入對(duì)地短接時(shí))。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8—2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=1kHz，峰峰值Vp-p=5V（用示波器測(cè)量）；調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形(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)。相敏檢波器電路調(diào)試完畢，關(guān)閉電源。圖8—2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖2、將主機(jī)箱上的音頻振蕩器、低頻振蕩器的幅度逆時(shí)針慢悠悠轉(zhuǎn)到底(無(wú)輸出)，再按圖8—3示意接線(接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞8、RW1、C、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，將振動(dòng)源上的應(yīng)變輸出插座用專(zhuān)用連接線及應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系膽?yīng)變插座相連，因振動(dòng)梁上的四片應(yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，直接接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳弦鸭半姌蚰Ｐ拖噙B的應(yīng)變插座上。電橋模型二組對(duì)角線阻值均為350Ω，可用萬(wàn)用表測(cè)量)。圖8—3應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)接線示意圖注：傳感器專(zhuān)用插頭(黑色航空插頭)的插、拔法：插頭要插入插座時(shí)，只要將插頭上的凸鎖對(duì)準(zhǔn)插座的平缺口稍用力自然往下插；插頭要拔出插座時(shí)，必須用大姆指用力往內(nèi)按住插頭上的凸鎖同時(shí)往上拔。3、調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，用示波器監(jiān)測(cè)音頻振蕩器Lv的頻率和幅值，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度使Lv輸出1kHz左右，幅度調(diào)節(jié)到10Vp-p（交流電橋的激勵(lì)電壓）。（2）用示波器監(jiān)測(cè)相敏檢波器的輸出(圖中低通濾波器輸出中接的示波器改接到相敏檢波器輸出)，用手按下振動(dòng)平臺(tái)的同時(shí)（振動(dòng)梁受力變形、應(yīng)變片也受到應(yīng)力作用）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器旋鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)全波整流波形。（3）松手，仔細(xì)調(diào)節(jié)應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓腞W1和RW2(交替調(diào)節(jié))使示波器（相敏檢波器輸出）顯示的波形幅值更小，趨向于無(wú)波形接近零線。4、調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率(8Hz左右)旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)較為明顯。拆除示波器的CH1通道，用示波器CH2(示波器設(shè)置：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH2、水平掃描速度TIME/DIV在50mS～20mS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO；垂直顯示方式為顯示CH2、垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC、垂直顯示靈敏度VOLTS/DIV在0.2V～50mV范圍內(nèi)選擇)分別顯示觀察相敏檢波器的輸入Vi和輸出Vo及低通濾波器的輸出Vo波形。5、低頻振蕩器幅度(幅值)不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率(3Hz～25Hz)，每增加2Hz用示波器讀出低通濾波器輸出Vo的電壓峰－峰值，填入表8畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得振動(dòng)梁的諧振頻率為。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表8應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)f(Hz)Vo(p-p)實(shí)驗(yàn)九壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理和標(biāo)定方法。二、基本原理：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作機(jī)理是半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(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(chēng)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(chēng)之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)。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)散出多個(gè)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出P型或N型電阻條）組成電橋。在壓力（壓強(qiáng)）作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)力，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。圖9—1為壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖。圖9—1壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理三、需用器件及單元：主機(jī)箱中的氣壓表、氣源接口、電壓表、直流穩(wěn)壓電源±15V、±2V～±10V（步進(jìn)可調(diào)）；壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、引壓膠管。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按9—2示意圖安裝傳感器、連接引壓管和電路：將壓力傳感器安裝在壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓膫鞲衅髦Ъ苌?；引壓膠管一端插入主機(jī)箱面板上的氣源的快速接口中（注意管子拆卸時(shí)請(qǐng)用雙指按住氣源快速接口邊緣往內(nèi)壓，則可輕松拉出），另一端口及壓力傳感器相連；壓力傳感器引線為4芯線(專(zhuān)用引線)，壓力傳感器的1端接地，2端為輸出Vo＋，3端接電源＋4V，4端為輸出Vo－。具體接線見(jiàn)圖9—2。圖9—2壓阻式壓力傳感器測(cè)壓實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、將主機(jī)箱中電壓表量程切換開(kāi)關(guān)切到2V檔；可調(diào)電源±2V～±10V調(diào)節(jié)到±4V檔。實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟁W1用于調(diào)節(jié)放大器增益、RW2用于調(diào)零，將RW1調(diào)節(jié)到的1／3位置(即逆時(shí)針旋到底再順時(shí)針旋3圈)。合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，仔細(xì)調(diào)節(jié)RW2使主機(jī)箱電壓表顯示為零。3、合上主機(jī)箱上的氣源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)壓縮泵，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)下端調(diào)壓閥的旋鈕，此時(shí)可看到流量計(jì)中的滾珠在向上浮起懸于玻璃管中，同時(shí)觀察氣壓表和電壓表的變化。4、調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。5、仔細(xì)地逐步調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使壓力在2kPa～18kPa之間變化（氣壓表顯示值），每上升1kPa氣壓分別讀取電壓表讀數(shù)，將數(shù)值列于表8。表8壓阻式壓力傳感器測(cè)壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)P(kPa)Vo(p-p)6、畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。7、如果本實(shí)驗(yàn)裝置要成為一個(gè)壓力計(jì)，則必須對(duì)電路進(jìn)行標(biāo)定，方法采用逼近法：輸入4kPa氣壓，調(diào)節(jié)Rw2（低限調(diào)節(jié)），使電壓表顯示0.3V(有意偏小)，當(dāng)輸入16kPa氣壓，調(diào)節(jié)Rw1（高限調(diào)節(jié)）使電壓表顯示1.3V(有意偏小)；再調(diào)氣壓為4kPa，調(diào)節(jié)Rw2（低限調(diào)節(jié)），使電壓表顯示0.35V(有意偏小)，調(diào)氣壓為16kPa，調(diào)節(jié)Rw1（高限調(diào)節(jié)）使電壓表顯示1.4V(有意偏小)；這個(gè)過(guò)程反復(fù)調(diào)節(jié)直到逼近自己的要求(4kpa對(duì)應(yīng)0.4V，16kpa對(duì)應(yīng)1.6V)即可。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。*實(shí)驗(yàn)十壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計(jì)要求：利用傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬壓力計(jì)，測(cè)量范圍為2kPa～18kPa提示：參考實(shí)驗(yàn)九自己組織實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)電路的標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)十一差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?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(chēng)為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱(chēng)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U1為一次繞組激勵(lì)電壓；M1、M2分別為一次繞組及兩個(gè)二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個(gè)二次繞組的電感；R21、R22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)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互感相同，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M1大，M2小，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。

由圖11—2可以看出一次繞組的電流為：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(chēng)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(chēng)。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)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、需用器件及單元：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)微頭的組成及使用測(cè)微頭組成和讀數(shù)如圖11—5測(cè)微頭讀數(shù)圖圖11—5測(cè)位頭組成及讀數(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。測(cè)微頭讀數(shù)及使用：測(cè)微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm／格)，另一排是半毫米刻線(0.5mm／格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(0.01mm／格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測(cè)桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過(guò)1格，測(cè)桿沿軸方向移動(dòng)微小位移0.01mm，這也叫測(cè)微頭的分度值。測(cè)微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀及主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀1／10分度，如圖11-5甲讀數(shù)為3.678mm，不是3.178mm；遇到微分筒邊緣前端及主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過(guò)零，如圖11—5乙已過(guò)零則讀2.514mm；如圖11—5丙未過(guò)零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測(cè)微頭使用：測(cè)微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來(lái)產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10mm處(為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量)，再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專(zhuān)用支架座上，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套(測(cè)微頭整體移動(dòng))使測(cè)桿及被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置(視具體實(shí)驗(yàn)而定)時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。1、差動(dòng)變壓器、測(cè)微頭及實(shí)驗(yàn)?zāi)０灏磮D11—6示意安裝、接線。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腖1為差動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈，L2、L3為次級(jí)線圈，＊號(hào)為同名端；L1的激勵(lì)電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入。檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz～5kHz、幅度為峰峰值Vp-p＝2V作為差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓(示波器設(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0.1mS～10μS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、CH1靈敏度VOLTS/DIV在0.5V～1V范圍內(nèi)選擇、CH2靈敏度VOLTS/DIV在0.1V～50mV范圍內(nèi)選擇)。圖11—6差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)：使用測(cè)微頭時(shí)，當(dāng)來(lái)回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過(guò)程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用如下a、b兩種方法實(shí)驗(yàn)，建議用b方法可以檢測(cè)到差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓附近的死區(qū)范圍。a、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm刻度線。松開(kāi)安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時(shí)，擰緊緊固螺釘。仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為最小值(零點(diǎn)殘余電壓)并定為位移的相對(duì)零點(diǎn)。這時(shí)可假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，另一個(gè)方向位移為負(fù)，從Vp-p最小開(kāi)始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取30點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表4，再將測(cè)位頭位移退回到Vp-p最小處開(kāi)始反方向(也取30點(diǎn)值)做相同的位移實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中請(qǐng)注意：⑴從Vp-p最小處決定位移方向后，測(cè)微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測(cè)微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差；所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過(guò)量，如過(guò)量則只好剔除這一點(diǎn)粗大誤差繼續(xù)做下一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。⑵當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測(cè)微頭回到Vp-p最小處時(shí)它的位移讀數(shù)有變化(沒(méi)有回到原來(lái)起始位置)是正常的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量△X為定值，及測(cè)微頭的起始點(diǎn)定在哪一根刻度線上沒(méi)有關(guān)系，只要中途測(cè)微頭微分筒不回調(diào)就不會(huì)引起機(jī)械回程誤差。*b、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm刻度線。松開(kāi)安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時(shí)，擰緊緊固螺釘，再順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒12圈，記錄此時(shí)的測(cè)微頭讀數(shù)和示波器CH2通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向(逆時(shí)針?lè)较?調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取60～70點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表11(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的機(jī)械回差)。3、根據(jù)表11數(shù)據(jù)畫(huà)出X－Vp-p曲線并找出差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表11差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)△X(mm)Vp-p(mV)五、思考題：1、試分析差動(dòng)變壓器及一般電源變壓器的異同？2、用直流電壓激勵(lì)會(huì)損壞傳感器。為什么？3、如何理解差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓？用什么方法可以減小零點(diǎn)殘余電壓？實(shí)驗(yàn)十二激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬跫?jí)線圈激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器輸出性能的影響。二、基本原理：差動(dòng)變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式：=表示,式中Lp、Rp為初級(jí)線圈電感和損耗電阻，、ω為激勵(lì)電壓和頻率，M1、M2為初級(jí)及兩次級(jí)間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當(dāng)初級(jí)線圈激勵(lì)頻率太低時(shí)，若RP2＞ω2LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動(dòng)影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)ω2LP2＞＞RP2時(shí)輸出Uo及ω?zé)o關(guān)，當(dāng)然ω過(guò)高會(huì)使線圈寄生電容增大，對(duì)性能穩(wěn)定不利。三、需用器件及單元：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：1、差動(dòng)變壓器及測(cè)微頭的安裝、接線同實(shí)驗(yàn)十一，參見(jiàn)圖11—6。2、檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為1kHz、幅度Vp-p＝2V(示波器監(jiān)測(cè))。調(diào)節(jié)測(cè)微頭微分筒使差動(dòng)變壓器的鐵芯處于線圈中心位置即輸出信號(hào)最小時(shí)(示波器監(jiān)測(cè)Vp-p最小時(shí))的位置。3、調(diào)節(jié)測(cè)微頭位移量△X為2.50mm，差動(dòng)變壓器有某個(gè)較大的Vp-p輸出。4、在保持位移量不變的情況下改變激勵(lì)電壓(音頻振蕩器)的頻率從1kHZ～9kHZ(激勵(lì)電壓幅值2V不變)時(shí)差動(dòng)變壓器的相應(yīng)輸出的Vp-p值填入表12。表12F(kHz)123456789Vp-p5、作出幅頻(Ｆ—Vp-p)特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)十三差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓概念及補(bǔ)償方法。二、基本原理：由于差動(dòng)變壓器次級(jí)兩線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱(chēng)，初級(jí)線圈的縱向排列的不均勻性，鐵芯B－H特性的非線性等，造成鐵芯(銜鐵)無(wú)論處于線圈的什么位置其輸出電壓并不為零，其最小輸出值稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓。在實(shí)驗(yàn)十一(差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中已經(jīng)得到了零點(diǎn)殘余電壓，用差動(dòng)變壓器測(cè)量位移應(yīng)用時(shí)一般要對(duì)其零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)十一基本原理中(（c）補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電壓。三、需用器件及單元：主機(jī)箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；測(cè)微頭、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、雙蹤示波器(自備)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖13接線，差動(dòng)變壓器原邊激勵(lì)電壓從音頻振蕩器的LV插口引入，實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、C1、RW1、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。2、檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為4kHz～5kHz左右、幅值為2V峰峰值的激勵(lì)電壓。3、調(diào)整測(cè)微頭，使放大器輸出電壓（用示波器CH2通道監(jiān)測(cè)）最小。4、依次交替調(diào)節(jié)RW1、RW2，使放大器輸出電壓進(jìn)一步降至最小。圖13零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線示意圖5、從示波器上觀察，（注：這時(shí)的零點(diǎn)殘余電壓是經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓，所以經(jīng)補(bǔ)償后的零點(diǎn)殘余電壓：V零點(diǎn)p-p=，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。）差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值（峰峰值）及實(shí)驗(yàn)十一(差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中的零點(diǎn)殘余電壓比較是否小很多。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)十四差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器測(cè)位移時(shí)的應(yīng)用方法二、基本原理：差動(dòng)變壓器的工作原理參閱實(shí)驗(yàn)十一（差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)）。差動(dòng)變壓器在應(yīng)用時(shí)要想法消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)和死區(qū)，選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動(dòng)（位移）方向又可改善輸出特性，消除測(cè)量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖14—1是差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖。圖14—1差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖三、需用器件及單元：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、音頻振蕩器、電壓表；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；測(cè)微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將±2V～±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±2V檔，再按圖14—2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。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.1mS～10μS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直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V～5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對(duì)地短接時(shí)移動(dòng)光跡線居中后再去測(cè)量波形。）。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。關(guān)閉電源。圖14—2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值及軸套上的10mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。按圖14—3示意圖安裝、接線。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)切到20V檔。檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)。圖14—3差動(dòng)變壓器測(cè)位移組成、接線示意圖3、調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值Vp-p=2V（用示波器監(jiān)測(cè)）。4、松開(kāi)測(cè)微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動(dòng)變壓器銜鐵的位移方向移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動(dòng)變壓器銜鐵明顯偏離L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在1V～50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測(cè)）。再慢悠悠仔細(xì)移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置）并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺釘。5、調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W1、RW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。6、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入下表14。表14差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)……-0.200.2……V(mV)07、根據(jù)表14數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=△V／△X及線性度及測(cè)量范圍。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)。五、思考題：差動(dòng)變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點(diǎn)殘余電壓和死區(qū)？從實(shí)驗(yàn)曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎?實(shí)驗(yàn)十五差動(dòng)變壓器的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)的方法。二、基本原理：由實(shí)驗(yàn)十一（差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)）基本原理可知，當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵連接桿及被測(cè)體接觸連接時(shí)就能檢測(cè)到被測(cè)體的位移變化或振動(dòng)。三、需用器件及單元：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、音頻振蕩器、低頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒁葡嗥?相敏檢波器/濾波器模板；振動(dòng)源、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：參見(jiàn)實(shí)驗(yàn)十四中的步驟1及圖14—2。2、將差動(dòng)變壓器卡在傳感器安裝支架的U型槽上并擰緊差動(dòng)變壓器的夾緊螺母，再安裝到振動(dòng)源的升降桿上，如圖15所示。調(diào)整傳感器安裝支架使差動(dòng)變壓器的銜鐵連桿及振動(dòng)臺(tái)接觸，再調(diào)節(jié)升降桿使差動(dòng)變壓器銜鐵大約處于L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置。圖15差動(dòng)變壓器振動(dòng)測(cè)量安裝、接線圖2、將音頻振蕩器和低頻振蕩器的幅度電位器逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底（幅度最?。磮D15接線，并調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測(cè)音頻振蕩器LV的頻率和幅值，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度旋鈕使LV輸出4kHz～5kHz左右、Vop-p=2V。（2）用示波器CH2通道觀察相敏檢波器輸出(圖中低通濾波器輸出中接的示波器改接到相敏檢波器輸出)，用手往下按住振動(dòng)平臺(tái)（讓傳感器產(chǎn)生一個(gè)大位移）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器的移相電位器鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)接近全波整流波形。（3）手離開(kāi)振動(dòng)臺(tái)，調(diào)節(jié)升降桿(松開(kāi)鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)升降桿的銅套)的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（4）仔細(xì)調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓腞W1和RW2(交替調(diào)節(jié))使示波器（相敏檢波器輸出）顯示的波形幅值更小，趨于一條接近零點(diǎn)線（否則再調(diào)節(jié)RW1和RW2）。（5）調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率（8Hz左右）旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振蕩較為明顯。用示波器觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形及低通濾波器的輸出波形[正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV：在50mS～20mS范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV：1V～0.1V范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]。3、定性地作出相敏檢波器的輸入、輸出及低通濾波器的輸出波形。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主機(jī)箱電源。實(shí)驗(yàn)十六電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理：1、原理簡(jiǎn)述：電容傳感器是以各種類(lèi)型的電容器為傳感元件，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。電容傳感器的輸出是電容的變化量。利用電容C＝εA／d關(guān)系式通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇ε、A、d中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)干燥度（ε變）、測(cè)位移（d變）和測(cè)液位（A變）等多種電容傳感器。電容傳感器極板形狀分成平板、圓板形和圓柱(圓筒)形，雖還有球面形和鋸齒形等其它的形狀，但一般很少用。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，差動(dòng)式一般優(yōu)于單組(單邊)式的傳感器。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。如圖16—1所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為C=ε2ｘ／ln(R／r)。圖中C1、C2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生?X位移時(shí)，電容量的變化量為?C=C1－C2=ε22?X／ln(R／r)，式中ε2、ln(R／r)為常數(shù)，說(shuō)明?C及?X位移成正比，配上配套測(cè)量電路就能測(cè)量位移。圖16—1實(shí)驗(yàn)電容傳感器結(jié)構(gòu)測(cè)量電路(電容變換器)：測(cè)量電路畫(huà)在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓拿姘迳?。其電路的核心部分是圖16—2的二極管環(huán)路充放電電路。圖16—2二極管環(huán)形充放電電路在圖16—2中，環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5、D6二極管、C4電容、L1電感和CX1、CX2（實(shí)驗(yàn)差動(dòng)電容位移傳感器）組成。當(dāng)高頻激勵(lì)電壓(ｆ>100kHz)輸入到ａ點(diǎn)，由低電平E1躍到高電平E2時(shí)，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由ａ點(diǎn)經(jīng)D3到b點(diǎn)，再對(duì)CX1充電到O點(diǎn)(地)；另一路由由ａ點(diǎn)經(jīng)C4到c點(diǎn)，再經(jīng)D5到d點(diǎn)對(duì)CX2充電到O點(diǎn)。此時(shí)，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充電時(shí)間內(nèi)，由ａ到c點(diǎn)的電荷量為：Q1＝CX2(E2-E1)（16—1）當(dāng)高頻激勵(lì)電壓由高電平E2返回到低電平E1時(shí)，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點(diǎn)、D4、c點(diǎn)、C4、ａ點(diǎn)、L1放電到O點(diǎn)；CX2經(jīng)d點(diǎn)、D6、L1放電到O點(diǎn)。在t2放電時(shí)間內(nèi)由c點(diǎn)到ａ點(diǎn)的電荷量為：Q2＝CX1(E2-E1)（16—2）當(dāng)然，（16—1）式和（16—2）式是在C4電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。電容C4的充放電回路由圖16—2中實(shí)線、虛線箭頭所示。在一個(gè)充放電周期內(nèi)（Ｔ＝t1＋t2），由c點(diǎn)到ａ點(diǎn)的電荷量為：Ｑ＝Q2-Q1＝(CX1-CX2)(E2-E1)＝△CX△E（16—3）式中：CX1及CX2的變化趨勢(shì)是相反的（傳感器的結(jié)構(gòu)決定的，是差動(dòng)式）。設(shè)激勵(lì)電壓頻率f＝1/T，則流過(guò)ac支路輸出的平均電流i為：i＝fＱ＝f△CX△E（16—4）式中：△E—激勵(lì)電壓幅值；△CX—傳感器的電容變化量。由（16—4）式可看出：f、△E一定時(shí)，輸出平均電流i及△CX成正比，此輸出平均電流i經(jīng)電路中的電感L2、電容C5濾波變?yōu)橹绷鱅輸出，再經(jīng)Rw轉(zhuǎn)換成電壓輸出Vo1＝IRw。由傳感器原理已知?C及?X位移成正比，所以通過(guò)測(cè)量電路的輸出電壓Vo1就可知?X位移。電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)原理方塊圖如圖16—3圖16—3電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)方塊圖三、需用器件及單元：主機(jī)箱±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按圖16—4示意安裝、接線。圖16—4電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳３圈)。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，檢查接線無(wú)誤后合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示0V，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭(同一個(gè)方向)6圈，記錄此時(shí)的測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即△X=0.5mm位移讀取電壓表讀數(shù)(這樣轉(zhuǎn)12圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表16(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差)。表16電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)V(mV)4、根據(jù)表16數(shù)據(jù)作出△X—V實(shí)驗(yàn)曲線并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=△V／△X和非線性誤差δ及測(cè)量范圍。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉