檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、目 錄2000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

2、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

3、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)康模毫私怆娮钁?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件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)

4、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：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

5、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： （12）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           (13)式中：為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的

6、泊松比為0.30.5左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（13）代入式（12）得： （14）式（14）說明電阻應(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 （15）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

7、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，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

8、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)金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖11所示。(a) 絲式應(yīng)變片               

9、60;                         (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： RRK 式中：RR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)

10、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D12（a）、（b）、（c）所示。（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖12 應(yīng)變片測(cè)

11、量電路（a）、單臂UoUU(R1R1)(R1R1R5)R7(R7R6)E（R7R6）（R1R1）R7（R5R1R1）（R5R1R1）（R7R6）E設(shè)R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K為靈敏度系數(shù)。則Uo(14)(R1R1)E(14)(RR)E(14)KE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C)、全橋同理:Uo(RR)EKE6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖 圖13 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； 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(14)(R4R4)E(14)(RR

12、)E(14)KE 。差動(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、砝碼； 4位數(shù)顯萬用表（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)為稱重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒有文字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號(hào)是空的無實(shí)體，其中4個(gè)電阻符號(hào)組成電橋模型是為電

13、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、將托盤安裝到傳感器上，如圖14所示。圖14 傳感器托盤安裝示意圖2、測(cè)量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤上無重物時(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15測(cè)量應(yīng)變片的阻值示意圖

14、3、實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖16示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(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17示意圖接線，將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(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；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼(盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置)，讀取相

15、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17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SV/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）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21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

16、改善。其橋路輸出電壓Uo(12)(RR)E(12)KE 。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、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17改成圖22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22 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

17、，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31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)叄喾吹膽?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo(RR)EKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。圖31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

18、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、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟與方法（除了按圖32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R1R3，R2R4，而R1R2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）

19、、（c）（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖4 應(yīng)變電橋（a）、UoUU(R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E（1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3）E設(shè)R1R2R3R4，且R1R11。Uo(14)(R1R1)E所以電橋的電壓靈敏度:SUo(R1R1)kE(14)E(b)、同理:Uo(12)(R1R1)ES(12)E(C)、同理:Uo(R1R1)E SE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、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

20、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51。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出Vo實(shí)驗(yàn)，通過對(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51 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

21、、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、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32 （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。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(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)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，

22、將砝碼依次放在托盤上稱重；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。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濉⑼斜P、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)

23、三實(shí)驗(yàn)。2、將200g砝碼放在托盤上，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：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、C1 圖71 移相器原理圖與模板上的面板圖構(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：

24、 KF1(j)=Vi/V1=-(1-jR3C1)/(1+jR3C1) KF1()=1F1()=-2tg-1R3C1其中： =2f,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(j)=Vo/V1=-(1-jRwC3)/(1+jRwC3) KF2()=1F2()=-2tg-1RwC3由此可見，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F2=0，因此F1決定了圖71所示的二階移相器的初始移相角：即F=F1=-2tg-12

25、fR3C1若調(diào)整移相電位器Rw，則相應(yīng)的移相范圍為：F=F1-F2=-2tg-12fR3C1+2tg-12fRwC3已知R3=10k,C1=6800p,Rw=10k,C3=0.022F,如果輸入信號(hào)頻率f一旦確定，即可計(jì)算出圖71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，Vi端為檢波信號(hào)輸入端，Vo端為檢波輸出端。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反相過零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波

26、（開關(guān)波+14V -14V）；D5-1二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V70V（0 -14V）；Q5-1是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，工作在開、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矩形波控制的開關(guān)電路。當(dāng)V70V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)V70V時(shí)，Q5-1截止（相當(dāng)于斷開），IC5-2成為跟隨器，即V3V1。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73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&#

27、177;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澹浑p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74示意接線，檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(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（2VVp-p8V）。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0.1mS10µS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。垂直顯示方

28、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1V5V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75示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰

29、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75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

30、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)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

31、橋測(cè)量振動(dòng)的原理與方法。二、基本原理：圖81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

32、儀原理。圖81 應(yīng)變儀實(shí)驗(yàn)原理方塊圖三、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、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0.1mS10µS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1V5V范圍

33、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82示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(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82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(無輸出)，再按圖83示意接線(接好交流電橋

34、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)變輸出插座用專用連接線與應(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迳弦雅c電橋模型相連的應(yīng)變插座上。電橋模型二組對(duì)角線阻值均為350，可用萬用表測(cè)量)。圖83 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）檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源

35、開關(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CH

36、2(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50mS20mS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0.2V50mV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(3Hz25Hz)，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

37、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) 。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91為壓阻式壓力傳感

38、器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖。圖91 壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理三、需用器件與單元：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濉⒁龎耗z管。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按92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），另一端口與壓力傳感器相連；壓力傳感器引線為4芯線(專用引線)，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

39、Vo。具體接線見圖92。圖92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13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

40、壓力在2kPa18kPa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)

41、過程反復(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2kPa18kPa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111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

42、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112所示。圖中U1為一次繞組激勵(lì)電壓；M1、M2分別為一次繞組與兩個(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111差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)

43、示意圖 圖112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112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113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

44、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113  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。磁性材料要經(jīng)過處理，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)

45、償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。圖114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114  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濉y(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115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。測(cè)微頭讀數(shù)與使用：測(cè)微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，

46、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；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀110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與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖115乙已過零則讀2.514mm；如圖115丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，

47、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)桿與被測(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D116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。檢查接線無誤后合上主

48、機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz5kHz、幅度為峰峰值Vp-p2V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0.1mS10µS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0.5V1V范圍內(nèi)選擇、CH2靈敏度VOLTS/DIV在0.1V50mV范圍內(nèi)選擇)。圖116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)來回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用如下a

49、、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

50、將測(cè)位頭位移退回到Vp-p最小處開始反方向(也取30點(diǎn)值)做相同的位移實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中請(qǐng)注意：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)過量，如過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)。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(沒有回到原來起始位置)是正常的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量X為定值，與測(cè)微頭的起始點(diǎn)定在哪一根刻度線上沒有關(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

51、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)針方向轉(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)針方向) 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔X=0.2mm(可取6070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)畫出XVp-p曲線并找出差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余

52、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)變壓器與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，、為激勵(lì)電壓和頻率，M1、M2為初級(jí)與兩次級(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RP22LP2，則輸出電壓Uo受頻率

53、變動(dòng)影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)2LP2RP2時(shí)輸出Uo與無關(guān)，當(dāng)然過高會(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濉y(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)十一，參見圖116。2、檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為1kHz、幅度Vp-p2V(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

54、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1kHZ9kHZ(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)12 3 4 56 7 8 9 Vpp5、作出幅頻(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，初級(jí)線圈的縱向排列的不均勻性，鐵芯BH特性的非線性等，造成鐵芯(銜鐵) 無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、需用器件與單元：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