現(xiàn)代檢測技術(shù)實驗箱實驗指南

1、1目 錄實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗 .1實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗 .4實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗 .6實驗四 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較 .7實驗五 金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響實驗 .7實驗六 直流全橋的應(yīng)用電子秤實驗 .8實驗七 移相器實驗 .9實驗八 相敏檢波器實驗 .11實驗九 交流全橋的應(yīng)用振動測量實驗 .13實驗十 電容式傳感器的位移特性實驗 .16實驗十一 電容傳感器動態(tài)特性實驗 .18實驗十二 直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗 .20實驗十三 交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗 .21實驗十四 霍爾測速實驗* .22實驗十五 壓電式傳

2、感器測量振動實驗 .23實驗十六 CU50 溫度傳感器的溫度特性實驗.24實驗十七 熱電偶測溫性能實驗 .26實驗十八 紅外遙控（光敏管）應(yīng)用實驗 .28附錄一 溫控儀表操作說明 .292實驗一實驗一 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理：二、基本原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，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：KRR /式中為電阻絲電阻的相對變化，為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長RR/Kll /度相對變化，金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工

3、藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位的受力狀態(tài)變化，電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓O1。U4/EK三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表） 、15V 電源、4V 電源、萬用表（自備） 。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、檢查應(yīng)變傳感器的安裝、檢查應(yīng)變傳感器的安裝根據(jù)圖 1-1 應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊的左上方的 R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模塊上，可用萬用表進行測量判別，各應(yīng)變片初始阻值 R1= R2= R3= R4=35

4、0，加熱絲初始阻值為 50 左右。2、差動放大器的調(diào)零、差動放大器的調(diào)零首先將實驗?zāi)K調(diào)節(jié)增益電位器 Rw3順時針到底（即此時放大器增益最大。然后將差動放大器的正、負(fù)輸入端相連并與地短接，輸出端與主控臺上的電壓表輸入端 Vi 相連。檢查無誤后從主控臺上接入模塊電源15V 以及地線。合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)K上的調(diào)零電位器 Rw4，使電壓表顯示為零（電壓表的切換開關(guān)打到 2V 檔） 。關(guān)閉主控箱電源。 （注意： Rw4的位置一旦確定，就不能應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖 1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 3改變，一直到做完實驗為止）3、電

5、橋調(diào)零、電橋調(diào)零適當(dāng)調(diào)小增益 Rw3（順時針旋轉(zhuǎn) 3-4 圈，電位器最大可順時針旋轉(zhuǎn) 5 圈） ，將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片 R1（即模塊左上方的 R1）接入電橋作為一個橋臂與 R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好，其中模塊上虛線電阻符號為示意符號，沒有實際的電阻存在） ，按圖 1-2 完成接線，接上橋路電源4V（從主控箱引入） ，同時，將模塊左上方撥段開關(guān)撥至左邊“直流”檔（直流檔和交流檔調(diào)零電阻阻值不同） 。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。備注：1、如出現(xiàn)零漂現(xiàn)象，則是應(yīng)變片在供電電壓下，應(yīng)變片本身通過電流所形成

6、的應(yīng)變片溫度效應(yīng)的影響，可觀察零漂數(shù)值的變化，若調(diào)零后數(shù)值穩(wěn)定下來，表示應(yīng)變片已處于工作狀態(tài)，時間大概 510 分鐘。2、如出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，電壓表讀數(shù)隨機跳變情況，可再次確認(rèn)各實驗線的連接是否牢靠，且保證實驗過程中，盡量不接觸實驗線，另外，由于應(yīng)變實驗增益比較大，實驗線陳舊或老化后產(chǎn)生線間電容效應(yīng)，也會產(chǎn)生此現(xiàn)象。4、測量并記錄、測量并記錄在電子秤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到 200g 砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表 1-1，關(guān)閉電源。+4V -4V 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 圖 1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖

7、接數(shù)顯表 Vi 地 R1 加熱 4表 1-1 單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值5、計算靈敏度和誤差 根據(jù)表 1-1 計算系統(tǒng)靈敏度 S，S=（輸出電壓變化量；重量Wu /uW變化量） ；計算非線性誤差：f1=F S100%，式中為輸出值（多次測量ym/m時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值，此處為 500g 或y200g。五、思考題：五、思考題：單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可。重量（g）電壓（mv）5實驗二實驗二 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模罕容^半橋與

8、單臂電橋的不同性能，了解其特點。二、基本原理：二、基本原理：不同受力方向的兩片應(yīng)變片（實驗?zāi)K上對應(yīng)變片的受力方向有標(biāo)識）接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓 Uo2=。2/EK三、需要器件與單元：三、需要器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表） 、15V 電源、4V 電源、萬用表（自備） 。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、保持金屬箔式應(yīng)變片實驗中的 Rw3和 Rw4的當(dāng)前位置不變。2、根據(jù)圖 1-3 接線。R1、R2為實驗?zāi)K左上方的應(yīng)變片，此時要根據(jù)模塊上的標(biāo)識確認(rèn) R1和 R2受力狀態(tài)相

9、反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源4V，檢查連線無誤后，合上主控箱電源，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rw1進行橋路調(diào)零。依次輕放標(biāo)準(zhǔn)砝碼，將實驗數(shù)據(jù)記入表 1-2，根據(jù)表 1-2 計算靈敏度 S=，非線性誤差Wu /f2。接主控箱電源輸出 接主控箱電源輸出 接數(shù)顯表Vi 地 圖 1-3 應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖 6表 1-2 半橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mv）五、思考題：五、思考題：橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。7實驗三

10、實驗三 金屬箔式應(yīng)變片金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理：二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄芰Ψ较虿煌慕尤豚忂?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其變化值R1=R2=R3=R4時，其橋路輸出電壓 Uo3=。其輸出靈敏度比半橋又提高KE了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：三、需用器件和單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表） 、15V 電源、4V 電源、萬用表（自備） 。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、保持單臂、半橋?qū)嶒炛?/p>

11、的 Rw3和 Rw4的當(dāng)前位置不變。2、根據(jù)圖 1-4 接線，實驗方法與半橋?qū)嶒炏嗤?，全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，將實驗結(jié)果填入表 1-3；進行靈敏度和非線性誤差計算。表 1-3 全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mv）83、根據(jù)表 1-3 計算系統(tǒng)靈敏度 S，S=（輸出電壓變化量；Wu /u重量變化量） ；計算非線性誤差：f1=F S100%，式中為輸出值Wym/m（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值。y實驗四實驗四 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實驗?zāi)康模阂?、?/p>

12、驗?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、實驗步驟：二、實驗步驟：根據(jù)實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進行分析比較。闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益 RW3 必須在相同的位置） 。實驗五實驗五 金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響實驗金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私鉁囟葘?yīng)變片測試系統(tǒng)的影響。二、基本原理：二、基本原理：電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來自兩個方面：1）敏感柵絲的溫度系數(shù)，2）應(yīng)變柵線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當(dāng)溫度變化時，在被測體受力狀態(tài)不變時

13、，輸出會有變化。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、數(shù)顯表單元（主控臺電壓表） 、直流源、加熱器（已貼在應(yīng)變電子稱其中一片應(yīng)變片的緊挨下方）四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、保持全橋應(yīng)變實驗結(jié)果。2、將 200g 砝碼加于砝碼盤上，在數(shù)顯表上讀取某一整數(shù) Uo1。3、將 5V 直流穩(wěn)壓電源（主控箱）接于實驗?zāi)K的加熱器插孔上，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，UotUo1即為溫度變化的影響。計算這一溫度變化產(chǎn)生的相對誤差。%1001otootUUU五、思考題：五、思考題：91、金屬箔式應(yīng)變片溫度影響有哪些消除方法？2、應(yīng)變式傳感器可否用于測量溫度？實驗

14、六實驗六 直流全橋的應(yīng)用直流全橋的應(yīng)用電子秤實驗電子秤實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理：二、基本原理：電子秤實驗原理為全橋測量原理，通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、15V 電源、4V 電源、數(shù)顯表（主控臺電壓表） 。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、按單臂實驗中的步驟將差動放大器調(diào)零：按全橋電路接線，合上主控箱電源開關(guān)調(diào)節(jié)電橋平衡電位器 Rw1，使數(shù)顯表顯示 0.00V。2、將 10 只砝碼全部置于

15、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 檔測量）或-0.200V。3、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 或-0.000V。4、重復(fù) 2、3 步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V 改為重量量綱 g，就可稱重，成為一臺原始的電子秤。5、把砝碼依次放在托盤上，填入下表：重量（g）電壓（mv）6、根據(jù)上表計算靈敏度與非線性誤差。10實驗七實驗七 移相器實驗移相器實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私膺\算放大器構(gòu)成的移相電路和它的原理及工作情況。二、基本原理：二、基本原理：圖 5 為移相電路示

16、意圖，由移相器電路結(jié)構(gòu)圖可求得該電路的閉環(huán)增益 G(s)211121152254411)(11)(RSCWRRSCWRSCWRRRRSG則 211121152254411)(11)(RCjWRRCjWRCjWRRRRjG)1)(1 (4) 1)(1 ()(2212122222212122212122222WCWCWWCCWCWCjG當(dāng) R1=R2=W1= R4=R5=10K 時有： 由正切三角函半角公式可得：221121212112222112211121)(WCWCWWCCWCWCWCCWtgjG1122221122122122CWWCWCCWarctgtgtgtg從上式可以看出，調(diào)節(jié)電位器

17、 W2將產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊、音頻振蕩器、雙線（雙蹤）示波器（自備） 、直流穩(wěn)壓電源15V。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、了解移相器原理，即通過調(diào)節(jié)電位器使交流信號產(chǎn)生相位的變化。圖圖 5 1 2 移相器 移相 示波器 0(LV) 音頻振蕩器 移相器 1 2 112、將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從 0、180插口輸出均可） ，將15V 電源及地線接入移相器模塊，合上主控箱電源。3、將示波器的兩根線分別接到移相器的輸入和輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。4、調(diào)節(jié)移相器上的電位器，觀察兩個波形間相位的

18、變化。5、改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同頻率的最大移相范圍。五、思考題：五、思考題：1、根據(jù)基本原理公式，分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的現(xiàn)象。注意事項：注意事項：本實驗臺中音頻信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相器后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。正確選擇示波器中的“觸發(fā)”形式，以保證雙蹤示波器能看到波形的變化。 移相器的電路原理圖 A2 _ + - A1 + +15V C1 2 3 （2） （1） -15V R3 R6 R5 6 5 1 7 8 4 C2 Rw1 R1 R2 C5 C3 C4 C6 R4 12實驗八實驗八 相敏檢波器實驗相敏檢波器實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私?/p>

19、相敏檢波器的原理及工作情況。二、基本原理：二、基本原理：相敏檢波器模塊示意圖如下所示，圖中 Vi 為輸入信號端，Vo 為輸出端，AC 為交流參考電壓輸入端，DC 為直流參考電壓輸入。當(dāng)有脈沖符號的兩個端子為附加觀察端。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊、音頻振蕩器、雙蹤示波器（自備） 、直流穩(wěn)壓電源15V、2V、轉(zhuǎn)速/頻率表、數(shù)顯電壓表。四、旋鈕初始位置：四、旋鈕初始位置：轉(zhuǎn)速/頻率表置頻率檔，音頻振蕩器頻率為 4KHz 左右，幅度置最小（逆時針到底） ，直流穩(wěn)壓電源輸出置于2V 檔。五、實驗步驟：五、實驗步驟：1、了解移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊

20、面板上的符號布局，接入電源15V 及地線。2、根據(jù)如下的電路進行接線，將音頻振蕩器的信號 0 輸出端和移相器及相敏檢波器輸入端 Vi 相接，把示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端 Vi 和輸出端 Vo 組成一個測量線路。3、將主控臺電壓選擇撥段開關(guān)撥至+2V 檔位，改變參考電壓的極性（通過13DC 端輸入+2V 或者-2V） ，觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當(dāng)參考電壓為正時，輸入和輸出同相；當(dāng)參考電壓為負(fù)時，輸入和輸出反相。4、調(diào)整好示波器，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰-峰值 4V，通過調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的電位器，使相敏檢波器的輸出 Vo 為全波

21、整流波形。六、思考題：六、思考題：14根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用） 。實驗九實驗九 交流全橋的應(yīng)用交流全橋的應(yīng)用振動測量實驗振動測量實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私饫媒涣麟姌驕y量動態(tài)應(yīng)變參數(shù)的原理與方法。二、基本原理：二、基本原理：對于交流應(yīng)變信號用交流電橋測量時，橋路輸出的波形為一調(diào)制波，不能直接顯示其應(yīng)變值，只有通過移相檢波和濾波電路后才能得到變化的應(yīng)變信號，此信號可以從示波器讀得。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：音頻振蕩器、低頻振蕩器、萬用表（自備） 、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、移相/相敏檢波/低通

22、濾波器模塊、振動源模塊、示波器（自備） 。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K上的應(yīng)變傳感器不用，改為轉(zhuǎn)動、振動模塊振動梁上的應(yīng)變片（即振動模塊上的應(yīng)變輸出，應(yīng)變片已按全橋方式連接） 。15162、按振動臺模塊上的應(yīng)變片順序，用連接線插入應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K上。組成全橋。接線時應(yīng)注意連接線上每個插頭的意義，對角線的阻值為 350 左右，若二組對角線阻值均為 350，則接法正確。3、按圖連線，接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)（音頻振蕩器接 Lv 輸出端接全橋電路一端，另一端接 Lv 的“地”端） ，R8、Rw1、C、Rw2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，同時將模塊左上方撥段開關(guān)撥至“交流”檔，檢

23、查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將音頻振蕩器的頻率調(diào)節(jié)到 5KHz 左右，幅度調(diào)節(jié)到 10Vp-p。 （頻率可用數(shù)顯表 Fin監(jiān)測，幅度可用示波器監(jiān)測） 。將 Rw3順時針調(diào)節(jié)到最大，用示波器觀察 Vo1或 Vo2（如果增益不夠大，則 Vo1接入 IC4） ，調(diào)節(jié)電位器 Rw1和Rw2使得示波器顯示接近直線（示波器的電壓軸為 0.1V/div，時間軸為0.1ms/div） 。且用手按振動圓盤，波形幅值有明顯變化。將示波器接入相敏檢波的輸出端，觀察示波器的波形，調(diào)節(jié) Rw1、Rw2、Rw4以及移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形無高低且最小（參考位置：示波器的 Y 軸為0.1V/div

24、，X 軸為 0.2ms/div） ，用手按下振動圓盤（且按住不放） ，調(diào)節(jié)移相器與相敏檢波器的旋鈕（前面實驗已介紹移相器和相敏檢波器原理） ，使示波器顯示的波形有檢波趨向，即顯示如下波形：4、將低頻振蕩器輸出接入振動模塊低頻輸入插孔，調(diào)節(jié)低頻振蕩器輸出幅度和頻率使振動臺（圓盤）明顯振動（調(diào)節(jié)頻率和幅度時應(yīng)緩慢調(diào)節(jié)） 。5、調(diào)節(jié)示波器電壓軸為 50mv/div 或 100mv/div、X 軸為 10ms/div 或 5ms/div17或 2ms/div，用示波器觀察差動放大器輸出端（調(diào)幅波）和相敏檢波器輸出端（解調(diào)波）及低通濾波器輸出端（包絡(luò)線波形傳感器信號）波形，調(diào)節(jié)實驗電路中各電位器旋鈕，用

25、示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，體會電路中各電位器的作用。在應(yīng)變梁振動時，觀察 Vo1(或 Vo2)波形，此時為接近包絡(luò)線。將 Vo1(Vo2)連接到相敏檢波器 Vi。觀察此時相敏檢波輸出 Vo 波形。此時接近再觀察此時低通濾波器輸出端波形為正弦波調(diào)節(jié)電位器使各波形接近理論波形，并使低通濾波器輸出波形不失真，并且峰-峰值最大。6、固定低頻振蕩器幅度旋鈕位置不變，低頻輸出端接入數(shù)顯單元的 Fin，把數(shù)顯表的切換開關(guān)打到頻率檔監(jiān)測低頻頻率。調(diào)節(jié)低頻輸出頻率，用示波器讀出低通濾波器輸出 VO的電壓峰-峰值，填入表 1-5。表 1-5f（Hz）VO（p-p）從實驗數(shù)據(jù)得振動梁的自振頻率為 Hz。 五、思考題：五

26、、思考題：181、在交流電橋測量中，對音頻振蕩器頻率和被測梁振動頻率之間有什么要求？2、請歸納直流電橋和交流電橋的特點。小小 結(jié)：結(jié)：電阻應(yīng)變式傳感器從 1938 年開始使用到目前，仍然是當(dāng)前稱重測力的主要工具，電阻應(yīng)變式傳感器最高精度可達萬分之一甚至更高，除電阻應(yīng)變片、絲直接以測量機械、儀器及工程結(jié)構(gòu)等的應(yīng)變外，主要是與種種形式的彈性體相配合，組成各種傳感器和測試系統(tǒng)。如稱重、壓力、扭矩、位移、加速度等傳感器，常見的應(yīng)用場合如各種商用電子秤、皮帶秤、吊鉤秤、高爐配料系統(tǒng)、汽車衡、軌道衡等。實驗十實驗十 電容式傳感器的位移特性實驗電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔?/p>

27、傳感器結(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：二、基本原理：利用平板電容和其他結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)dAC/和測量電路可以選擇、A、d 三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變） 、測微小位移（d 變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)K、測微頭、數(shù)顯單元（主控臺電壓表） 、直流穩(wěn)壓源。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、按圖 3-1 安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)K上。電容傳感器安裝示意圖 電容傳感器 模塊 測量架 測微頭 19接主控箱電源輸出 接主控箱數(shù)顯表 Vi 地 圖 4-1 電容

28、傳感器位移實驗接線圖 2、將電容傳感器專用連線插入電容傳感器實驗?zāi)K專用接口，接線圖如下。3、將電容傳感器實驗?zāi)K的輸出端 Vo1與數(shù)顯表單元（主控臺電壓表）Vi相接（插入主控箱 Vi孔） ，Rw 調(diào)節(jié)到中間位置。4、接入15V 電源，旋動測微頭推進電容傳感器動極板位置，每隔 0.5mm記下位移 X 與輸出電壓值（此時電壓檔位打在 20v） ，填入表 4-1。表 4-1 電容傳感器位移與輸出電壓值X（mm）V（mv）5、根據(jù)表 4-1 數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度 S 和非線性誤差f。20實驗十一實驗十一 電容傳感器動態(tài)特性實驗電容傳感器動態(tài)特性實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私怆娙輦鞲衅?/p>

29、的動態(tài)性能的測量原理和方法。二、基本原理：二、基本原理：利用電容傳感器動態(tài)響應(yīng)好，可以非接觸測量等特點，進行動態(tài)位移測量。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)K、移相/相敏檢波/低通濾波器模塊、數(shù)顯單元（主控臺電壓表） 、直流穩(wěn)壓電源、雙線示波器、振動源模塊、低頻振蕩器。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、傳感器安裝圖見下圖，接線參考“電容式傳感器的位移特性實驗” 。工作平臺 振動平臺 傳感器 連橋板 圖 3-5 電容傳感器振動測量安裝示意圖 212、實驗?zāi)K輸出端 Vo1接濾波器輸入端，濾波器輸出端 Vo接移相/相敏檢波/低通濾波器模塊的“低通濾波器”的輸入，示波

30、器一個通道（示波器 X軸為 10ms/div、Y 軸視輸出大小而變） 。調(diào)節(jié)傳感器連接支架高度，用主控臺數(shù)顯表（電壓表）觀察 Vo1，使 Vo1輸出在零點附近。3、主控箱低頻振蕩器輸出端與振動源低頻輸入相接，振動頻率選 619Hz 之間，幅度旋鈕初始置 0。4、輸入15V 電源到實驗?zāi)K，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕使振動臺振動幅度適中，注意觀察示波器上顯示的波形。5、保持低頻振蕩器幅度旋鈕不變，改變振動頻率，可以用數(shù)顯表測頻率（將低頻振蕩器輸出端與數(shù)顯 Fi輸入口相接，數(shù)顯表波段開關(guān)選擇頻率檔） 。從示波器測出傳感器輸出的 Vo1峰-峰值。保持低頻振蕩器頻率不變，改變幅度旋鈕，測出傳感器輸

31、出的 Vo1峰-峰值。五、思考題：五、思考題：1、根據(jù)實驗所提供的電容傳感器尺寸，計算其電容量 Co和移動 0.5mm 時的變化量， （本實驗外圓半徑 R=8mm，內(nèi)圓柱外半徑 r =7.25mm，外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長度 =16mm。l * 電容傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、分辨力高、動態(tài)響應(yīng)好、可進行非接觸測量等特點，它可以測量線位移、角位移、高頻振動幅度，與電感式比較，電感式是接觸測量，只能測量低頻振幅，電容傳感器在測量壓力、差壓、液位、料位成分含量（如油、糧食中的水分） 、非金屬涂層、油膜厚度等方面均有應(yīng)用。目前半導(dǎo)體電容式壓力傳感器已在國內(nèi)外研制成功，正在走向工業(yè)化應(yīng)用。22實驗十

32、二實驗十二 直流激勵時霍爾式傳感器的直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗位移特性實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：二、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)、霍爾電勢 UH = KHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進行位移測量。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗?zāi)K、霍爾傳感器、直流源4V、15V、測微頭、數(shù)顯單元。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、將霍爾傳感器按圖 5-1 安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗?zāi)K的連接按圖 5-2 進行。1、3 為電源4V，2、4 為輸出。2、開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié) Rw1（Rw3 處于中

33、間位置）使數(shù)顯表指示為零。 主控箱 數(shù)顯表 3 1 2 4 圖 5-2 霍爾傳感器位移直流激勵接線圖 1 2 3 4 連線插座編號 1、3 為電源線 2、4 為信號輸出Vi 231KHz 4Vp-p 霍爾實驗?zāi)K 2 AC 主控箱數(shù)顯表 1示波器 VO Vi Vi VO Vi VO Vi 移相、相敏、低通濾波模塊 圖 5-3 交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖 3、旋轉(zhuǎn)測微頭向軸向方向推進，每轉(zhuǎn)動 0.2mm 記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表 5-1。表 5-1X（mm）V（mv）作出 V-X 曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。五、思考題：五、思考題：本實驗中霍爾元件位

34、移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗十三實驗十三 交流激勵時霍爾式傳感器的交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗位移特性實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私饨涣骷顣r霍爾片的特性二、基本原理：二、基本原理：交流激勵時霍爾元件與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：在“直流霍爾傳感器位移特性”基礎(chǔ)上加移相/相敏檢波/低通濾波模塊、雙線示波器。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、傳感器安裝同“直流激勵時的實驗安裝” ，實驗?zāi)K上連線見圖 5-3。2、調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率和幅度旋鈕，從 Lv輸出用示波器測量，使輸出為1KHz、峰-峰值為 4V，引入

35、電路中（激勵電壓從音頻輸出端 Lv輸出頻率 1KHz，幅值為 4V 峰-峰值，注意電壓過大會燒壞霍爾元件） 。3、調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器產(chǎn)生一個較大的位移（此時 Rw3順時針旋轉(zhuǎn)至24最大位置） ，利用示波器觀察相敏檢波器輸出（此時示波器檔位時間軸為 0.2ms，電壓軸為 0.2V） ，旋轉(zhuǎn)移相單元電位器 Rw 和相敏檢波電位器 Rw，使示波器顯示全波整流波形。此時固定移相單元電位器 Rw 和相敏檢波電位器 Rw，保持電位器位置不變。4、調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器處于傳感器中間位移部分，先用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最?。聪嗝魴z波輸出接近一條直線） 。 5、然后從電壓數(shù)顯表上觀察，調(diào)節(jié)電位

36、器 Rw1、Rw2使顯示為零，然后旋動測微頭，記下每轉(zhuǎn)動 0.2mm 時表頭讀數(shù)，填入表 5-2。表 5-2 交流激勵時輸出電壓和位移數(shù)據(jù)X（mm）V（mv）6、根據(jù)表 5-2 作出 V-X 曲線，計算不同量程時的非線性誤差。實驗十四實驗十四 霍爾測速實驗霍爾測速實驗*一、實驗?zāi)康模阂?、實驗?zāi)康模毫私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理：二、基本原理：利用霍爾效應(yīng)表達式 UH = KHIB，當(dāng)被測圓盤上裝上 N 只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周，磁場就變化 N 次，霍爾電勢相應(yīng)變化 N 次，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速=60*頻率/12）三、需用器件與單元：三、需用器

37、件與單元：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 2-24V、轉(zhuǎn)動源單元、數(shù)顯單元的轉(zhuǎn)速顯示部分。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、根據(jù)圖 5-4，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對準(zhǔn)反射面的磁鋼。電機 電機轉(zhuǎn)盤平臺 圖 5-4 霍爾、光電、磁電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖 霍爾、光電 工作平臺 支架 23mm 252、將直流源加于霍爾元件電源輸入端。紅（+）接+5V，黑（）接地。3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（藍）插入數(shù)顯單元 Fin端。4、將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的 2-24V 轉(zhuǎn)速電源引到轉(zhuǎn)動源的 2-24V 插孔。5、將數(shù)顯單元上的轉(zhuǎn)速/頻率表波段開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔，此時數(shù)顯表指示轉(zhuǎn)速。6、調(diào)節(jié)電壓使轉(zhuǎn)動速度變化。觀察數(shù)顯

38、表轉(zhuǎn)速顯示的變化。五、思考題：五、思考題：1、利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上是否有限制？2、本實驗裝置上用了十二只磁鋼，能否用一只磁鋼，二者有什么區(qū)別呢？實驗十五實驗十五 壓電式傳感器測量振動實驗壓電式傳感器測量振動實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動的原理和方法。二、基本原理：二、基本原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成。（觀察實驗用壓電加速度計結(jié)構(gòu)）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片上產(chǎn)生正比于運動加速度的表面電荷。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：轉(zhuǎn)動、振動源模塊、壓電

39、傳感器、移相/相敏檢波/低通濾波器模塊、壓電式傳感器實驗?zāi)K、雙線示波器。四、實驗步驟：四、實驗步驟：1、首先將壓電傳感器裝在振動源模塊上，壓電傳感器底部裝有磁鋼，可和振動盤中心的磁鋼相吸。2、將低頻振蕩器信號接入到振動源的低頻輸入源插孔。263、將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實驗?zāi)K兩輸入端，按圖 7-1連接好實驗電路，壓電傳感器黑色端子接地。將壓電傳感器實驗?zāi)K電路輸出端Vo1（如增益不夠大，則 Vo1接入 IC2，Vo2接入低通濾波器）接入低通濾波器輸入端 Vi，低通濾波器輸出 Vo與示波器相連。4、合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕使振動臺振動，觀察示波器波形。5

40、、改變低頻振蕩器頻率，觀察輸出波形變化。6、用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形。實驗十六實驗十六 Cu50溫度傳感器的溫度特性實驗溫度傳感器的溫度特性實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私釩u50溫度傳感器的特性與應(yīng)用。二、基本原理：二、基本原理：在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，一般采用銅電阻，可用來測量-50C+150C的溫度。銅電阻有下列優(yōu)點：2在上述溫度范圍內(nèi)，銅的電阻與溫度呈線性關(guān)系 Rt = R0(1+at)4電阻溫度系數(shù)高，a = 4.254.2810-3/ C5容易提純，價格便宜三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：K型熱電偶、Cu50熱電阻、 傳感器

41、實驗臺專用溫度源、直流電源15V、溫度傳感器實驗?zāi)K、數(shù)顯單元（主控臺電壓表） 、萬用表。四、實驗步驟：四、實驗步驟：接主控箱電源輸出 接低通濾波器 Vi 地 圖 7-1 壓電式傳感器性能實驗接線圖 271、差動電路調(diào)零首先對溫度傳感器實驗?zāi)K的三運放測量電路和后續(xù)的反相放大電路調(diào)零。具體方法是把R5和R6的兩個輸入點短接并接地，然后調(diào)節(jié)Rw2使V01的輸出電壓為零，再調(diào)節(jié)Rw3，使V02的輸出電壓為零，此后Rw2和Rw3不再調(diào)節(jié)。2、溫控儀表的使用注意：首先根據(jù)溫控儀表型號，仔細(xì)閱讀“溫控儀表操作說明”， （見附錄一）學(xué)會基本參數(shù)設(shè)定（出廠時已設(shè)定完畢） 。3、熱電偶的安裝主控臺溫度控制單元

42、中“加熱”和“冷卻”選擇控制方式均為“內(nèi)控”方式，同時將溫度源的加熱插頭插入主控箱加熱輸出插座中，將K型熱電偶溫度感應(yīng)探頭插入“溫度源”的上方兩個傳感器放置孔中的一個。將K型熱電偶自由端引線插入主控臺溫度控制單元中熱電偶傳感器輸入端子插孔，紅線為正極。同時將傳感器選擇波段開關(guān)撥至“熱電偶” （此時溫度智能控制儀表的傳感器輸入類型參數(shù)“Sn”對應(yīng)“0” ， “0”代表當(dāng)輸入傳感器為 K型熱點偶時智能控制儀顯示正確的溫度值） 。 4、同時溫度源中“冷卻輸入”與主控箱中“冷卻開關(guān)”連接，同時“風(fēng)機電源”和主控箱中“+2-+24V”電源輸出連接（此時電源旋鈕打到最大值位置） ，同時打開溫度源開關(guān)。5、

43、熱電阻的安裝及室溫調(diào)零將Cu50熱電阻傳感器探頭插入加熱源的另一個插孔中，尾部紅色線為正端，插入實驗?zāi)K的a端，其它兩端相連插入b端，見圖11-1，a端接電源+2V，b端與差動運算放大器的一端相接，橋路的RW1另一端和差動運算放大器的另一端相接（R2=50歐姆） 。模塊的輸出V02與主控臺數(shù)顯表相連，連接好電源及地線，合上主控臺電源，調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示為零（此時溫度測量控制儀電源關(guān)閉） 。286、測量記錄設(shè)定溫度控制值為40C，當(dāng)溫度控制在40C時開始記錄電壓表讀數(shù)，重新設(shè)定溫度值為40C+nt，建議t=5C，n=17，到75C每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電壓與溫度值。待溫度穩(wěn)定后記下數(shù)顯表上

44、的讀數(shù)（若在某個溫度設(shè)定值點的電壓值有上下波動現(xiàn)象，則是由于控制溫度在設(shè)定值的+1C范圍波動的結(jié)果，這樣可以記錄波動時，傳感器信號變換模塊對應(yīng)輸出的的電壓最小值和最大值，取其中間數(shù)值）填入表11-1。表11-1：T（C）V（mv）7、根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，計算t=5C時，Cu50熱電阻傳感器對應(yīng)變換電路輸出的V數(shù)值是否接近。實驗十七實驗十七 熱電偶測溫性能實驗熱電偶測溫性能實驗一、實驗?zāi)康模阂弧嶒災(zāi)康模毫私鉄犭娕紲y量溫度的性能與應(yīng)用范圍。二、基本原理：二、基本原理：當(dāng)兩種不同的金屬組成回路，如兩個接點有溫度差，就會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點稱工作端，將其置于被測溫度場，以相應(yīng)電路就可間

45、接測得被測溫度值，溫度低的接點就稱冷端（也稱自由端） ，冷端可以是室溫值或經(jīng)補償后的 0C、25C。三、需用器件與單元：三、需用器件與單元：熱電偶 K 型、專用溫度源、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、直流穩(wěn)壓電源15V。四、實驗步驟：1、在溫度控制單元上選擇加熱和冷卻方式均為“內(nèi)控”方式，將 K 型熱電偶插29到溫度測量控制儀的插孔中，K 型的自由端接到溫度控制單元標(biāo)有傳感器字樣的插孔中（此時傳感器選擇類型為熱點偶類型） 。2、同時溫度源中“冷卻輸入”與主控箱中“冷卻開關(guān)”連接，同時“風(fēng)機電源”和主控箱中“+2-+24V”電源輸出連接（此時電源旋鈕打到最大值位置） ，同時打開溫度源開關(guān)。3、從主控箱上將15V 電壓，地接到溫度模塊上，并將 R5，R6 兩端短接同時接地，打開主控箱電源開關(guān)，將模塊上的 Vo2 與主控箱數(shù)顯表單元上的 Vi 相接。將 Rw2 旋至中間位置，調(diào)節(jié) Rw3 使數(shù)顯表顯示為零。設(shè)定溫度測量控制儀上的溫度儀表控制溫度 T=40。4、去掉 R5，R6 接地線及連線，將 E 型熱電偶的自由端與溫度模塊的放大器R5，R6 相接，同時 E 型熱電偶的藍色接線端子接地。觀察溫控儀表的溫度值，當(dāng)溫度控制在 40時，調(diào)節(jié) Rw2，對照分度表將