使 用 說 明長春理工大學

1、 傳感與檢測技術(shù)實驗指導書主編： 王勁松 張暉 程曉微長春理工大學光電工程學院目 錄CSY10B型1實驗一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗1實驗二 箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較3實驗三差動變壓器的性能實驗5實驗四 差動變壓器零殘電壓的補償7實驗五 差動變壓器的應(yīng)用位移測量8實驗六差動變壓器的應(yīng)用振動測量9實驗七 電容式傳感器位移測量實驗10實驗八 霍爾式傳感器位移測量實驗11實驗九光纖傳感器實驗129-1 位移測量和振動實驗129-2 光纖傳感器轉(zhuǎn)速測量13實驗十 衍射光柵柵距的測定14實驗十一 光柵位移測量15實驗十二熱敏電阻測溫實驗16實驗十三熱電偶測溫實驗17CSY2001B型、CSY-20

2、00C型傳感器系統(tǒng)實驗儀18實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗18實驗二 金屬箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較20實驗三 差動變壓器的性能實驗23實驗四 差動變壓器零殘電壓的補償25實驗五 差動變壓器的應(yīng)用位移測量26實驗六 差動變壓器的應(yīng)用振動測量實驗27實驗七、電容式傳感器的位移測量實驗30實驗八 霍爾式傳感器位移測量實驗32實驗九 光纖傳感器實驗339-1 位移和振動測量實驗339-2 轉(zhuǎn)速測量實驗34附表：36CSY10B型實驗一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康兀? 觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2 了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)。3 掌握單臂電橋工作原理和性能。二、實驗原

3、理：本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，當使用一個應(yīng)變片時，；當二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有；用四個應(yīng)變片組成二個差動對工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大

4、。三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源（4V檔）、直流電位器、差動放大器、箔式應(yīng)變片、雙孔懸臂梁、稱重砝碼（每個重20g）、電壓表。四、實驗步驟： 1調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。4V RR24V R3 R1WDV圖 （1）2按圖（1）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。

5、橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為4V。3確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。4調(diào)整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。5向托盤中放置砝碼，每放置一個砝碼，記錄一次差動放大器輸出電壓值，直到10個砝碼（200g）加完為止，然后逐個取下砝碼，每取下一個，記錄一次輸出電壓值，直到托盤上的砝碼個數(shù)為零，按下表格式記錄數(shù)據(jù)。重量W（g）020406080100120140160180200電壓V（V）重量W（g）200180160140120100806040200電壓V（V）6重復4、5步驟，再記錄兩組

6、數(shù)據(jù)。根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)計算靈敏度Ku，KuVW，計算線性誤差：，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，yF*S 滿量程輸出平均值，此處為200g時的輸出電壓值，在坐標圖上做出VW關(guān)系曲線。五、思考題：1如何驗證橋路的重復性和遲滯特性？結(jié)合上面的VW關(guān)系曲線計算重復性誤差和遲滯誤差？2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（受壓）應(yīng)變片（3）正、負應(yīng)變片均可以。六、注意事項： 1實驗前應(yīng)檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。 2接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導線斷裂。3穩(wěn)壓電

7、源不要對地短路。實驗二 箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較一、實驗?zāi)康模罕容^半橋、全橋與單臂電橋的不同性能，了解其各自特點。 二、實驗原理：已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2RR、4RR。根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4ER，電橋靈敏度KuVRR，于是對應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。三、實驗所需部件直流穩(wěn)壓電源（4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應(yīng)變片、雙孔懸臂梁、稱重砝碼、電壓表。四、實驗步驟：1在完成實驗一的基礎(chǔ)上，不變動差動放大器增益和調(diào)零電位器，依次將圖

8、（1）中電橋固定電阻R1、R2、R3換成箔式應(yīng)變片，分別接成半橋和全橋測試系統(tǒng)。2確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。3調(diào)整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。4向托盤中放置砝碼，每放置一個砝碼，記錄一次差動放大器輸出電壓值，直到10個砝碼（200g）加完為止，按下表格式記錄數(shù)據(jù)。重量W（g）020406080100120140160180200電壓V（V）2重復34步驟，測出半橋和全橋輸出電壓并列表，計算靈敏度。3在同一坐標上描出三種橋路的VX曲線，結(jié)合實驗一比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié)論。五、注意事項： 1應(yīng)變片接入電橋時注意其受力方向，一定要接成差動形式。2直流激勵電壓不能

9、過大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。六、思考題：1如果電橋的相對臂R2=R1，R3=R，而R1R3，R2R，能否構(gòu)成一個全橋？2半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊3橋路（差動電橋）測量時存在非線形誤差，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)零值不是真正的零。4某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如下圖所示，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻？圖 （2）實驗三差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯幕窘Y(jié)構(gòu)及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。二、實驗原理：差動變壓器由

10、銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖（3）R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道圖（3） 圖（4）三、實驗所需部件：差動變壓器、直流電位器、音頻振蕩器、測微頭、示波器。四、實驗步驟： 1按圖（4）接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv格。2音頻振蕩器輸出頻率5KHZ，輸出值VPP 2V。3用手提

11、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)，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。4旋動測微頭，帶動差動變壓器銜鐵在線圈中移動，從示波器中讀出次級輸出電壓VPP值，讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相位關(guān)系。5仔細調(diào)節(jié)測微頭使次級線圈的輸出波形至不能再小，這就是零點殘余電壓。可以看出它與輸入電壓的相位差約為2，是基頻分量。6根據(jù)表格所列結(jié)果，畫出Vop-pX曲線，指出線性工作范圍。位移mm電壓V 五、思考題：1用差動放大器測量較高頻率的振幅，如頻率為1KHZ的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量振動頻率的上限受什么限制？2試分析差動變壓器與普通的電源變壓器有何異同？六、注意事項： 示波器第二通道為

12、懸浮工作狀態(tài)。實驗四 差動變壓器零殘電壓的補償一、實驗?zāi)康模河捎诹銡堧妷旱拇嬖跁斐刹顒幼儔浩髁泓c附近的不靈敏區(qū)，如此電壓經(jīng)過放大器還會使放大器未級趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償?shù)窒６?、實驗原理：零殘電壓中主要包含兩種波形成份： 1基波分量。這是由于差動變壓器二個次級繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。2高次諧波。主要是由導磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次

13、繞組中感應(yīng)出非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：（1）從設(shè)計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對稱。（2）采用相敏檢波電路。（3）選用補償電路。三、實驗所需部件：差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、示波器、差動放大器。四、實驗步驟： 1根據(jù)圖（5）接線。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差動放大器增益100倍，音頻LV端輸出VPP值2V。10KHZ第一通道WD WAV-2VR圖（5）2調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵在線圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)，使輸出更趨減小。如果補償效果不好則可在電橋交流插口另并聯(lián)一個數(shù)f的電容。3提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形比較

14、。五、注意事項： 由于補償線路要求差動變壓器輸出必須懸浮，所以需用差動放大器將次級的雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，以便示波器觀察。實驗五 差動變壓器的應(yīng)用位移測量一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼兤魑灰茰y量系統(tǒng)的組成以及差動變壓器的標定方法。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微頭。差放 移相器V1 2 相敏 低通 電壓表音頻振蕩器 WALV WDR+圖（6）三、實驗步驟： 1按圖（6）接線，差動放大器增益適度，音頻振蕩器LV端輸出5KHZ，VP-P值2V。2調(diào)節(jié)電橋WD、WA電位器，調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出

15、為零。3旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱(如有削波現(xiàn)象則應(yīng)減小差動放大器增益)。如不對稱則需反復調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負輸出對稱。4旋動測微頭，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。位移mm00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0電壓V位移mm0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-4.5-5.0電壓V四、注意事項：系統(tǒng)標定需調(diào)節(jié)電橋、移相器、銜鐵三者位置，正確的調(diào)節(jié)方法是：在步驟1、2之后用手將銜鐵壓至線圈最底部，調(diào)節(jié)移相器，用示波

16、器兩個通道觀察相敏檢波器、端口，當兩端口波形正好為同相或反相時恢復銜鐵位置，這樣才能做到系統(tǒng)輸出靈敏度最高并正負對稱。實驗六差動變壓器的應(yīng)用振動測量一、實驗?zāi)康模?了解差動變壓器的測量振動的方法。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器。三、實驗步驟：1 按圖（5）接線，調(diào)節(jié)好系統(tǒng)各部分。 2低頻振蕩器接入“激振I”，使振動圓盤保持適當振幅。 3維持低頻振蕩器輸出幅度不變，用示波器觀察低通濾波器的輸出，電壓頻率表2KHZ檔接低頻輸出端，改變振蕩頻率從5HZ30HZ，讀出Vop-p值，填入下表：f(HZ)567891011121

17、31415182030Vop-p 4根據(jù)實驗結(jié)果做出振動臺的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率。四、思考題：1如果用直流電壓表來讀數(shù)，需增加那些測量單元，測量線路該如何？2利用差動變壓器測量振動，在應(yīng)用上有些什么限制？五、注意事項： 1儀器中兩副懸臂梁的固有頻率因尺寸不同而不同。2銜鐵位置可松開支架上小螺絲稍做上、下調(diào)節(jié)。實驗七 電容式傳感器位移測量實驗一、實驗?zāi)康恼莆针娙菔絺鞲衅鞯墓ぷ髟砗臀灰茰y量方法。二、實驗原理電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動平行變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成

18、為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為CX1，下層定片與動片形成的電容定為CX2，當將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動臺的位移有關(guān)。三、實驗所需部件CX2電容變換器 低 通 差放 電壓表CX1電容傳感器、電容變換器、差動放大器、低通濾波器、低頻振蕩器、測微頭。圖（7）四、實驗步驟 1按圖（7）接線，電容變換器和差動放大器的增益適度。2裝上測微頭，帶動振動臺位移，使電容動片位于兩靜片中，此時差動放大器輸出應(yīng)為零。3以此為起點，向上和向下位移電容動片，每次0.5mm，直至動片與一組靜片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并作出VX曲線，求得靈敏度。X

19、(mm)-1.5-1.0-0.500.51.01.5V(v)4低頻振蕩器輸出接“激振I”端，移開測微頭，適當調(diào)節(jié)頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀察波形。五、思考題：試設(shè)計利用e的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)/能否敘述一下在設(shè)計中應(yīng)考慮那些因素？六、注意事項 1電容動片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時可稍做調(diào)整。位移和振動時均應(yīng)避免擦片現(xiàn)象，否則會造成輸出信號突變。2如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進一步減小。3.由于懸臂梁彈性恢復的滯后，進行反相采集時測微儀雖然回到起始位置，但系統(tǒng)輸出電壓可能并不回到零，此時可反向位移懸臂梁使輸出電壓

20、過零后再回起始位置，待系統(tǒng)輸出為零后進行反方向的采集。實驗八 霍爾式傳感器位移測量實驗一、實驗?zāi)康模?了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，學會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試。二、實驗原理：霍爾式傳感器是由工作在兩個環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出?；魻栐谔荻却艌鲋猩?、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。三、實驗所需部件： 直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表、測微頭。WDR2V差放 電壓表圖（8）四、實驗步驟： 1按圖（8）接線，裝上測微頭，調(diào)節(jié)振動圓盤

21、上、下位置，使霍爾元件位于梯度磁場中間位置。差動放大器增益適度。開啟電源，調(diào)節(jié)電橋WD，使差放輸出為零。上、下移動振動臺，使差放正負電壓輸出對稱。 2上、下移動測微頭各3.5mm，每變化0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值。并記入下表，作出VX曲線，求出靈敏度及線性。X(mm)-3.5-1.5-1.0-0.500.51.01.53.5V(v)五、思考題：霍爾元件的兩對電極可不可以互換使用，即激勵電極作輸出，而霍爾電極作激勵電源的輸入？為什么？六、注意事項： 直流激勵電壓須嚴格限定在2V，絕對不能任意加大，以免損壞霍爾元件。實驗九光纖傳感器實驗9-1 位移測量和振動實驗一、實驗?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的工

22、作原理和性能。二、實驗原理： 反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖（9）所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多模光纖一端合并組成光纖探頭，在傳感系統(tǒng)中，一支為接收光纖，另一支為光源光纖，光纖只起傳輸信號的作用。當光發(fā)射器發(fā)生的紅外光，經(jīng)光源光纖照射至反射體，被反射的光經(jīng)接收光纖至光電轉(zhuǎn)換器，光電元件將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。其輸出的光強決定于反射體距光纖探頭的距離，通過對光強的檢測而得到位置量。輸出電壓（V）位移0 1 2 3 4 5 6 7mm光源光纖接收光纖X反射體X圖（9）反射式光纖位移傳感器原理圖及輸出特性曲線三、實驗所需部件：光纖、光電轉(zhuǎn)換器、光電變換器、低頻振蕩器、示波器、電壓表、支架、

23、反射片、測微頭。四、實驗步驟： 1觀察光纖結(jié)構(gòu)：本儀器中光纖探頭為半圓型結(jié)構(gòu)，由數(shù)百根光導纖維組成，一半為光源光纖，一半為接收光纖。 2將原裝在電渦流線圈支架上的電渦流線圈取下，裝上光纖探頭，探頭對準鍍鉻反射片（即電渦流片）。 3振動臺上裝上測微頭，開啟電源，光電變換器Vo端接電壓表。旋動測微頭，帶動振動平臺，使光纖探頭端面緊貼反射鏡面（必要時可稍許調(diào)整探頭角度），此時Vo輸出為最小。然后旋動測微頭，使反射鏡面離開探頭，每隔0.25mm取一Vo電壓值填入下表，直到測量數(shù)據(jù)沒有大的變化為止，作出VX曲線。X00.250.50.751.01.251.51.752.02.252.52.753.03.

24、253.53.75V得出輸出電壓特性曲線如圖(9)所示，分前坡和后坡，通常測量是采用線性較好的前坡。4振動實驗：將測微頭移開，振動臺處于自由狀態(tài)，根據(jù)VX曲線選取前坡中點位置裝好光纖探頭。將低頻振蕩器輸出接“激振I”，調(diào)節(jié)激振頻率和幅度，使振動臺保持適當幅度的振動（以不碰到光纖探頭為宜）。用示波器觀察Vo端電壓波形。并用電壓頻率表2K檔讀出振動頻率。五、思考題：光纖位移傳感器側(cè)位移時對被測物體表面有什么要求？六、注意事項： 1光電變換器工作時Vo最大輸出電壓以2V左右為好，如增益過高可能導致FO端無法讀取頻率值，可通過調(diào)節(jié)增益電位器控制。2 實驗時請保持反射鏡片的潔凈與光纖端面的垂直度。 3工

25、作時光纖端面不宜長時間直照強光，以免內(nèi)部電路受損。 4注意背景光對實驗的影響,光纖勿成銳角曲折。 5每臺儀器的光電轉(zhuǎn)換器都是與儀器單獨調(diào)配的，請勿互換使用，光電轉(zhuǎn)換器應(yīng)與儀器編號配對，以保證儀器正常使用。9-2 光纖傳感器轉(zhuǎn)速測量一、實驗?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器用于測量轉(zhuǎn)速的方法。二、實驗原理：當光纖探頭與反射面的相對位置發(fā)生周期性變化；光電變換器輸出電量也發(fā)生相應(yīng)的變化，經(jīng)VF電路變換，成方波頻率信號輸出。三、實驗所需部件：光纖、光電變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓頻率表、示波器。四、實驗步驟： 1繼實驗9-1，將光纖探頭轉(zhuǎn)一角度置于測速電機上方，并調(diào)整探頭高度使其距轉(zhuǎn)盤面1mm左右，光纖探頭以

26、對準轉(zhuǎn)盤邊緣內(nèi)3mm處為宜。3 光電變換器Fo端分別接電壓頻率表2KHZ檔和示波器DC檔。開啟電機開關(guān)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速，用示波器觀察輸出波形并讀出頻率。（CSY10型）4 CSY10A、CSY10B型實驗儀：測轉(zhuǎn)速時“光纖輸出”“光電輸出”須先接入“轉(zhuǎn)速信號入”端，經(jīng)整形電路輸出，在“轉(zhuǎn)速信號出”端口讀取頻率信號。電機轉(zhuǎn)速Fo端方波頻率除以2（每周兩個方波信號）五、思考題：測量轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速盤上反射（或吸收點）的多少與測速精度有否影響，你可以用實驗來驗證比較轉(zhuǎn)盤上是一個黑點的情況。六、注意事項： 1光纖探頭在支架上固定時應(yīng)保持與轉(zhuǎn)盤面平行，切不可相擦，以免使光纖端面受損。2 電機開關(guān)平時應(yīng)置關(guān)閉狀態(tài)

27、，以保證穩(wěn)壓電源正常工作。3 實驗時應(yīng)避免強光直接照射轉(zhuǎn)盤盤面，以免造成測試誤差。實驗十 衍射光柵柵距的測定一、實驗?zāi)康模毫私夤鈻诺慕Y(jié)構(gòu)及光柵距的測量方法。二、實驗所需部件：光柵、激光器、直尺與投射屏（自備）。三、實驗步驟：1、 激光器放入光柵正對面的激光器支座中，接通激光電源后調(diào)節(jié)使光點對準光柵中點后用緊定螺絲固定。2、 在光柵后方安放好投射屏，觀察到一組有序排列的衍射光斑，與激光器正對的光斑為中央光斑，依次向兩側(cè)為一級、二級、三級衍射光斑。如圖（10）所示。請觀察光斑的大小及光強的變化規(guī)律。3、 根據(jù)光柵衍射規(guī)律，光柵距D與激光波長、衍射距離L、中央光斑與一級光斑的間距S存在下列的關(guān)系：（

28、式中單位：L、S為mm，為nm, D為m）根據(jù)此關(guān)系式，已知固體激光器的激光波長為650nm，用直尺量得衍射距離L、光斑距S，即可求得實驗所用的光柵的光柵距。4、 嘗試用激光器照射用做莫爾條紋的光柵，測定光柵距，了解光斑間距與光柵距的關(guān)系。實驗十一 光柵位移測量一、實驗?zāi)康模毫私夤鈻艤y量位移的原理及方法。二、實驗原理：如果把兩塊光柵距相等的光柵平行安裝，并且使光柵刻痕相對保持一個較小的夾角時，透過光柵組可以看到一組明暗相間的條紋，即為莫爾條紋。莫爾條紋的寬度B為： B=P/sin 其中P為光柵距。光柵刻痕重合部分形成條紋暗帶，非重合部分光線透過則形成條紋亮帶。光柵莫爾條紋的兩個主要特征是：判向

29、作用：當指示光柵相對于固定不動的主光柵左右移動時，莫爾條紋將沿著近于柵線的方向上下移動，由此可以確定光柵移動的方向。位移放大作用：當指示光柵沿著與光柵刻線垂直方向移動一個光柵距D時，莫爾條紋移動一個條紋間距B，當兩個等距光柵之間的夾角較小時，指示光柵移動一個光柵距D，莫爾條紋就移動KD的距離。K=B/D1/。B=D/2sin/2d/，這樣就可以把肉眼看不見的柵距位移變成清晰可見的條紋位移，實現(xiàn)高靈敏的位移測量。二、實驗所需部件：光柵組、移動平臺四、實驗步驟：1、安裝好主光柵與指示光柵，使兩光柵保持平行，光柵間間隙要盡量小，微調(diào)主光柵角度，使莫爾條紋清晰可見，用緊定螺絲固定光柵好光柵的相對位置。

30、2、旋動移動平臺螺旋測微儀，向前或向后，觀察莫爾條紋上下移動與指示光柵位移方向的關(guān)系。3、人工微位移測量：當指示光柵位移一個光柵距時，莫爾條紋就移動一個條紋距。調(diào)節(jié)位移平臺，仔細記數(shù)條紋移動數(shù)目，根據(jù)實驗十測得的光柵距，與位移條紋數(shù)相乘，此即為指示光柵的位移距離，實驗時可與螺旋測微儀的轉(zhuǎn)動刻度相對照。（事實上光柵莫爾條紋記數(shù)所測得的位移精度可以遠高于螺旋測微儀的精度）。實驗十二熱敏電阻測溫實驗一、實驗?zāi)康模毫私鉄崦綦娮桦娮铚y量溫度的方法及特性。二、實驗原理： 用半導體材料制成的熱敏電阻具有靈敏度高，可以應(yīng)用于各領(lǐng)域的優(yōu)點，熱電偶一般測高溫時線性較好，熱敏電阻則用于200以下溫度較為方便，本實驗

31、中所用熱敏電阻為負溫度系數(shù)。溫度變化時熱敏電阻阻值的變化導致運放組成的壓/阻變換電路的輸出電壓發(fā)生相應(yīng)變化。三、實驗所需部件：熱敏電阻、溫度變換器、電壓表、溫度計（可用儀器中的PN結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟： 1觀察裝于懸臂梁上封套內(nèi)的熱敏電阻，將熱敏電阻接入溫度變換器Rt端口，調(diào)節(jié)“增益”旋鈕，使加熱前電壓輸出Vo端電壓值盡可能大但不飽和。用溫度計測出環(huán)境溫度To 并記錄。 2. 打開加熱器（CSY2001B和CSY-2000C型實驗儀將電熱爐溫度設(shè)定為70），觀察溫度的溫升和溫度變換器Vo端的輸出電壓的變化情況，每升溫1記錄一個電壓值，待電壓穩(wěn)定后記下最終溫度T，一直到

32、溫度不再升高為止。To()Vo (V)根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出VT曲線，求出靈敏度S。 SVT3負溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性可表示為：Rt Rto exp Bn (1/T 1/To) 式中Rt、Rto分別為溫度T、To時的阻值，Bn為電阻常數(shù)，它與材料激活能有關(guān)，一般情況下，Bn=20006000K，在高溫時使用，Bn值將增大。實驗十三熱電偶測溫實驗一、實驗?zāi)康模?觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)，熟悉熱電偶的工作特性，學會查閱熱電偶分度表。二、實驗原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，當其熱端和冷端的溫度不同時，即產(chǎn)生熱電動勢。通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或010A

33、型實驗儀中熱電偶為銅一康銅（T分度）,CSY10B型為鎳鉻-鎳硅（K分度）。三、實驗所需部件： 熱電偶、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計（自備）四、實驗步驟： 1打開電源，差動放大器增益放100倍，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使差放輸出為零。 2差動放大器雙端輸入接入熱電偶，打開加熱開關(guān)，迅速將差動放大器輸出調(diào)零。 3隨加熱器溫度上升，觀察差動放大器的輸出電壓的變化，待加熱溫度不再上升時（達到相對的熱穩(wěn)定狀態(tài)），記錄電壓表讀數(shù)。 4本儀器上熱電偶是由兩支銅康銅熱電偶串接而成，（CSY10B型實驗儀為一支K分度熱電偶），熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計算熱電勢時均應(yīng)考慮進去。用溫度計讀出

34、熱電偶參考端所處的室溫t1。 E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 實際電動勢 測量所得電勢 溫度修止電動勢式中E為熱電偶的電動勢，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0，t1為熱電偶參考端所處的溫度。查閱銅康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t。5.CSY10B型實驗儀的K分度熱電偶如插入數(shù)字式溫度表端口，則直接顯示溫度值。五、注意事項：因為儀器中差動放大器放大倍數(shù)100倍，所以用差動放大器放大后的熱電勢并非十分精確，因此查表所得到的熱端溫度也為近似值。CSY2001B型、CSY-2000C型傳感器系統(tǒng)實驗儀實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、 實驗

35、目的：了解金屬箔式應(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：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： R/R=K式中R/R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=l/l為電阻絲長度相對變化，金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變靈敏元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了響應(yīng)的受力狀態(tài)。對單臂電橋輸出的電壓U01=EK/4。三、 需用器件與單元： 應(yīng)變片傳感器實驗?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬用表（自備）。 四、 實驗步驟：1

36、根據(jù)圖（1-1）應(yīng)變片傳感器已裝于應(yīng)變片傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R R1=R2= R3=R4=350，加熱絲阻值為50歐姆左右。2 接入模板電源15V（從主控箱引入），檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實驗?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器R順時針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進行差動放大器調(diào)零，方式為將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系恼{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源。3 將應(yīng)變片式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模板左上

37、方的 R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5R6R7模板內(nèi)已連接好），接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源4V（從主控箱引入）如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)R，使數(shù)顯表顯示為零。4 在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取響應(yīng)的數(shù)顯表表值，直到500g（或200g）砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。5 根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=u/W（u輸出電壓變化量；W重量變化量）計算線性誤差：，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，yF*S 滿量程輸出平均值，此處為500g或200g時的輸出電壓值，

38、畫出V-W曲線。 表1-1，半臂電橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量W（g）020406080100120140160180200電壓V（V）重量W（g）200180160140120100806040200電壓V（V）五、 思考題：1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（受壓）應(yīng)變片（3）正、負應(yīng)變片均可以。2如何驗證橋路的重復性和遲滯特性？結(jié)合上面的VW關(guān)系曲線計算重復性誤差和遲滯誤差？實驗二 金屬箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較一、實驗?zāi)康模罕容^半橋、全橋與單臂電橋的不同性能，了解其各自特點。 二、基本原理：已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2RR、4

39、RR。根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4ER，電橋靈敏度KuVRR，于是對應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。三、需用器件與單元： 應(yīng)變片傳感器實驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬用表（自備）。四、實驗步驟：1 根據(jù)圖（2-1）應(yīng)變片傳感器已裝于應(yīng)變片傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1=R2= R3=R4=350，加熱絲阻值為50歐姆左右。圖2-1 應(yīng)變片傳

40、感器的安裝示意圖2 接入模板電源15V（從主控箱引入），檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實驗?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器R順時針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進行差動放大器調(diào)零，方式為將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系恼{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源。3 將應(yīng)變片式傳感器的其中 R1、R2（即模板左上方的R）接入電橋作為兩個橋臂與R5、R6接成直流電橋（R5R6模板內(nèi)已連接好），注意 R5應(yīng)和R6受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源4V

41、（從主控箱引入）如圖2-2所示。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。圖2-2 應(yīng)變傳感器實驗連線圖4 在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取響應(yīng)的數(shù)顯表表值，直到500g（或200g）砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表2-1，關(guān)閉電源。 表2-1 半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mv）5 根據(jù)表2-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=u/W（u輸出電壓變化量；W重量變化量）計算線形誤差：式中式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yF*S 滿量程輸出平均值，此處為500g或200g。如果實驗時無數(shù)值顯示說明R2與R1為相同受力

42、狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個應(yīng)變片。五、思考題：1半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊2橋路（差動電橋）測量時存在非線形誤差，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)零值不是真正的零。3全橋測量中，當兩組對邊（R1R4為對邊）電阻值R相同時，即R1=R4，R2=R3，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以4某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖2-3 應(yīng)變片傳感器受拉力時傳感器圓周面展開圖實驗三 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康模毫?/p>

43、解差動變壓器的工作原理和特性 二、基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和兩制次級線圈及一個鐵心組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當傳感器隨著被測物體移動時，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電動勢產(chǎn)生變化，一只次級線圈感應(yīng)電動勢增加，另一只感應(yīng)電動勢減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三、需用器件與單元：差動變壓器實驗?zāi)０?、測微頭、雙線示波器、差動變壓器、音頻信號源（音頻震蕩器）、直流電源、萬用表。四、實驗步驟：1根據(jù)圖3-1，將差動變壓器安裝在差動變壓器實驗?zāi)０迳?。圖3-1差動變壓器電容

44、傳感器安裝示意圖2在模塊上按圖3-2 接線，音頻震蕩器信號必須從主控箱中的 端輸出，調(diào)節(jié)音頻震蕩器的頻率，輸出頻率為4-5KHz（可用主控箱的數(shù)顯表的頻率檔Fin輸出來檢測）。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰峰值Vp-p=2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div、Y軸CH1為1V/div、CH2為20mv/div）。圖中1、2、3、4、5、6為連接線插座的插孔管腳編號。當然不看插座插孔號碼，也可以判別初級線圈及次級同名端。判別初次級線圈及次級線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級線圈，并設(shè)另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖 接線。當鐵心左右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當次級

45、波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點，而且相位與初級線圈波形（Lv音頻信號Vp-p=2V波形）比較能同相和反向變化，說明已連接的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）為模塊中的實驗插孔。圖3-2 雙線示波器與差動變壓器連結(jié)示意圖3旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰一峰值Vp-p 為最小。這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，則另一個方向位移為負。從Vp-p 最小開始旋動測微頭，每個0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入下表。再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左右位移時，初、次級波形的相位關(guān)系。

46、表3-1差動變壓器位移x值與輸出電壓Vp-p數(shù)據(jù)表V(mv)-0mm+X（mm）Vp-p最小4 實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表 畫出Vop-p-X曲線，作出量程為1mm，3mm靈敏度和和非線性誤差。六、思考題：1 用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1KHz的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什么影響？2 試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？實驗四 差動變壓器零殘電壓的補償一、實驗?zāi)康模河捎诹銡堧妷旱拇嬖跁斐刹顒幼儔浩髁泓c附近的不靈敏區(qū)，如此電壓經(jīng)過放大器還會使放大器未級趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償?shù)窒?/p>

47、。二、實驗原理：零殘電壓中主要包含兩種波形成份： 1基波分量。這是由于差動變壓器二個次級繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。2高次諧波。主要是由導磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)出非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：（1）從設(shè)計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對稱。（2）采用相敏檢波電路。（3）選用補償電路。三、實驗所需部件：差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、示波器、差動放大

48、器。四、實驗步驟： 1根據(jù)圖（4）接線。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差動放大器增益100倍，音頻LV端輸出VPP值2V。10KHZ第一通道WD WAV-2VR圖4-1 零殘電壓補償連線圖2調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵在線圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)，使輸出更趨減小。如果補償效果不好則可在電橋交流插口另并聯(lián)一個數(shù)f的電容。3提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形比較。五、注意事項： 由于補償線路要求差動變壓器輸出必須懸浮，所以需用差動放大器將次級的雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，以便示波器觀察。實驗五 差動變壓器的應(yīng)用位移測量一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼兤魑灰茰y量

49、系統(tǒng)的組成以及差動變壓器的標定方法。二、實驗所需部件： 差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微頭。移相器1 2差放 相敏 低通 電壓表音頻振蕩器 WALV WDR圖5-1 差動變壓器位移測量連線圖三、實驗步驟： 1按圖5-1接線，差動放大器增益適度，音頻振蕩器LV端輸出5KHZ，VP-P值2V。2調(diào)節(jié)電橋WD、WA電位器，調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。3旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱(如有削波現(xiàn)象則應(yīng)減小差動放大器增益)。如不對稱則需反復調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋

50、、移相器，做到正負輸出對稱。4旋動測微頭，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。位移mm電壓V四、注意事項：系統(tǒng)標定需調(diào)節(jié)電橋、移相器、銜鐵三者位置，正確的調(diào)節(jié)方法是：在步驟1、2之后用手將銜鐵壓至線圈最底部，調(diào)節(jié)移相器，用示波器兩個通道觀察相敏檢波器、端口，當兩端口波形正好為同相或反相時恢復銜鐵位置，這樣才能做到系統(tǒng)輸出靈敏度最高并正負對稱。實驗六 差動變壓器的應(yīng)用振動測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鳒y量振動的方法二、基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和兩制次級線圈及一個鐵心組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當傳感器隨著被測物體移動時，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電動勢產(chǎn)生變化，一只次級線圈感應(yīng)電動勢增加，另一只感應(yīng)電動勢減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三、需用器件與單元：