傳感器實(shí)驗(yàn)講義(新大綱)

1、傳感器原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)講義南陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院目 錄實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋 2實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)及補(bǔ)償 5實(shí)驗(yàn)三 差動(dòng)變壓器（互感式）的性能7實(shí)驗(yàn)四 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定9實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性 11實(shí)驗(yàn)六 磁電式傳感器的性能 13實(shí)驗(yàn)七 霍爾傳感器的直流激勵(lì)特性 15實(shí)驗(yàn)八 壓電式傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn) 17實(shí)驗(yàn)九 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用 19實(shí)驗(yàn)十 光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn) 22附錄一 電路原理圖 24附錄二 傳感器安裝示意圖 29附錄三 微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用說(shuō)明31實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋?qū)嶒?yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片

2、，單臂電橋的工作原理和工作情況。實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)， ；當(dāng)兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成兩個(gè)差對(duì)工作，且R1=R2

3、=R3=R4=R， 。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。實(shí)驗(yàn)儀器：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁、測(cè)微頭、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動(dòng)放大增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：1、了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下兩片梁的外表面各貼兩片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測(cè)微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。2、將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正(+)、負(fù)()、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連；開(kāi)啟主、副電

4、源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。3、根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；Rx= R4為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔，調(diào)節(jié)測(cè)微頭脫離雙平行梁，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。V 直流穩(wěn)壓電源 11 RX 差動(dòng)放大器 直流電壓表 電橋平衡網(wǎng)絡(luò) + R1 R2 R3 r W1 +4V -4V 副電源 W2 W1 W2 W1 C R2 R1 r R3 電橋 開(kāi) 10 11 圖1

5、4、將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動(dòng)測(cè)微頭，使F/V表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時(shí)的測(cè)微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。5、往上或往下旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F/V表顯示的值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即X=0.5mm記一個(gè)數(shù)值填入下表： 位移（mm）電壓（mv）6、根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=V/X（式中V為F/V顯示的相應(yīng)電壓變化，X為梁的自由端位移變化）。注意事項(xiàng)：1、電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。2、做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最

6、小，以減小其對(duì)直流電橋的影響。3、電位器W1、W2，在有的型號(hào)儀器中標(biāo)為RD、RA。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片溫度效應(yīng)及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變測(cè)式系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)原理：溫度變化引起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲與測(cè)試件材料的線膨脹系數(shù)不同，由此引起測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。用補(bǔ)償片法是應(yīng)變電橋溫度補(bǔ)償方法中的一種，如圖2所示。V0 R2 R1 R3 R4 圖2 在電橋中，R1為工作片，R2為補(bǔ)償片，R1 = R2。當(dāng)溫度變化時(shí)兩應(yīng)變片的電阻變化，R1與 R2相等，橋路如原來(lái)是平衡的，則溫度變化后R1R4 = R2R3，電橋仍滿足平衡條件，無(wú)漂移電壓輸出，由于補(bǔ)償片所

7、貼位置與工作片位置相差90，所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)變。實(shí)驗(yàn)儀器：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、F/V表、測(cè)微頭、加熱器、雙平行梁、水銀溫度計(jì)（自備）、主、副電源。旋鈕初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔，差動(dòng)放大器增益旋鈕置最大。實(shí)驗(yàn)步驟：1、了解加熱器在實(shí)驗(yàn)儀中的位置及加熱符號(hào)，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。2、將差動(dòng)放大器的(+)(-)輸入端與地短接，輸出端插口與F/V表的輸入插口Vi相連。3、開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點(diǎn)旋鈕，使F/V表顯示零，再把F/V表的切換開(kāi)關(guān)置2V檔

8、，細(xì)調(diào)差放零點(diǎn)，使F/V表顯示為零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)/V表的切換開(kāi)關(guān)置20V檔，拆去差動(dòng)放大器輸入端的連線。4、按圖1接線，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的W1電位器，使F/V表顯示零，然后將F/V表的切換開(kāi)關(guān)置2V檔，調(diào)W1電位器，使F/V表顯示為零。5、在雙平衡梁的自由端（可動(dòng)端）裝上測(cè)微頭，并調(diào)節(jié)測(cè)微頭。使F/V表顯示為零。6、將-15V電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地；F/V表的顯示在變化，待F/V表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計(jì)測(cè)出溫度，記下溫度值。（注意：溫度計(jì)控頭不要觸在應(yīng)變片上，只要觸及應(yīng)變片附近的梁體即可）。關(guān)閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫。7

9、、將F/V表的切換開(kāi)關(guān)置20V檔，把圖中的R3換成 應(yīng)變片（補(bǔ)償片），重復(fù)4-6過(guò)程。8、比較兩種情況的F/V表數(shù)值：在相同溫度下，補(bǔ)償后的輸出變化小很多。9、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置。實(shí)驗(yàn)三 差動(dòng)變壓器（互感式）的性能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器原理及工作情況。圖3A LK Mb R1 Lo Lo Ma R2 R3 實(shí)驗(yàn)原理：差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊，差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見(jiàn)圖3A。實(shí)驗(yàn)

10、儀器：音頻振蕩器、測(cè)微頭、示波器、主、副電源、差動(dòng)變壓器、振動(dòng)平臺(tái)。旋鈕初始位置：音頻振蕩器4KHz8KHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度10mv/div，觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖3B接線，將差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器（必須從LV輸出）、雙蹤示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路。開(kāi)啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動(dòng)變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器原邊線圈音頻振蕩器激勵(lì)信號(hào)峰-峰值為2V。圖 3B Li 差動(dòng)變壓器 示波器 LV 音頻振蕩器 Lo Lo 2、用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過(guò)零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩

11、個(gè)次級(jí)線圈的串接端。3、轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使測(cè)微頭與振動(dòng)平臺(tái)吸合，再向上轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭5mm，使振動(dòng)平臺(tái)往上位移。4、向下旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使振動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動(dòng)變壓器輸出端峰-峰值填入下表，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應(yīng)振動(dòng)平臺(tái)的位移變化），作出V-X關(guān)系曲線。讀數(shù)過(guò)程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相應(yīng)關(guān)系。X（mm）54.84.60.20-0.2-4.8-5VO（p-p）注意：示波器的第二通道為懸浮工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)四 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁u流式傳感器的原理及工作性能。V F/V表 渦流變換器 渦流傳感器 圖4 實(shí)驗(yàn)原理：電渦流式傳感

12、器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（渦流片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。實(shí)驗(yàn)儀器：渦流變換器、F/V表、測(cè)微頭、鐵測(cè)片、渦流傳感器、示波器、振動(dòng)平臺(tái)、主、副電源。實(shí)驗(yàn)步驟：1、裝好傳感器（傳感器對(duì)準(zhǔn)鐵測(cè)片安裝）和測(cè)微頭。2、觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)扁平線圈。3、用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至F/V表，電壓表置于20V檔，見(jiàn)圖4，開(kāi)啟主、副電源。4、用示波器觀察渦流變換器輸入端

13、的波形。如發(fā)現(xiàn)沒(méi)有振蕩波形出現(xiàn)，再將傳感器遠(yuǎn)離被測(cè)體?？梢?jiàn)，波形為 波形，示波器的時(shí)基為 us/cm，故振蕩頻率約為 。 5、調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測(cè)鐵片接觸，從此開(kāi)始讀數(shù)，記下示波器及電壓表的數(shù)值，填入下表：X(mm)Vp-p(v)V(v)建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上畫(huà)出V-X曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度。（最好能用誤差理論的方法求出線性范圍內(nèi)的線性度、靈敏度）?？梢?jiàn)，渦流傳感器最大的特點(diǎn)是 ，傳感器與被測(cè)體間有一個(gè)最佳初始工作點(diǎn)。這里采用的變換電路是一種 。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源。注意事項(xiàng)：被測(cè)體與渦流傳感器測(cè)試探頭平面盡量平行，并

14、將探頭盡量對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體中間，以減少渦流損失。實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變面積式電容傳感器的原理及特性。實(shí)驗(yàn)原理：電容式傳感器有多種形式，本儀器中為差動(dòng)變面積式。傳感器由兩組定片和一組動(dòng)片組成。當(dāng)安裝于振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)的變化，成為差動(dòng)電容。如將上層定片與動(dòng)片形成的電容定為Cx1，下層定片與動(dòng)片形成的電容定為Cx2，當(dāng)將Cx1和Cx2接入橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動(dòng)臺(tái)的位移有關(guān)。實(shí)驗(yàn)儀器：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、F/V表、激振器、示波器。旋鈕初始位置：

15、差動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，F(xiàn)/V表置于2V檔。實(shí)驗(yàn)步驟：電容變換器 電容變換器 1 2 5 C1 C2 Vo 增益 V + 電容變換器 5 1 2 低通濾波器 差動(dòng)放大器 電壓表 電容傳感器 圖5 1、按圖5接線。2、F/V表打到20V，調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使輸出為零。3、轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，每次0.1mm，及下此時(shí)測(cè)微頭的讀數(shù)及電壓表的讀數(shù)，直至電容動(dòng)片與上（或下）靜片覆蓋面積最大為止。X(mm)V(mV)退回測(cè)微頭至初始位置，并開(kāi)始以相反方向旋動(dòng)，同上法，記下X(mm)及V(mV)值。4、計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應(yīng)的梁端位移變化），并作出V-X關(guān)系曲線。X(mm)V(mV)

16、5、卸下測(cè)微頭，斷開(kāi)電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。實(shí)驗(yàn)六 磁電式傳感器的性能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獯烹娛絺鞲衅鞯脑砑靶阅堋?shí)驗(yàn)原理：磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，所以也稱(chēng)為感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e的大小決定于穿過(guò)線圈的磁通的變化率：e= -。儀器中的磁電式傳感器由動(dòng)鐵與感應(yīng)線圈組成，永久磁鋼做成的動(dòng)鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，當(dāng)動(dòng)鐵與線圈有相運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈與磁場(chǎng)中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，e與磁通變化率成正比，是一種動(dòng)態(tài)傳感器。實(shí)驗(yàn)儀器：差動(dòng)放大器、渦流變換器、激振器、示波器、磁電式傳感器、渦流傳感器、振動(dòng)平臺(tái)、主、副電源。旋鈕初始位置：差

17、動(dòng)放大器增益旋鈕置于中間，低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)/V表置2KHz檔。實(shí)驗(yàn)步驟：+ N S 磁電式傳感器 差動(dòng)放大器 低通濾波器 示波器 圖6 1、觀察磁電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖6的電路結(jié)構(gòu)，將磁電式傳感器、差動(dòng)放大器、低通濾波器、雙線示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表（F/V表置2K檔）的輸入端相連，開(kāi)啟主、副電源。2、調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至某一位置，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰-峰值填入下表：f (Hz)3456789102025Vp-p實(shí)驗(yàn)七 霍爾傳感器的直流激勵(lì)特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅鞯脑砼c特性。實(shí)驗(yàn)原

18、理：霍爾式傳感器是由兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成梯度磁場(chǎng)和位于梯度磁場(chǎng)中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通過(guò)恒定電流時(shí)，霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中上、下移動(dòng)，輸出的霍爾電勢(shì)V取決于其在磁場(chǎng)中的位移量X，所以測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。實(shí)驗(yàn)儀器：霍爾片、磁路系統(tǒng)、差動(dòng)放大器、直流穩(wěn)壓電源、電橋、F/V表（電壓表）、主、副電源、振動(dòng)平臺(tái)。旋鈕初始位置：差動(dòng)放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置20V檔，直流穩(wěn)壓電源置2V檔，主、副電源關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)步驟：圖 7 V 2V W1 r + 電橋平衡網(wǎng)絡(luò) 霍爾式傳感器 差動(dòng)放大器 電壓表 +2V 直流穩(wěn)壓電源 N S S N 霍爾元件 環(huán)形磁鐵 霍爾元件運(yùn)動(dòng)方向 1、了解

19、霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號(hào)?；魻柶惭b在實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤(pán)上，兩個(gè)半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。2、開(kāi)啟主、副電源將差動(dòng)放大器調(diào)零后，增益最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖7接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。3、裝好測(cè)微頭，調(diào)節(jié)測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。4、開(kāi)啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指示為零。5、上下旋動(dòng)測(cè)微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.5mm讀一個(gè)數(shù)，將讀數(shù)填入下表：X(mm)V(v)作出V-X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度，關(guān)閉主、副電源。可見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)測(cè)出的實(shí)際上是磁場(chǎng)情況，磁場(chǎng)分布為梯度磁

20、場(chǎng)，位移測(cè)量的線性度，靈敏度與磁場(chǎng)分布有很大關(guān)系。6、實(shí)驗(yàn)完畢后關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。注意事項(xiàng)：1、由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。2、一旦調(diào)整好后，測(cè)量過(guò)程中不能移動(dòng)磁路系統(tǒng)。3、激勵(lì)電壓不能超過(guò)2V，以免損壞霍爾片。實(shí)驗(yàn)八 壓電式傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘娛絺鞲衅鞯脑怼⒔Y(jié)構(gòu)及應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)原理：壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器）。壓電傳感器元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量的電測(cè)。實(shí)驗(yàn)儀器：低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電傳感器、雙線示波器、激振線圈、

21、磁電傳感器、F/V表、主、副電源、振動(dòng)平臺(tái)。旋鈕初始位置：低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)/V表置于2K檔。實(shí)驗(yàn)步驟：壓電傳感器 電荷放大器 低通濾波器 示波器 圖8 1、觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖8的電路結(jié)構(gòu)，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙蹤示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。2、將低頻振蕩器信號(hào)接入振動(dòng)臺(tái)的激振線圈。3、調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰-峰值填入下表。 F（HZ）571215172025 VP-P4、示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形

22、相比較觀察其波形相位差。實(shí)驗(yàn)九 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑胺侄缺淼膽?yīng)用。實(shí)驗(yàn)原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱(chēng)為熱電偶（具體熱電偶原理參考教材）。即熱端和冷端的溫度不同時(shí)，通過(guò)測(cè)量此電動(dòng)勢(shì)即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端溫度為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本儀器中熱電偶為鎳鉻-考銅熱電偶。實(shí)驗(yàn)儀器：-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、F/V表、加熱器、熱電偶、水

23、銀溫度計(jì)（自備）、主副電源。旋鈕初始位置：F/V表切換開(kāi)關(guān)置2V檔，差動(dòng)放大器增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：1、了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由鎳鉻-考銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為E。實(shí)驗(yàn)儀有兩個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，兩個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生的熱電勢(shì)為兩者的總和。V -15V 加熱器 + t tn tn 熱電偶 差放 F/V表 圖9 2、按圖9接線，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。3、將-15V直流電源或可調(diào)直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端

24、接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。4、用自備溫度計(jì)測(cè)出上片梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來(lái)。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。5、根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t , t0)= Eab(t , tn) + Eab(tn , t0)其中：t 熱電偶的熱端（工作端或稱(chēng)測(cè)溫端）溫度。tn熱電偶的冷端（自由端）溫度，也就是室溫。t0 0C ( tn = t0 )(1) 熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)：Eab(t , tn)=(F/V表顯示E)/100*2（100為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2為兩個(gè)熱電

25、偶串聯(lián)）。(2) 熱端溫度為室溫，冷端溫度為0C，鎳鉻考銅的熱電勢(shì)：Eab( tn ,t0 )：查以下所附的熱電偶自由端為0C時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即鎳鉻考銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測(cè)得）時(shí)的熱電勢(shì)。(3) 計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0C時(shí)的熱電勢(shì)Eab( t ,t0 )，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。鎳鉻考銅熱電偶分度表（自由端溫度為0C）分度號(hào)：E工作端溫度C0123456789熱 電 動(dòng) 勢(shì) （mv）-10-0.64-0.70-0.77-0.83-0.89-0.96-1.02-1.08-1.14-1.21-0-0.00-0.06-0.13-0.19-0.26-0.32-0.

26、38-0.45-0.51-0.5800.000.070.130.200.260.330.390.460.520.59100.650.720.780.850.910.981.051.111.181.24201.311.381.441.511.5771.641.701.771.841.91301.982.052.122.182.252.322.382.452.522.59402.662.732.802.872.943.003.073.143.213.28503.353.423.493.563.623.703.773.843.913.98604.054.124.194.264.334.414.484

27、.554.624.69704.764.834.904.985.055.125.205.275.345.41805.485.565.635.705.785.855.925.996.076.14906.216.296.366.436.516.586.656.736.806.871006.967.037.107.177.257.327.407.477.547.626、熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)的溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶，并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只是為了幫助了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）。7、實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器-15V電源（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去-15V電源連接線）

28、，其它旋鈕置原始位置。實(shí)驗(yàn)十 光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能。實(shí)驗(yàn)原理：反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖10A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，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號(hào)的作用，當(dāng)光發(fā)射器發(fā)出的紅外光，經(jīng)光源光纖照射 X 接收光纖 光源光纖 X 反射體 mm 位移 0 1 2 3 4 5 6 7 輸出電壓（V） 圖10A 至反射面，被反射的光經(jīng)接收光纖至光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)決定于反射體距光纖探頭的距離，通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)而得到的位移量如圖10A所示。實(shí)驗(yàn)儀器：主副電源、差動(dòng)

29、放大器、F/V表、光纖傳感器、振動(dòng)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)步驟：1、觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。2、了解振動(dòng)臺(tái)在實(shí)驗(yàn)儀上的位置（實(shí)驗(yàn)儀臺(tái)面上右邊的圓盤(pán)，在振動(dòng)臺(tái)上貼有反射紙作為光的反射面。）3、如圖10B接線；因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已安裝好，所以可將電信號(hào)直接經(jīng)差動(dòng)放大器放大。F/V顯示表的切換開(kāi)關(guān)置2V檔，開(kāi)啟主、副電源。 V + F/V表 差放 光纖傳感器 圖10B 4、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)面接觸，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益最大，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器零位旋鈕使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋動(dòng)測(cè)微頭使貼有反射紙的被測(cè)體慢慢離開(kāi)探頭，

30、觀察電壓表讀數(shù)由小-大-小的變化。5、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使F/V電壓表指示重新回零；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.05mm讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入下表：X（mm）0.050.100.150.200.250.300.350.450.50指示(V)6、關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。7、作出V- X曲線，計(jì)算靈敏度S=V/X及線性范圍。附錄一 電路原理圖相敏檢波器 電壓放大器 R1 Kid(fi) R2 R3 R5 R4 R6 R8 R12 R9 R7 R10 R11 2KHz 20KHz 4 8 6 7 2 3 R13 C4 47k Kib(Vo) +5V 555 LM324 LM324 F/V變換

31、器 741 R1 + R5 R6 W2 R3 R4 C3 W1 R2 -15V +15V C5 + + C2 C6 C1 C4 低通濾波器 C2 C1 C3 + 741 + + R1 R2 R3 +15V -15V R4 R6 C1 33F C2 W2 W1 3 2 1 5 4 7 510K R5 10K (1) (2) (3) 差動(dòng)放大器 （1） （2） （3） （4） （5） （7） （6） 電橋平衡網(wǎng)絡(luò) R1 R1 W1 W2 22K 22K 350 350 r1 C 300P 毫伏表 移相器原理圖 附錄二 傳感器安裝示意圖附錄三 微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用說(shuō)明一、系統(tǒng)概述1、配套實(shí)驗(yàn)儀器

32、與本軟件配套使用的實(shí)驗(yàn)儀是杭州英聯(lián)科技有限公司生產(chǎn)的YL系列測(cè)控系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀。該類(lèi)實(shí)驗(yàn)儀、實(shí)驗(yàn)臺(tái)或模塊部分設(shè)有應(yīng)變式、電容式、電渦流式、差動(dòng)螺管電感式、霍爾式、壓電式、磁電式、熱電偶、熱電阻、光纖、光電等各類(lèi)傳感器，并提供電橋、差動(dòng)放大器、相敏檢波器、移相器、電荷放大器、光電轉(zhuǎn)換器等測(cè)量電路，能做幾十種傳感器及相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)置嵌入式小系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)采樣和數(shù)據(jù)通信功能。其微處理器為89C51單片機(jī)，A/D芯片為AD574，模擬量輸入信號(hào)最大值為10V。2、微機(jī)硬件要求機(jī)器的CPU速度在奔騰500以上，128M以上內(nèi)存，顯示器分辨率最好是1024×768。軟件操作系統(tǒng)為WINDOWS

33、2000、 WINDOWS XP。3、主要功能1）軟件為用戶提供了靈活多樣的可選操作界面。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以根據(jù)需要由用戶進(jìn)行選擇。實(shí)驗(yàn)方式有5種可設(shè)置，分別是單向單步、雙向單步、定時(shí)單步、低頻掃描、高頻掃描。采樣速率8檔可選。采樣點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要從1100點(diǎn)之間選擇。單位格X值根據(jù)用戶需要可以由0.1到10變化。X量綱可根據(jù)所做的實(shí)驗(yàn)由用戶設(shè)定。 2）可以根據(jù)需要調(diào)整Y軸上限電壓，當(dāng)采樣信號(hào)越界時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)整到合適的量程。3）用戶需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置端口號(hào)，設(shè)置完成后，軟件會(huì)自動(dòng)測(cè)試，如果端口號(hào)和端口波特率正確的話，程序啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)識(shí)別。另外，在實(shí)時(shí)采樣時(shí)，軟件還有通訊監(jiān)控功能，當(dāng)計(jì)算機(jī)和實(shí)驗(yàn)儀

34、器通訊失敗，程序會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒用戶檢測(cè)通訊口。4）數(shù)據(jù)文件存取功能。在文件菜單中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的打開(kāi)、保存操作。文件默認(rèn)保存在當(dāng)前安裝程序目錄下的Database文件夾中。數(shù)據(jù)文件的格式是特定的，當(dāng)文件被打開(kāi)后，程序會(huì)自動(dòng)識(shí)別文件中的數(shù)據(jù)的采樣點(diǎn)數(shù)、采樣速度、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)、單位X值、X量綱等，并自動(dòng)化處實(shí)驗(yàn)曲線。5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理功能。對(duì)于用戶而言，登錄后每做完一次成功的實(shí)驗(yàn)，先將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)文件，然后打印輸出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并且能在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中生成一條實(shí)驗(yàn)記錄。還可以將數(shù)據(jù)以曲線的形式打印輸出，使實(shí)驗(yàn)人員更加直觀地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。6）對(duì)于管理者而言，可以增刪實(shí)驗(yàn)人員，可對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)記錄

35、進(jìn)行添加、刪除、查詢(xún)等操作。4、通訊1）實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)置單片機(jī)，串行口通訊方式為RS232 (USB或RS485)，波特率為9600，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。 2）單片機(jī)采樣共有8檔速率，由上位機(jī)控制，采樣芯片為AD574，12分辨率。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，軟件采用BBC校驗(yàn)。 5、操作系統(tǒng)平臺(tái)和開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 本應(yīng)用軟件使用的操作平臺(tái)是Microsoft公司的Windiws2000、WindiwsXP視窗操作系統(tǒng)。用Delphi語(yǔ)言開(kāi)發(fā)編程。在軟件中調(diào)用了windows提供的一些系統(tǒng)功能，與此相關(guān)的ActiveX部件和動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（.ocx文件及.dll文件）在安裝時(shí)會(huì)自動(dòng)設(shè)置。二、應(yīng)用軟件安裝1、 提示本軟件包括一張光盤(pán)。