CSY系列傳感器用戶手冊

CSY系列傳感器用戶手冊CSY系列傳感器用戶手冊/1/3CSY系列傳感器用戶手冊 前言 CSY系列傳感器及檢測技術(shù)實驗臺主要用于各大、中專院校及職業(yè)院校開設(shè)的“傳感器原理及技術(shù)”“自動化檢測技術(shù)”“非電量電測技術(shù)”“工業(yè)自動化儀表及控制”“機械量電測”等課程的實驗教學。CSY系列傳感器及檢測技術(shù)實驗臺上采用的大部分傳感器雖然是教學傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學），但其結(jié)構(gòu)及線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)，希望通過實驗幫助廣大學生加強對書本知識的理解，并在實驗的進行過程中，通過信號的拾取，轉(zhuǎn)換，分析，掌握應(yīng)具有的基本的操作技能及動手能力。CSY2000及3000系列傳感器及檢測技術(shù)實驗臺是本公司多年生產(chǎn)傳感技術(shù)教學實驗裝置的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)不同類別、不同層次的專業(yè)需要而設(shè)計的新產(chǎn)品。其優(yōu)點在于：1、適應(yīng)不同專業(yè)的需要，不同專業(yè)可以有不同的菜單，本公司還可以為用戶的特殊要求制作模板。2、能適應(yīng)不斷發(fā)展的形勢，作為信息拾取的工具，傳感器發(fā)展很快，可以不斷補充新型的傳感器模板。3、可以利用實驗臺的信號源、實驗電路、傳感器用于學生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計和自制裝置。為了讓老師、學生盡快熟悉掌握實驗臺的使用方法，本手冊列舉了一些實驗示范例子，老師、學生通過實驗示范例子舉一反三可以自己組織開發(fā)很多實驗頂目。本手冊由于編寫時間、水平所限，難免有疏漏錯誤之處，熱切期望老師及學生們提出寶貴的意見，予以完善，謝謝。目錄CSY－2000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺說明書…5CSY－3000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺說明書…8示范實驗?zāi)夸?000系列基本實驗舉例實驗一應(yīng)變片單臂電橋性能實驗…………………11實驗二應(yīng)變片半橋性能實驗………17實驗三應(yīng)變片全橋性能實驗………18實驗四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實驗…20實驗五應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用—電子秤實驗……21實驗六應(yīng)變片溫度影響實驗………22實驗七移相器、相敏檢波器實驗…………………23實驗八應(yīng)變片交流全橋(應(yīng)變儀)的應(yīng)用—振動測量實驗…………27實驗九壓阻式壓力傳感器測量壓力特性實驗………30*實驗十壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計實驗………32實驗十一差動變壓器的性能實驗………32實驗十二激勵頻率對差動變壓器特性影響實驗……37實驗十三差動變壓器零點殘余電壓補償實驗………38實驗十四差動變壓器測位移特性實驗………………39實驗十五差動變壓器的應(yīng)用—振動測量實驗………41實驗十六電容式傳感器測位移特性實驗……………43實驗十七線性霍爾傳感器測位移特性實驗…………45實驗十八線性霍爾傳感器交流激勵時位移特性實驗…48實驗十九開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗………………50實驗二十磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測轉(zhuǎn)速實驗……………51實驗二十一壓電式傳感器測振動實驗……53實驗二十二電渦流傳感器測量位移特性實驗……………57實驗二十三被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性影響實驗…60實驗二十四被測體面積大小對電渦流傳感器特性影響實驗……………61實驗二十五電渦流傳感器測量振動實驗…………………62實驗二十六光纖位移傳感器測位移特性實驗……………63實驗二十七光電傳感器測量轉(zhuǎn)速實驗……66實驗二十八光電傳感器控制電機轉(zhuǎn)速實驗……………67實驗二十九溫度源的溫度調(diào)節(jié)控制實驗………………75實驗三十Pt100鉑電阻測溫特性實驗…………………79實驗三十一Cu50銅電阻測溫特性實驗…………………85實驗三十二K熱電偶測溫特性實驗………86實驗三十三K熱電偶冷端溫度補償實驗…………………92實驗三十四E熱電偶測溫特性實驗………95實驗三十五集成溫度傳感器(AD590)的溫度特性實驗…96實驗三十六氣敏傳感器實驗………………99實驗三十七濕度傳感器實驗……………100實驗三十八數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗—靜態(tài)舉例……………102實驗三十九數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗—動態(tài)舉例……………1043000系列實驗(包含2000系列基本實驗外，還包含以下實驗。)實驗四十光源的光照度標定實驗……105實驗四十一光敏電阻特性實驗…………107實驗四十二光敏二極管特性實驗………110實驗四十三光敏三極管特性實驗………112實驗四十四硅光電池特性實驗…………113實驗四十五透射式光電開關(guān)實驗………115實驗四十六反射式紅外光電接近開關(guān)實驗……………1162000、3000系列增強型實驗(包含基本實驗外，可以選配以下實驗。)實驗四十七PSD位置傳感器測位移實驗實驗四十八扭矩傳感器測量實驗實驗四十九超聲波傳感器測距實驗實驗五十CCD傳感器應(yīng)用實驗實驗五十一光柵位移傳感器位移測量實驗實驗五十二被動紅外熱釋電探測實驗實驗五十三指紋傳感器演示實驗實驗五十四光纖壓力、溫度實驗備注：1、帶＊號實驗為思考實驗；學生也可以參考示范實驗例子組建開發(fā)其它實驗項目。2、同類型傳感器實驗方法及接線方式都很類似。3、選配實驗資料附帶在所選配的實驗裝置上或提供光盤。CSY－2000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺說明書一、實驗臺的組成CSY－2000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺由主機箱、傳感器、實驗電路(實驗?zāi)０?、轉(zhuǎn)動源、振動源、溫度源、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實驗桌等組成。1、主機箱：提供高穩(wěn)定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步進可調(diào)）、＋2V～＋24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；音頻信號源（音頻振蕩器）1KHz～10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號源（低頻振蕩器）1Hz～30Hz（連續(xù)可調(diào)）；傳感器信號調(diào)理電路；智能調(diào)節(jié)儀；計算機通信口；主機箱上裝有電壓、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載保護功能，在排除接線錯誤后重新開機恢復(fù)正常工作。主機箱右側(cè)面裝有供電電源插板及漏電保護開關(guān)。2、振動源（動態(tài)應(yīng)變振動梁及振動臺）：振動頻率3Hz～30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz～12Hz左右）；3、轉(zhuǎn)動源：手動控制0轉(zhuǎn)/分～2400轉(zhuǎn)／分、自動控制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)、擴散硅壓力傳感器(20Kpa)、差動變壓器(±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(實驗?zāi)０?：基本型有電橋及調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)、差動放大器、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。增強型增加相應(yīng)的配套實驗?zāi)０濉?、數(shù)據(jù)采集處理軟件，另附。9、實驗臺：尺寸為1600×800×750mm，實驗臺桌上預(yù)留了計算機及示波器安放位置。二、電路原理實驗電路原理已印刷在面板上(實驗?zāi)０迳?，實驗接線圖參見文中的具體實驗內(nèi)容。三、使用方法1、開機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，合上電源開關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實驗臺已接通電源。3、做每個實驗前應(yīng)先閱讀實驗指南，每個實驗均應(yīng)在斷開電源的狀態(tài)下按實驗線路接好連接線（實驗中用到可調(diào)直流電源時，應(yīng)在該電源調(diào)到實驗值后再接到實驗線路中），檢查無誤后方可接通電源。4、合上調(diào)節(jié)儀(器)電源開關(guān)，設(shè)置調(diào)節(jié)儀(器)參數(shù)；調(diào)節(jié)儀(器)的PV窗顯示測量值；SV窗顯示設(shè)定值(具體內(nèi)容參見實驗)。5、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件使用方法另附說明。四、儀器維護及故障排除1、維護⑴防止硬物撞擊、劃傷實驗臺面；防止傳感器跌落地面。⑵實驗完畢要將傳感器、配件及連線全部整理放置好。2、故障排除⑴開機后數(shù)顯表都無顯示，應(yīng)查AC220V電源有否接通；主機箱側(cè)面AC220V插座中的保險絲是否燒斷。如都正常，則更換主機箱中主機電源。⑵轉(zhuǎn)動源不工作，則手動輸入＋12V電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準確；控制輸出Vo有無電壓，如無電壓，更換主機箱中的轉(zhuǎn)速控制板。⑶振動源不工作，檢查主機箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號板；如有輸出，更換振動源的振蕩線圈。⑷溫度源不工作，檢查溫度源電源開關(guān)有否打開；溫度源的保險絲是否燒斷；調(diào)節(jié)儀設(shè)置是否準確。如都正常，則更換溫度源。五、注意事項1、在實驗前務(wù)必詳細閱讀用戶手。2、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機箱及面板。3、請勿將主機箱的電源、信號源輸出端及地（⊥）短接，因短接時間長易造成電路故障。4、請勿將主機箱的±電源引入實驗電路時接錯。5、在更換接線時，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。6、實驗完畢后，請將傳感器及附件放回原處。7、如果實驗臺長期未通電使用，在實驗前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護按鈕是否有效。8、實驗接線時，要握住手柄插拔實驗線，不能拉扯實驗線。六、隨機附件詳見裝箱清單。CSY－3000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺 說明書CSY—3000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺是本公司為適應(yīng)不同類別、不同層次的專業(yè)需要，在2000系列傳感器及檢測技術(shù)實驗臺的基礎(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型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺，主要用于各大專院校、中專及職業(yè)技術(shù)院校開設(shè)的“自動檢測技術(shù)”“傳感器原理及技術(shù)”“工業(yè)自動化控制”“非電量電測技術(shù)”等課程的教學實驗。它是采用最新推出的模塊化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。實驗臺上采用的大部分傳感器雖然是教學傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學），但其結(jié)構(gòu)及線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。希望通過實驗幫助廣大學生加強對書本知識的理解，并在實驗的進行過程中通過信號的拾取、轉(zhuǎn)換、分析、掌握作為一個科技工作者應(yīng)具有的基本的操作技能及動手能力。實驗臺的組成CSY－3000型傳感器及檢測技術(shù)實驗臺由主機箱、溫度源、轉(zhuǎn)動源、振動源、傳感器、相應(yīng)的實驗?zāi)０?、?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實驗桌等組成。1、主機箱：提供高穩(wěn)定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步進可調(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)；音頻信號源（音頻振蕩器）1KHz～10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號源（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)；計算機通信口；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；漏電保護開關(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載切斷保護功能，在排除接線錯誤后重新開機一下才能恢復(fù)正常工作。2、振動源：振動臺振動頻率1Hz～30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz左右）。3、轉(zhuǎn)動源：手動控制0～2400轉(zhuǎn)／分；自動控制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、擴散硅壓力傳感器、差動變壓器、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、反射式光電開關(guān)共二十六個（其中二個發(fā)光源）。增強型：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(實驗?zāi)０?：基本型有應(yīng)變式、壓力、差動變壓器、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。增強型還增加相應(yīng)的配套實驗?zāi)０濉?、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件，另附。9、實驗臺：尺寸為1600×800×750mm，實驗臺桌上預(yù)留了計算機及示波器安放位置。電路原理實驗?zāi)０咫娐吩硪延∷⒃诿姘迳?實驗?zāi)０迳?，實驗接線圖參見下文中的具體實驗內(nèi)容。使用方法1、開機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，合上電源開關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實驗臺已接通電源。3、做每個實驗前應(yīng)先閱讀實驗指南，每個實驗均應(yīng)在斷開電源的狀態(tài)下按實驗線路接好連接線（實驗中用到可調(diào)直流電源時，應(yīng)在該電源調(diào)到實驗值后再接到實驗線路中），檢查無誤后方可接通電源。4、合上調(diào)節(jié)儀(器)電源開關(guān)，在參數(shù)及狀態(tài)設(shè)置好的情況下，調(diào)節(jié)器的PV窗口顯示測量值；SV窗口顯示給定值。5、合上氣源開關(guān)，氣泵有聲響，說明氣泵工作正常。6、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件使用方法另附手冊。四、儀器維護及故障排除1、維護⑴防止硬物撞擊、劃傷實驗臺面；防止傳感器及實驗?zāi)０宓涞孛鎿p壞。⑵實驗完畢要將傳感器、配件、實驗?zāi)０寮斑B線全部整理好。2、故障排除⑴開機后數(shù)顯表都無顯示，應(yīng)查AC220V電源有否接通；主機箱側(cè)面AC220V插座中的保險絲是否燒斷。如都正常，則更換主機箱中主機電源。⑵轉(zhuǎn)動源不工作，則手動輸入＋12V(0—24V可調(diào))電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動源；如工作正常，應(yīng)查調(diào)節(jié)器設(shè)置是否準確；控制輸出Vo有無電壓，如無電壓，更換主機箱中的轉(zhuǎn)速控制板。否則更換智能調(diào)節(jié)器。⑶振動源不工作，檢查主機箱面板上的低頻振蕩器有無輸出(調(diào)節(jié)較大幅度后調(diào)節(jié)頻率)，如無輸出，更換信號板；如有輸出，更換振動源的振蕩線圈。⑷溫度源不工作，檢查溫度源電源開關(guān)有否打開；溫度源的保險絲是否燒斷；調(diào)節(jié)器設(shè)置是否準確。如都正常，則更換溫度源。五、注意事項1、在實驗前務(wù)必詳細閱讀用戶手冊。2、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機箱的面板和實驗?zāi)０迕姘濉?、嚴禁將主機箱的電源、信號源輸出端及地（⊥）短接，因短接時間長易造成電路故障。4、嚴禁將主機箱的±電源引入實驗?zāi)０鍟r接錯。5、在更換接線時，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。6、實驗完畢后，請將傳感器及實驗?zāi)０宸呕卦帯?、如果實驗臺長期未通電使用，在實驗前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護按鈕是否有效。六、隨機附件詳見裝箱清單 示范實驗實驗一應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?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)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械裝置將被測量轉(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，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機械加工、計量、建筑測量等行業(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)其長為：L、半徑為r、材料的電阻率為ρ時，根據(jù)電阻的定義式得（1—1）當導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時，其長度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；負號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?。?—5）其靈敏度系數(shù)為：K=金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時電阻增大，壓縮時電阻減小，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，是因為它有遠比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理，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（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散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴散出敏感柵），制成擴散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。＊本實驗以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。

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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=ΔL/L為電阻絲長度相對變化。

5、測量電路

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，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)葍?yōu)點。能較好地滿足各種應(yīng)變測量要求，因此在應(yīng)變測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；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號一般都采用雙臂或全橋工作。基本電路如圖1—2（a）、（b）、（c）所示。 （a）單臂（b）半橋（c）全橋圖1—2應(yīng)變片測量電路（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)嶒炘韴D圖1—3應(yīng)變片單臂電橋性能實驗原理圖圖中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。差動放大器輸出為Vo。三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼；4位數(shù)顯萬用表（自備）。四、實驗步驟：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逭f明：應(yīng)變傳感器實驗?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)變片測量電路、差動放大器組成。實驗?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；沒有文字標記的5個電阻符號是空的無實體，其中4個電阻符號組成電橋模型是為電路初學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)變片溫度影響實驗時用。多芯插頭是振動源的振動梁上的應(yīng)變片輸入口，做應(yīng)變片測量振動實驗時用。將托盤安裝到傳感器上，如圖1—4所示。圖1—4傳感器托盤安裝示意圖2、測量應(yīng)變片的阻值：當傳感器的托盤上無重物時，分別測量應(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測量應(yīng)變片的阻值示意圖3、實驗?zāi)０逯械牟顒臃糯笃髡{(diào)零：按圖1—6示意接線，將主機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(先順時針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時針回轉(zhuǎn)1圈)后，再調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖1—6差動放大器調(diào)零接線示意圖4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灒宏P(guān)閉主機箱電源，按圖1—7示意圖接線，將±2V～±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；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放置)，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入表1。圖1—7應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灲泳€示意圖表1應(yīng)變片單臂電橋性能實驗數(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（多次測量時為平均值）及擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗二應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片半橋特性實驗原理如圖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)變片半橋特性實驗原理圖三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、按實驗一（單臂電橋性能實驗）中的步驟1和步驟3實驗。2、關(guān)閉主機箱電源，除將圖1—7改成圖2—2示意圖接線外，其它按實驗一中的步驟4實驗。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)嶒灲泳€示意圖表2應(yīng)變片半橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)03、根據(jù)表2實驗數(shù)據(jù)作出實驗曲線，計算靈敏度S＝ΔV/ΔW，非線性誤差δ。實驗完畢，關(guān)閉電源。 五、思考題：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。實驗三應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片全橋特性實驗原理如圖3—1所示。應(yīng)變片全橋測量電路中，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。當應(yīng)變片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時，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)變片全橋性能實驗接線示意圖三、需用器件和單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：實驗步驟及方法（除了按圖3—2示意接線外）參照實驗二，將實驗數(shù)據(jù)填入表3作出實驗曲線并進行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關(guān)閉電源。圖3—2應(yīng)變片全橋性能實驗接線示意圖表3全橋性能實驗數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)五、思考題：測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。*實驗四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實驗?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、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：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。四、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。經(jīng)實驗驗證闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同）。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗五應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用—電子秤實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標定。二、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。數(shù)字電子秤實驗原理如圖5—1。本實驗只做放大器輸出Vo實驗，通過對電路的標定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。圖5—1數(shù)字電子稱原理框圖三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、按實驗一中的1和3步驟實驗。2、關(guān)閉主機箱電源，按圖3—2（應(yīng)變片全橋性能實驗接線示意圖）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箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；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步驟的標定過程，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上稱重；放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。實驗完畢，關(guān)閉電源。 實驗六應(yīng)變片的溫度影響實驗一、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：電阻應(yīng)變片的溫度影響，主要來自兩個方面。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（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致會產(chǎn)生附加應(yīng)變。因此當溫度變化時，在被測體受力狀態(tài)不變時，輸出會有變化。三、需用器件及單元：主機箱中±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、加熱器（在實驗?zāi)０迳希颜迟N在應(yīng)變傳感器左下角底部）。四、實驗步驟：1、按照實驗三實驗。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、將主機箱中直流穩(wěn)壓電源+5V、⊥接于實驗?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。計算這一溫度變化產(chǎn)生的相對誤差：實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗七移相器、相敏檢波器實驗一、實驗?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驗?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為輸入信號頻率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另一個一階移相器（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，根據(jù)幅頻特性公式，移相前后的信號幅值相等。根據(jù)相頻特性公式，相移角度的大小和信號頻率f及電路中阻容元件的數(shù)值有關(guān)。顯然，當移相電位器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,如果輸入信號頻率f一旦確定，即可計算出圖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（開關(guān)式）原理圖及實驗?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反相過零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波（開關(guān)波+14V～-14V）；D5-1二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V7≤0V（0～-14V）；Q5-1是結(jié)型場效應(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限流電阻起保護集成塊作用。關(guān)鍵點：Q5-1是由參考電壓V7矩形波控制的開關(guān)電路。當V7＝0V時，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V7＜0V時，Q5-1截止（相當于斷開），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序圖。圖7—3相敏檢波器工作時序圖三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(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/低通濾波器實驗?zāi)０?；雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟：(一)移相器實驗調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），按圖7—4示意接線，檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率（用示波器測量）為ｆ=1kHz，幅度適中（2V≤Vp-p≤8V）。圖7—4移相器實驗接線圖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），用示波器測量波形的相角變化。3、調(diào)節(jié)移相器的移相電位器（逆時針到底0kΩ～順時針到底10kΩ變化范圍），用示波器可測定移相器的初始移相角（ΦＦ=ΦＦ1）和移相范圍△ΦＦ。4、改變輸入信號頻率為ｆ=9kHz，再次測試相應(yīng)的ΦＦ和△ΦＦ。測試完畢關(guān)閉主電源。（二）相敏檢波器實驗1、調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(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，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(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)移相器實驗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CH1、CH2輸入對地短接時，將二者光跡線移動到顯示屏中間(居中)后再進行測量波形。圖7—5相敏檢波器跟隨、倒相實驗接線示意圖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)好不要動)，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相敏檢波器檢波實驗接線示意圖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、相敏檢波器的實驗是否對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序波形，能理解相敏檢波器同時具有鑒幅、鑒相特性嗎?實驗八應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)—振動測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私饫脩?yīng)變交流電橋測量振動的原理及方法。二、基本原理：圖8—1是應(yīng)變片測振動的實驗原理方塊圖。當振動源上的振動臺受到F(t)作用而振動，使粘貼在振動梁上的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號dR/R，應(yīng)變信號dR/R由振蕩器提供的載波信號經(jīng)交流電橋調(diào)制成微弱調(diào)幅波，再經(jīng)差動放大器放大為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)變片檢測到的振動信號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。這也是實際應(yīng)用中的動態(tài)應(yīng)變儀原理。圖8—1應(yīng)變儀實驗原理方塊圖三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(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)變式傳感器實驗?zāi)０?、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、振動源、雙蹤示波器（自備）、萬用表（自備）。四、實驗步驟：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CH1、CH2輸入對地短接時)。調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最小（幅度旋鈕逆時針輕輕轉(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，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(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、相位相反的兩個波形(相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕)。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、將主機箱上的音頻振蕩器、低頻振蕩器的幅度逆時針慢悠悠轉(zhuǎn)到底(無輸出)，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)變傳感器實驗?zāi)０逯械腞8、RW1、C、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，將振動源上的應(yīng)變輸出插座用專用連接線及應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０迳系膽?yīng)變插座相連，因振動梁上的四片應(yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，直接接入實驗?zāi)０迳弦鸭半姌蚰Ｐ拖噙B的應(yīng)變插座上。電橋模型二組對角線阻值均為350Ω，可用萬用表測量)。圖8—3應(yīng)變交流全橋振動測量實驗接線示意圖注：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，只要將插頭上的凸鎖對準插座的平缺口稍用力自然往下插；插頭要拔出插座時，必須用大姆指用力往內(nèi)按住插頭上的凸鎖同時往上拔。3、調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，用示波器監(jiān)測音頻振蕩器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（交流電橋的激勵電壓）。（2）用示波器監(jiān)測相敏檢波器的輸出(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)，用手按下振動平臺的同時（振動梁受力變形、應(yīng)變片也受到應(yīng)力作用）仔細調(diào)節(jié)移相器旋鈕，使示波器顯示的波形為一個全波整流波形。（3）松手，仔細調(diào)節(jié)應(yīng)變傳感器實驗?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，使振動平臺振動較為明顯。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畫出實驗曲線，從實驗數(shù)據(jù)得振動梁的諧振頻率為。實驗完畢，關(guān)閉電源。表8應(yīng)變交流全橋振動測量實驗數(shù)據(jù)f(Hz)Vo(p-p)實驗九壓阻式壓力傳感器測量壓力特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈹U散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和標定方法。二、基本原理：擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作機理是半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理，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散出多個半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴散出P型或N型電阻條）組成電橋。在壓力（壓強）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量實驗原理圖。圖9—1壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理三、需用器件及單元：主機箱中的氣壓表、氣源接口、電壓表、直流穩(wěn)壓電源±15V、±2V～±10V（步進可調(diào)）；壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實驗?zāi)０?、引壓膠管。四、實驗步驟：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驗?zāi)０宓膫鞲衅髦Ъ苌希灰龎耗z管一端插入主機箱面板上的氣源的快速接口中（注意管子拆卸時請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－。具體接線見圖9—2。圖9—2壓阻式壓力傳感器測壓實驗安裝、接線示意圖2、將主機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。實驗?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(即逆時針旋到底再順時針旋3圈)。合上主機箱電源開關(guān)，仔細調(diào)節(jié)RW2使主機箱電壓表顯示為零。3、合上主機箱上的氣源開關(guān)，啟動壓縮泵，逆時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計下端調(diào)壓閥的旋鈕，此時可看到流量計中的滾珠在向上浮起懸于玻璃管中，同時觀察氣壓表和電壓表的變化。4、調(diào)節(jié)流量計旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。5、仔細地逐步調(diào)節(jié)流量計旋鈕，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壓實驗數(shù)據(jù)P(kPa)Vo(p-p)6、畫出實驗曲線計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。7、如果本實驗裝置要成為一個壓力計，則必須對電路進行標定，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)；這個過程反復(fù)調(diào)節(jié)直到逼近自己的要求(4kpa對應(yīng)0.4V，16kpa對應(yīng)1.6V)即可。實驗完畢，關(guān)閉電源。*實驗十壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計要求：利用傳感器實驗臺模擬壓力計，測量范圍為2kPa～18kPa提示：參考實驗九自己組織實驗，關(guān)鍵在于實驗電路的標定。實驗十一差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、基本原理：差動變壓器的工作原理電磁互感原理。差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖11—1所示，由一個一次繞組1和二個二次繞組2、3及一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個二次繞組反向串接（＊同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當差動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為一次繞組激勵電壓；M1、M2分別為一次繞組及兩個二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個二次繞組的電感；R21、R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當銜鐵處于中間位置時，兩個二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同。由于兩個二次繞組反向串接，所以差動輸出電動勢為零。當銜鐵移向二次繞組L21，這時互感M1大，M2小，圖11—1差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖圖11—2差動變壓器的等效電路圖因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢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)動勢為：

由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動勢為：其有效值為：

差動變壓器的輸出特性曲線如圖11—3所示.圖中E21、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應(yīng)電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。E0為零點殘余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點殘余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標。為了減小零點殘余電動勢可采取以下方法：圖11—3

差動變壓器輸出特性

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、選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。3、采用補償線路減小零點殘余電動勢。圖11—4是其中典型的幾種減小零點殘余電動勢的補償電路。在差動變壓器的線圈中串、并適當數(shù)值的電阻電容元件，當調(diào)整W1、W2時，可使零點殘余電動勢減小。(a)(b)(c)圖11—4

減小零點殘余電動勢電路三、需用器件及單元：主機箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：附：測微頭的組成及使用測微頭組成和讀數(shù)如圖11—5測微頭讀數(shù)圖圖11—5測位頭組成及讀數(shù)測微頭組成：測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)及使用：測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，測桿就沿軸線方向進退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動微小位移0.01mm，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(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；再讀及主尺橫線對準微分筒上的數(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，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖11—5乙已過零則讀2.514mm；如圖11—5丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動微分筒到10mm處(為了保留測桿軸向前、后位移的余量)，再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動測微頭的安裝套(測微頭整體移動)使測桿及被測體連接并使被測體處于合適位置(視具體實驗而定)時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。1、差動變壓器、測微頭及實驗?zāi)０灏磮D11—6示意安裝、接線。實驗?zāi)０逯械腖1為差動變壓器的初級線圈，L2、L3為次級線圈，＊號為同名端；L1的激勵電壓必須從主機箱中音頻振蕩器的Lv端子引入。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(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作為差動變壓器初級線圈的激勵電壓(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差動變壓器性能實驗安裝、接線示意圖2、差動變壓器的性能實驗：使用測微頭時，當來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機械回程差，為消除這種機械回差可用如下a、b兩種方法實驗，建議用b方法可以檢測到差動變壓器零點殘余電壓附近的死區(qū)范圍。a、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對準軸套的10mm刻度線。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測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，擰緊緊固螺釘。仔細調(diào)節(jié)測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(零點殘余電壓)并定為位移的相對零點。這時可假設(shè)其中一個方向為正位移，另一個方向位移為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取30點值)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表4，再將測位頭位移退回到Vp-p最小處開始反方向(也取30點值)做相同的位移實驗。在實驗過程中請注意：⑴從Vp-p最小處決定位移方向后，測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，由于測微頭存在機械回差而引起位移誤差；所以，實驗時每點位移量須仔細調(diào)節(jié)，絕對不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點粗大誤差繼續(xù)做下一點實驗或者回到零點重新做實驗。⑵當一個方向行程實驗結(jié)束，做另一方向時，測微頭回到Vp-p最小處時它的位移讀數(shù)有變化(沒有回到原來起始位置)是正常的，做實驗時位移取相對變化量△X為定值，及測微頭的起始點定在哪一根刻度線上沒有關(guān)系，只要中途測微頭微分筒不回調(diào)就不會引起機械回程誤差。*b、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對準軸套的10mm刻度線。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測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，擰緊緊固螺釘，再順時針方向轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒12圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和示波器CH2通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)值為實驗起點值。以后，反方向(逆時針方向)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取60～70點值)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驗可以消除測微頭的機械回差)。3、根據(jù)表11數(shù)據(jù)畫出X－Vp-p曲線并找出差動變壓器的零點殘余電壓。實驗完畢，關(guān)閉電源。表11差動變壓器性能實驗數(shù)據(jù)△X(mm)Vp-p(mV)五、思考題：1、試分析差動變壓器及一般電源變壓器的異同？2、用直流電壓激勵會損壞傳感器。為什么？3、如何理解差動變壓器的零點殘余電壓？用什么方法可以減小零點殘余電壓？實驗十二激勵頻率對差動變壓器特性的影響一、實驗?zāi)康模毫私獬跫壘€圈激勵頻率對差動變壓器輸出性能的影響。二、基本原理：差動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為初級線圈電感和損耗電阻，、ω為激勵電壓和頻率，M1、M2為初級及兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當初級線圈激勵頻率太低時，若RP2＞ω2LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當ω2LP2＞＞RP2時輸出Uo及ω無關(guān)，當然ω過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。三、需用器件及單元：主機箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、差動變壓器及測微頭的安裝、接線同實驗十一，參見圖11—6。2、檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)主機箱音頻振蕩器LV輸出頻率為1kHz、幅度Vp-p＝2V(示波器監(jiān)測)。調(diào)節(jié)測微頭微分筒使差動變壓器的鐵芯處于線圈中心位置即輸出信號最小時(示波器監(jiān)測Vp-p最小時)的位置。3、調(diào)節(jié)測微頭位移量△X為2.50mm，差動變壓器有某個較大的Vp-p輸出。4、在保持位移量不變的情況下改變激勵電壓(音頻振蕩器)的頻率從1kHZ～9kHZ(激勵電壓幅值2V不變)時差動變壓器的相應(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。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗十三差動變壓器零點殘余電壓補償實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩髁泓c殘余電壓概念及補償方法。二、基本原理：由于差動變壓器次級兩線圈的等效參數(shù)不對稱，初級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殘余電壓。在實驗十一(差動變壓器的性能實驗)中已經(jīng)得到了零點殘余電壓，用差動變壓器測量位移應(yīng)用時一般要對其零點殘余電壓進行補償。本實驗采用實驗十一基本原理中(（c）補償線路減小零點殘余電壓。三、需用器件及單元：主機箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；測微頭、差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟：1、根據(jù)圖13接線，差動變壓器原邊激勵電壓從音頻振蕩器的LV插口引入，實驗?zāi)０逯械腞1、C1、RW1、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。2、檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測并調(diào)節(jié)主機箱音頻振蕩器LV輸出頻率為4kHz～5kHz左右、幅值為2V峰峰值的激勵電壓。3、調(diào)整測微頭，使放大器輸出電壓（用示波器CH2通道監(jiān)測）最小。4、依次交替調(diào)節(jié)RW1、RW2，使放大器輸出電壓進一步降至最小。圖13零點殘余電壓補償實驗接線示意圖5、從示波器上觀察，（注：這時的零點殘余電壓是經(jīng)放大后的零點殘余電壓，所以經(jīng)補償后的零點殘余電壓：V零點p-p=，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。）差動變壓器的零點殘余電壓值（峰峰值）及實驗十一(差動變壓器的性能實驗)中的零點殘余電壓比較是否小很多。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗十四差動變壓器測位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鳒y位移時的應(yīng)用方法二、基本原理：差動變壓器的工作原理參閱實驗十一（差動變壓器性能實驗）。差動變壓器在應(yīng)用時要想法消除零點殘余電動勢和死區(qū)，選用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖14—1是差動變壓器測位移原理框圖。圖14—1差動變壓器測位移原理框圖三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器實驗?zāi)０?；測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(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，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(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CH1、CH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。）。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刻度值對準。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逆時針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)。圖14—3差動變壓器測位移組成、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）。4、松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動變壓器銜鐵的位移方向移動測微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動變壓器銜鐵明顯偏離L1初級線圈的中點位置，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）。再慢悠悠仔細移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級線圈的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。5、調(diào)節(jié)差動變壓器實驗?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差動變壓器測位移實驗數(shù)據(jù)X(mm)……-0.200.2……V(mV)07、根據(jù)表14數(shù)據(jù)作出實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S=△V／△X及線性度及測量范圍。實驗完畢關(guān)閉電源開關(guān)。五、思考題：差動變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點殘余電壓和死區(qū)？從實驗曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎?實驗十五差動變壓器的應(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：由實驗十一（差動變壓器性能實驗）基本原理可知，當差動變壓器的銜鐵連接桿及被測體接觸連接時就能檢測到被測體的位移變化或振動。三、需用器件及單元：主機箱中的±2V～±10V（步進可調(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；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０濉⒁葡嗥?相敏檢波器/濾波器模板；振動源、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：參見實驗十四中的步驟1及圖14—2。2、將差動變壓器卡在傳感器安裝支架的U型槽上并擰緊差動變壓器的夾緊螺母，再安裝到振動源的升降桿上，如圖15所示。調(diào)整傳感器安裝支架使差動變壓器的銜鐵連桿及振動臺接觸，再調(diào)節(jié)升降桿使差動變壓器銜鐵大約處于L1初級線圈的中點位置。圖15差動變壓器振動測量安裝、接線圖2、將音頻振蕩器和低頻振蕩器的幅度電位器逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底（幅度最?。?，按圖15接線，并調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測音頻振蕩器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)，用手往下按住振動平臺（讓傳感器產(chǎn)生一個大位移）仔細調(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接近全波整流波形。（3）手離開振動臺，調(diào)節(jié)升降桿(松開鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動升降桿的銅套)的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（4）仔細調(diào)節(jié)差動變壓器實驗?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，使振動平臺振蕩較為明顯。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。實驗完畢，關(guān)閉主機箱電源。實驗十六電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：1、原理簡述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來實現(xiàn)測量的。電容傳感器的輸出是電容的變化量。利用電容C＝εA／d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇ε、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測干燥度（ε變）、測位移（d變）和測液位（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。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，差動式一般優(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：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=ε2ｘ／ln(R／r)。圖中C1、C2是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生?X位移時，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)，說明?C及?X位移成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖16—1實驗電容傳感器結(jié)構(gòu)測量電路(電容變換器)：測量電路畫在實驗?zāi)０宓拿姘迳稀Ｆ潆娐返暮诵牟糠质菆D16—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（實驗差動電容位移傳感器）組成。當高頻激勵電壓(ｆ>100kHz)輸入到ａ點，由低電平E1躍到高電平E2時，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由ａ點經(jīng)D3到b點，再對CX1充電到O點(地)；另一路由由ａ點經(jīng)C4到c點，再經(jīng)D5到d點對CX2充電到O點。此時，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充電時間內(nèi)，由ａ到c點的電荷量為：Q1＝CX2(E2-E1)（16—1）當高頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平E1時，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點、D4、c點、C4、ａ點、L1放電到O點；CX2經(jīng)d點、D6、L1放電到O點。在t2放電時間內(nèi)由c點到ａ點的電荷量為：Q2＝CX1(E2-E1)（16—2）當然，（16—1）式和（16—2）式是在C4電容值遠遠大于傳感器的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中實線、虛線箭頭所示。在一個充放電周期內(nèi)（Ｔ＝t1＋t2），由c點到ａ點的電荷量為：Ｑ＝Q2-Q1＝(CX1-CX2)(E2-E1)＝△CX△E（16—3）式中：CX1及CX2的變化趨勢是相反的（傳感器的結(jié)構(gòu)決定的，是差動式）。設(shè)激勵電壓頻率f＝1/T，則流過ac支路輸出的平均電流i為：i＝fＱ＝f△CX△E（16—4）式中：△E—激勵電壓幅值；△CX—傳感器的電容變化量。由（16—4）式可看出：f、△E一定時，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，所以通過測量電路的輸出電壓Vo1就可知?X位移。電容式位移傳感器實驗原理方塊圖如圖16—3圖16—3電容式位移傳感器實驗方塊圖三、需用器件及單元：主機箱±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０?、測微頭。四、實驗步驟：1、按圖16—4示意安裝、接線。圖16—4電容傳感器位移實驗安裝、接線示意圖2、將實驗?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳３圈)。3、將主機箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示0V，再轉(zhuǎn)動測微頭(同一個方向)6圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實驗起點值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭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驗可以消除測微頭的回差)。表16電容傳感器位移實驗數(shù)據(jù)X(mm)V(mV)4、根據(jù)表16數(shù)據(jù)作出△X—V實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S=△V／△X和非線性誤差δ及測量范圍。實驗完畢關(guān)閉