GT2000 传感器实验仪说明书

GT2000 传感器实验仪说明书

章   产品说明书

第二章   实验指导

一、金属箔式应变片性能实验—单臂电桥

二、金属箔式应变片实验：单臂、半桥、全桥比较

三、应变片的温度效应及补偿实验

四、热电偶的原理及现象实验

五、移相器实验

六、相敏检波器实验

七、金属箔式应变片实验-交流全桥

八、交流全桥的应用—振幅测量实验

九、交流全桥的应用实验—电子称

十、差动变压器(互感式)的性能实验

十一、差动变压器(互感式)零点残余电压的补偿实验

十二、差动变压器(互感式)的实验

十三、差动变压器(互感式)的应用实验——振动测量

十四、差动变压器(互感式)的应用实验——电子秤之二

十五、差动螺管式(自感式)传感器的静态位移性能实验

十六、差动螺管式(自感式)传感器的动态位移性能实验

十七、电涡流式传感器的静态实验

十八、被测体材料对电涡流传感器特性影响的实验

十九、电涡流传感器的应用实验—振幅测量

二十、电涡流传感器的应用实验—电子秤之三

二十一、霍尔传感器的直流激励静态位移特性实验

二十二、霍尔传感器的应用实验—电子秤之四

二十三、霍尔传感器的交流激励静态位移特性实验

二十四、霍尔传感器的应用实验—振幅测量

二十五、磁电式传感器的性能实验

二十六、压电传感器的动态响应实验

二十七、压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器

二十八、差动面积式电容传感器的静态及动态特性实验

二十九、双平行梁的动态特性实验—正弦稳态影响

三十、扩散硅压阻式压力传感器实验

三十一、光纤位移传感器静态实验

三十二、光纤位移传感器动态实验(一)

三十三、光纤位移传感器动态实验(二)

三十四、PN结温度传感器测温实验

三十五、热敏电阻测温演示实验

三十六、气敏传感器(MQ3)实验(选配)

三十七、湿敏电阻(RH)实验(选配)

三十八、光电传感器(反射型)测转速实验(选配)

附:传感器实验仪联机软件使用说明

章  产品说明书

一、GT2000型传感器实验仪简介

    实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。

传感器安装台部分：装有双平行振动梁(应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢)、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台(圆盘)测微头及支架、振动圆盘(圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子)、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒具体安装部位参看附录二。

显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源(±2V－±10V档位调节)、F／V数字显示表(电压表和频率表)、动圈毫伏表(5mV-500mV)及调零、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。

实验主面板上传感器符号单元：所有传感器(包括激振线圈)的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中实验时传感器的输出信号(包括激励线圈引入低频激振器信号)按符号从这个单元插孔引线(选配传感器例外)。

处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。

    GT2000实验仪配上一台双线(双踪)通用示波器可做几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。

实验仪面板

二、主要技术参数、性能及说明

<一> 传感器安装台部分：

     双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。

         应变梁：应变梁采用不锈钢片双梁结构端部有较好的线性位移。

         传感器：

        1、差动变压器：量程:≥5mm  直流电阻：5Ω－10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈

铁芯为软磁铁氧体.

        2、电涡流位移传感器：量程:≥1mm直流电阻：1Ω－2Ω  多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。

        3、霍尔式传感器：量程: ±≥2mm直流电阻：激励源端口：800Ω－1.5KΩ  输出端口：300Ω－500Ω 

                         日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。

        4、热电偶：直流电阻：10Ω左右由两个铜一康铜热电偶串接而成分度号为T冷端温度为环境温度。

        5、电容式传感器：量程：±≥2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。

        6、热敏电阻：由半导体热敏电阻NTC：温度系数为负25℃时为10KΩ。

7、光纤传感器：由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器线性范围≥2mm。

红外线发射、接收、直流电阻：500Ω－1.5kΩ2×60股丫形、半圆分布。

8、压阻式压力传感器：量程：10Kpa(差压)   供电：≤6V  

直流电阻：Vs+---Vs-：5KΩ－5.5KΩ  Vo+---Vo-：5KΩ－5.5KΩ

美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器具有温度自补偿功能的X型工作片(带温补)。

9、压电加速度计：PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：≥10KHZ电荷灵敏度：q≥20pc/g。

10、应变式传感器：箔式应变片阻值：350Ω、应变系数：2

11、PN结温度传感器：利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/℃。

12、磁电式传感器：φ0.21×1000直流电阻：30Ω－40Ω    由线圈和动铁(磁钢)组成灵敏度：0.5v/m/s

13、气敏传感器——选配MQ3：酒精：测量范围：50－2000ppm。

14、湿敏电阻——选配  高分子薄膜电阻型：RH：几兆Ω－几KΩ    响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。

湿度系数：0.5RH%/℃  测量范围：10％－95％    工作温度：0℃－50℃

15、光电传感器

〈二〉、信号及变换：

1、电桥：用于组成应变电桥提供组桥插座标准电阻和交、直流调平衡网络。

2、差动放大器：通频带0～10kHz可接成同相、反相差动结构增益为1-100倍的直流放大器。

3、电容变换器：由高频振荡放大和双T电桥组成的处理电路。

4、电压放大器：增益约为5倍   同相输入  通频带0～10KHz

5、移  相  器：允许大输入电压10Vp-p移相范围≥±20º(5kHz时)

6、相敏检波器：可检波电压频率0－10kHz允许大输入电压10Vp-p

极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路

7、电荷放大器：电容反馈型放大器用于放大压电传感器的输出信号。

8、低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成转折频率35Hz左右

9、涡流变换器：|输出电压|≥8V(探头离开被测物)变频式调幅变换电路传感器线圈是振荡电路中的电感元件

10、光电变换座：由红外发射、接收组成。

〈三〉、二套显示仪表：

数字式电压/频率表：3位半显示电压范围0—200mV 、0—2V、0—20V

频率范围3Hz—2KHz、10Hz—20KHz。

指针式毫伏表：85c1表分500mV、50mV、5mV三档精度2.5%。

〈四〉、二种振荡器：

音频振荡器：0.4KHz—10KHz输出连续可调Vp-p值20V180°、0°反相输出Lv端大功率输出电流0.5A。

低频振荡器：1—30Hz输出连续可调Vp-p值20V大输出电流0.5AVi端可提供用做电流放大器。

〈五〉、二套悬臂梁、测微头：

双平行式悬臂梁二副(其中一副为应变梁另一副装在内部与振动圆盘相连)梁端装有磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋

测微头可进行压力位移与振动实验。

〈六〉、电加热器二组：电热丝组成加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温。

〈七〉、测速电机一组：由可调的低噪声高速轴流风扇组成与光电、光纤配合进行测速实验。

〈八〉、二组稳压电源：直流±15V主要提供温度实验时的加热电源大激励1.5A。

±2V—10V分五档输出大输出电流1.5A。提供直流激励源。

〈九〉、计算机联接与处理：

数据采集卡：十二位A/D转换采样频率20—25000次/秒采样速度可控制分单次采样与连续采样。

标准RS-232接口或者USB口与计算机串行工作。

良好的计算机显示界面与方便实用处理软件实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比

较、文件存取打印。

第二章  实验指导

实验一  金属箔式应变片性能—单臂电桥

实验目的：了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作情况。

所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档 V表打到2V档差动放大增益大。

实验步骤：

(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置观察梁上的应变片应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片测微头在双平行梁前面的支座上可以上、下、前、后、左、右调节。

(2)将差动放大器调零：将差动放大器的输出端与V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到大位置然后调整差动放大器的调零旋钮使V表显示为零关闭主、副电源。

(3)根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx=R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档 V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁开启主、副电源调节电桥平衡网络中的W1使V表显示为零然后将V表置2V档再调电桥W1(慢慢地调)使V表显示为零。

图１

(4)将测微头转动到10mm刻度附近安装到双平等梁的自由端(与自由端磁钢吸合)调节测微头支柱的高度(梁的自由端跟随变化)使V表显示小再旋动测微头使V表显示为零(细调零)这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

(5)往下或往上旋动测微头使梁的自由端产生位移记下V表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：

位移(mm)

电压(mV)

(6)据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX(式中ΔX为梁的自由端位移变化ΔV为相应V表显示的电压相应变化)。

(7)实验完毕关闭主、副电源所有旋钮转到初始位置。

注意事项：

(1)电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在仅作为一标记让学生组桥容易。

(2)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至小以减小其对直流电桥的影响。

(3)电位器W1、W2在仪器中则标为Rw1Rw2。

问题：

(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

(2)根据所给的差动放大器电路原理图(见附录图一)分析其工作原理说明它既能作差动放大又可作同相或反相放大器。

*实验一  金属箔式应变片性能—单臂电桥

实验目的：了解金属箔式应变片单臂电桥的工作原理和工作情况。

所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档 V表打到2V档差动放大增益大。

实验步骤：

(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置观察梁上的应变片应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。

(2)将差动放大器调零：将差动放大器的输出端与V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到大位置然后调整差动放大器的调零旋钮使V表显示为零关闭主、副电源。

(3)根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx=R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档V表置20V档。开启主、副电源调节电桥平衡网络中的W1使V表显示为零等待数分钟后将V表置2V档再调电桥W1(慢慢地调)使V表显示为零。

(4)在传感器托盘上放上一只砝码记下此时的电压数值然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW并作出V-W关系曲线ΔV为电压变化率ΔW为相应的重量变化率。

重量(g)

电压(mV)

注意事项：

(1)电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在仅作为一标记让学生组桥容易。

(2)为确保实验过程中输出指示不溢出可先将砝码加至大重量如指示溢出适当减小差动放大增益此时差动放

大器不必重调零。

(3)做此实验时应将低频振荡器的幅度关至小以减小其对直流电桥的影响。

(4)电位器W1、W2在仪器中则标为Rw1Rw2。

问题：

(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

(2)根据所给的差动放大器电路原理图(见附录图一)分析其工作原理说明它既能作差动放大又可作同相或反

相放大器。

实验二  金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较

实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档 V表打到2V档差动放大器增益打到大。

实验步骤：

(1)按实验一方法将差动放大器调零后关闭主、副电源。

(2)按图1接线图中R4=Rx为应变片r及W1为调平衡网络。

(3)调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益然后调整电

桥平衡电位器W1使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。

(4)旋转测微头使梁移动每隔0 .5mm读一个数将测得数值填入下表然后关闭主、副电源：

位移(mm)

电压(mV)

(5)保持放大器增益不变将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片形成半桥调节测微头使梁到水平位置(目测)调节电桥W1使V表显示表显示为零重复(4)过程同样测得读数填入下表：

位移(mm)

电压(mV)

(6)保持差动放大器增益不变将R1R2两个固定电阻换成另两片受力应变片(即R1 换成“↑”R2换成“↓”)组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同邻臂应变片的受力方向相反即可否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥调节测微头使梁到水平位置调节电桥W1同样使V表显示零。重复(4)过程将读出数据填入下表：

位移(mm)

电压(mV)

(7)在同一坐标纸上描出X-V曲线比较三种接法的灵敏度。

注意事项：

(1)在更换应变片时应将电源关闭。

(2)在实验过程中如有发现电压表发生过载应将电压量程扩大。

(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式否则系统不能正常工作。

(4)直流稳压电源±4V不能打的过大以免损坏应变片或造成严重自热效应。

(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

*实验二  金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较

实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、主、副电源。有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档 V表打到2V档差动放大器增益打到大。

实验步骤：

(1)按实验一方法将差动放大器调零后关闭主、副电源。

(2)根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx=R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档 V表置20V档。开启主、副电源调节电桥平衡网络中的W1使V表显示为零等待数分钟后将V表置2V档再调电桥W1(慢慢地调)使V表显示为零。

(3)在传感器托盘上放上一只砝码记下此时的电压数值然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW并作出V-W关系曲线ΔV为电压变化率ΔW为相应的重量变化率。

重量(g)

电压(mV)

(4)保持放大器增益不变将R3固定电阻换为与Rx=R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片形成半桥调节电桥W1使V表显示表显示为零重复(3)过程同样测得读数填入下表：

重量(g)

电压(mV)

(5)保持差动放大器增益不变将R1R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同邻臂应变片的受力方向相反即可否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥调节电桥W1同样使V表显示零。重复(3)过程将读出数据填入下表：

重量(g)

电压(mV)

(6)在同一坐标纸上描出X-V曲线比较三种接法的灵敏度。

注意事项：

(1)在更换应变片时应将电源关闭。

(2)在实验过程中如有发现电压表发生过载应将电压量程扩大。

(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式否则系统不能正常工作。

(4)直流稳压电源±4V不能打的过大以免损坏应变片或造成严重自热效应。

(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

实验三    应变片的温度效应及补偿

实验目的：了解温度对应变测试系统的影响。

所需单元和部件：可调直流稳压电源、－15V不可调直流稳电源、电桥、差动放大器、F/V表、测微头、加热器、双平行梁、水银温度计(自备)、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源置±4V档 V表置20V档差动放大器增益旋钮置大。

实验步骤：

(1)了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间结构为电阻丝。

(2)将差动放大器的(＋)、(－)输入端与地短接输出端插口与V表的输入插口Vi相连。

(3)开启主、副电源调节差放调零旋钮使V表显示零。再把V表的切换开关置2V档细调差放零点使V表显

示零。关闭主、副电源 V表的切换开关置20V档拆去差动放大器输入端的连线。

(4)按图1接线开启主副电源调电桥平衡网络的W1电位器使V表显示零然后将V表的切换开关置2V档调

W1电位器使V表显示零。

(5)在双平行梁的自由端(可动端)装上测微头并调节测微头使V表显示零。

(6)将－15V电源连到加热器的一端插口加热器另一端插口接地；V表的显示在变化待V表显示稳定后记下

显示数值并用温度计(自备)测出温度记下温度值。(注意：温度计探头不要触在应变片上只要触及应变

片附近的梁体即可。)关闭主、副电源等待数分钟使梁体冷却到室温。

(7)将V表的切换开关置20V档把图中的R3换成“→”应变片(补偿片)重复4－6过程。

(8)比较二种情况的V表数值：在相同温度下补偿后的数值小很多。

(9)实验完毕关闭主、副电源所有旋钮转至初始位置

思考：为什么不能完全补偿。

提示：从补偿应变片和受力应变片所贴的位置点梁的温度梯度考虑。

*实验三   应变片的温度影响

实验目的：了解温度对应变测试系统的影响。

所需单元和部件：可调直流稳压电源、－15V不可调直流稳电源、电桥、差动放大器、F/V表、加热器、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、水银温度计(自备)、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源置±4V档 V表置20V档差动放大器增益旋钮置大。

实验步骤：

1、了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号加热器封装在双孔悬臂梁下片梁的表面结构为电阻丝。

2、将差动放大器的(＋)、(－)输入端与地短接输出端插口与V表的输入插口Vi相连。开启主、副电源调节差放调零旋钮使V表显示零。再把V表的切换开关置2V档细调差放零点使V表显示零。关闭主、副电源 V表的切换开关置20V档拆去差动放大器输入端的连线。

3、按图1接线开启主副电源调电桥平衡网络的W1电位器使V表显示零然后将V表的切换开关置2V档调W1电位器使V表显示零。

4、在传感器托盘上放上所有砝码记下此时的电压数值。将-15V电源连到加热器的一端插口加热器另一端插口接地；V表的显示在变化待V表显示稳定后记下显示数值。比较二种情况的V表数值即为温度对应变电桥的影响。

实验完毕关闭主、副电源所有旋钮转至初始位置

实验四   热电偶原理及现象

实验目的：了解热电偶的原理及现象

所需单元及附件：－15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、水银温度计(自备)、主副电源

旋钮初始位置：V表切换开关置2V档差动放大器增益大。

实验步骤：

(1)了解热电偶原理：二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时当两个接点温度不同时回路中就会产生电流这一现象称为热电效应产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。

(2)了解热电偶在实验仪上的位置及符号分度号为T。实验仪上片梁的上表面装有铜-康铜热电偶。

(3)按图4接线、开启主、副电源调节差动放大器调零旋钮使F/V表显示零记录下自备温度计的室温。

图4

(4)将－15V直流电源接入加热器的一端加热器的另一端接地观察V表显示值的变化待显示值稳定不变时记录下V表显示的读数E。

(5)用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。(注意：温度计的测温探头不要触到应变片只要触及热电偶处附近的梁体即可)。

(6)根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(tto)=Eab(ttn)+Eab(tnto)

其中：t ------热电偶的热端(工作端或称测温端)温度。

               tn------热电偶的冷端(自由端即热电势输出端)温度也就是室温。

               to------0℃

1、热端温度为t冷端温度为室温时热电势。Eab(ttn)=( v表显示E)/100+室温对应的热电势(100为差动放大器的放大倍数室温先用温度计测出然后根据分度表查出室温对应的热电势)。

2、计算：热端温度为t：Eab(ttn)=( v表显示E)/100+室温对应的热电势将得出的热电势根据分度表查出对应的温度。

铜一康热电偶分度(自由端温度0℃)

分度号：T

工作端

温度℃

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

热电动势(mV)

-10

-0.383

-0.421

-0.459

-0.496

-0.534

-0.571

-0.608

-0.646

-0.683

-0.720

0

-0.000

-0.039

-0.077

-0.116

-0.154

-0.193

-0.231

-0.269

-0.307

-0.345

0

0.000

0.039

0.078

0.117

0.156

0.195

0.234

0.273

0.312

0.351

10

0.391

0.430

0.470

0.510

0.549

0.589

0.629

0.669

0.709

0.749

20

0.789

0.830

0.870

0.911

0.951

0.992

1.032

1.073

1.114

1.155

30

1.196

1.237

1.279

1.320

1.361

1.403

1.444

1.486

1.528

1.569

40

1.611

1.653

1.695

1.738

1.780

1.822

1.865

1.907

1.950

1.992

50

2.035

2.078

2.121

2.164

2.207

2.250

2.294

2.337

2.380

2.424

60

2.467

2.511

2.555

2.599

2.643

2.687

2.731

2.775

2.819

2.864

70

2.908

2.953

2.997

3.042

3.087

3.131

3.176

3.221

3.266

3.312

80

3.357

3.402

3.447

3.493

3.538

3.584

3.630

3.676

3.721

3.767

90

3.827

3.873

3.919

3.965

4.012

4.058

4.105

4.151

4.198

4.244

100

4.291

4.338

4.385

4.432

4.479

4.529

4.573

4.621

4.668

4.715

(7)热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。(注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶只要了解热电势现象)。

(8)实验完毕关闭主、副电源尤其是加热器-15V电源(自备温度计测出温度后马上拆去-15V电源连接线)其它旋钮置原始位置。

思考：

(1)为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？

(2)即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差为什么？

实验五   移相器实验

实验目的：了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况

所需单元及部件：移相器、音频振荡器、双线(双踪)示波器、主、副电源

实验步骤：

(1)了解移相器在实验仪所在位置及电路原理(见图５)。

(2)将音频振荡器的信号引入移相器的输入端(音频信号从0°、180°插口输出均可)开启主、副电源。

(3)将示波器的两根线分别接到移相的输入和输出端调整示波器观察示波器的波形。

(4)旋动移相器上的电位器观察两个波形间相位的变化。

(5)改变音频振荡器的频率观察不同频率的大移相范围。

问题：

图５

(1)根据电路原理图(见附录)分析本移相器的工作原理并解释所观察到的现象。提示：A1、R1、R2、R3、C前移相在R3＝R1时KF1(jω)=Vm/Vλ=-(1-jω RwC2)/(1+jωR2C1)KF1(ω)=1 ΦF1(ω)=- π-2tg-1ωR2C1。A2、R4、R5、RW、C2滞后移相在R5＝R4时KF2(jω)=V/Vm=(1-jωRwC2)/(1+jωC2)KF2(ω)=1 ΦF2(ω)=-2tg-1ωRwC1ω＝2πf 。分析：f一定时Rw=0－10KΩ相移Δφ及Rw一定时f变化相移Δφ。

(2)如果将双线示波器改为单踪示波器两路信号分别从Ｙ轴和Ｘ轴送入根据李沙育图形是否可完成此实验？

实验六   相敏检波器实验

实验目的：了解相敏检波器的原理和工作情况。

所需单元和部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器(自备)、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：F表置20K档.音频振荡器频率为4KHz幅度置小(逆时针到底)直流电源输出置于±2V档主、副电源关闭

实验步骤：

(1)了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。

(2)根据图6A的电路接线将音频振荡器的信号0°输出端输出至相敏检波器的输入端(1)把直流电源＋2V输出接至相敏检波器的参考输入端DC把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端(1)和输出端(3)组成一个测量线路。

(3)调整好示波器开启主、副电源调整音频振荡器的幅度旋钮示波器输出电压为峰峰值4V.观察输入和输出波的相位和幅值关系。

(4)改变参考电压的极性(除去直流稳压电源＋2V输出端与相敏检波器参考输入端DC的连线把直流稳压电源的－2V输出接至相敏检波器的参考输入端DC)观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结论当参考电压为正时输入和输出    相当参考电压为负时输入和输出     相此电路的放大倍数为    倍。

(5)关闭主、副电源根据图6B电路重新接线将音频振荡器的

图6A

信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端(1)将从0°输出端输出接至相敏检波器的参考输入端(2)把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入(1)和输出端(3)将相敏检波器输出端(3)同时与低通滤波器的输入端连接起来将低能滤波器的输出端与直流电压表连接起来组成一个测量线路。(此时Ｖ表置20V档)。

        图6B

(6)开启主、副电源调整音频振荡器的输出幅度同时记录电压表的读数填入下表。

单位：Ｖ

Vip-p

0.5

1

2

4

8

16

Vo

(7)关闭主、副电源根据图6C的电路重新接线将音频振荡器的信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端(1)将人180°输出端输出接至移相器的输入端将从移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端(2)把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端(1)和输出端(3)将相敏检波器输出端(3)同时与低通滤波器输入端连接起来将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来组成一测量线路。

      图6C

(8)开启主、副电源转动移相器上的移相电位器观察示波的显示波形及电压表的读数使得输出大。

(9)调整音频振荡器的输出幅度同时记录电压表的读数填入下表。

单位：Ｖ

Vip-p

0.5

1

2

4

8

16

Vo

思考：

(1)根据实验结果可以知道相敏检波器的作用是什么?移相器在实验线路中的作用是什么？(即参考端输入波形相位的作用)

(2)在完成第五步骤后将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端(1)和附加观察端(6)和(7)观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波相位如何？起什么作用？

(3)当相敏检波器的输入与开关信号同相时输出是什么极性的什么波电压表的读数是什么极性的大值。

实验七   金属箔式应变片―交流全桥

实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F/V表、双平行梁、应变片、测微头、主、副电源、示波器。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器5KHz幅度关至小 V表打到20V档差动放大器增益旋至大。

实验步骤：

(1) 差动放大器调整为零：将差动放大(＋)、(－)输入端与地短接输出端与Ｖ表输入端Vi相连开启主、副电源后调差放的调零旋钮使Ｖ表显示为零再将Ｖ表切换开关置2V档再细调差放调零旋钮使Ｖ表显示为零然后关闭主、副电源。

(2) 按图７接线图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络电桥交流激励源必须从音频振荡器的ＬＶ输出口引入。

图７

(3) 用手按住振动梁(双平行梁)的自由端。旋转测微头使测微头脱离振动梁自由端并远离。将F/V表的切换开关置20V档示波器X轴扫描时间切换到0.1--0.5ms(以合适为宜)Y轴CH1或CH2切换开关置5V/div音频振荡器的频率旋钮置5KHz幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源调节电桥网络中的Ｗ１和Ｗ２使F/V表和示波器显示小再把F/V表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置2V档和50mv/div细调Ｗ１和Ｗ２及差动放大器调零旋钮使F/V表的显示值小示波器的波形大致为一条水平线(F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可)。再用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮使示波器显示全波检波的图形：放手后梁复原示波器图形基本成一条直线。

(4) 在双平行梁的自由端装上测微头旋转测微头使F/V表显示为零以后每转动测微头一周即0.5mmF/V表显示值记录下表：

Xmm

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

Vo

根据所得数据作出V-X曲线找出线性范围计算灵敏度Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ并与以前直流全桥实验结果相比较。

(5) 实验完毕关闭主、副电源所有旋钮置初始位置。

思考：在交流电桥中必须有      两个可调参数才能使电桥平衡这是因为电路存在              而引起的。

*实验七   金属箔式应变片―交流全桥

实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F/V表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、主、副电源、示波器。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器5KHz幅度关至小F/V表打到20V档差动放大器增益旋至大。

实验步骤：

(1) 动放大器调整为零：将差动放大(＋)、(－)输入端与地短接输出端与F/V表输入端Vi相连开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零再将F/V表切换开关置２Ｖ档再细调差放调零旋钮使F/V表显示为零然后关闭主、副电源。

(2) 按图7接线图中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４为应变片；W1、W2、Ｃ、r为交流电桥调节平衡网络电桥交流激励源必须从音频振荡器的ＬＶ输出口引入。

(3) 将F/V表的切换开关置20V档示波器X轴扫描时间切换到0.1--0.5ms(以合适为宜)Y轴CH1或CH2切换开关置5V/div

音频振荡器的频率旋钮置5KHz幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源调节电桥网络中的W1和W2使F/V表和示波器显示小再把F/V表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置2V档和50mv/div细调W1和W2及差动放大器调零旋钮使F/V表的显示值小示波器的波形大致为一条水平线(F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可)。再用手按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个位移。调节移相器的移相旋钮使示波器显示全波检波的图形：放手后梁复原示波器图形基本成一条直线。

(4) 在传感器托盘上放上一只砝码记下此时的电压数值然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW并作出V-W关系曲线ΔV为电压变化率ΔW为相应的重量变化率。

重量(g)

电压(mV)

(5) 实验完毕关闭主、副电源所有旋钮置初始位置。

思考：在交流电桥中必须有      两个可调参数才能使电桥平衡这是因为电路存在              而引起的。

实验八   交流全桥的应用―振幅测量

实验目的：本实验了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器、电压表、示波器、主、副电源、激振线圈。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器5KHz低频振荡器频率旋钮置5Hz左右幅度置小差放增益置大主副电源关闭。

实验步骤：

(1) 按图７接线并且保持实验(１)、(２)、(３)的步骤。

(2) 关闭主副电源将低频振荡器的输出Ｖ0引入激振线圈的一端激振线圈的另一端接地低频振荡器的幅度旋钮置中间位置开启主副电源双平行梁在振动慢慢调节低频振荡器频率旋钮使梁振动比较明显如梁振幅不够大可调大低频振荡器的幅度。

(3) 将示波器的X轴扫描旋钮切换到ms/div级档Ｙ轴切换到50mv/div或0.1v/div分别观察差放输出端相敏检波输出端低通输出端波形。并描出：做完以上实验可反复调节线路中的各旋钮用示波器观察各输出环节波形的变化加深实验体会并了解各旋钮的作用。

(4) 实验完毕关闭主、副电源各旋钮置初始位置。

实验九   交流全桥的应用―电子秤

实验目的：了解交流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、F/V表、砝码、主副电源、双平行梁、应变片。

实验步骤：

(1) 差动放大器调整为零将差动放大(＋)、(－)输入端与地短接输出端与F/V表输入端Vi相连开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零再将F/V表切换开关置２Ｖ档再细调差放调零旋钮使F/V表显示为零然后关闭主、副电源。

(2) 按图7接线图中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４为应变片；Ｗ１、Ｗ２、Ｃ、r为交流电桥调节平衡网络电桥交流激励源必须从音频振荡器的ＬＶ输出口引入。

(3) 按住振动梁(双平行梁)的自由端。旋转测微头使测微头振动梁自由端并远离。将F/V表的切换开关置20V档示波器X轴扫描时间切换到0.1-0.5msＹ轴CH1或CH2切换开关置5V/div音频振荡器的频率旋钮置5KHz幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源调节电桥网络中的Ｗ１和Ｗ２使F/V表和示波器显示小再把F/V表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置２Ｖ档和50mv/div细调Ｗ１和Ｗ２及差动放大器调零旋钮使F/V表的显示值小示波器的波形为一条水平线(F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可)。现用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮使示波器显示全波检波的图形：放手后梁复原示波器图形基本成一条直线否则调节W1和W2。

(4) 在梁的自由端加所有砝码调节差放增益旋钮使F/V表显示对应的量值去除所有砝码调W1使F/V表显示零这样重复几次即可。

(5) 在梁自由端(磁钢处)逐一加上砝码把F/V表的显示值填入下表。并计算灵敏度。

W(g)

V(v)

(6 ) 梁自由端放上一个重量未知的重物记录Ｆ／Ｖ表的显示值得出未知重物的重量

注意事项：砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。

思考：要将这个电子秤方案投入实际应用应如何改进？

*实验九   交流全桥的应用―电子秤

实验目的：了解交流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、F/V表、砝码、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、电源。

实验步骤：

(1) 动放大器调整为零将差动放大(＋)、(－)输入端与地短接输出端与F/V表输入端Vi相连开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零再将F/V表切换开关置２Ｖ档再细调差放调零旋钮使F/V表显示为零然后关闭主、副电源。

(2) 按图接线图中Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４为应变片；Ｗ１、Ｗ２、Ｃ、r为交流电桥调节平衡网络电桥交流激励源必须从音频振荡器的ＬＶ输出口引入。

(3) 将F/V表的切换开关置20V档示波器X轴扫描时间切换到0.1--0.5ms(以合适为宜)Ｙ轴CH1或CH2切换开关置5V/div音频振荡器的频率旋钮置5KHz幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源调节电桥网络中的Ｗ１和Ｗ２使F/V表和示波器显示小再把F/V表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置２Ｖ档和50mv/div细调Ｗ１和Ｗ２及差动放大器调零旋钮使F/V表的显示值小示波器的波形大致为一条水平线(F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可)。再用手按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个位移。调节移相器的移相旋钮使示波器显示全波检波的图形：放手后梁复原示波器图形基本成一条直线。

(4) 在传感器托盘上放上所有砝码调节差动放大器增益旋钮使F/V表数值为相应砝码的比例值。然后拿掉所有砝码调节差动放大器调零旋钮使F/V表数值为零。重复操作这个过程数次(过程) 即可作为电子称应用。

(5) 每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW并作出V-W关系曲线ΔV为电压变化率ΔW为相应的重量变化率。

重量(g)

电压(mV)

(6) 在托盘中间放上一个重量未知的重物记录F/V表的显示值得出未知重物的重量.

(7) 实验完毕关闭主、副电源所有旋钮置初始位置。

注意事项：砝码和重物应放在托盘的中心。

思考：要将这个电子秤方案投入实际应用应如何改进？

实验十    差动变压器性能

实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。

所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz-8KHz之间双线示波器通道灵敏度500mv/div 第二通道灵敏度10mv/div触发选择打到通道主、副电源关闭。

实验步骤：

(1) 根据图1０接线将差动变压器、音频振荡器(必须LV输出)、双线示波器连接起来组成一个测量线路。开启主、副电源将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。

(2) 转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头５mm使振动平台往上位移。

(3) 往下旋动测微头使振动平台产生位移。每位移0.2mm用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表根据所得数据计算灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ(式中ΔＶ为电压变化ΔＸ为相应振动平台的位移变化)作出V－X关系曲线。

图10

Ｘ(mm)

5mm

4.8mm

4.6mm

…

0.2mm

0mm

-0.2mm

…

-4.8mm

-5mm

Vo(p-p)

思考：

(1) 根据实验结果指出线性范围。

(2) 当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？

(3) 用测微头调节振动平台位置使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为小这个小电压称作什么？由于什么原因造成？

实验十一   差动变压器零点残余电压的补偿

实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。

所需单元及部件：音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双线示波器、振动平台、主副电源。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器4kHz-8kHz之间双线示波器通道灵敏度500mV/div第二通道灵敏度1V/div触发选择打到通道差动放大器的增益旋到大。

实验步骤：

(1) 接图1１A接线音频振荡必须从LV插口输出W1W2rc为电桥单元中调平衡网络。

(2) 开启主．副电源利用示波器调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示出为2伏峰—峰值。调节音频振荡器频率使示波器二通道波形不失真。

(3) 调整测微头使差动放大器输出电压小。

(4) 依次调整W1W2使输出电压进一步减小必要时重新调节测微头尽量使输出电压小。

    (5) 将二通道的灵敏度提高观察零点残余电压的波形注意与激励电压波形相比较。

图11

经过补偿后的残余电压波形：为                  波形这说明波形中有                  分量。

(6) 经过补偿后的残余电压大小：Ｖ残余p-p＝Ｖ残余p-p/100与实验十六未经补偿残余电压相比较。

(7) 实验完毕后关闭主、副电源。

注意事项：

 (1) 由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。

(2) 音频信号必须从LV插口引出。

思考：本实验也可把电桥平衡网络搬到次级圈上进行零点残余电压补偿。

实验十二  差动变压器的(静态位移性能)

实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和方法

所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、V/F表、示波器、主副电源。

有关旋钮初始位置：音频振荡4kHz-8kHz差动放大器的增益打到大F/V表置2V档主、副电源关闭。

实验步骤：

(1) 按图1２接好线路。

图12

(2) 装上测微头上下调整使差动变压器铁芯处于线圈的中段位置。

(3) 开启主、副电源利用示波器调整音频振荡器幅度旋钮使激励电压幅峰峰值为2V。

(4) 利用示波器和电压表调整各调零及平衡电位器使电压表指示为零。

(5) 给梁一个较大的位移调整移相器使电压表指示为大同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形。

(6)旋转测微头每隔０.１mm读数记录实验数据填入下表作出V-X曲线并求出灵敏度。

X(mm)

V(mv)

注意事项：如果接着做下一个实验则各旋钮及接线不得变动。

实验十三    差动变压器的应用—振动测量

实验目的：了解差动变压器的实际应用。

所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、低通滤波器、F/Ｖ表、低频振荡器、激振器、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡4kHz－8kHz之间差动放大器增益大低频振荡器频率钮置小幅值钮置中。

实验步骤：

(1) 保持实验１２的接线调节测微头远离振动台(不用测微头)将低频振荡器输出Ｖ0接入激振振动台线圈一端线

圈另一端接地开启主副电源调节低频振荡器幅度钮置中频率从小慢慢调大让振动台起振并振动幅度适中

(如振动幅度太小可调大幅度旋钮)

(2) 将音频钮置５KHZ幅度钮置2Vp-p。用示波器观察各单元即：差放、检波、低通输出的波形(示波器Ｘ轴扫描

为5－10ms/divＹ轴CH1或CH2旋钮打到0.2-2V)。

(3) 保持低频振荡器的幅度不变调节低频振荡器的频率用示波器观察低通滤波器的输出读出峰－峰电压值记下

实验数据填入下表：

F(Hz)

3

4

5

6

7

8

10

12

20

25

Vp-p(V)

根据实验结果作出梁的振幅——频率(幅频)特性曲线指出振动平台自振频率(谐振频率)的大致值并与用应变片测出实验(实验13)的结果相比较。

实验完毕关闭主、副电源。

注意事项：适当选择低频激振电压以免振动平台在自振频率附近振幅过大。

问题：如果用直流电压表来读数需增加哪些测量单元测量线路该如何？

实验十四  差动变压器的作用—电子秤之二

实验目的：了解差动变压器的实际应用。

所需单元及部件：

音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F/V表、电桥、砝码、振动平台、主、副电源。

有关旋钮初始位置：音频振荡器5kHz、F/V表打到2V档。

实验步骤：

(1) 按图１２接线并调整好电路各个部分的零位。

(2) 开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度钮使音频振荡器的输出为峰一峰值2V。

(3) 将测量系统调零(与实验7相同)。适当调整差动放大器的放大倍数，使在秤重平台上放上数量的砝码时电压表指示不溢出。

(4) 去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数，记下实验数据，填入下表：

Wq

Vp-p(V)

(5) 去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物，记下电压表读数。关闭主、副电源。

(6) 利用所得数据，求得系统灵敏度及重物的重量。

注意事项：

(1) 砝码不宜太重，以免梁端位移过大。

(2) 砝码应放在平台中间部位，为使操作方便，可将测微头卸掉。

实验十五 差动螺管式电感传感器的静态位移性能

实验目的：了解差动螺管式传感器的原理

所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低频滤波器、电压表、测微头、示波器、差动变压器二组次级线圈与铁芯、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器5kHz，幅度旋到适中位置，差动放大器增益适当，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1) 按图15接线，组成一个电感电桥测量系统。

电桥平衡网络  差动变压器  差动放大器  相敏检波器  低通滤波器  电压表  示波器

图15

(2) 装上测微头，调整铁芯到中间位置。

(3) 开启主、副电源，音频振荡器频率置5-8KHz之间，以差放输出波形不失真为好，音频幅度为2Vp-p。用类似于实验七(3)的方法，利用示波器和电压表，调整各平衡及调零旋钮，使Ｖ表读数为零。(Ｖ表始终调不到零，说明差动变压器的铁芯不处在中间位置，可适当调节测微头)。

(4) 转动测微头，同时记下实验数据，填入下表：(建议每转0.20mm读数)

位移(mm)

电压(mV)

作出V-X曲线，计算出灵敏度，比较此实验与实验十六的异同。关闭主、副电源。

注意事项：

(1) 此实验只用原差动变压器的两次线圈，注意接法。

(2) 音频振荡器必须从LV插口输出。

实验十六  差动螺管式电感传感器振动时的动态性能

实验目的：了解差动螺管式电感传感器振动时幅频性能和工作情况。

所需单元和部件：差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、F/V表、低频振荡器、双线示波器、振动平台。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器频率为5KHz，LV输出幅度为峰峰值2V，差动放大器的增益旋钮旋至中间，F表置于2KHz档，低频振荡器的幅度旋钮置于小。

注意事项：

(1)音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。

(2)差动螺管式电感的两个线圈注意接法。

(3)实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2的调整，是配调的。

(4)实验中，为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。

实验步骤：

(1)根据图１5的结构，将差动螺管式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器、移相、低通滤波器连接起来，组成一个测量电路。将示波器探头分别接至差动放大器的输出端和相敏检波器的输出端。

(2)转动测微头，脱离振动平台并远离，(使振动台振动时不至于再被吸住，这时振动平台处于自由静止状态)开启主、副电源。

(3)调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号小，这时差动放大器的增益旋钮旋至大。(如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置)

(4)为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调整差动放大器的调零电位器。将低频振荡器输出接入激振线圈。        

    (5)调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，使梁产生上下振动。

(6)调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器输出端的波形如图16所示。               载波4KHz

(7)将示波器探头换接至低通滤波器的输出端。                                          调幅波≤30Hz

    (8)调节频率，调节时可用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，

         并作幅频特性曲线，关闭主、副电源

图16

F(Hz)

3

4

5

6

7

8

9

10

20

30

Vo(P-P)

思    考：本实验与实验十三比较相似，请指出它们的各自特点？

实验十七  电涡流式传感器的静态

实验目的：了解电涡流式传感器的原理及工作性能

所需单元及部件：涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。

实验步骤：

(1)装好传感器(传感器对准铁测片安装)和测微头。

(2)观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。

(3)用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端                            

接至V表，电压表置于20V档，见图17，开启主、副电源。 

   (4)用示波器观察涡流变换器输入端的波形。

如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。                       图17

可见，波形为          波形，示波器的时基为          us/cm，故振荡频率约为          。

(5)适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：

建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出Ｖ－Ｘ曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。(好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度)。可见，涡流传感器大的特点是       ，传感器与被测体间有一个佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种      。实验完毕关闭主、副电源。

X(mm)

Vp-p(v)

V(v)

注意事项：被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。

实验十八    被测体材料对电涡流传感器特性的影响

实验目的：了解被测体材料对涡流传感器性能的影响。

所需单元及部件：涡流传感器、涡流变换器、铁测片、F/V表、测微头、铝测片、振动台、主、副电源。

实验步骤：

(1)安装好涡流传感器，调整好位置。装好测微头。

(2)按图１7接线，检查无误，开启主、副电源。

(3)从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录V表读数(V表置20V)，到出现明显的非线性为止，然后换上铝测片重复上述过程，结果填入下表(建议每隔0.05mm读数)：

X(mm)

V铝(v)

V铁(v)

根据所得结果，在同一座标纸上画出被测体为铝和铁的两条Ｖ－Ｘ曲线，照实验十七的方法计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。关闭主、副电源。

可见，这种电涡流式传感器在被测体不同时必须重新进行             工作。

注意事项：

(1)传感器在初始时可能为出现一段死区。

(2)此涡流变换线路属于变频调幅式线路，传感器是振荡器中一个元件，因此材料与传感器输出特性之间的关系与定频调幅式线路不同。

实验十九　电涡流式传感器的应用－振幅测量

实验目的：了解电涡流式传感器测量振动的原理和方法

所需单元及部件：电涡流传感器、涡流变换器、差动放大器、电桥、铁测片、直流稳压电源、低频振荡器、激振线圈、F／V表、示波器、主、副电源。

有关旋钮的初始位置:差动放大器增益置小(逆时针到底)，直流稳压电源置±4V档。

实验步骤：

(1)转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，使梁振动时不至于再被吸住(这时振动台处于自由静止状态)，适当调节涡流传感器头的高低位置(目测)，以实验十七的结果(线性范围的中点附近为佳)为参考。

(2)根据图19路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、V表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路(这时直流稳压电源应置于±4Ｖ档)，V表置20V档开启主、副电源。

图19

(3)调节电桥网络，使电压表读数为零。

(4)去除差动放大器与电压表连线，将差动放大器的输出与示波器连起来，将F表置2KHz档，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。

(5)固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置(以振动台振动时不碰撞其他部件为好)，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，关闭主、副电源。

F(Hz)

3Hz

25Hz

V(p-p)

思考：

(1)根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致为？

(2)如果已知被测梁振幅为0.2mm，传感器是否一定要安装在佳工作点？

(3)如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？

实验二十　电涡传感器应用－电子秤之三

实验目的：了解电涡流传器在静态测量中的应用。

所需单元及部件：涡流传感器、涡流变换器、F/V表、砝码、差动放大器、电桥、铁测片、主、副电源。

有关旋钮初始位置：电压表置20V档，差动放大器增益旋至小。

实验步骤：

(1)按图19的电路接线。

(2)调整传感器的位置，使其处于线性范围的终点距离附近处(与被测体之间的距离为线性终端处附近，目测)。

(3)开启主、副电源，调整电桥单元上的电位器W1，使电压表为零。

(4)在平台上放上砝码，读出表头指示值，填入下表：

Ｗ(g)

V(v)

(5)在平台上放一重物，记上电压表读根据实验数据作出Ｖ－Ｗ曲线，计算灵敏度及重物的重量。

说明：差动放大器的增益适当，视指示而定。

注意事项：砝码重物不得使位移出线性范围。做此实验应与电子秤、之二相比较。

实验二十一    霍尔式传感器的特性—直流激励

实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

(2)开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置小，关闭主电源，根据图21接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

    环形磁铁             电桥平衡网络  霍尔式传感器  差动放大器  电压表

图21

(3)装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

(4)开启主、副电源调整W1使电压表指示为零。

(5)上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表：

X(mm)

V(V)

X(mm)

V(v)

作出V－X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。

可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。

(6)实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。

注意事项：

(1)由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。

(2)一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。

(3)激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。

实验二十二    霍尔式传感器的应用—电子秤之四

实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F/V表(电压表)、主、副电源、振动平台。

有关旋钮初始位置：直流稳压电源±2V，电压表2V档，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)开启主、副电源将差动放大器调零，关闭主、副电源。

(2)调节测微头脱离平台并远离振动台。

(3)按图21接线，开启主、副电源，将系统调零。

(4)差动放大器增益调至小位置，然后不再改变。

(5)在称重平台上放上砝码，填入下表：

W(g)

V(v)

(6)在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出Ｖ－Ｗ曲线，求得未知重量。

注意事项：

(1)此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。

(2)砝码应置于平台的中间部分。

实验二十三   霍尔式传感的特性—交流激励

实验目的：了解交流激励霍尔片的特性

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检波、低通滤波器、主、副电源、电压表、示波器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡器１KHz，放大器增益大，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。

(2)调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图23接线，开启主、副电源，将音频振荡器的输出幅度调到5Vp-p值，差放增益置小。利用示波器和V表按照实验十的方法调整好W1、W2及移相器。再转动测微头，使振动台吸合并继续调节测微头使Ｖ表显示零(V表置20V档)。

图23

(3)旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数填入下表：

X(mm)

V(v)

X(mm)

V(v)

找出线性范围，计算灵敏度。

注意事项：

交流激励信号必须从电压输出端0º或LV输出，幅度应限制在峰－峰值5V以下，以免霍尔片产生自热现象。

实验二十四  霍尔式传感器的应用—振幅测量

实验目的：了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示波器、F/V表。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋大，音频振荡器１KHz。

实验步骤：

(1)开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。

(2)根据电路图24结构，将霍尔式传感器，直流稳压电源，电桥平衡网络，差动放大器，电压表连接起来，组成一个测量线路(电压表应置于20V档，基本保持实验二十三电路)，并将差放增益置小。

图24

(3)开启主、副电源转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使梁振动时不至于再被吸住(这时振动台处于自由静止状态)。

(4)调整电桥平衡电位器W1和W2，使V表指示为零。

(5)去除差动放大器与电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，将F表置２KHz档，并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用F表监测频率。

(6)低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率(频率表监测频率)，用示波器读出低通滤波器输出的峰峰值填入下表：

f(Hz)

Vp-p

思考：

(1)根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为。

(2)在某一频率固定时，调节低频振荡器的幅度旋钮，改变梁的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出梁振动时的位移距离。

(3)试想一下，用其他方法来测振动平台振动时的位移范围，并与本实验结果进行比较验证。

注意事项：应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。

实验二十五  磁电式传感器的性能

实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能

所需单元及部件：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主副电源、F/V表。

有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于小，Ｆ表置2KHz档。

实验步骤：

(1)观察磁电式传感器的结构，根据图25的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连，开启主、副电源。

图25

(2)调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：

F(Hz)

3

4

5

6

7

8

9

10

20

25

V(p-p)

(3)拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形(波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器的实验)并与磁电传感器的输出波形相比较。

思考：

(1)试回答磁电式传感器的特点？

(2)比较磁电式传感器与涡流传感器输出波形的相位，为什么？

实验二十五  磁电式传感器的性能

实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能

所需单元及部件：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源、F/V表。

有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于小，Ｆ表置2KHz档。

实验步骤：

(1)观察磁电式传感器的结构，根据图25的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连，开启主、副电源。

图25

(2)调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：

F(Hz)

3

4

5

6

7

8

9

10

20

25

V(p-p)

(3)拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形(波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器的实验)并与磁电传感器的输出波形相比较。

思考：

(1)试回答磁电式传感器的特点？

(2)比较磁电式传感器与涡流传感器输出波形的相位，为什么？

实验二十六  压电传感器的动态响应实验

实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。

所需单元及设备：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。

有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于小，F表置2KHz档。

实验步骤：

(1)观察压电式传感器的结构，根据图26的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。

图26

(2)将低频振荡信号接入振动台的激振线圈。

(3)调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：

F(Hz)

5

7

12

15

17

20

25

V(p-p)

(4)示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。

思考：

(1)根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致？

(2)试回答压电式传感器的特点。比较磁电式传感器输出波形的相位差Δφ大致为？为什么？

实验二十七  压电传感器的引线电容

对电压放大器的影响、电荷放大器

实验目的：验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器的原理和使用。

所需单元及部件：低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、F／V表、单芯屏蔽线、差动放大器、直流稳压源、双线示波器。

有关旋钮的初始位置：低频荡器的幅度旋钮置于小，Ｖ表置20V档，差动放大器增益旋钮至小，直流稳压电源输出置于4V档。

实验步骤：

(1)按图27接线，注意低频振荡器的频率应打在5－30Hz，相敏检波器参考电压应从直流输入插口输入，差动放大器的增益旋钮旋到适中。直流稳压电源打到±4V档。

图27

(2)示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。

(3)开启电源，观察示波器上显示的波形，适当调节低频振荡器的幅度旋钮，使差动放大器的输出波形较大且没有明显的失真。

(4)观察相敏检波器输出波形，解释所看到的现象。调整电位器，使差动放大器的直流成份减少到零，这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到，为什么？

(5)适当增大差动放大器的增益，使电压表的指示值为某一整数值(如1.5V)。

(6)将电压放大器与压电加速度计间的屏蔽线换成与原来一根长度不同的屏蔽线，读出电压表的读数。

(7)将电压放大器换成电荷放大器，重复实验。

注意事项：

(1)低频振荡器的幅度要适当，以免引起波形失真。

(2)梁振动时不应发生碰撞，否则将引起波形畸变，不再是正弦波。

(3)由于梁的相频特性影响，压电式传感器的输出与激励信号一般不为180，故表头有较大跳动，此时，可以适当改变激励信号频率，使相敏检波输出的两个半波尽可能平衡，以减少电压表跳动。

思考：

(1)相敏检波器输入含有一些直流成份与不含直流成份对电压表读数是否有影响，为什么？

(2)根据实验数据，计算灵敏度的相对变化值比较电压放大器和电荷放大器受引线电容的影响程度并解释原因？

(3)根据所得数据，结合压电传感器原理和电压、电荷放大器原理，试回答引线分布电容对电压放大器和电荷放器性能有什么影响？

实验二十八　差动变面积式电容传感的静态及动态特性

实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器

有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，V表置于2V档

实验步骤：

(1)按图28接线。

(2)V表打到20V，调节测微头，使输出为零。

(3)转动测微头每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上(或下)静片复盖面积大为止。

X(mm)

V(mv)

图28

退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv)值。

(4)计算系统灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ(式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变化)并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。

X(mm)

V(mv)

(5)卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。

实验二十九    双平行梁的动态特性—正弦稳态影响

实验目的：本实验说明如何用传感器来测量系统的动态特性。

所需单元：按需要自行选取。

有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于小，F表置2KHz档。

实验步骤：

(1)由于梁的振幅变化很大，为了提高测量准确度，不同的振幅可以用不同的传感器来测量。

(2)相位差可用示波器测量，如用双线示波器直接比较或用李萨育图形来进行。当然的仪器更好。

(3)由于低频振荡器频率不很正确，请用频率计来测量。

(4)输出电压幅值用示波器测量。如需，可用峰值电压表或低频交流电压表进行测量。

注意事项：

(1)低频振荡器的幅度旋钮要适当控制，以免在自振频率附近振幅过大。

(2)所选用的传感器应按前面实验的方法正确使用。

问题：

(1)在本实验仪所用的几种传感器中，哪些传感器灵敏度高？可测位移大？

(2)为了得出相频特性和幅振特性，在实验中应读上哪些数据？

实验三十  扩散硅压阻式压力传感器实验

基本原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片上用扩散工艺(或离子注入及溅射工艺)制成一定形状的应变元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。

实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。

所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器(差压)压力计。

旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档，V表切换开关置于2V档，差放增益适中或大，主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。(见附录二)

(2)如图30A将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反相均可；

(3)如图30B接好传感器供压回路。

(4)将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。

(5)开启主、副电源-，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数

(6) 拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，记下此时读数，然后每隔这一刻度差，记下读数，并将数据填入下表：

图30B

压力(kpa)

电压(Mv)

注意事项：

(1)如在实验中压力计指针不稳定应检查加压气体回路是否有漏气现象.气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。

(2)如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器与压力表之间的供气压力不均匀。

(3)如觉得差动放大器增益不理想，可调整其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。

(4)实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。(拆去实验连接线时要注意手要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线。)

问题：

差压传感器是否可用作真空度以及负压测试?

实验三十一  光纤位移传感器静态实验

实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。

所需单元及部件：电桥、主、副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。

实验步骤：

(1)观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布；

(2)了解振动台在实验仪上的位置(实验仪台面上右边的圆盘，振动台上装有光的反射面，即电涡流的测铁片兼。

(3) 如图31接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。

(4)旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益大，调节W1后再调节差动放大器零位旋钮使电压表计数尽量为零，旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小—大—小的变化

图31

(5)旋转测微头使V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm读出电压表的读数，并将其填入下表：

ΔX(mm)

0.05

0.10

0.15

0.20

……

10.00

指示(V)

(6)关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。

(7)作出V-ΔX曲线，计算灵敏度S=ΔV／ΔX及线性范围。

实验三十二  光纤位移传感器的动态测量

实验目的：了解光纤位移传感器的动态应用。

所需单元及部件：主副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈、示波器。

实验步骤：

(1)了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号。

(2)在实验(三十一)中的电路中接入低通滤波器和示波器，如图32接线。

(3)将测微头与振动台面脱离，测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射纸的距离调整在光纤传感器工作点即线性段中点上(利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线性中点的距离为工作点，目测振动台上的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即线性区ΔX的中点)。

(4) 将低频振荡信号接入振动台的激振线圈上，开启主、副电源，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中；

(5)保持低频振荡器输出的Vp-p幅值不变，改变低频振

图32

荡器的频率(用示波器观察低频振荡器输出的Vp-p值为一定值，在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度旋钮使Vp-p相同)，将频率和示波器上所测的峰峰值(此时的峰峰值Vp-p是指经低通后的Vp-p)填入下表，并作出幅频特性图：

幅度(Vp-p)

频率(Hz)

(6)关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始小位置。

实验三十三 光纤位移传感器的动态测量二

实验目的：了解光纤位移传感器的测速运用。

所需单元及部件：电机控制、差动放大器、小电机、F/V表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器。

实验步骤：

(1)了解电机控制小电机(小电机端面上贴有两张反射纸)在实验仪上所在的位置小电机在安装传感器的平台上。

(2)按图33接线，将差动放大器的增益置大，V表的切换开关置2V，开启主、副电源。

(3)将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸(白的小圆圈)，调节光纤传感器的高度，使V表显示大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零，使V表显示接近零。

(4)将直流稳压电源置±10V档，在电机控制单元的V+处接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转。

图33

(5)F表置2K档显示频率，用示波器观察F。输出端的转速脉冲信号。(Vp-p=4V)；

(6)根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。

(7)实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。

注：如示波器上观察不到脉冲波形而实验(二)又正常，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适(建议使用不带衰减的探头)。

实验三十四  PN结温度传感器测温实验

基本原理

晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。它具有线性好、时间常数小(0.2～2秒)，灵敏度高等优点，测温范围为-50℃～+150℃。其不足之处是离散性大互换性较差。

实验目的：了解PN结温度传感器的特性及工作情况。

所需单元：主、副电源、可调直流稳压电源、－15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V表、加热器、电桥、水银温度计(自备)。

旋钮初始位置：直流稳压电源±6V档，差放增益小逆时针到底(1倍)，电压放大器幅度大4.5倍。

实验步骤：

(1)了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。

(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表“二级管”档，测量PN结正反向的结电压，得出其结果。

(3)把直流稳压电源V+插口用所配的电阻线(51K)与PN结传感器的正端相连，并按图34接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。

(4)开启主、副电源，调节W1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值(Δt)。

(5)将-15V接入加热器(－15V在低频振荡器右下角)，观察电压表读数的变化，因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为：-2.1mV/℃。随着温度的升高，其PN结电压将下降ΔV，该ΔV电压经差动放大器隔离传递( 增益为1)，至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S≈10mV/℃。待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值(ΔT)。此时该点的温度为ΔT+Δt。

图34

注意事项：

(1)该实验仅作为一个演示性实验。

(2)加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。

问题：

(1)分析一下该测温电路的误差来源。

(2)如要将其作为一个0～100℃的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件?

实验三十五 热敏电阻演示实验

热敏电阻特性：

    热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC热敏电阻(负温度系数)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。

    一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。

实验目的：了解NTC热敏电阻现象。

所需单元及部件：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、－15V稳压电源、F/V表、主副电源。

实验步骤：

(1)了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个兰色或棕色元件，封装在双平行振动梁上片梁的表面。

(2)将V表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置±2V档，按图35接线，开启主．副电源，调整W1电位器，使V表指示为100mV左右。这时为室温时的Vi。

(3)将-15V电源接入加热器，观察电压表的读数变化，

图35

电压表的输入电压：

(4)由此可见，当温度        时，RT阻值         ，Vi           。

思考题：

如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个0～50℃的温度测量电路，你认为该怎样来实现？

实验三十六  气敏传感器(MQ3)实验

实验目的：了解气敏传感器的原理与应用。

所需单元：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源±4V档、V表置2V档、差动放大器增益置小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。

实验步骤：

(1)仔细阅读“使用说明”，差动放大器的输入端(＋)、(－)与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。

(2)关闭主、副电源，按图36接线。

(3)开启主、副电源，预热约5分钟后，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并尽入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数           。它反映了传感器AB两端间的电阻随着            发生了变化。说明MQ3检测到了酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。

图36

思考题：如果需做成一个酒精气体报警器，你认为还需采取哪些手段？

提示：(1)需进行浓度

      (2)在电路上还需增加......

MQ系列气敏元件使用说明

一、特点

1、具有很高的灵敏度和良好的选择

2、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。

二、结构、外形、元件符号

1、MQ系列气敏元件的结构和外形如图1所示，由微型AL₂O₃陶瓷管、SNO₂敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢网的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

2、好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。                                             

三、性能

1、标准回路：如图2所示，MQ气敏元件的标准测试回路两部分组成。其一为加热回路。其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。           

2、传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻R_L上的有效电压信号V_RL输出面获得的。二者之间的关系表述为：Rs/R_L=(Vc－V_RL)/V_RL

图1

图2

3、标准工作条件：

4、环境条件：

符号

参数名称

技术条件

备注

符号

参数名称

技术条件

备注

VC

回路电压

10V

AC  OR  DC

Tao

使用温度

－20℃－50℃

使用范围

Vh

加热电压

5V

AC  OR  DC

Tas

储存温度

－20℃－70℃

RL

负载电阻

可调

0.5-200K

RH

相对温度

小于95％RH

Rh

加热器电阻

33Ω±5％

室温

O₂

氧气浓度

21％(标准条件)氧气浓度会影响灵敏度

小值大2％

Ph

加热功耗

＜800mw

5、灵敏度特性：

符号

参数名称

技术条件

探测浓度范围：(ppm)

适用气体

Rs

敏感体电阻

10KΩ－1000KΩ  (洁净空气中)

MQ－2

300－1000  I-C₄H₁₀

丁烷、丙烷、烟雾、氯气液化石油气

A

浓斜率度

≤0.65

MQ－3

50-2000  C₂H₅OH

酒精

标准测试条件

Temp:20℃±2℃Vc:10V±0.1V

Humidity:65%±5％Vh:5V±0.1V

MQ－4

1000-20000 CH₄

甲烷、天燃气

MQ－5

800-5000  H₂

氢气、煤气

预热时间

大于24小时

MQ－6

300-10000 LPG

液化石油气

MQ－7

30-1000  CO

一氧化碳，氢气

实验三十七  湿敏电阻(RH)实验(选配)

实验目的：了解湿敏传感器的原理与应用。

所需单元及元件：电压放大器、F／V表、电桥、RH湿敏电阻、直流稳压电源、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置±2V档、V表置2V档。

实验步骤：

(1)观察湿敏电阻结构，它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形成的，按图37接线。

(2)取二种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。分别轻轻地与传感器接触，观察电压表数字变化，此时电压表的指示           ，也就是RH阻值变           ，说明RH检测到了湿度的变化，而且随着湿度的不同阻值变化也不一样。注意取湿材料不要太湿，有点潮就行了。否则会产生湿度饱和现象，延长脱湿时间。

(3)RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。这点请实验者注意。

问题：你能用RH做成一个湿度测量仪吗？请画出电路图并加以说明。

图37

高分子薄膜电阻型湿度传感器

感测机理：湿敏膜是高分子电解质，其电阻值的对数与相对湿度是近似线性关系。在电路用字母“RH”表示。

测量范围：10%-95%

阻    值：几兆欧—几千欧

响应时间：汲湿，脱湿小于10秒

工作温度：0℃—50℃

湿度系数：0.5RH%/℃

工作精度：3%

寿    命：一年以上

传感器尺寸：4×6×0.5mm³

电     源：AC：1KHz，2-3V 或DC 2V

实验三十八　　光电传感器测转速实验

基本原理：

光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿输出管及波形整形组成。发射管发射红外光经电机反射面反射，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经F/V表测出频率。

实验目的：了解光电传感器测转速的原理及运用

所需单元及部件：电机控制单元、小电机、F/V表、光电传感器、＋5V电源、可调±2V－±10V直流稳压电源、主副电源、示波器

实验步骤：

(1)合上主、副电源，将可调整±2V－±10V的直流稳压电源的切换开关切换到±10V，在电机控制单元的V＋处接入＋10V电压，电机控制单元的地接至直流稳压电源的地调节转速旋钮使电机转动。

(2)将F表的切换开关切换到2K档测频率，F表显示频率值。可用示波器观察F。如图38接线。

(3)根据测到的频率及电机转页档片数目算出此时的电机转速。即：N＝V表显示值÷6×60(n/min)

(4)实验完毕，关闭主、副电源。

问题：光电传感器测速产生误差的原因是什么？

图38

传感器实验仪联机软件使用说明

一、简介：

本软件是为西安飞腾仪器仪表有限公司生产的GT-GD2000型传感器实验仪配套的专门开发的应用软件。它以Windows操作系统为工作平台，可在win98、winxp、win2000或win2003等操作系统下运行。

GT-GD2000型传感器实验仪设有应变式、电容式、电涡流式、差动螺管电感式、霍尔式、压电式、磁电式、热电偶、热电阻、光纤、光电管等各类传感器，并提供电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、电荷放大器、光电转换器等测量电路，能做几十种传感器及相关实验。实验仪内设有AD采集卡、A/D芯片为AD574、微处理为89C52、模拟量输入信号大可为±5V或±10V。实验仪和PC机用导线连接后，就能在PC机上对数据进行实时采样和处理。

本软件为用户提供了灵活多样的可选操作界面。实验内容可由用户进行选择，一共设置了39种实验，另加1种自定义实验。实验类型根据传感器输出信号的不同而分为静态实验和动态实验两种。采样速率则一律设为4KHZ。对于静态实验采样点数可在1到100点之间选择。对于动态实验，每次通信传送100组数据。Y轴的量程选择从±100mV到±10V分为七档，X轴点数从250到5000分为十一档。

在静态采样时，在画面右面的数据表格框和附录框中均显示出采集到的数据，同时画面左边的坐标图上显示出采集到数据点。在动态采样时，数据表格框和附录框均显示出采集到的100组数据，同时到坐标图上画出一条曲线，再执行一次动态采集时，数据表格框中的数据将更新，而附录框中的数据则补充在后面，在坐标图上则再显示一条曲线(前面的曲线不擦除)，这样，在坐标图上可同时显示多条动态曲线。

静态实验图

动态实验图

坐标图

数据表格框

附录框

本软件还有数据文件的存取功能。可将静态采样或动态采样的数据存盘。数据文件名为*.dat，均为100组数据，对于静态文件，若还不到100组数据，则其后的值以0值填充到100组。调出历史数据时，除了在附录框中显示出100组数据外，同时在坐标图上画出一条曲线。

本软件还有实验数据库管理的功能。能将数据保存到数据库文件sys  sy.mdb中，可对该文件中的实验记录表进行查询、添加、更新和删除等操作。进行屏幕打印时，可得到包括实验数据、曲线以及实验记录表的各个字段值在内的一张表格。

联机帮助功能包括本软件的详细使用说明。本软件还提供Windows中的计算器工具。

此外，对于静态信号，提供了端点法和小二乘法两种分析方法。只要输入十一组数据及两点间的距离，就可算出大的非线性误差值；对于动态信号，只要显示的图形具有明显的周期性(大于一个周期)，则能分析出该动态信号的频率。

二、应用软件的安装

要求PC机的CPU应为奔腾100以上，16M以上为内存，显示器分辨率应为800×600或更高。

执行随机所带的光盘上的setup.exe程序，然后按提示操作，便可方便的将应用软件安装在电脑中。

应用软件安装好后，检查一下在安装文件夹中应该有以下的文件：

1、应用程序：cgq.exe

2、端点法分析程序：end.exe     

3、小二乘法分析程序：min.exe

4、Access数据库：sys-sy.mdb

5、帮助文件Vbhelp.hlp

双击“传感器实验仪”图标或“cgq.exe”进入应用程序画面，就可进行各种操作。数据库文件sys-sy.mdb也可在Access中对实验记录进行添加、更改和删除。

三、软件使用说明

1、菜单

菜单栏有七个子菜单，：“文件”，“串口设置”，“实验类型”，“实验分析”，“数据库”，“帮助”和“退出”。

文件子菜单中有：保存实验数据，调出历史数据，打印屏幕、退出。

串口设置子菜单中有：串口选择、COM1或COM2，串口通讯自检。

实验类型子菜单中有：静态实验、动态实验。

实验分析子菜单中有：计算器、端点法、小二乘法。

数据库子菜单中有：添加、更改和删除。

文件子菜单

串口设置子菜单

实验类型子菜单

实验分析子菜单

数据库子菜单

2、选择按钮

“实验记录”：可选取实验记录数据库中的一条记录。

“实验选择”：可在39种传感器中选取一种实验，或自定义一种实验。

“量程选择”：可选择Y量程±100mV，±200mV，±500mV，±1V，±5V，±10V。

“X轴点数”：可选择X量程：250，500，750，1000，1250，1500，1750，2000，2250，2500，5000。

3、命令按钮：

(1)静态实验时有“采集数据”、“从头开始”、“清除上表数据”和“清除附录数据”四个命令按钮。

“采集数据”：点击一下采集一组数据，在数据表格框和附录框中显示出采集到的数值，同时在坐标图中显示出一个点。数据表格框一共8行，每行50组数据，行填充完后，从下一行一列再开始。附录框中的数据可一直往下延伸。

“从头开始”：从数据表格框的行一列开始显示。

“清除上表数据”：清除数据表格框中的数据，同时清除坐标图的显示点。

“清除附录数据”：清除附录框中的所有数据。

(2)动态实验时有“启动”、“接收”、“清除”和“清除附录数据”四个命令按钮。

“启动”：点击时开始采集动态数据。

“接收”：点击时，PC机接受传感器送来的数据，在数据表格框和附录框中显示出一组(100个)数值，同时在坐标图中画出一条曲线，再一次按下时，数据表格框中的数据将更新(旧的去掉新的填充)，而附录框中的数据，旧数据保留，新数据往下延伸，在坐标图中另外再画一条曲线。

“清除”：清除数据表格框中的数据，同时清除坐标图上的曲线。

“清除附录数据”：清楚附录框中的所有数据。

(3)在动态信号具有明显周期性(大于一个周期)时，可点击“动态信号频率”，从而算出该信号的频率。

4、实验记录数据库包括“姓名”、“班级”、“实验记录号”、“日期”、“保存的文件名”和“附录”等字段。其中“姓名”、“班级”、“保存的文件名”要求实验者填写。“附录”中除了有采集到的数据外，也可填入其他字符。在退出应用程序后，各字段填入的字符将自动保存。

四、实验操作步骤

1、选择实验记录号，填入姓名、班级等资料，若不要求保存和打印，则可不选。

2、选择实验项目：可在三十九种实验中选择一种，或自定义一种实验。选好一种实验后，实验模式、量纲、采样频率和实验类型也相应确定。

3、把选中实验的输出信号连于PC端口，信号需放大接于V1(和地)，不需放大接于V2(和地)。

4、选好“量程选择”和“X轴点数”，默认值为±5V和1000。 

5、在静态实验时，点击“采集数据”按钮，则在数据表格框和附录框中显示出采集到的一组数据，坐标图上显示出一个点，再点击一次，则显示出下一组数。出100个点时，数据表格框和附录框中的数据不断往下记录，但坐标图上的点则从X=0开始。若要保存数据，则点击菜单：文件—保存实验数据，在弹出的对话框中输入文件名，“确定”后退出。注意：保存的数据应为从X=0开始的100组数据，若实测数据不到100组，则实测数据后的数据用零填充。

6、动态实验时，点击“启动”之后再点击“接收”，则在数据表格框和附录框中显示出100组数据，同时坐标图上画出一条曲线，此时X轴代表时间。再点击一下“启动”，紧接着点击“接收”，则数据表框中100组数据将更新，附录框在前100组数据之后再补充100组数据，同时坐标图上再画出一条曲线。保存数据的步骤与静态实验相同。注意：保存的数据应为后一次采集到的100组数据。

7、在串口设置中，默认串口选择为COM1，若与PC机串口2相连，则应改为COM2。串口协议为：波特率4800，1位停止位，无奇偶校验。点击“串口通讯自检”后再点击一下“接收”，这时坐标图上应显示出有六个峰的正弦曲线，若没有显示，则表示传感器实验仪与电脑通讯不正常。

8、点击“文件”—“调出历史数据”，在弹出的对话框中输入文件名，“确定”后，在坐标图上将显示出一条曲线，同时在附录框中将显示出100组历史数据。

9、点击“文件”—“打印屏幕”，则将屏幕上的整幅画面全部打印出来，其中包括实验曲线和数据，实验记录的各个字段，注意:在打印之前应选择“A4纸复印纸”，“横向打印”。

10、若要处理实验数据，可点击“实验分析”菜单。它包括“计算器”、“端点法”、“小二乘法”三个子菜单。用“端点法”或“小二乘法”，在输入十一组静态数据和两点间距离之后，可算出大的非线性误差值。

11、点击“帮助”可看到“传感器实验仪联机软件使用说明”的详细说明。

通讯自检波形