CSY實驗指導書

1、使用說明CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀是用于檢測儀表類課程教案實驗的多功能教案儀 器。其特點是集被測體、各種傳感器、信號激勵激、處理電路和顯示器于一體，可 以組成一個完整的測試系統(tǒng)。通過實驗指導書所提供的數(shù)十種實驗舉例，能完成包 含光、磁、電、溫度、位移、振動、轉速等內(nèi)容的測試實驗。通過這些實驗，實驗 者可對各種不同的傳感器及測量電路原理和組成有直觀的感性認識，并可在本儀器 上舉一反三開發(fā)出新的實驗內(nèi)容。實驗儀主要由實驗工作臺、處理電路、信號與顯示電路三部分組成。一、位于儀器頂部的實驗工作臺部分，左邊是一副平行式懸臂梁，梁上裝有 應變式、熱敏式、P- N結溫度式、熱電式和壓電加速度五種傳感器。平行

2、梁上梁的上表面和下梁的下表面對應地貼有八片應變片，受力工作片分 別用符號和表示。其中六片為金屬箔式片VBHF-350 ）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號和表示T上標有“ BY ”字樣的為半導體式應變片，靈敏系數(shù)130。熱電式V熱電偶）：串接工作的兩個銅一康銅熱電偶分別裝在上、下梁表面， 冷端溫度為環(huán)境溫度。分度表見實驗指導書。熱敏式：上梁表面裝有玻璃珠狀的半導體熱敏電阻MF-51 ,負溫度系數(shù)，25C時阻值為 810K。P- N結溫度式：根據(jù)半導體P- N結溫度特性所制成的具有良好線性范圍的溫度傳感器。壓電加速度式：位于懸臂梁右部，由PZT-5雙壓電晶片，銅質量塊和壓簧組成，裝在透明外殼中

3、。實驗工作臺左邊是由裝于機內(nèi)的另一副平行梁帶動的圓盤式工作臺。圓盤周 圍一圈所安裝有 V依逆時針方向）電感式 V差動變壓器）、電容式、磁電式、霍爾 式、電渦流式五種傳感器。電感式V差動變壓器）：由初級線圈Li和兩個次級線圈 L。繞制而成的空心線圈，圓柱形鐵氧體鐵芯置于線圈中間，測量范圍>10mm。電容式：由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積 式差動電容，線性范圍 3mm。磁電式：由一組線圈和動鐵<永久磁鋼）組成，靈敏度0.4Wm/s。霍爾式：HZ -1半導體霍爾片置于兩個半環(huán)形永久磁鋼形成的梯度磁場中，線 性范圍3mm。電渦流式：多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬

4、渦流片組成的傳感器，線性范圍 >1mm。光電式傳感器裝于電機側旁。兩副平行式懸臂梁頂端均裝有置于激振線圈內(nèi)的永久磁鋼，右邊圓盤式工作 臺由“激振I”帶動，左邊平行式懸臂梁由“激振 II ”帶動。為進行溫度實驗，左邊懸臂梁之間裝有電加熱器一組，加熱電源取自15V直流電源，工作時能獲得高于溫度30 C左右的升溫。以上傳感器以及加熱器、激振線圈的引線端均位于儀器下部面板最上端一排。實驗工作臺上還裝有測速電機一組及控制、調速開關。兩只測微頭分別裝在左、右兩邊的支架上。二、信號及顯示部分：位于儀器上部面板低頻振蕩器：130Hz輸出連續(xù)可調，Vp-p值20V，最大輸出電流 0.5A , Vi 端插口

5、可提供用作電流放大器。音頻振蕩器：0.4KHz10KHz 輸出連續(xù)可調， Vp-p值20V , 180 °、0 °為反 相輸出，Lv端最大功率輸出 0.5A。直流穩(wěn)壓電源：土 15V，提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最 大輸出1.5A。土 2V ± 10V，檔距2V，分五檔輸出，提供直流信號源，最大輸出 電流1.5A。數(shù)字式電壓/頻率表：31位顯示，分 2V、20V、2KHz、20KHz四檔，靈敏度2> 50mV，頻率顯示 5Hz20KHz。指針式直流毫伏表：測量范圍500Mv、50mV、5mV三檔，精度 2.5%。三、處理電路：位于儀器下部面板

6、電橋：用于組成應變電橋，面板上虛線所示電阻為虛設，僅為組橋提供插座。R" R3為350Q標準電阻， Wd為直流調節(jié)電位器，Wa為交流調節(jié)電位器。差動放大器：增益可調比例直流放大器，可接成同相、反相、差動結構，增 益 1- 100 倍。光電變換器：提供紅外發(fā)射、接收、穩(wěn)幅、變換，輸出模擬信號電壓與頻率變 換方波信號。四芯航空插座上裝有光電轉換裝置和兩根多模光纖一根接收，一根發(fā)射）組成的光強型光纖傳感器。電容變換器：由高頻振蕩、放大和雙 T 電橋組成。 移相器：允許輸入電壓 20Vp-p ，移相范圍± 40° 隨頻率有所變化）。 相敏檢波器：極性反轉電路構成，所需最小

7、參考電壓 0.5Vp-p ，允許最大輸入 電壓 20Vp-p 。電荷放大器：電容反饋式放大器，用于放大壓電加速度傳感器輸出的電荷信 號。電壓放大器：增益 5 倍的高阻放大器。 渦流變換器：變頻式調幅變換電路，傳感器線圈是三點式振蕩電路中的一個 元件。溫度變換器：根據(jù)輸入端熱敏電阻值及P- N 結溫度傳感器信號變化輸出電壓信號相應變化的變換電路。低通濾波器：由 50Hz 陷波器和 RC 濾波器組成，轉折頻率 35Hz 左右。 使用儀器時打開電源開關，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常。儀器 下部面板左下角處的開關控制處理電路的± 15V 工作電源，進行實驗時請勿關掉。指針式毫伏表工作

8、前需對地短路調零，取掉短路線后指針有所偏轉是正?，F(xiàn) 象，不影響測試。請用戶注意，本儀器是實驗性儀器，各電路完成的實驗主要目的是對各傳感 器測試電路做定性的驗證，而非項目應用型的傳感器定量測試。各電路和傳感器性能建議通過以下實驗檢查是否正常： 1應變片及差動放大器，參考附圖2 進行單臂、半橋和全橋實驗，各應變片是否正常可用萬用表電阻檔在應變片兩端測量。各接線圖兩個節(jié)點間即為一實驗接 插線，接插線可多根迭插，為保證接觸良好插入插孔后請將插頭稍許旋轉。2半導體應變片，進行半導體應變片直流半橋實驗。3熱電偶，按附圖 4接線，加熱器接 15V 電源，另一端接地，觀察隨溫度升高熱電勢的變化。4熱敏式，按附

9、圖 5 接線，進行“熱敏傳感器實驗”，電熱器加熱升溫，觀 察隨溫度升高“ V 0”端輸出電壓變化情況，注意熱敏電阻是負溫度系數(shù)。5P-N 結溫度式，進行 P-N 結溫度傳感器測溫實驗，注意電壓表2V 檔顯示值為絕對溫度 T 。6進行“移相器實驗”，用雙蹤示波器觀察兩通道波形。 7進行“相敏檢波器實驗”，相敏檢波端口序數(shù)請參照附圖6，其中 4 端為參考電壓輸入端。8進行“電容式傳感器特性”實驗，接線參照附圖7。當振動圓盤帶動動片上下移動時，電容變換器 V0 端電壓應正負過零變化。9進行“光纖傳感器 位移測量”，光纖探頭可安裝在原電渦流線圈的橫 支架上固定，端面垂直于鍍鉻反射片，旋動測微頭帶動反射

10、片位置變化，從“Vo”端讀出電壓變化值。光電變換器“Fo”端輸出頻率變化方波信號。測頻率變化時可參照“光纖傳感器 轉速測試”步驟進行。10.進行光電式傳感器測速實驗，Vf端輸出的是頻率信號。11將低頻振蕩器輸出信號送入低通濾波器輸入端、輸出端用示波器觀察， 注意根據(jù)低通輸出幅值調節(jié)輸入信號大小。12. 進行“差動變壓器性能”實驗，檢查電感式傳感器性能，實驗前要找出 次級線圈同名端，次級所接示波器為懸浮工作狀態(tài)。13. 進行“霍爾式傳感器直流激勵特性”實驗，接線參照附圖9，直流激勵信 號絕對不能大于土 2V，否則一定會造成霍爾元件燒壞。14. 進行“磁電式傳感器”實驗，磁電傳感器兩端接差動放大器

11、輸入端，用 示波器觀察輸出波形，參見附圖 12。15. 進行“壓電加速度傳感器”實驗，接線參見附圖13。此實驗與上述第 12 項內(nèi)容均無定量要求。16. 進行“電渦流傳感器的靜態(tài)標定”實驗，接線參照圖11，其中示波器觀 察波形端口應在渦流變換器的左上方，即接電渦流線圈處，右上端端口為輸出經(jīng)整 流后的直流電壓。17. 如果儀器是帶微機接口和實驗軟件的，請參閱數(shù)據(jù)采集及處理說明。數(shù) 據(jù)采集卡已裝入儀器中，其中 A/D 轉換是 12 位轉換器，無漏碼最大分辨率 1/2048即 0.05% ），在此范圍內(nèi)的電壓值可視為容許誤差。所以建議在做小信號 實驗 如應變電橋單臂實驗）時選用合適的量程，以正確選取

12、信號。儀器后部的 RS232 接口請接計算機 COM2 口串行工作。否則計算機將收不到 信號。儀器工作時需良好的接地，以減小干擾信號，并盡量遠離電磁干擾源。 儀器的型號不同，傳感器種類不同，則檢查項目也會有所不同。 上述檢查及實驗能夠完成則整臺儀器各部分均為正常。 實驗時請非常注意實驗指導書中實驗內(nèi)容后的“注意事項”，要在確認接線 無誤的情況下開啟電源，要盡量避免電源短路情況的發(fā)生，加熱時“ 15V ”電源不 能直接接入應變片、熱敏電阻和熱電偶。實驗工作臺上各傳感器部分如位置不太正 確可松動調節(jié)螺絲稍作調整，以按下振動梁松手，各部分能隨梁上下振動而無碰擦 為宜。附件中的稱重平臺是在實驗工作臺左

13、邊的懸臂梁旁的測微頭取開后裝于頂端 的永久磁鋼上方，環(huán)形圓片代替砝碼做稱重實驗。實驗開始前請檢查實驗連接線是 否完好，以保證實驗順利進行。本實驗儀需防塵，以保證實驗接觸良好，儀器正常工作溫度0 c 40 C。目錄使用說明實驗內(nèi)容各型傳感器實驗儀按需選用）實驗一箔式應變片性能單臂電橋實驗二箔式應變片三種橋路性能比較實驗三箔式應變片的溫度效應實驗四應變電路的溫度補償實驗五半導體應變片性能實驗六半導體應變片直流半橋測試系統(tǒng)實驗七箔式應變片與半導體應變片性能比較實驗八移相器實驗實驗十箔式應變片組成的交流全橋實驗十一激勵頻率對交流全橋的影響實驗十二交流全橋的應用振幅測量實驗十三交流全橋組成的電子秤實驗十

14、四差動變壓器性能實驗十五差動變壓器零殘電壓的補償實驗十六差動變壓器的標定實驗十七差動變壓器的振動測量實驗十八差動螺管式電感傳感器位移測量實驗十九差動螺管式電感傳感器振幅測量實驗二十激勵頻率對電感傳感器的影響實驗二十一熱電式傳感器熱電偶實驗二十二熱敏式溫度傳感器測溫實驗實驗二十三P N 溫度傳感器實驗二十四光纖位移傳感器位移測量實驗二十五光纖傳感器轉速測量實驗二十六光電傳感器的應用光電轉速測試實驗二十七霍爾式傳感器的直流激勵特性實驗二十八霍爾式傳感器的交流激勵特性實驗二十九霍爾傳感器的應用振幅測量實驗三十霍爾傳感器的應用電子秤實驗三十一電渦流式傳感器的靜態(tài)標定實驗三十二被測材料對電渦流傳感器特性

15、的影響實驗三十三電渦流式傳感器的振幅測量實驗三十四電渦流傳感器的稱重實驗實驗三十五電渦流傳感器電機測速實驗實驗實驗三十七壓電加速度傳感器磁電式傳感器實驗實驗三十九力平衡式傳感器實驗四十雙平行梁的動態(tài)特性一一正弦穩(wěn)態(tài)響應實驗四十微機檢測與轉換一一數(shù)據(jù)采集處理實驗一箔式應變片性能一一單臂電橋電容式傳感器特性一、實驗目地：1. 觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。2. 測試應變梁變形的應變輸出。3. 比較各橋路間的輸出關系。二、實驗原理：本實驗說明箔式應變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發(fā)生形變，應變片的敏感

16、柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應的變化。通過測量電路，轉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Ri、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為 Ri/Ri、A R2/ R2、A R3/ R3、A R4/ R4,當使用一個應變片時， 寸寸2AR' R ;當二個應變片組成差動狀態(tài)工作，則有' R;用四個應變片RR4AR組成二個差動對工作，且Ri= R2= R3= R4 = R,7 R =由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源± 4V檔）、電橋

17、、差動放大器、箔式應變片、測微頭、或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。四、實驗步驟：1 .調零。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“調零”電位器調 整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調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，調整“調零”電位器，使指針 居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情 況。調零后關閉儀器電源。2 按圖1 ）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中Ri、R2、R3、和Wd為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R為應變片 可任選上、

18、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為土 4V。<1測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼3 確認接線無誤后開, 調整電橋WD電位器使應變梁處于基本水平狀態(tài) 并預熱數(shù)分鐘。上，并調節(jié)啟儀器電源， 中使測試系統(tǒng)輸出為零+O4 旋動測微頭，帶動懸臂梁分另R作向上和向下的運動，以水平狀態(tài)下輸出電壓為零，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動 0.5mm記錄一個差動放大器輸出+ 4V電壓值，并列表。 或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）。位移mm電壓V根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)計算靈敏度S, S= X/ V,并在坐標圖上做出V X關系曲線。五、注意事項：1 .實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時

19、應盡量使用較短的接插線， 以避免引入干擾。2 接插線插入插孔時輕輕地做一小角度的轉動，以保證接觸良好，拔出時也輕 輕地轉動一下拔出，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)壓電源不要對地短路。實驗二箔式應變片三種橋路性能比較一、實驗原理：說明實際使用的應變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的刀 R分別為 R/R、2、R/ R、4 R/ R。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1/4 E 刀R，電橋靈敏度 Ku=V/ R/ R，于是對應于單臂、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

20、阻值 的大小無關。二、實驗所需部件直流穩(wěn)壓電源 <± 4V 檔）、電橋、差動放大器、箔式應變片、測微頭、<或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。三、實驗步驟：1 在完成實驗一的基礎上，不變動差動放大器增益和調零電位器，依次將圖<1 ）中電橋固定電阻 R1、 R2、 R3 換成箔式應變片，分別接成半橋和全橋測試系 統(tǒng)。2重復實驗一中 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 VX 曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結 論。四、注意事項：1 應變片接入電橋時注意其受力方向，一定要接成差動形式。2直流激勵電壓不能過大，以免造成應變片自熱損壞

21、。3 因為進行位移測量時測微頭要從零正的最大值，又回復到零，再 負的最大值，因此容易造成零點偏移，因此計算靈敏度時可將正X的靈敏度與負的、X的靈敏度分開計算。再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種 方法。實驗三 箔式應變片的溫度效應一、實驗目的：說明溫度變化對應變測試系統(tǒng)的影響。二、實驗原理：溫度變化引起應變片阻值發(fā)生變化的原因是應變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲與測試中的膨脹系數(shù)不同。由此引起測試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。三、實驗所需部件：可用直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、電壓表、測微頭、加熱器、溫度計儀器中的P-N結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟：1 按圖1）接線，開啟電

22、源，調整系統(tǒng)輸出為零。2 記錄加熱前測試系統(tǒng)感受的溫度，點溫計可插入二片應變梁之間的加熱器 當中。3 開啟“加熱”電源，觀察測試系統(tǒng)輸出電壓隨溫度計升高而發(fā)生的變化。 待電壓讀數(shù)基本穩(wěn)定后記下電壓值。4 .求出溫度漂移值 V/ T。五、注意事項：因為本儀器中所使用的BHF箔式應變片具有防自蠕變性能，因此溫度系數(shù)還是比較小的。實驗四應變電路的溫度補償一、實驗目的：因為溫度變化引入了測量誤差，因此實用測試電路中必須進行溫度補償。二、實驗原理：用補償片法是應變電橋溫度補償方法中的一種，如圖2 ）所示。在電橋中，Ri為工作片，R2為補償片，Ri= R2。當溫度變化時兩應變片的電 阻變化 Ri與厶R2符

23、號相同，數(shù)量相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后 RiR4= R2R3,電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，因為補償片所貼位置與工 作片成90°,所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應變。直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、電壓表、測微頭、加熱器、溫度計可用儀器中的P-N結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟:1 按圖3）接好線路，圖中 R '和R分別為箔式工作片和補償片。2 重復實驗三1 -4步驟，求出接入補償片后系統(tǒng)的溫度漂移，并與實驗三的 結果進行比較。五、注意事項：應正確選擇補償片。在面板的應變片接線端中，從左至右1 -8對接線端分別是：1-上梁半導體應變片，2

24、 下梁半導體應變片。3.5-上梁箔式應變工作片，4.6 下梁。應變工作片，7.8 上、下梁溫度補償片。電路中工作片與補償片應在同一應變梁上。實驗五 半導體應變計性能一、實驗目的：說明半導體應變計的靈敏度和溫度效應。二、實驗原理:因為材料的阻值dRdp dl ds dp dl 一 小、=+（1+2卩）,當應變-，靈敏度Kl（12 口）L p / p。對于箔式應變片，K箔 1 + 2卩，主要是由形變引起。對于半導體應變計，K半 p / p ） /刀，主要由電阻率變化引起。因為半導體材料的“壓阻效應”特別明顯，可以反映出很微小的形變，所 以K半要大于K箔，但是受溫度影響大。+ 2V圖4）三、實驗所需

25、部件:直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、半導體應變辻.衛(wèi)測、電壓表、可用儀器中的 P-N結2V四、實驗步驟：R溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。1 按圖4）接線，R '是半導體應變計，另一臂電阻是電橋上固定電阻。開啟電源后預熱數(shù)分鐘。2 按單臂電橋實驗步驟調整懸臂梁位置，調整系統(tǒng)輸出，用測微頭進行位移，記錄V，X數(shù)據(jù)，作出V X曲線，求出靈敏度。3 重新調整測試系統(tǒng)輸出為零。用點溫計記錄加溫前的工作溫度T。4 打開“加熱”，觀察隨溫度升高系統(tǒng)輸出電壓溫漂情況。待電壓穩(wěn)定后測 得溫升，求出系統(tǒng)的溫漂 V/ T。五、注意事項：此實驗中直流激勵電壓只能用土2V，以免引起半導體自熱。實驗六半導體應變計直

26、流半橋測試系統(tǒng)一、實驗目的：通過實際運用的半導體半橋電路，與實驗五的半導體單臂電路進行性能比較。二、實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、半導體應變計、測微頭、電壓表、溫度計可用儀器中的 P N結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）、加熱器。三、實驗步驟：1 .按圖5）接線，電橋中 R'和R''為半導體應變計。2 .按實驗五步驟測出 V , X值，畫出 VX曲線，求出靈敏度，測出溫度變化 時的溫漂。+ 2V圖5)四、注意事項:此實驗的測試條件應與實一 ”實驗七箔式應變片2V旨半導體差放+應變片性能比較、實驗目的:通過實驗比較兩種應變電路的靈敏度與溫度特性、實驗所需部件

27、:直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、箔式應變片、半導體應變片、測微頭、電壓表、加熱器、溫度計 可用儀器中的 PN結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。三、實驗步驟：1 分別做箔式單臂電橋和半導體式單臂電橋實驗，接線如圖<1)所示，直流激勵源為土 2V，差動放大器增益為 100倍。調整系統(tǒng)，在相同的外部環(huán)境下分別測得兩組數(shù)據(jù)填入表格，求出靈敏度。位移Xmm靈敏度V半導體單臂V箔式單臂V半導體半橋V箔式半橋2 將電橋中一固定電阻換成應變片，做箔式半橋和半導體半橋實驗，將測得的兩組數(shù)據(jù)分別填入表格，求出靈敏度。3 .在同一坐標上畫出四條 V X曲線以作比較。4 .分別對箔式變片和半導體應變片加熱，測出兩種

28、測試電路的溫漂，并進行比較。實驗結果以證實實驗五中對半導體應變片性能的分析。四、注意事項：進行上述實驗時激勵電壓，差動放大器增益、測微頭起始點位置等外部環(huán)境必須 一致，否則就無可比性。實驗八移相器實驗、實驗目的：說明由運算放大器構成的移相電路的工作原理。R3 10KRi 10K11rCi 8800P I 圖<6)為移相電路示意圖二、實驗原理:移相器電路2'R210K rf該電路的團環(huán)增益 G (S)=-RiR5 10K圖6艮4 10KWSRC1 RCS6R6 2KC2 223RF)Ri把拉普拉氏算符換成頻率域的參數(shù)，貝y得到:“、 RF W 2R2C2 + joRCG j)=+廠

29、4一1 W2 R 2C2RiRi2 2 2RF WRC “ RF、. WRC又改與為 G(j0= + (1+)+ j(1 +1 W2 R 2C2R11 W2 R 2C2RiRi在實驗電路中，常設定幅頻特性IG<j co )| = 1,為此選擇參數(shù) Ri=RF=10KQ由上,R=20KQ ,則輸出幅度與頻率無關,閉路增益可簡化為:1 - W 2 R2 C2.292 j1 WRCWRC2 2 21 WRC當R=2R i=2RRF時，| G<j o ）| = 1。由上式可以得到相頻特性表達式:由tgY表達式和正切二角函數(shù)半角公式可以得到：2tg（i -?。? 書1 - tg2（_2）丑瞪

30、)tg222 21 -tg2(2)2WRC1 - W2 R2 C2因此可以得到相移”為:1- -2arctg'(WRC)A -2arctg WRC電阻R可以在很寬的范圍內(nèi)變化，當WRC很大時，相移20,式中負號表示相位超前，如將電路中R和C互換位置，則可得到相位滯后的情況。如果阻容網(wǎng)絡Rc不變，則相移將隨輸入信號的頻率而改變。三、實驗所需部件:移相器、音頻振蕩器、雙線示波器。四、實驗步驟：1 音頻振蕩器頻率、幅值旋鈕居中，將信號<0?；?80。均可）送入移相器輸入端。2 將雙線示波器兩測試線分別接移相器輸入輸出端，調整示波器，觀察波形。3 調節(jié)移相器“移相”旋鈕，觀察兩路波形的相

31、位變化。4 改變音頻振蕩器頻率，觀察不同頻率時移相器的移相范圍。5 根據(jù)移相器實際電路圖分析其工作原理。五、注意事項：因為本實驗儀中音頻信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相器后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。實驗九相敏檢波器實驗一、實驗目的：說明由施密特開關電路及運放組成的相敏檢波電路的原理。二、實驗原理：相敏檢波電路如圖 <7）所示：圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓電輸入端，為直流參考電壓輸入。當、端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D和J處于開關狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。r4 |0<7)*三、實驗所需部件:相敏檢波器、移相器、器。Ri 3

32、0K四、實驗步驟：Ci 104V出R5 2K2I»-R3 30K煮壓電源、低甬濾波器、電壓表、示波DR222K 彳1 將音頻振蕩器頻率、幅度旋鈕居中，輸出信號<0 °或180 °均可）。接相敏檢波器輸入端。2 將直流穩(wěn)壓電源 2V檔輸出電壓 < 正或負均可）接相敏檢波器端。3 示波器兩通道分別接相敏輸入、輸出端，觀察輸入、輸出波形的相位關系和幅值關系。4 改變端參考電壓的極性，觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關系。由此可以得出結論：當參考電壓為正時，輸入與輸出同相，當參考電壓為負時，輸入與輸 出反相。5 將音頻振蕩器 0。端輸出信號送入移相器輸入端，移相

33、器的輸出端與檢敏檢波器的參考輸入端連接，相敏檢波器的信號輸入端接音頻0。輸出。6 用示波器兩通道觀察附加觀察插口、的波形。可以看出，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波，使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。7 將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通輸出端接數(shù)字電壓表20V檔。8 示波器兩通道分別接相敏檢波器輸入、輸出端。9 適當調節(jié)音頻振蕩器幅值旋鈕和移相器“移相”旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端改接至音頻振蕩器180。輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。由上可以看出，當相敏檢波器的輸入信號與開關信號同相時，輸出為正極性的 全波

34、整流信號，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負極性的全波整流波 形，電壓表指示負極性的最大值。10 調節(jié)移相器“移相”旋鈕，利用示波器和電壓表，測出相敏檢波器的輸入Vp P值與輸出直流電壓的關系。檢敏檢波器最大輸入電壓實驗十VP- P值為 20V。箔式應變片組成的交流全橋11 使輸入信號與參考信號的相位改變180°,測出上述關系。輸入VppW )輸出VoW)五、注意事項:本實驗說明交流激勵的四臂應變電橋的原理及工作情況。0° 5HKZ 移相Lv 5KHZ二、實驗原理:圖8)若橋臂阻抗相對流全W橋的 f變化為R1,差放。當電7Z1、Z出與橋臂阻抗的相對變Z3檢波器電壓表

35、 電橋輸出為零。 ，J _ v 乙kZ4,則電橋的輸Z2Z3低通交流電橋工作時增人相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗 性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和虛部均為零的條件下才會平衡。三、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭、示波器。四、實驗步驟：1 按圖8）接線，確認無誤后開啟電源，音頻振蕩器輸出幅度和頻率居中。2 調節(jié)測微頭使梁處于水平位置，調節(jié)電橋直流調平衡電位器Wd，使系統(tǒng)輸出基本為零。仔細調節(jié)交流調平衡電位器Wa,使系統(tǒng)輸出為零。3 .用示波器觀察各環(huán)節(jié)波形，測量讀數(shù)，列表填入V、X值，作出 V X曲線，求出靈敏

36、度。五、注意事項：1 欲提高交流全橋的靈敏度，可用示波器觀察相敏檢波器輸出端波形，若相敏 檢波器輸出端波形脈動成份較大，則系統(tǒng)雖然可以調零，但靈敏度較低，提高靈敏度的方法是當系統(tǒng)初步調零后，再調節(jié)電橋中的Wd電位器，使相敏檢波器輸出波形盡量平直，然后再調節(jié)移相器“移相”旋鈕和電橋中Wa旋鈕，使系統(tǒng)為零，這樣系統(tǒng)靈敏度會最高。2 做交流全橋實驗時用指針式毫伏表可以比較直觀地看出應變梁在正、反向受 力時系統(tǒng)輸出電壓的變化情況。實驗一激勵頻率對交流全橋的影響因為交流電橋中的各種阻抗的影響，改變激勵頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾性。二、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏

37、檢波器、低通濾波器、電壓表、測微頭。三、實驗步驟：1 接線、操作均按實驗十進行。2 音頻振蕩器0°端輸出信號，頻率從 2KHN 10KHZ,接交流全橋，分別測出 系統(tǒng)輸出電壓，列表填好 V, X值，在同一坐標上做出 V X曲線，比較靈敏度，并 得出結論，該交流全橋工作在哪個頻率時較為合適。四、注意事項：做上實驗時頻率改變音頻振蕩器幅值不變，否則無可此性。XmmV2KVV )V5KVV )V8K<V )Viok<V )實驗十二交流全橋的應用振幅測量一、實驗目的：說明交流激勵的交流全橋的應用。二、實驗原理：當梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應變片的應力不同，電橋輸

38、出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產(chǎn)生共振，此時電橋輸出為最大， 根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。三、實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓 表、測微頭、示波器。四、實驗步驟:1 根據(jù)實驗十的電路接線，移開測微頭，調節(jié)電橋，使系統(tǒng)輸出為零，并使系 統(tǒng)靈敏度最大。2 將低頻振蕩器輸出端接至“激振II ”端，此時懸臂梁開始振動。3 用示波器觀察差動放大器和低通濾波器的輸出波形，注意調節(jié)示波器的掃 描時間，差動放大器輸出的是調幅波。4 .固定低頻振蕩器幅值旋鈕不變，電壓/頻率表放2KHZ檔，接低頻振蕩器輸出端。調節(jié)低頻振蕩頻率，用示波器讀出系統(tǒng)最大

39、振幅值，此時頻率表所示即為梁的固有頻率。五、注意事項：懸臂梁激振時振幅不宜太大，否則易造成應變片受損。實驗十三交流全橋組成的電子秤一、實驗目的：本實驗說明交流激勵的應變?nèi)珮虻膶嶋H應用。二、實驗所需部件：音頻振蕩器、電橋、箔式應變片、差動放大器、移相器、相敏檢波器，低通濾波器，環(huán)形砝碼，稱重平臺。三、實驗步驟：1 按實驗十接好線路，在懸臂梁頂端磁鋼上放好稱重平臺，調節(jié)系統(tǒng)為零。2 在稱重平臺上逐步加上砝碼進行標定，并將結果填入表格。Wvg)V<V)3 .取走砝碼，在平臺上加一未知重量的物品，記下電壓表讀數(shù)。4 .根據(jù)坐標上 W V曲線得知物品的大致重量。實驗十四差動變壓器性能了解差動變壓器

40、的基本結構及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。、實驗原理:差動變壓器由銜鐵、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，次級線圈由兩個結構尺寸和參數(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上的。其原理及輸出特性見圖<9)四、實驗步驟:LV端功率輸出，雙1 按圖<10)接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器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 4KHZ，輸出值 Vp-p 2V。3 用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉，如不能

41、 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Vp-p值，讀數(shù)過程中應注意初、次級波形的相位關系。位移mm電壓V5 仔細調節(jié)測微頭使次級線圈的輸出波形為最小，這就是零點殘余電壓?？梢?看出它與輸入電壓的相位差約為n/2,是基頻分量。6 .根據(jù)表格所列結果，畫出Vop-p X曲線，指出線性工作范圍。五、注意事項:示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。一、實驗目的：因為零殘電壓的存在會造成差動變壓器零點附近的不靈敏區(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。二、實驗原理：零殘電壓中主要包含

42、兩種波形成份：1 基波分量。這是因為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，因為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出非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：1）從設計和工藝制做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:5KHZV p -p

43、 2V根據(jù)圖第一通接線。示波通道R1 W/ai-r圖 <11)Wd500mv/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。2 調節(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，調整電 橋網(wǎng)絡，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:因為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 輸出轉換為單端輸出，以便示波器觀察。實驗十六差動變壓器的標定一、實驗目的：說明差動變器測試系統(tǒng)的組成和標定方法。二、實驗所需部件：差動變壓

44、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、示波表、測微頭。、實驗音頻振蕩器移相器圖 <12）1差放2按圖<12）接線，差動放大器增益適度,音£頻值 2VLVWd2 .調節(jié)電橋D、+L相敏端輸出通4壓斗A電位器，惆節(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。如不對稱則需反復調節(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mm電

45、壓V四、注意事項：系統(tǒng)標定需調節(jié)電橋、移相器、銜鐵三者位置，需反復調節(jié)才能做到系統(tǒng)輸出 為零并正負對稱。實驗十七差動變壓器的振動測量、實驗目的：了解差動變壓器的實際應用。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12）接線，調節(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F表:f(HZ>56789101112131415182

46、030Vop-p4.根據(jù)實驗結果做出振動臺的振幅 頻率特性曲線，指出自振頻率，并與實驗 十二應變電橋所測結果做比較。四、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、下調節(jié)。實驗十八差動螺管式電感傳感器位移測量一、實驗原理：利用差動變壓器的兩個次級線圈和銜鐵組成。銜鐵和線圈的相對位置變化引起 螺管線圈電感值的變化。次級二個線圈必須呈差動狀態(tài)連接，當銜鐵移動時將使一 個線圈電感增加，而另一線圈的電感減小。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。三、實驗步驟：1 差動變壓

47、器二個次級線圈組成差動狀態(tài)，按圖V13)接線，音頻振蕩器LV端做為恒流源供電，差動放大器增益適度。差動變壓器的兩個線圈和電橋上的兩個固定電阻R組成電橋的四臂，電橋的作用是將電感變化轉換成電橋電壓輸出。2 旋動測微頭使銜鐵在線圈中位置居中，此時Lo '= Lo ，系統(tǒng)輸出為零。3 當銜鐵上、下移動時，Lo '工Lo，電橋失衡就有輸出，大小與銜鐵位移量成比例，相位則與銜鐵移動方向有關，銜鐵向上移動和向下移動時輸出波形相位相 差約180。，因為電橋輸出是一個調幅波，因此必須經(jīng)過相敏檢波器后才能判斷電 壓極性，以銜鐵位置居中為起點，分別向上、向下各位移5mm，記錄 V, X值,做出V

48、X曲線，求出靈敏度。音頻振蕩器LV實驗十九R2Wd移相器差動螺管式電感傳感器振幅測Wa、實驗目的通過實驗說明利用差動態(tài)范圍的測試，式電感傳感器可以進行較大動二、實驗所需部件：差動變壓器、音頻振蕩器器、電壓表、示波器。三、實驗步驟：i 緊接實驗十八，移開測微頭，微調銜鐵在支架上的位置，調節(jié)電橋電路，使 系統(tǒng)輸出為零。2 .將低頻振蕩器輸出接到"激振I”上，給振動臺加一交變力，使振動臺能上下振動，用示波器觀察系統(tǒng)輸出波形是否對稱，如不對稱則需對電橋、移相器作些 調整。3 保持低頻振蕩器輸出幅值不變，改變激振頻率f,便可得到它的動態(tài)測試結果Vp p f曲線如圖14)LoR2Q圖1 .按圖1

49、5）接線三、實驗步驟:R3KHZ幅值居中，差動放大器增益100倍。2 裝上測微頭，調整銜鐵處圈中間位置，調節(jié)電橋使系統(tǒng)輸出為最小。差放XmmVp-p(V>出 V p-p值，填入表格3 .旋動測微頭，移動銜鐵,四、注意事項:振動臺振動時的幅度可盡量大，但以與周圍各部件不發(fā)生碰擦為宜，以免產(chǎn)生 非正弦振動。實驗二十激勵頻率對電感傳感器的影響、實驗目的：說明在不同的激勵頻率影響下差動螺管式電感傳感器的不同特性。二、實驗所需部件:差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、差動放大器、雙線示波器、測微頭。Lv<15)4 .改變音頻振蕩器頻率，并重新調好零位，重復2-3步驟，將結果填入下表。X<mm

50、 ) vp-p(v> f (Hz>1000200040006000800010K5 根據(jù)所測數(shù)據(jù)在同一坐標上做出V - X曲線，計算靈敏度，并做出靈敏度與頻率的關系曲線。由此可以看出，差動螺管式電感傳感器的靈敏度與頻率特性密切相關，在某一個特定頻率時，傳感器最為靈敏，在其兩邊，靈敏度都有所下降，故測試系統(tǒng)中應 選用這個激勵頻率。實驗二十一熱電式傳感器一一熱電偶一、實驗目的：觀察了解熱電偶的結構，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，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<

51、;一般固定冷端為室溫或0C）,則另一端的溫度就可知，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶 為銅一康銅熱電偶。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 差動放大器雙端輸入接入熱電偶，打開電源，差動放大器增益放100倍，調節(jié)調零電位器，使差放增益為零。2 打開加熱器，差動放大器輸出如有微小變化，馬上調節(jié)調零電位器再度調零。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，記錄電壓表讀數(shù)。4 本儀器上熱電偶是由兩只銅康銅熱電偶串接而成，vCSY iob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t(yī)1。電勢時均應考慮進去。用溫度計讀出熱電偶參考端所處的室溫E<t , to ) = E<t , t 1) + E<t 1 , 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