傳感技術(shù)應(yīng)用實驗

1、傳感技術(shù)應(yīng)用實驗?zāi)夸浤夸?1 1實驗須知實驗須知 1.11.1實驗的基本態(tài)度實驗的基本態(tài)度進行任何科學(xué)實驗，實驗人員均應(yīng)具備一種最基本的態(tài)度實事求是的態(tài)度。 “實事求是”，就是說要把實驗中所得到的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及其規(guī)律性忠實地記錄下來，記錄下來的是實際觀測的情況，而不能以任何理由進行編造、修改或歪曲。實驗中直接觀察到的現(xiàn)象和數(shù)字，也可能不夠準確，或是錯誤的，此時就需要反復(fù)多次測量，并加以核對，或通過數(shù)據(jù)處理，或改進實驗方法來改善其準確性。只有遵循“實事求是”的態(tài)度，才能從實驗中獲得知識，并提高科學(xué)實驗的能力。1.21.2實驗的基本知識實驗的基本知識1.1.實驗準備實驗準備（1）實驗前必須認真預(yù)習(xí)實

2、驗內(nèi)容，明確實驗的目的和要求。（2）根據(jù)實驗的要求，擬定實驗方案并熟悉實驗線路及其原理。（3）熟悉實驗中所使用的儀器、設(shè)備的基本原理及使用方法。（4）根據(jù)實驗的具體任務(wù)及理論根據(jù)，研究實驗的方法，并估計實驗數(shù)據(jù)的變化規(guī)律。2.2.實驗組織實驗組織 一般實驗可能由幾個人合作進行，因此實驗時必須做好組織工作，實驗方案的擬定應(yīng)在組內(nèi)討論，實驗時應(yīng)明確分工，并且做到既分工又合作，這樣既能保證實驗質(zhì)量，又能使實驗人員受到全面訓(xùn)練。3.3.實驗數(shù)據(jù)的記錄實驗數(shù)據(jù)的記錄（1）事先擬好實驗數(shù)據(jù)記錄表格，在表格中應(yīng)記下有關(guān)物理量的名稱、符號和單位，并要保證數(shù)據(jù)完整。實驗數(shù)據(jù)位數(shù)的取值是以實驗儀器所能達到的精度為

3、依據(jù)的，同一條件下至少讀取兩次數(shù)據(jù)(研究不穩(wěn)定過程或動態(tài)過程的實驗除外)，而且只有當兩次讀數(shù)比較接近時，才能改變操作條件，在另一條件下進行觀測。（2）記錄實驗中使用的儀器、設(shè)備等的型號、規(guī)格及使用的條件等。 （3）凡影響實驗效果或數(shù)據(jù)整理過程中必須的數(shù)據(jù)都需測取并記錄。如天氣條件、環(huán)境溫度、濕度等。 （4）實驗中的記錄數(shù)據(jù)應(yīng)以實際讀數(shù)為準，但因客觀條件的原因，如由于測量條件的意外改變（如電源電壓及環(huán)境溫度的突然變化、機械沖擊、外界振動等），數(shù)據(jù)出現(xiàn)不正常的情況或有粗大誤差時，應(yīng)在備注欄中加以說明。4.4.實驗過程的注意事項實驗過程的注意事項（1）在進行實驗線路的接線、改接線或拆線之前，必須斷開

4、電源，嚴禁帶電操作，避免在接線或拆線過程中，造成電源設(shè)備或部分實驗線路短路，進而損壞設(shè)備或?qū)嶒灳€路中的元器件。（2）密切注意整個實驗系統(tǒng)的變化，應(yīng)使整個操作過程均在規(guī)定條件下進行。（3）實驗過程中應(yīng)觀察現(xiàn)象，特別是發(fā)現(xiàn)不正常現(xiàn)象時更應(yīng)抓緊時機進行處理，并分析、研究產(chǎn)生不正?，F(xiàn)象的原因。5.5.整理實驗數(shù)據(jù)整理實驗數(shù)據(jù)（1）同一條件下測得一組數(shù)據(jù)時，應(yīng)舍去含有粗大誤差的數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)據(jù)處理。（2）整理數(shù)據(jù)時應(yīng)根據(jù)有效數(shù)字的運算法則，確定測量結(jié)果的數(shù)據(jù)位數(shù)。（3）數(shù)據(jù)整理時可采用列表法、圖解法，這視其具體情況而定，以盡可能準確描述實驗結(jié)果或?qū)嶒灲Y(jié)論為最終目的。6.6.實驗報告的內(nèi)容及要求實驗報告

5、的內(nèi)容及要求一份好的實驗報告，必須寫得簡單、明了，數(shù)據(jù)完整，交待清楚，結(jié)論明確，有討論，有分析，得出的公式或圖線有明確的使用條件。實驗報告的格式雖不必強求一致，但一般應(yīng)包括下列各項： （1）實驗題目，實驗者及共同實驗人員、班級、日期； （2）實驗?zāi)康募耙螅?（3）實驗設(shè)備及環(huán)境條件；（4）實驗的基本原理、實驗線路、接線圖或流程圖；（5）實驗內(nèi)容及主要操作簡述；（6）整理原始實驗數(shù)據(jù)，作出便于處理和分析的表格、曲線或波形；（7）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，對傳感器的原理、性能特性、技術(shù)指標、實驗現(xiàn)象等進行分析，對實驗中發(fā)現(xiàn)的問題進行討論，提出新的設(shè)想及研究的方法。 2 2實驗儀器簡介實驗儀器簡介2.12.1

6、CSY-910CSY-910型傳感器實驗儀簡介型傳感器實驗儀簡介圖21為CSY-910型傳感器實驗儀的外形圖。整個儀器由三部分組整個儀器由三部分組成，即激勵源（電源和信號源）、試驗臺和信號調(diào)理電路單元，三成，即激勵源（電源和信號源）、試驗臺和信號調(diào)理電路單元，三部分之間沒有內(nèi)部連接。部分之間沒有內(nèi)部連接。 各個傳感器實驗可用專用連接線或迭插式導(dǎo)線將所需單元在面板上進各個傳感器實驗可用專用連接線或迭插式導(dǎo)線將所需單元在面板上進行連接。行連接。在實驗儀上可進行不同通過實驗即可對各種不同傳感器及其測量線路原理有一個從理性到感性的認識，對如何組成測量系統(tǒng)有一個直觀而具體的實踐過程。n圖圖21CSY-9

7、10型傳感器實驗儀的外形型傳感器實驗儀的外形 箔式應(yīng)變片箔式應(yīng)變片雙平行懸梁雙平行懸梁電渦流傳感器電渦流傳感器差動變壓器差動變壓器壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器霍爾傳感器霍爾傳感器電容傳感器電容傳感器振動平臺振動平臺激振線圈激振線圈熱電偶傳感器熱電偶傳感器螺旋測微器螺旋測微器2.1.1 2.1.1 傳感器安裝臺傳感器安裝臺1.1.二套懸臂梁、激振電路、測微頭二套懸臂梁、激振電路、測微頭 雙平行式懸臂梁的自由端及振動圓盤下面各裝有永久磁鋼、雙平行式懸臂梁的自由端及振動圓盤下面各裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭。激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭。通過各自的測微頭或激振線圈， 應(yīng)變梁采用不銹

8、鋼片，雙梁結(jié)構(gòu)。端部有良好的線性位移。2.2.傳感器傳感器1. 1. 電阻應(yīng)變傳感器：電阻應(yīng)變傳感器：由BHF泊式應(yīng)變片構(gòu)成，6片工作片、2片補償片。2. 2. 熱電式熱電式( (熱電偶熱電偶) )傳感器：傳感器：由兩個銅一康銅熱電偶串接而成冷端溫度為環(huán)境溫度。 加熱器由電熱絲組成，加熱時可獲得高于環(huán)境溫度30左右的升溫。3. 3. 壓電加速度傳感器：壓電加速度傳感器：PZT5雙壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。f 1OKHZ、Q電荷20pcg4. 4. 電感式電感式( (差動變壓器差動變壓器) )傳感器：傳感器：由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體，測量范圍12mm。5.

9、5. 電渦流傳感器：電渦流傳感器：多股漆包線繞制的扁平線圈與多種被測金屬渦流片組成，線性范圍3mm。6. 6. 霍爾式傳感器：霍爾式傳感器：HZ型日本JVC公司生產(chǎn)的線性半導(dǎo)體霍爾片，置于環(huán)形磁鋼構(gòu)成的梯度磁場中，霍爾信號線性范圍3mm。7. 7. 電容式傳感器：電容式傳感器：由兩組定片和一組動片組成的差動變面積式電容，線性范圍3mm 。傳感器安裝示意圖傳感器安裝示意圖1 1傳感器安裝示意圖傳感器安裝示意圖2 22.1.2 2.1.2 信號調(diào)理電路信號調(diào)理電路1. 1. 電電 橋：橋：用于組成應(yīng)變電橋，提供組橋插座，標準電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。2. 2. 差動放大器：差動放大器：可接成同相、

10、反相，差動結(jié)構(gòu)，增益為1-1 00倍的直流放大器。 3. 3. 電容變換器：電容變換器：由高頻振蕩，放大和雙T電橋組成的處理電路。4. 4. 移相器：移相器：增益為1，移相范圍400(與fi有關(guān))5. 5. 相敏檢波器：相敏檢波器：極性反轉(zhuǎn)電路構(gòu)成的檢波電路o6. 6. 電荷放大器：電荷放大器：電容反饋型放大器，用于放大壓電式傳感器的輸出信號。7. 7. 渦流變換器：渦流變換器：變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件。 傳感器面板示意圖傳感器面板示意圖2.1.3 2.1.3 振蕩器振蕩器 音頻音頻信號發(fā)生器音頻音頻信號發(fā)生器 04KHz10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，Vpp值20V，18

11、00、00反相輸出，Lv端最大功率輸出電流05A，輸出作為交流激勵信號。輸出作為交流激勵信號。2. 2. 低頻振蕩器低頻振蕩器 130Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vpp值20V，最大輸出電流05A，輸輸出作為振動平臺的振動信號。出作為振動平臺的振動信號。 2.1.4 2.1.4 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源1.1.直流直流1 5V1 5V 主要提供溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1.5A。 2.2.2V2V1 0V(1 0V(分五檔輸出分五檔輸出) ) 提供傳感器直流信號源，最大輸出電流1.5A。2.1.5 2.1.5 顯示儀表顯示儀表數(shù)字式電壓頻率表數(shù)字式電壓頻率表 3位半顯示，電壓范圍O2V、O20V， 頻率范圍

12、 10Hz20KHz， 靈敏度50mV。2. 2. 指針式毫伏表指針式毫伏表 分500mV、50mV、5mV三檔，精度2 5。3 3傳感器實驗傳感器實驗實驗一實驗一 金屬箔式應(yīng)變片傳感器金屬箔式應(yīng)變片傳感器單臂、半橋、全橋比較及電子秤應(yīng)用單臂、半橋、全橋比較及電子秤應(yīng)用 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康挠^察了解箔式的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；驗證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系；掌握電子秤的標定方法。 二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備直流穩(wěn)壓電源；差動放大器；電橋；F/V表；測微頭雙平行梁；應(yīng)變片；主、副電源。 三、實驗原理三、實驗原理1 1應(yīng)變電橋的性能和原理應(yīng)變電橋的性能和原理(1)(

13、1)電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗的基本原理是調(diào)整螺旋測微器以改變雙平行懸梁的應(yīng)變，此時粘貼在懸梁上的應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再通過轉(zhuǎn)換電路（測量電橋）將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，在數(shù)字電壓表上顯示出與應(yīng)變對應(yīng)的電壓值，實驗原理框圖如圖31所示。3-1 3-1 電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理框圖電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理框圖 圖32為電阻應(yīng)變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理電路圖。測量電橋為直流電橋，R1、R2、R3、R4為四個橋臂電阻，可以接成單臂電橋、半橋差動電橋和全橋差動電橋的形式，RW1為電橋平衡調(diào)節(jié)電位器，UCC

14、和USS為電橋電源。差動放大器為由集成運算放大器組成的增益可調(diào)的交直流差動放大器，可接成同相、反相及差動狀態(tài)，增益在1100倍可調(diào)。輸出由直流電壓表顯示。圖圖3-2 3-2 實驗接線圖實驗接線圖圖圖3-3 3-3 電橋平衡網(wǎng)絡(luò)原理圖電橋平衡網(wǎng)絡(luò)原理圖 （2 2）應(yīng)變電橋的性能比較）應(yīng)變電橋的性能比較 已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2R/R、4R/R。在 的條件下，根據(jù)戴維定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于U=1/4.E.R，電橋靈敏度Ku=U/R/R，于是對應(yīng) 圖圖3-43-4差動放大器電路原理圖差動放大器電路原理圖ifi2i1iiRi = R1 Rf = R3 根據(jù)“虛短”和

15、“虛斷” 的原則： 由A點節(jié)點電流方程的： 差動放大器增益為： p箔式應(yīng)變片電阻值：350、應(yīng)變系數(shù)：2；p平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有4片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號 和 表示。p在910型儀器中，橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號表示。 2 2應(yīng)變式傳感器應(yīng)變式傳感器四、實驗步驟四、實驗步驟 1. 1. 單臂電橋靜態(tài)特性單臂電橋靜態(tài)特性 （1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，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。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、

16、左、右調(diào)節(jié)。（2）差動放大器調(diào)零：差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（+）、負（-）、地短接，將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連。開啟主、副電源；然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/VF/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。 （3）根據(jù)圖1接線。R1R1、R2R2、R3R3為電橋單元的固定電阻；為電橋單元的固定電阻；Rx=R4Rx=R4為為應(yīng)變片；應(yīng)變片；r r及及W1W1為電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。為電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置4V檔，F(xiàn)/VF/V表置表置20V20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電

17、源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，然后將然后將F/VF/V表置表置2V2V檔，檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。（需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）（4）將測微頭轉(zhuǎn)動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動動測微頭，使F/V表顯示為零（細調(diào)零），這時的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。 （5）旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。 表1-1 單臂電橋應(yīng)變輸出2. 2. 半橋靜態(tài)特性半橋靜態(tài)特性 （1）保持放大器增益不變，將R3

18、固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋。調(diào)節(jié)測微頭使測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度，調(diào)節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。（2）旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。表表1-2 1-2 半橋應(yīng)變輸出半橋應(yīng)變輸出 3. 3. 全橋靜態(tài)特性全橋靜態(tài)特性 （1）保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即R1換成 ，R2換成 ，）組橋時只要掌握對臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋。 調(diào)節(jié)測微頭使測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度，調(diào)

19、節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。 （2）旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源。 表表1-3 1-3 全橋應(yīng)變輸出全橋應(yīng)變輸出4. 4. 電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用電子秤電子秤（1）電子秤實驗電路如圖32所示，橋臂電阻接成全橋差動電橋形式。卸掉螺旋測微器，卸掉螺旋測微器，對差動放大器調(diào)零，電橋調(diào)平衡。（2）在振動臺中心加上電子秤最大量程砝碼，調(diào)節(jié)放大器增益，使電壓表顯示最大值；卸下全部砝碼，再進行系統(tǒng)調(diào)零。反復(fù)進行調(diào)試直到系統(tǒng)零點、量程準確為止。對電子秤標定，根據(jù)在零點和滿量程之間加的砝碼和相應(yīng)的輸出電壓關(guān)系作出UW曲

20、線。（3）對電子秤標定，每增加一只砝碼，記下一個數(shù)值并將這些數(shù)值，填入表1-4中。表表1-4 1-4 電子秤標定電子秤標定（4）卸下全部砝碼，放上一未知重物，讀出電壓表的值，根據(jù)UW曲線推算出未知重物的重量。 五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論 1在同一坐標紙上描出X-U曲線。 2根據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度 （ 、 ）比較三種接法的靈敏度。 3根據(jù)以上計算結(jié)果與X-U曲線，比較三種橋路的電壓靈敏度，做出定性結(jié)論，并進行誤差分析。 六、注意事項六、注意事項 連接電路時，應(yīng)盡量使用短的接插線，以避免引入干擾。接插線插入插孔時，輕輕地做小角度的轉(zhuǎn)動，以保證接觸良好。拔出時也輕輕地轉(zhuǎn)動一下拔出，

21、切忌用力拉扯插線尾部，以避免造成內(nèi)部導(dǎo)線斷裂。實驗前，應(yīng)確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴大。在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源4V4V不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴重自不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴重自熱效應(yīng)。熱效應(yīng)。接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。 實驗二實驗二 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用熱電偶原理及分度表的應(yīng)用 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?了解熱電偶的原理及分度表的應(yīng)用。

22、二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備 -15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；差動放大器；F/V表；加熱器；熱電偶；溫度計（自備）；主副電源。 三、實驗原理三、實驗原理 熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。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康銅熱電偶。直流電阻：10左右。由兩個銅一康銅由兩個銅一康

23、銅熱電偶串接而成，分度號為熱電偶串接而成，分度號為T T，冷端溫度為環(huán)境溫度。，冷端溫度為環(huán)境溫度。銅一康熱電偶分度表如表3-5所示。 圖圖3-5 3-5 實驗接線圖實驗接線圖表表2-1 2-1 銅一康熱電偶分度銅一康熱電偶分度( (自由端溫度自由端溫度O Oo oC)C) 四、實驗步驟四、實驗步驟 旋鈕初始位置：旋鈕初始位置：F/VF/V表切換開關(guān)置表切換開關(guān)置2V2V檔，差動放大器增益最大。檔，差動放大器增益最大。1了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。實驗儀有二個熱電偶，它封實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表

24、面中間二根細金屬絲焊成的裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者的總和。熱電勢為二者的總和。2按圖2-1接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。記錄下自備溫度計的室溫。3將將-15V-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。4用自備溫度計測出上梁表面熱電偶處的溫度t并記

25、錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可處附近的梁體即可）。5. 用自備室內(nèi)溫度計測出室溫tn。6實驗完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器-15V電源，（自備溫度計測出溫度后馬上拆去-15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。 五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論1. 根據(jù)熱電偶的的中間溫度定律，熱電勢與溫度之間的關(guān)系式： 其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn熱電偶的冷端（自由端）溫度也就是室溫。 to0（tn=to）（1）熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時熱電勢： （100為差動放大器的放大

26、倍數(shù)，2為二個熱電偶串聯(lián)）。 （2）熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅-康銅的熱電勢：Eab(tn,to)：查以下所附的熱電偶自由端為0時的熱電勢和溫度的關(guān)系即銅-康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。（3）計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時的熱電勢，Eab(t,to)，根據(jù)計算結(jié)果，查分度表（表2-1）得到溫度t。2熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只是了解熱電勢現(xiàn)象）。并分析產(chǎn)生誤差的原因。為什么差動放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點？ 實驗三實驗三 差動變壓器差動變壓器( (互感式互感式) )的輸出特性的輸出特

27、性 一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康牧私獠顒幼儔浩髟砑肮ぷ髑闆r二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備1.音頻振蕩器；2.測微頭；3.示波器；4.主、副電源；5.差動變壓器；6.振動平臺。三、實驗原理三、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初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖3-1。 差動變壓器（電感式）：量程量程5mm 5mm 直流電阻：直流電阻：5-105-

28、10。由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體。氧體。 差動變壓器輸出電勢u0與銜鐵位移x的關(guān)系。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。 圖圖3-13-1 差動變壓器輸出電壓的特性曲線差動變壓器輸出電壓的特性曲線 圖圖3-23-2實驗接線圖實驗接線圖注意：示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。注意：示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。四、實驗步驟四、實驗步驟1有關(guān)旋鈕室始位置：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。根據(jù)圖接

29、線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須必須LVLV輸出輸出）、雙蹤示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為調(diào)節(jié)差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V2V。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(zhuǎn)，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合，再向上轉(zhuǎn)動測微頭5mm，使振動平臺往上位移。 向下旋鈕測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移0.mm（1圈），用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為

30、相應(yīng)振動平臺的位移變化），作出V-X關(guān)系曲線。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相應(yīng)讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相應(yīng)關(guān)系。關(guān)系。 表表-1-1差動變壓器輸出端峰峰值差動變壓器輸出端峰峰值并記錄并記錄X X為為2.0mm2.0mm和和-2.0mm-2.0mm處的激勵信號和輸出信號的波形（畫在同處的激勵信號和輸出信號的波形（畫在同一坐標系，便于比較兩者的相位）。一坐標系，便于比較兩者的相位）。 五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論五、實驗數(shù)據(jù)處理與討論 根據(jù)實驗結(jié)果，指出線性范圍。當差動變壓器中磁棒的位置由上到下變化時，雙線示波器觀察到的波形相位會發(fā)生怎樣的變化？用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變

31、壓器的輸出阻抗端信號為最小，這個最小電壓是什么？由于什么原因造成？實驗四實驗四 差動變壓器（互感式）的靜態(tài)標定差動變壓器（互感式）的靜態(tài)標定 一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?了解差動變壓器測量系統(tǒng)的組成和靜態(tài)標定方法。二、實驗設(shè)備二、實驗設(shè)備1.音頻振蕩器；2.差動放大器；3.差動變壓器；4.移相器；5.相敏檢波器；6.低通濾波器；7.測微頭；8.電橋；9.F/V表；10示波器；11主、副電源。圖圖- -實驗接線圖實驗接線圖三、實驗原理三、實驗原理1.1.實驗電路實驗電路u0+x-x2104-6 4-6 相敏檢波后的輸出特性相敏檢波后的輸出特性2. 2. 相敏檢波器的功能與原理相敏檢波器的功能與原理

32、1 1）什么是相敏檢波電路）什么是相敏檢波電路 相敏檢波電路是具有鑒別調(diào)制信號相位和選頻能力的檢波電路。即即一種能判別相位的檢波電路，不但可以反映位移的大?。ǖ姆环N能判別相位的檢波電路，不但可以反映位移的大?。ǖ姆担?，還可以反映位移的方向（的相位），這種檢波電路稱為相值），還可以反映位移的方向（的相位），這種檢波電路稱為相敏檢波電路。敏檢波電路。）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu) 設(shè)計的開關(guān)式全波相敏檢波電路如圖1所示。其中:A1為零電壓比較器；D為檢波二極管；3DJ7J為場效應(yīng)管電子開關(guān)；A2為差動放大器，對信號進行放大與合成。A1、A2均采用具有高阻抗，用于弱信號放大的雙運放的集成芯片LF353N。

33、圖圖4-2 4-2 開關(guān)式全波相敏檢波電路開關(guān)式全波相敏檢波電路u1u2u3urusu03 3）工作原理）工作原理 相敏檢波器工作時要求參考信號和被測信號頻率相同相敏檢波器工作時要求參考信號和被測信號頻率相同。在實際的測量系統(tǒng)中,兩信號采用同一信號源激勵,保證同頻。頻率為低頻至十萬赫,對其頻率穩(wěn)定度要求不高。且 、 同相或反相,相敏檢波器可獲最大輸出,便于測量。（1 1） 與與 同相同相 參考信號 經(jīng)A1和D組成的整形電路后的輸出 是與被測信號 同頻、反相,占空比11的方波。此方波信號是控制電路電流流通此方波信號是控制電路電流流通的開關(guān)的開關(guān), ,為場效應(yīng)管為場效應(yīng)管3DJ7J3DJ7J提供柵

34、源偏置電壓提供柵源偏置電壓, ,控制電子開關(guān)的動作控制電子開關(guān)的動作, ,決定場決定場效應(yīng)管漏極信號效應(yīng)管漏極信號 。由場效應(yīng)管工作原理知:當 時,V截止： 當 時，V導(dǎo)通： 差放A2對信號和進行合成，得到相敏檢波器輸出信號，其表達式為: （2）當 時： 當 時： 由式(3)知，從相敏檢波器輸出信號中得到了被測信號。 當場效應(yīng)管截止時，運放當場效應(yīng)管截止時，運放A A2 2工作在跟隨狀態(tài)；當場效應(yīng)管導(dǎo)通工作在跟隨狀態(tài)；當場效應(yīng)管導(dǎo)通時，時，A A2 2工作在反相放大狀態(tài)。工作在反相放大狀態(tài)。驗證測量時取Rf=R4。把式(1)代入式(2)中，得: 對上述相敏檢波器電路進行性能測試，通過調(diào)整Rf可

35、以改變運放A2對信號放大的幅度,測試波形如圖2所示。對應(yīng)圖1，再對 進行濾波，即可取其直流分量 ，從而得到被測信號幅值 。（2 2） 與與 反相反相 分析原理同（1），若與反相時檢波輸出，如圖3（b）所示。圖圖4-3 4-3 開關(guān)式全波相敏檢波電路波形圖開關(guān)式全波相敏檢波電路波形圖（a a） 、 同相波形同相波形 （b b） 、 反相波形反相波形 圖圖4-4 4-4 、 相位不同時波形圖相位不同時波形圖銜鐵在零位以上ttu0tu0u0銜鐵在零位以下銜鐵在零位4-5 全波整流波形圖全波整流波形圖 波形圖波形圖被測位移變化波形圖差動變壓器激磁電壓波形差動變壓器輸出電壓波形相敏檢波解調(diào)電壓波形相敏檢波解調(diào)電壓波形 相敏檢波輸出電壓波形相敏檢波輸出電壓波形 相敏檢波器參考信號波形X0,且且u2、u