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文檔簡介

目錄CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱說明書:TOC\o"1-5"\h\zー、產(chǎn)品簡介 3\o"CurrentDocument"二、實驗箱組成 4\o"CurrentDocument"三、產(chǎn)品特點 5\o"CurrentDocument"四、傳感器 6\o"CurrentDocument"五、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件 7CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱使用(示范實驗舉例)實驗ー 應(yīng)變片單臂特性實驗 9\o"CurrentDocument"實驗二 應(yīng)變片半橋特性實驗 15\o"CurrentDocument"實驗三 應(yīng)變片全橋特性實驗 16\o"CurrentDocument"?實驗四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性比較實驗 18\o"CurrentDocument"實驗五 應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用ー電子秤實驗 19\o"CurrentDocument"1實驗六 應(yīng)變片的溫度影響實驗 21\o"CurrentDocument"?實驗七 應(yīng)變片溫度補償實驗 23\o"CurrentDocument"實驗ハ 移相器、相敏檢波器實驗 24\o"CurrentDocument"實驗九 應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)ー振動測量實驗 28\o"CurrentDocument"實驗十 壓阻式壓カ傳感器的壓カ測量實驗 30\o"CurrentDocument"2實驗H-ー 電容式傳感器的位移實驗 32實驗十二 差動變壓器的性能實驗 37\o"CurrentDocument"實驗十三 激勵頻率對差動變壓器特性的影響實驗 42\o"CurrentDocument"實驗十四 差動變壓器零點殘余電壓補償實驗 43\o"CurrentDocument"實驗十五 差動變壓器測位移實驗 44\o"CurrentDocument"實驗十六 差動變壓器的應(yīng)用ー振動測量實驗 46\o"CurrentDocument"實驗十七 電渦流傳感器位移特性實驗 48\o"CurrentDocument"實驗十八 被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性影響實驗 52\o"CurrentDocument"實驗十九 被測體面積大小對電渦流傳感器的特性影響實驗 53\o"CurrentDocument"實驗二十 電渦流傳感器測振動實驗 54\o"CurrentDocument"實驗二十ー壓電式傳感器測振動實驗 55\o"CurrentDocument"實驗二十二溫度源的溫度控制調(diào)節(jié)實驗 59\o"CurrentDocument"實驗二十三K熱電偶測溫特性實驗 74\o"CurrentDocument"實驗二十四PtlOO伯電阻(熱電阻)測溫特性實驗 79\o"CurrentDocument"4實驗二十五集成溫度傳感器(AD590)測溫特性實驗 84\o"CurrentDocument"實驗二十六NTC熱敏電阻溫度特性實驗 85\o"CurrentDocument"實驗二十七PN結(jié)溫度傳感器溫度特性實驗 88\o"CurrentDocument"實驗二十八線性霍爾式傳感器位移特性實驗 91\o"CurrentDocument"實驗二十九開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗 94\o"CurrentDocument"實驗三十 磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速實驗 95\o"CurrentDocument"3實驗三十一光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗 97\o"CurrentDocument"實驗三十二利用光電傳感器控制電機轉(zhuǎn)速 98\o"CurrentDocument"實驗三十三光纖位移傳感器測位移特性實驗 101\o"CurrentDocument"5實驗三十四氣敏傳感器實驗 103\o"CurrentDocument"實驗三十五濕敏傳感器實驗 105\o"CurrentDocument"實驗三十六數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗ー靜態(tài)采集舉例 106\o"CurrentDocument"實驗三十七數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗ー動態(tài)采集舉例 108注:目錄中打?的實驗由用戶自己組織做,用戶可以靈活應(yīng)用開發(fā)其他實驗項目。CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱說明書ー、產(chǎn)品簡介CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱是在本公司多年生產(chǎn)傳感技術(shù)教學(xué)實驗儀器的基礎(chǔ)上,結(jié)合了TK-9XX系列和TK-2000系列的各自優(yōu)點,根據(jù)院校實驗室的實際情況,為適應(yīng)不同類別、不同層次的專業(yè)需要,最新主推的手提式傳感器實驗儀,是高聯(lián)公司外銷的主要產(chǎn)品。CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱主要用于各大、中專院校開設(shè)的“傳感器原理”“自動檢測技術(shù)”“非電量電測技術(shù)”“測量與控制”“機械量電測”等課程的實驗教學(xué)。CSY-XS-01實驗箱的傳感器采用原理與實際相結(jié)合,便于學(xué)生加強對書本知識的理解,并在實驗過程中,通過信號的拾取,轉(zhuǎn)換,分析,培養(yǎng)學(xué)生作為ー個科技工作者具有的基本操作技能與動手能力。二、實驗箱組成TK-XS傳感器實驗箱如下圖所示:主要山機頭、主板、信號源、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC接口、軟件等各部分組成。<L_i1■;i1?音球蕩然 低球蕩器 王電源電%&<L_i1■;i1?音球蕩然 低球蕩器 王電源電%&斌度岐検 差動地大器電型變検豁般在舊號。4gセナヤa.ふ中}匕丄移相暑?0 や“相期小器?VW◎ ? §K JI A.電ラ腋大暑V低通威波舞du ,“為派安検器dta dwヤJ丄LgJw№0)& 1-^亠 ?!啊颔??丄&ヤ,L丄f?丄wi W2調(diào)零増益 増益移相CSY-XS-01型傳暦?器?ま驗收⑨高聯(lián)直流電源輸出單元ー傳感器輸出單元ー傳感器調(diào)理電路單元1、機頭由應(yīng)變梁(含應(yīng)變片、PN結(jié)、NICRT熱敏電阻、加熱器等);振動源(振動臺);升降調(diào)節(jié)桿;測微頭和傳感器的安裝架(靜態(tài)位移安裝架);傳感器輸入插座;光纖座及溫度源等組成。2、主板部分主板部分有八大單元電路組成:智能調(diào)節(jié)儀單元:頻率/電壓顯示(Fパ表)單元:音頻振蕩器(IKHz?lOKHz可調(diào))和低振蕩器(1Hz?30Hz可調(diào))單元;直流穩(wěn)壓電源輸出單元(提供高穩(wěn)定的±15V、+5V、±4V、+1.2V?+12V可調(diào)等);數(shù)據(jù)采集和RS232PC接口單元;傳感器的輸出口單元;轉(zhuǎn)動源單元;各種傳感器的調(diào)理電路單元。3、信號源1)溫度源<150℃(可調(diào))ハ2)振動源1Hz?30Hz;3)轉(zhuǎn)動源〇?240017min4、傳感器:詳見四、傳感器(共十九種傳感器)5、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件:詳見五、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件6、實驗箱:供電:AC220V50Hz功率0.2kW實驗箱尺寸為515X420X185(mm)〇三、產(chǎn)品特點1、結(jié)合了TK-9XX系列和TK-2000系列的各自優(yōu)點,實驗箱中的傳感器以原理型和實用型相結(jié)合,定性與定量相結(jié)合,更便于學(xué)生理論與實際相結(jié)合。2、儀器配溫度源等加熱裝置。整個儀器采用手提式箱式結(jié)構(gòu),便于存放保管與管理。3、各種公共源也可用于學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計及進行一些開發(fā)性實驗;電源及信號源設(shè)有保護電路,確保學(xué)生在誤操作后不會損壞設(shè)備并保證學(xué)生的安全。

四、傳感器序號傳感器名稱量程線性備注1電阻應(yīng)變式傳感器0-200g±1%全橋2擴散硅壓カ傳感器4-20kpa±1%3差動變壓器±4mm±2%4電容式傳感器±2.5mm±3%5霍爾式位移傳感器土1mm±3%6霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器2400轉(zhuǎn)/分±0.5%7磁電式傳感器2400轉(zhuǎn)/分±1%8壓電式傳感器9電渦流位移傳感器1mm±2%10光纖位移傳感器1mm±5%11光電轉(zhuǎn)速傳感器2400轉(zhuǎn)/分±0.5%12集成溫度傳感器常溫-120℃±4%13Pt100伯電阻常溫ー150c±4%三線制14K型熱電偶常溫ー150c±4%15氣敏傳感器50-2000PPm對酒清敏感16濕敏傳感器10-95%RH17PN結(jié)18NTC熱敏電阻20℃時,電阻為!0K

五、V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件(一)、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件:V9.0版V9.0版數(shù)據(jù)采集卡是在原V8.0版基礎(chǔ)上的ー個升級版本,針對目前市售的傳感器實驗系統(tǒng)所配的采集卡動態(tài)范圍太小,分辨率和精度過低的缺點,V9.0版采用了エ業(yè)級的解決方案,達到了很高的測量精度和動態(tài)范圍,接口部分采用RS-232/USB接口,方便用戶的實際使用。該采集卡能完全滿足實驗的要求。具體技術(shù)指標(biāo)如下:1、接口標(biāo)準:RS-232/USB接口2、A/D:12位3、通道數(shù):A、B通道4、采樣:同步、異步5、觸發(fā)方式:軟觸發(fā)、硬觸發(fā)6,采樣頻率:lOOKHz(分檔可選)7、測量誤差:0.2mv8、測量量程:最大可達正負15V9、支持電壓、電流信號直接輸入,無需配備轉(zhuǎn)換器10>操作環(huán)境:windows98/2000/xp11、應(yīng)用軟件:TK-V9.0數(shù)據(jù)采集與處理軟件(二)、虛擬儀器軟件:V9.0版本軟件是和V9.0采集卡配套使用,以RS-232/USB進行通訊,采用RS-232/USB標(biāo)準協(xié)議,是ー個高效、實時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)除了與本公司的TK系列傳感器實驗儀配合使用外也可單獨對外部信號進行采集(信號頻率fく1kHz)。(三)、系統(tǒng)需求:1、操作系統(tǒng):Windows98/2000/XP簡體中文版2、IntelPentiumIII500MHz或AMDAthlon700MHz以上3、128M以上內(nèi)存4、400M以上硬盤空間供軟件安裝和備份5、有RS-232/USB接口6、4倍速以上的CD-ROM(四)、該軟件主要功能有以下幾點:1、軟件按照公司實驗指導(dǎo)書編寫,大部分實驗?zāi)苡么藬?shù)據(jù)采集軟件進行實驗操作。2、軟件采集設(shè)置可分單步采樣、定時采樣、雙向采樣、與動態(tài)采樣。在單步采樣時可以以最小二乘法與端點法分析其最大非線性誤差或最大遲滯誤差,在動態(tài)實驗時可以分析其輸入波形的頻率、振幅或轉(zhuǎn)速。3、支持打印功能,能把實驗結(jié)果在實驗結(jié)束后即可打印出來。4、采集卡硬件具有程控放大功能,在測量小電壓時能有很高精度。5、在數(shù)據(jù)采集時通訊速率在V8.0數(shù)據(jù)采集卡的基礎(chǔ)上有很大提高6、數(shù)據(jù)采集軟件支持RS232/USB通訊。7、支持差動輸入功能。8、支持雙通道數(shù)據(jù)采樣。9、具有虛擬低頻示波器功能,并能對波形進行簡單頻譜、失真度分析。CSY-XS-01傳感器系統(tǒng)實驗箱實驗舉例實驗ー應(yīng)變片單臂特性實驗ー、實驗?zāi)康?了解電阻應(yīng)變片的工作原理與應(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。--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。可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測,如カ、壓カ、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P時,根據(jù)電阻的定義式得當(dāng)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P的變化為dL、dA、dP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:dRdL drdp& £ , Q (1—2)式中:dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量€l;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量er由材料力學(xué)得: £l=?卩6 (1—3)式中:リ為材料的泊松比,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+2^)e也R P(1—4)式(1-4)說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主耍取決于它的幾何應(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)變作用ド所產(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);可取華?“Q+2必.& (1—5)其靈敏度系數(shù)為:K=華=(1+2而金屬導(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,且與其軸向應(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/Rv心d前。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)的対稱性,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)。且不同材質(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),可正可負,與材料性質(zhì)和應(yīng)變方向有關(guān),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)應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上,粘貼直徑為〇.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成,如圖1—1所示。

國エ絶蜂質(zhì)(a)絲式應(yīng)變片國エ絶蜂質(zhì)(a)絲式應(yīng)變片M片及)?能絕緣は圖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,與絲式應(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:AR/R=Ke式中:AR/R為電阻絲電阻相對變化,K為應(yīng)變靈敏系數(shù),e=AUL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瞥或全橋工作?;倦娐啡鐖D1—2(a)、(b)、(c)所示。(b)半橋(c)全橋(b)半橋(c)全橋圖1—2應(yīng)變片測量電路(a)、單臂Uo=U①一U③=((R4+AR4)/(R4+AR4+R3)-R1/(R1+R2))E={((R1+R2)(R4+AR4)-Rl(R3+R4+AR4))/((R3+R4+AR4)(R1+R2))}E設(shè)R1=R2=R3=R4,且AR4/R4=AR/RV<1,AR/R=K£〇則Uoq(1/4)(AR4/R4)E=(1/4)(AR/R)E=(1/4)KゝE

(b)、雙臂(半橋)同理:Uo*(1/2)(AR/R)E=(1/2)KeE(0、全橋同理:Uo-SR/R)E=KeE6、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?qū)嶒炘韴D圖中Rl、R2、R3為350Q固定電阻,R4為應(yīng)變片:W1和r組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò),供橋電源直流土4V。橋路輸出電壓Uo*(1/4)(AR4/R4)E=(1/4)(AR/R)E=(1/4)KeE〇三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺;主板中的Fパ電壓表、±4V電源、箔式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動放大器、祛碼;4+位數(shù)顯萬用表(自備)。四、需用器件與單元介紹:熟悉需用器件與單元在傳感器箱中機頭與主板的布置位置(參閱以上說明書二、實驗箱組成圖)。1、圖1—4為主板中的電橋單元。圖中:⑴菱形虛框為無實體的電橋模型(為實驗者組橋參考而設(shè),無其它實際意義)。⑵Rl=R2=R3=350Q是固定電阻,為組成單臂應(yīng)變和半橋應(yīng)變而配備的其它橋臂電阻。⑶W1電位器、r電阻為電橋直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò),W2電位器、C電容為電橋交流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)。2、圖1—5為主板中的差動放大器單元。圖中:左圖是原理圖。其中:IC1TAD620是差動輸入的測量放大器(儀用放大器);IC1-2為調(diào)零跟隨器。右圖為實驗面板圖。Rl—1TRl—1TRIB1--a+GVIVI圖1一5差動放大器原理與面板圖五、實驗步驟:1、在應(yīng)變梁自然狀態(tài)(不受力)的情況下,用4ラ位數(shù)顯萬用表2kQ電阻檔測量所有應(yīng)變片阻值;在應(yīng)變梁受力狀態(tài)(用手壓、提振動臺)的情況下,測應(yīng)變片阻值,觀察一下應(yīng)變片阻值變化情況(標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片縱向受力阻值有變化;標(biāo)有左右箭頭的2片應(yīng)變片橫向不受カ阻值無變化,是溫度補償片)。如下圖1-6所示。4(1/2)位數(shù)4(1/2)位數(shù)顯萬用表2k電限檔測阻值L主板圖1—6觀察應(yīng)變片阻值變化情況示意圖2、差動放大器調(diào)零點:按圖1-7示意接線。將F/V表的量程切換開關(guān)切換到2V檔,合上實驗箱主電源開關(guān),將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置,將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使電壓表顯示電壓為零。差動放大器的零點調(diào)節(jié)完成,關(guān)閉主電源。F/V表S.8.8.S.圖1—7差放調(diào)零接線圖量程切換開關(guān)F/V表S.8.8.S.圖1—7差放調(diào)零接線圖量程切換開關(guān)3、應(yīng)變片單臂電橋特性實驗:⑴將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片(標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片中任意一片為工作片.)與電橋單元中RI、R2、R3組成電橋電路,電橋的ー對角接±4V直流電源,另ー對角作為電橋的輸出接差動放大器的二輸入端,將W1電位器、r電阻直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋中(陽電位器二固定端接電橋的±4V電源端、W1的活動端r電阻接電橋的輸出端),如圖1-8示意接線(粗細曲線為連接線)。8.8.S.8.8.8.S.8.圖1-8應(yīng)變片單臂電橋特性實驗接線示意圖⑵檢查接線無誤后合上主電源開關(guān),在機頭上應(yīng)變梁的振動臺無祛碼時調(diào)節(jié)電橋的直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)叼電位器,使電壓表顯示為〇或接近0(有小的起始電壓也無所謂,不影響應(yīng)變片特性與實驗)。⑶在應(yīng)變梁的振動臺中心點上放置一只祛碼(20g/只),讀取數(shù)顯表數(shù)值,依次增加祛碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值,記下實驗數(shù)據(jù)填入表!?表1應(yīng)變片單臂電橋特性實驗數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)⑷根據(jù)表1數(shù)據(jù)畫出實驗曲線并計算靈敏度S=AV/AW(AV輸出電壓變化量,AW重量變化量)和非線性誤差8(用最小二乘法),8=Am/yFSX100%式中Am為輸出值(多次測量時為平均值)與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。六、思考題:1、AR轉(zhuǎn)換成AV輸出用什么方法?2、根據(jù)圖4機頭中應(yīng)變梁結(jié)構(gòu),在振動臺放置磋碼后分析上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向(是拉?還是壓?兀實驗二應(yīng)變片半橋特性實驗ー、實驗?zāi)康?了解應(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ー。應(yīng)變片半橋特性實驗原理如圖2—1所示。不同受力方向的兩片應(yīng)變片(上、下二片梁的應(yīng)變片應(yīng)カ方向不同)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U。ル(1/2)(△!?/!?)£=(l/2)KeE.~O-4VE+4VO 圖2—1應(yīng)變片半橋特性實驗原理圖三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺;主板中的F/V電壓表、±4V用源、箔式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動放大器;祛碼。四、實驗步驟:除實驗接線按圖2—2接線即電橋單元中Rl、R2與相鄰的二片應(yīng)變片組成電橋電路外。

實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理方法與實驗ー完全相同。實驗完畢,關(guān)閉電源。圖2—2應(yīng)變式傳感器半橋接線示意圖五、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)接在:(1)對邊?(2)鄰邊?為什么?實驗三應(yīng)變片全橋特性實驗ー、實驗?zāi)康?了解應(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-0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,將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?相反的應(yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值:R1=R2=R3=R4,其變化值A(chǔ)R1=AR2=AR3=AR4時,其橋路輸出電壓Uo七SR/R)E=KeE。其輸出靈敏度比半橋又提高了?倍,非線性得到改善。 0ー4VE+4VQ 圖3-1應(yīng)變片全橋特性實驗原理圖三、需用器件和單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺;主板中的Fパ電壓表、±4V電源、箔式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動放大器;祛碼。四、實驗步驟:除實驗接線按圖3-2示意接線,四片應(yīng)變片組成電橋電路外。實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理方法與實驗ー完全相同。實驗完畢,關(guān)閉電源。圖3—2應(yīng)變片全橋特性實驗接線示意圖五、思考題:應(yīng)變片組橋時應(yīng)注意什么問題??實驗四應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性比較ー、實驗?zāi)康?比較単臂、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)為應(yīng)變片單臂、半橋和全橋測量電路原理圖。它們輸出電壓分別為:a)單臂1J〇=ゆ一嗨=((R4+AR4)/(R4+AR4+R3)-Rl/(R1+R2))E={((R1+R2)(R4+AR4)-Rl(R3+R4+AR4))/((R3+R4+AR4)(R1+R2))}E設(shè)R1=R2=R3=R4,且AR4/R4=AR/R<<1,AR/R=Ke〇則UoQ(1/4)(AR4/R4)E=(1/4)(AR/R)E=(1/4)KeE(b)、雙臂(半橋)同理:U。七(1/2)(AR/R)E=(1/2)K£E(0,全橋同理:Uo^(AR/R)E=KeE圖4應(yīng)變測量電路三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺;主板中的Fパ電壓表、±4V電源、箔式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動放大器:祛碼。四、實驗步驟:根據(jù)實驗ー、二、三所得的結(jié)果進行單臂、半橋和全橋輸出的靈敏度和非線性度分析比較(注意:實驗ー、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)變直流全橋的應(yīng)用ー電子秤實驗ー、實驗?zāi)康?了解應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理:常用的稱帀傳感器就是應(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(biāo)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、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺;主板中的Fパ電壓表、±4V電源、箔式應(yīng)變片輸出口、電橋、差動放大器;祛碼。四、實驗步驟:1、差動放大器調(diào)零點;按圖5—2示意接線。將F/V表的量程切換開關(guān)切換到2V檔,合上實驗箱主電源開關(guān),將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置,將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使數(shù)顯表顯示0.000V。差動放大器的零點調(diào)節(jié)完成,關(guān)閉主電源。差動放大器關(guān)ennn差動放大器關(guān)ennnも開 F/v表調(diào)零增益圖5-2差放調(diào)零接線圖

2、按圖5—3接線,檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)。在振動臺無祛碼時,調(diào)節(jié)電橋中的W1電位器,使數(shù)顯表顯示為0.OOOVo將!0只祛碼全部置于振動臺上(盡量放在中心點),調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器,使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或一。.200Vo圖5-3電子秤實驗接線示意圖3、拿去振動臺上的所有祛碼,如數(shù)顯電壓表不顯示0.000V則調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器,使數(shù)顯表顯示為0.000V。再將10只祛碼全部置于振動臺上(盡量放在中心點),調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器,使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或一0.200V?4、重復(fù)3步驟的標(biāo)定過程,一直到精確為止,把電壓量綱V改為重量綱g,就可以稱重,成為一臺原始的電子秤。5、把祛碼依次放在托盤上,并依次記錄重量和電壓數(shù)據(jù)填入下表5。6、根據(jù)數(shù)據(jù)畫出實驗曲線,計算誤差與線性度。表5電子稱實驗數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)7、在振動臺上放上筆、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ー、實驗?zāi)康?了解溫度對應(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)與彈性體(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(dāng)溫度變化時,在被測體受力狀態(tài)不變時,輸出會有變化。三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺、加熱器;主板中的Fパ表、±4V電源、1.2—12V可調(diào)電源、箔式應(yīng)變片輸出口、加熱器輸出口、電橋、差動放大器;祛碼。四、實驗步驟:1、按圖6—1接線。將Fパ表量程切換開關(guān)切到20V檔,檢查接線無誤后合上主電源開關(guān),調(diào)節(jié)12V可調(diào)電源輸出為10V。關(guān)閉主電源。圖6—110V電壓調(diào)節(jié)示意圖2、按照實驗ー應(yīng)變片單臂電橋接線,如圖6—2。檢查接線無誤后合上主電源開關(guān),將10只(200g)祛碼放在振動臺上,在F/V電壓表(2V檔)上讀取記錄數(shù)值為Uol。れ 調(diào)零增益圖6—2應(yīng)變片單臂電橋特性實驗接線示意圖

3、將主板上的加熱器接口連接到1.2—12V可調(diào)電源上(己調(diào)好10V),如圖6—3所示。圖6—3應(yīng)變片溫度影響實驗數(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-Uol即為溫度變化的影響。計算這ー溫度變化產(chǎn)生的相對誤差:1]-1]3= ——^-xlOO%U0、實驗完畢,關(guān)閉電源。?實驗七應(yīng)變片溫度補償實驗ー、實驗?zāi)康?了解溫度對應(yīng)變片測試系統(tǒng)的影響及補償方法。二、基本原理:實驗六已知溫度的變化對應(yīng)變片是有影響的。當(dāng)二片完全相同的應(yīng)變片處于同一溫度場時,溫度的影響是相同的,將實驗六中的R3換成溫度補償應(yīng)變片并與固定阻Rl、R2組成電橋測量電路就能消除溫度的影響。三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺、加熱器;主板中的Fパ表、±4V電源、1.2—12V可調(diào)電源、箔式應(yīng)變片輸出口、加熱器輸出口、電橋、差動放大器;硅碼。四、實驗步驟:提示:溫度補償實驗接線圖如下圖,按實驗六方法實驗,比較二者結(jié)果。圖7應(yīng)變片溫度補償實驗接線圖實驗ハ移相器、相敏檢波器實驗ー、實驗?zāi)康?了解移相器、相敏檢波器的工作原理。二、基本原理:1、移相器工作原理:圖8—1為移相器電路原理圖與實驗箱主板上的面板圖。圖中,IC-1、Ri、R2、R3、C1圖8—1移相器原理圖與面板圖構(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:Ki-i(jw)=Vi/Vl=-(l-j3R3Ci)/(l+j3R3C1)Kfi(3)=1①fi(3)=-ji-2tg1wR3C1其中:3=2jif,f為輸入信號頻率。同理由IC-2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另ー個ー階移相器(滯后),在R5=R4條件下的特性為:KF2(j3)=Vo/Vi="(l-jG)RwC3)/(l+juRwC3)Kf2(w)=1①F2(3)=-n-2tg'3RwCs山此可見,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(dāng)移相電位器Rw=O,上式中①F2=0,因此中門決定了圖7—1所示的二階移相器的初始移相角:即一尸①f尸-Ji-2tg'2nfR3cl若調(diào)整移相電位器Rw.則相應(yīng)的移相范圍為:A①F=O>F1-中F2=-2tg"2JIfR3Ci+2tg'2nfARwCs已知R3=10KQ,Ci=6800p,ARw=10kQ,C3=0.022uF,如果輸入信號頻率f一旦確定,即可計算出圖8-1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8—2為相敏檢波器(開關(guān)式)原理圖與實驗箱主板上的面板圖。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,V。端為檢波輸出端。相敏檢波器關(guān)十皿口十開相敏檢波器關(guān)十皿口十開圖8—2相敏檢波器原理圖與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;IC5T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);D5T二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V7W0V(0?-14V);Q5T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(dāng)V7=0V時,Q5T導(dǎo)通,使IC5-2同相輸入5端接地成為倒相器,即V3=-V1;當(dāng)V7<0V時,Q5T截止(相當(dāng)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V!與參考電壓波形V2之間的相位決定。下圖8-3為相敏檢波器的工作時序圖。圖8—圖8—3相敏檢波器工作時序圖三、需用器件與單元:主板±4V直流電源、音頻振蕩器、移相器、相敏檢波器單元、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:(-)移相器實驗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),按圖8-4示意接線,檢查接線無誤后,將稱相器的撥動開關(guān)撥到‘‘開”位置,合上主電源開關(guān),調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為f=lKHz,幅度適中(2VWVp-pW8V)。2、正確選擇雙線(雙蹤)示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV:在0.5mS?0.ImS范圍內(nèi)選擇;VOLTS/D1V:1V-5V范圍內(nèi)選擇)設(shè)置,調(diào)節(jié)移相器的移相電位器以保證能看到波形的相角變化。3,調(diào)節(jié)移相器的移相電位器(逆時針到底0KQ?順時針到底10KC變化范圍),用示波器可測定移相器的初始移相角(①F=O>Fl)和移相范圍△①F。4,改變輸入信號頻率為f=9KHz,再次測試相應(yīng)的中F和△①F。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),按圖8—5示意接線。檢查接線無誤后將相敏檢波器的撥動開關(guān)撥到“開”位置,合上主電源,調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz,峰峰值Vp-p=5V;結(jié)合相敏檢波器的原理圖和工作原理,分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。

音頻振湯器57z 幅度相敏檢波器關(guān)?匚皿e音頻振湯器57z 幅度相敏檢波器關(guān)?匚皿e開圖8-5相敏檢波器跟隨、倒相實驗接線示意圖CH22、將相敏檢波器的DC參考電壓改接到ー4V,觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。關(guān)閉主電源。合上主電源,分別調(diào)節(jié)移相電位器和音頻信號幅度,結(jié)合相3、按圖8—6示意圖接線,將相敏檢波器的AC參考電壓改接到合上主電源,分別調(diào)節(jié)移相電位器和音頻信號幅度,結(jié)合相3、按圖8—6示意圖接線,將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180°,分別調(diào)節(jié)移相電位器和音頻信號幅度,4,相敏檢波器ノX接示波器CH1通道觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。關(guān)閉主電源。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?

實驗九應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)ー振動測量實驗ー、實驗?zāi)康?了解利用應(yīng)變交流電橋測量振動的原理與方法。二、基本原理:圖9-1是應(yīng)變片測振動的實驗原理方塊圖。當(dāng)應(yīng)變梁的振動臺受到F(t)作用而振動,使粘貼在應(yīng)變梁上的應(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ui(t),ui(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,交流電橋就是ー個調(diào)制電路,Wl、r、W2、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。IUt(f)電源顯示IUt(f)電源顯示圖9-1應(yīng)變儀實驗原理方塊圖三、需用器件與單元:機頭中的應(yīng)變梁、振動臺、激振器;主板中的音頻振蕩器、低頻振蕩器、箔式應(yīng)變片輸出口、激振輸出口、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、將主板上的音頻、低頻振蕩器幅度逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底(幅值輸出最?。磮D9-2接線。檢査接線無誤后,合ヒ主電源開關(guān)并將差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器的撥動開關(guān)撥到’‘開”位置。用示波器[正確選擇示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV;在0.5mS?0.ImS范圍內(nèi)選擇;VOLTS/DIV:2V-5V范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]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IKHz左右,幅度(峰峰值)調(diào)節(jié)到10Vp-p的供橋電壓。

1音頻振蕩器低頻振蕩器箔式應(yīng)變片幅度幅度激振移相差動放大器?ユ碗甲 1音頻振蕩器低頻振蕩器箔式應(yīng)變片幅度幅度激振移相差動放大器?ユ碗甲i圖9-2應(yīng)變片振動測量實驗接線圖移相器■nnレ調(diào)零增益相敏檢波器

關(guān),匚?D0開低通濾波居

モ?皿?開2、調(diào)整好各環(huán)節(jié)、各單元電路。調(diào)整如下:(1)將差動放大器增益順時針輕輕轉(zhuǎn)到底,再逆時針回轉(zhuǎn)一點點。用示波器[正確選擇示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV:在0.5mS?0.ImS范圍內(nèi)選擇:VOLTS/DIV:0.2V?50mV范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]觀察相敏檢波器輸出,用手壓住機頭上的振動臺(振動臺向下產(chǎn)生較大位移)的同時調(diào)節(jié)移相器的移相電位器,使示波器顯示的波形為ー個全波整流波形。(2)釋放振動臺(振動臺處于自然狀態(tài)),再仔細調(diào)節(jié)電橋單元中的W1和W2(交替調(diào)節(jié)),使示波器(相敏檢波器輸出)顯示的波形幅值很小,接近為ー水平線(相鄰波形的基準有高低可調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器)。3,將低頻振蕩器的頻率調(diào)到8Hz左右,調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕,使振動臺振動較為明顯(如振動不明顯再調(diào)節(jié)頻率。注意事項:低頻激振器幅值不要過大,以免振動臺振幅過大而損壞振動梁的應(yīng)變片)。用示波器[正確選擇雙線(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ハIV:0.2V?50mV范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]觀察差動放大器(調(diào)幅波)、相敏檢波器及低通濾波器(傳感器信號)輸出的波形。4、分別調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度的同時觀察低通濾波器輸出波形的周期和幅值。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V。的電壓峰一峰值,填入表9畫出實驗曲線。實驗完畢,關(guān)閉電源。表9應(yīng)變交流全橋振動測量實驗數(shù)據(jù)f(Hz)Vo(p-p)實驗十壓阻式壓カ傳感器的壓カ測量實驗ー、實驗?zāi)康?了解擴散硅壓阻式壓カ傳感器測量壓力的原理和標(biāo)定方法。二、基本原理:擴散硅壓阻式壓カ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(擴散出敏感柵)組成電橋。在壓カ(壓強)作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)カ,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カ變化。圖lo-i為壓阻式壓カ傳感器壓カ測量實驗原理圖。圖10—1壓阻式壓カ傳感器壓カ測量實驗原理三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、壓阻式壓カ傳感器、傳感器輸入插座、引壓膠管、銅三通、手捏氣泵、壓力表;主板中的F/V表、+4V直流電源、壓阻輸出口、差動放大器。四、實驗步驟:1、將壓阻式壓カ傳感器安裝在機頭靜態(tài)位移安裝架上,并連接好引壓膠管、壓カ表和手捏氣泵等。如圖10—2所示,并松開手捏氣泵的單向閥。2、在主板上按圖10—3接線(注意:壓阻的電源端Vs與輸出端V。不能接錯),將F/V表量程切換開關(guān)切到2V檔。檢查接線無誤后合上實驗箱主電源開關(guān),并將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置。將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使電壓表顯示電壓為零。3、鎖緊手捏氣泵的單向閥,仔細地反復(fù)手捏(注意:用カ不要過大)氣泵并同時觀察壓カ表,壓カ上升到3Kpa左右時調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器,使電壓表顯示為相應(yīng)的0.3V左右。再仔細地反復(fù)手捏氣泵壓カ上升到19Kpa左右時調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器,使電壓表相應(yīng)顯示1.9V左右。

圖10—2壓阻式壓カ傳感器測壓實驗安裝圖差動放大器*?nno圖10—2壓阻式壓カ傳感器測壓實驗安裝圖差動放大器*?nno電開圖!0—3壓阻式壓カ傳感器測壓實驗接線圖4、仔細地慢悠悠松開手捏氣泵的單向閥,使壓カ慢慢ド降到3Kpa時鎖緊氣泵的單向閥,調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器,使電壓表顯示為相應(yīng)的0.300V。再仔細地反復(fù)手捏氣泵壓カ上升到19Kpa時調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器,使電壓表相應(yīng)顯示1.900V?5、重復(fù)步驟4過程,直到認為已足夠精度時調(diào)節(jié)手捏氣泵使壓カ在3~19KPa之間變化,每上升IKPa氣壓分別讀取用壓表讀數(shù),將數(shù)值列于表!0o表io壓阻式壓カ傳感器測壓實驗數(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。實驗完畢,關(guān)閉所有電源。

實驗十ー電容式傳感器的位移實驗ー、實驗?zāi)康?了解電容式傳感器結(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=eA/d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇e、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(e變)、測位移(d變)和測液位(A變)等多種電容傳感器。甩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11—I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=e24庭x/ln(R/r)。圖中Cl、C2是差動連接,當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生AX位移時,電容量的變化量為AC=C1—C2=e2板2AX/ln(R/r),式中e24庭、ln(R/r)為常數(shù),說明AC與AX位移成正比,配上配套測量電路就能測量位移。圓筒1C1圓筒1C1莊C2圓筒2連桿圖!1-1實驗電容傳感器結(jié)構(gòu)2、測量電路(電容變換器):如圖11—2、測量電路(電容變換器):如圖11—2所示,測量電路的核心部分是圖!1—3的電路。圖11—2電容測量電路圖11—3圖11—3二極管環(huán)形充放電電路在圖11—3中,環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5,D6二極管、C5電容、L1電感和Cxi、CX2實驗差動電容位移傳感器組成。當(dāng)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Cxi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Cxi充電到。點(地);另ー一路由由a點經(jīng)C5到c點,再經(jīng)D5到d點對CX2充電到0點。此時,D4和D6由于反偏置而截止。在tl充電時間內(nèi),由a到c點的電荷量為:Q1=Cx2(E2-E1)Q1=Cx2(E2-E1)(11—1)當(dāng)髙頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平El時,電容Cxi和CX2均放電。Cxi經(jīng)b點、D4、c點、C5、a點、Ll放電到〇點;CX2經(jīng)d點、D6、Ll放電到〇點。在t2放電時間內(nèi)由c點到a點的電荷量為:Q2=Cxi(E2-E1)(11—2)Q2=Cxi(E2-E1)(11—2)當(dāng)然,(11—1)式和(11—2)式是在C5電容值遠遠大于傳感器的Cxi和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。電容C5的充放電回路由圖11-3中實線、虛線箭頭所示。在ー個充放電周期內(nèi)(T=tl+t2),由c點到aQ2=Cxi(E2-El)點的電荷量為:(11—3)Q=Q2-Q1==(Cxi-Cx2)(E2-E1)=aCxaE(11—3)式中:Cxi與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=lハ',則流過ac支路輸出的平均電流i為:i=i=fQ=fACxaE(11—4)式中:AE一激勵電壓幅值;aCxー傳感器的電容變化量。由(11—4)式可看出:f、れE一定時,輸出平均電流i與れCx成正比,此輸出平均電流i經(jīng)電路中的電感L2、電容C6濾波變?yōu)橹绷鱅輸出,再經(jīng)Rw,轉(zhuǎn)換成電壓輸出Vol=IRw。由傳感器原理已知AC與AX位移成正比,所以通過測量電路的輸出電壓Vol就可知AX位移。3、電容式位移傳感器實驗原理方塊圖如圖!1—4圖11-4電容式位移傳感器實驗方塊圖三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、電容傳感器、測微頭、主板F/V表、電容輸出口、電容變換器、差動放大器。四、實驗步驟:附:測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖11-5所示。圖11—5測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成:測微頭由不可動部分中的安裝套、軸套和可動部分中的測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用: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(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm/格),另ー排是半毫米刻線(0.5mm/格);微分簡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0.01毫米,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;再讀與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與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〇測微頭使用: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)使測桿與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(dāng)轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時,被測體就會隨測桿而位移。1、差動放大器調(diào)零:按圖11—6所示接線。將F/V表的量程切換開關(guān)切換到2V檔,合上實驗箱主電源開關(guān),將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置,將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈,調(diào)節(jié)調(diào)零電位器,使電壓表顯示電壓為零。再關(guān)閉主電源。圖11-6差動放大器調(diào)零接線圖2、電容傳感器的位移測量系統(tǒng)電路調(diào)整:將電容傳感器安裝在機頭的靜態(tài)位移安裝架上(傳感器動極片連接桿的標(biāo)記刻線朝上方)并將引線插頭插入傳感器輸入插座內(nèi),如圖11—7的機頭部分所示。再按圖11-7主板部分的接線示意圖接線,將F/V表的量程切換開關(guān)切換到20V檔,檢查接線無誤后合上主電源開關(guān),將電容變換器的撥動開關(guān)撥到“開”位置并將電容變換器的增益順針方向慢慢轉(zhuǎn)到底再反方向回轉(zhuǎn)半圈。拉出(向右慢慢拉)傳感器動極片連接桿,使連接桿上的第二根標(biāo)記刻線與夾緊螺母處的端口并齊,調(diào)節(jié)差動放大器的增益旋鈕使電壓表顯示絕對值為IV左右:推進(向左慢慢推)傳感器動極片連接桿,使連接桿上的第一根標(biāo)記刻線與夾緊螺母處的端口并齊,調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零旋鈕(0電平遷移)使電壓表反方向顯示值為IV左右。重復(fù)這ー過程,最終使傳感器的二條標(biāo)記刻線(傳感器的位移行程范圍)對應(yīng)于差動放大器的輸出為土IV左右。傳感器弓I線機頭動極片連接桿緊固螺燈測微頭安裝孔F/V表8.8.8.8.ヽ調(diào)零增益增益|_.差動放大器美傳感器弓I線機頭動極片連接桿緊固螺燈測微頭安裝孔F/V表8.8.8.8.ヽ調(diào)零增益增益|_.差動放大器美?匚??丹電容變換器美?eh?開傳感器輸入插座傳感器量程切換開關(guān)圖11-7電容傳感器位移測量系統(tǒng)電路調(diào)整安裝、接線圖3、安裝測微頭:首先調(diào)節(jié)測微頭的微分筒,使微分筒的〇刻度線對準軸套的20mm處,再將測微頭的安裝套插入靜態(tài)位移安裝架的測微頭安裝孔內(nèi)并使測微頭測桿與傳感器的動極片連接桿吸合;然后移動測微頭的安裝套使傳感器連桿上的第二根標(biāo)記刻線與傳感器夾緊螺母端口并齊后擰緊測微頭安裝孔上的緊固螺釘,如圖11一8機頭部分所示。4、傳感器位移特性實驗:安裝好測微頭后(測微頭的微分筒〇刻度線對準軸套的20mm處),讀取電壓表顯示的電壓值為起始點,再仔細慢慢順時針轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒一圈△X=0.5mm(不能轉(zhuǎn)動過量,否則回轉(zhuǎn)會引起機械回程差)從F/V表上讀出輸出電壓值,填入下表11,直到傳感器連桿上的第?根標(biāo)記刻線與傳感器夾緊螺母端口并齊為止。表11電容傳感器測位移實驗數(shù)據(jù)X(mm) V(V)

電容變換器,美?DU?開航空插頭電電容變換器,美?DU?開航空插頭電容傳感器差動放大器傳感器輸入插座傳感器引線標(biāo)記刻線、測桿夾緊螺母動極片連接桿緊固螺釘測微頭安裝孔靜態(tài)位移安裝架量程切換開關(guān)圖11一8測微頭的安裝圖(機頭部分所示)5、根據(jù)表11數(shù)據(jù)作出ふx—v實驗曲線,在實驗曲線上截取線性比較好的線段作為測量范圍并計算靈敏度S=zsV/aX與線性度。實驗完畢,關(guān)閉所有電源開關(guān)。實驗十二差動變壓器的性能實驗實驗十二差動變壓器的性能實驗ー、實驗?zāi)康?了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理:差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖12—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。差動變壓器ー、ニ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(dāng)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12—2所示。圖中U1為一次繞組激勵電壓;Mi、M2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感:L、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(dāng)銜鐵處于中間位置時,圖12-1圖12-1差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖圖12-2差動變壓器的等效電路圖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(dāng)銜鐵移向二次繞組L21,這時互感Mi大,M2小,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(dāng)銜鐵向二次繞組L22ー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12—2可以看出一次繞組的電流為:[シ4+jUゝ二次繞組的感應(yīng)動勢為:由于二次繞組反向串接,所以輸出總電動勢為:-Ml)?.Lz其有效值為:差動變壓器的輸出特性曲線如圖12-3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。Eo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耍指標(biāo)。為了減小零點殘余電動勢可采取以下方法: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)カ,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!2-4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(dāng)數(shù)值的電阻電容元件,當(dāng)調(diào)整町、W2時,可使零點殘余電動勢減小。圖12—4減小零點殘余電動勢電路三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、差動變壓器、測微頭、主板音頻振蕩器、電感輸出口、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、將差動變壓器和測微頭安裝在機頭的靜態(tài)位移安裝架上,如下圖12-5,Li為初級線圈(一次線圈);LokLo2為次級線圈(二次線圈);?號為同名端。差動變壓器的原理圖參閱圖!2—2〇2、按圖12-5示意接線,差動變壓器的原邊Li的激勵電壓(絕對不能用直流電壓激勵)必須從主板中音頻振蕩器的Lv端子引入,檢查接線無誤后合上主電源開關(guān),調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為3~5KHz(可輸入到頻率表10K檔來監(jiān)測或示波器上讀出)的任一值;調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p=2V(示波器第一通道監(jiān)測)。圖12-5差動變壓器性能實驗安裝、接線示意圖3、差動變壓器的性能實驗:使用測微頭時,當(dāng)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方法可以看到死區(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??潭染€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,另ー個方向位移為負,從Vp-p最小開始旋動測微頭的微分筒,每隔△XR.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(dāng)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為定值,與測微頭的起始點定在哪ー根刻度線上沒有關(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),使微分筒的〇刻度線對準軸套的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)和示波器第二通道顯示的波形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,填入下表12(這樣単行程位移方向做實驗可以消除測微頭的機械冋差)。4、根據(jù)表12數(shù)據(jù)畫出X-Vp-p曲線并回答差動變壓器的零點殘余電壓大小?實驗完畢,關(guān)閉電源。表12差動變壓器性能實驗數(shù)據(jù)△X(mm)Vp-p(mV)五、思考題:1、試分析差動變壓器與一?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?實驗十三激勵頻率對差動變壓器特性的影響ー、實驗?zāi)康?了解初級線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:u0("|一"些柝+國表示,式中Lp、Rp為初級線圈電感和損耗電阻,5、3為激勵電壓和頻率,MhMユ為初級與兩次級間互感系數(shù),由關(guān)系式可以看出,當(dāng)初級線圈激勵頻率太低時,若靖>い?!7,則輸出電壓U。受頻率變動影響較大,且靈敏度較低,只有當(dāng)3%z>>R『時輸出U。與3無關(guān),當(dāng)然3過高會使線圈寄生電容增大,對性能穩(wěn)定不利。三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、差動變壓器、測微頭、主板音頻振蕩器、電感輸出口、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、差動變壓器及測微頭的安裝、接線同實驗十二、圖12—5。2、檢查接線無誤后,合上主電源開關(guān),調(diào)節(jié)音頻振蕩器Lv輸出頻率為IKHz(用示波器,也可用F/V表的量程切換開關(guān)切到20K檔監(jiān)測頻率),Vp-p=2V(示波器監(jiān)測)。調(diào)節(jié)測微頭使差動變壓器銜鐵明顯偏離位移中點位置,即差動變壓器有某個較大的Vp-p輸出。(示波器監(jiān)測Vp-p最小時)的位置。3、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IKHz-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13〇表13差動變壓器幅頻特性實驗數(shù)據(jù)F(Hz)IKHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHzVp-p4、根據(jù)表13數(shù)據(jù)作出幅頻(F—Vp-p)特性曲線。實驗完畢,關(guān)閉主電源。實驗十四差動變壓器零點殘余電壓補償實驗ー、實驗?zāi)康?了解差動變壓器零點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二線圈的等效參數(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。在實驗四(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。補償方法閱讀實驗四(二、基本原理),本實驗采用(c)補償線路減小零點殘余電壓。三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、差動變壓器、測微頭、主板音頻振蕩器單元、電感輸出口、電橋、雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、按下圖14示意接線,按實驗十二(差動變壓器的性能實驗)步驟實驗。圖14零點殘余電壓補償實驗接線示意圖2、比較二者(實驗十二與實驗十四)實驗結(jié)果。實驗完畢,關(guān)閉電源。?說明:實驗箱主板上的電橋單元是通用單元,不是差變補償專用單元,因而補償電路中的r、c元件參數(shù)值不是最佳的。但學(xué)生只要通過實驗理解補償概念及方法就達到了目的。實驗十五差動變壓器測位移實驗ー、實驗?zāi)康?了解差動變壓器測位移時的應(yīng)用方法二、基本原理:差動變壓器的工作原理參閱實驗四(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15-1是差動變壓器測位移原理框圖。圖15—1差動變壓器測位移原理框圖圖15—1差動變壓器測位移原理框圖示波器/v\音頻振蕩器三、需用器件與單元:機頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、差動變壓器、測微頭;主板F/V表、音頻振蕩器、電感輸出口、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器;雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、按圖15-2示意圖安裝差動變壓器和測微頭。按圖15-3示意接線。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);F/V表的量程切換開關(guān)切到2V檔。檢査接線無誤后,將差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器的撥動開關(guān)撥到“開”位置,合上主電源開關(guān)。圖15—2差動變壓器安裝示意圖

音頻振蕩器Liス示波鐳CH1通差動放大器關(guān)?mf相敏檢波器關(guān)?IOBI音頻振蕩器Liス示波鐳CH1通差動放大器關(guān)?mf相敏檢波器關(guān)?IOBI,開^V】ン@AC屆揖接示波器CH2通道低通濾波器!關(guān)?ロ皿?開ノ>Vi ?Vo圖15-3差動變壓器測位移組成、接線示意圖2、調(diào)節(jié)音頻振蕩器(用示波器監(jiān)測),頻率f=5KHz,幅值Vp-p=2V。3、調(diào)整差動放大器增益:差動放大器增益旋鈕順時針輕轉(zhuǎn)到底,再逆時針回轉(zhuǎn)2圈。4、松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒,使微分筒的〇刻度值與軸套上的10mm刻度值對準。5、順著差動變壓器銜鐵的位移方向移動測微頭的安裝套(正、反方向都可以),使差動變壓器銜鐵明顯偏離位移中點位置后,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絕對值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在初級線圈的中點位置)并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。6、調(diào)節(jié)電橋單元中的町、W2(二者配合調(diào))和差動放大器的調(diào)零電位器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F/V表顯示0(以F/V表為主)。7,調(diào)節(jié)測微頭的微分筒,每隔△*=0.2mm從F/V表上讀出輸出電壓V值,填入下表15。表15差動變壓器測位移實驗數(shù)據(jù)X(mm) -0.200.2 V(mV)08、根據(jù)表15數(shù)據(jù)作出實驗曲線并截取線性范圍計算靈敏度S=AV/AX與線性度。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?實驗完畢關(guān)閉所有電源開關(guān)。

實驗十六差動變壓器的應(yīng)用一振動測量實驗ー、實驗?zāi)康?了解差動變壓器測量振動的方法。二、基本原理:參閱實驗四、實驗ハ。當(dāng)差動變壓器的銜鐵連接桿與被測體連接時就能檢測到被測體的位移變化或振動。三、需用器件與單元:機頭振動臺、升降桿、傳感器輸入插座、差動變壓器、傳感器連接橋架;主板音頻振蕩器、低頻振蕩器、電感輸出口、激振輸出口、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器;雙蹤示波器(自備)。四、實驗步驟:1、按圖16—1將差動變壓器安裝在振動臺上:差動變壓器卡在傳感器連接橋架的U型槽上并擰緊差動變壓器的夾緊螺母,調(diào)整傳感器連接橋架使差動變壓器的銜鐵連桿與振動臺相碰(銜鐵連桿遠離振動臺中心點,即銜鐵連桿不要與振動臺中心點磁鋼吸合),并擰緊傳感器連接橋架壓緊螺帽。松開粗調(diào)鎖緊螺釘,往上提粗調(diào)升降桿20mm左右(粗調(diào)升降桿露出軸套大約20mm)后鎖緊粗調(diào)鎖緊螺釘。松開細調(diào)鎖緊螺釘,逆時針轉(zhuǎn)動細調(diào)調(diào)節(jié)螺母使細調(diào)升降桿縮進軸套中。將傳感器引線插入傳感器輸入插座中。傳感器 緊媒帽橋架圧粗例升降桿粗週鎖案傳感器 緊媒帽橋架圧粗例升降桿粗週鎖案爆釘細調(diào)鎖‘府娛燈圖16-1差動變壓器振動測量安裝示意圖2、在主板上找到音頻振蕩器、低頻振蕩器、電感、激振、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器單元并按圖16—2接線。

低頻振蕩器低頻振蕩器圖16-2差動變壓器振動測量接線示意圖3、將咅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?。?并調(diào)整好有關(guān)部分。調(diào)整如下:(1)檢查接線無誤后,將差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器的撥動開關(guān)撥到’‘開”位置,合上主電源開關(guān)。用示波器[正確選擇雙線(雙蹤)示波器的“觸發(fā)”方式及其它(T方式DIV:在0.5mS~0.ImS范圍內(nèi)選擇;VOLTS/DIV:1V-5V范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]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4?7KHz左右、Vp-p=5V的激勵電壓。(2)將差動放大器增益旋鈕順時針輕轉(zhuǎn)到底,再逆時針回轉(zhuǎn)?圈。用示波器觀察相敏檢波器輸出,調(diào)節(jié)移相器的移相電位器,使示波器顯示的波形為ー個全波整流波形。(3)調(diào)節(jié)圖16—4中的細調(diào)升降桿(順時針轉(zhuǎn)動細調(diào)調(diào)節(jié)螺母)的高度,使示波器顯示的波形幅值為最小。再仔細調(diào)節(jié)電橋單元中的W1和W2(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,接近為一平線(相鄰波形有高低可調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器)。4、將低頻振蕩器的頻率調(diào)到8Hz左右,調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕,使振動臺振動較為明顯(如振動不明顯再調(diào)節(jié)頻率。注意事項:低頻激振器幅值不耍過大,以免振動臺振幅過大而損壞振動梁的應(yīng)變片)。用示波器[正確選擇雙線(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:IV?0.IV范圍內(nèi)選擇)設(shè)置]觀察差動放大器(調(diào)幅波)、相敏檢波器及低通濾波器(傳感器信號)輸出的波形。5、分別調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度的同時觀察低通濾波器(傳感器信號)輸出波形的周期和幅值。6、作出差動放大器、相敏檢波器、低通濾波器的輸出波形。實驗完畢,關(guān)閉主電源。實驗十七電渦流傳感器位移特性實驗ー、實驗?zāi)康?了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理:電渦流式傳感器是ー種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器由傳感器線圈和被測物體(導(dǎo)電體ー金屬渦流片)組成,如圖!7.1.1所示。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,當(dāng)傳感器線圈(ー個扁平線圈)通

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