传感器与检测技术实验指导书

传感器与检测技术

实验指导书

目 录

实验管理条例-----------------------------------------------------------------1 实验一、金属箔式应变片性能---单臂电桥-----------------------------------------2 实验二、金属箔式应变片：单臂，半桥，全桥比较-----------------------------------5 实验三、金属箔式应变片的温度效应及补偿-----------------------------------------8 实验四、金属箔式应变片----交流全桥--------------------------------------------9 实验五、交流全桥的应用----振幅测量-------------------------------------------12 实验六、交流全桥的应用----电子称之一------------------------------------------13 实验七、热电偶的原理及现象---------------------------------------------------15 实验八、移像器实验-----------------------------------------------------------17 实验九、相敏检波器实验-------------------------------------------------------18 实验十、差动变压器(互感式)的性能---------------------------------------------20 实验十一、 差动变压器零点残余电压的补偿--------------------------------------22 实验十二、 差动变压器的标定(静电位移性能)------------------------------------23 实验十三、 差动变压器的应用----振动测量--------------------------------------24 实验十四、差动变压器的应用----电子称之二-------------------------------------25 实验十五、差动螺管式(自感式)电感传感器的静态位移性能-------------------------26 实验十六、 差动螺管式(自感式)电感传感器的动态性能----------------------------27 实验十七、电涡流式传感器的静态标定-------------------------------------------28 实验十八、被测体材料对电涡流传感器特性的影响---------------------------------29 实验十九、电涡流传感器的应用----振幅测---------------------------------------30 实验二十、电涡流传感器的应用----电子称之-------------------------------------31 实验二十一、霍尔式传感器的静态位移特性----直流激励---------------------------32 实验二十二、 霍尔式传感器的应用----电子称之四--------------------------------33 实验二十三、霍尔式传感器的静态位移特性----交流激励----------------------------34 实验二十四、霍尔式传感器的应用----振幅测-------------------------------------35 实验二十五、磁电式传感器的---------------------------------------------------36 实验二十六、压电传感器的动态响应实-------------------------------------------37 实验二十七、光纤位移传感器静态实验--------------------------------------------38 实验二十八 光纤位移传感器动态实验--------------------------------------------39 实验二十九、热敏电阻测温演示-------------------------------------------------39 实验三十、LabView实验（一）--------------------------------------------------40 实验三十一、LabView实验（二）--------------------------------------------------42 实验三十二、快速Fourier变换(FFT)及其应用-------------------------------------46 实验三十三、差动便面积式电容传感器的静态及动态特性----------------------------46 实验三十四、气敏传感器（MQ3）实验---------------------------------------------52 实验三十五、湿敏电阻（RH）实验-----------------------------------------------52 附录一、SY-2型传感器系统实验仪产品说明书-------------------------------------52 附录二 、SC-2075信号调理辅助电路简介----------------------------------------55 附录三 实验报告要求---------------------------------------------------------67

前 言

随着信息时代的到来，传感器技术作为信息科学最前端的一个“阵地”和手段，在现代科学中的重要性已经被人们所认识。国内外的许多高校都相继开设了相应课程。作为一门实用科学技术该课程具有很强的实践性，因而在理论学习的同时也必须加强实践环节，基于此目的我们编写了这本实验教材。

全书由两大部分组成，第一部分为各类传感器的相关实验，包括电阻式，电感式，电容式，压电式等常见传感器共28个实验。第二部分为虚拟仪器实验及数字信号处理的相关实验。附录部分收录了本实验课程使用的传感器实验仪的说明书，并对基于Labview的数据采集系统做了简单介绍。

本书不仅适合于电类专业的《传感器技术》的实验教材也适合于非电类专业的《传感器与测试技术》课程。对于电类专业“虚拟仪器实验”为必做实验，传感器实验建议选作3-4种。对于非电类专业“信号处理Matlab仿真实验”和“虚拟仪器实验”为必做实验，传感器实验可选作2-3个。

本书由于涉及的传感器种类较多，加之作者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评和指正。

作者 2005年7月于西南大学

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实验管理条例

一、 实验准备人员应在实验开始前10分钟打开稳压电源，调整好各实验设备，

做好上课准备。

二、 实验主讲教师应及时解答学生问题，且态度要和蔼，不得随意离开岗位。 三、 实验结束后，实验准备人员必须检查各实验设备室，关闭稳压电源和照明

用电，并锁好大门。

四、 要求学生不迟到，不早退，爱护实验设备，保持室内整洁。 五、 实验前要预习实验指导书，做出必要的预习报告。

六、 实验中要认真听教师讲解，接好线后请老师查看，方可通电，出现事故要

迅速关闭电源并报告教师。

七、 实验时要认真记录测量数据，原始数据经老师查看签字后方可拆除线路，

整理好桌椅，离开实验室之前应在登记本上签到，必须亲自签名，严禁代签。

八、 实验中未经许可不得善自挪用其它实验台的仪器设备。 九、 实验后要认真按要求完成实验报告。

十、 不小心损坏仪器者，要填写损坏单，对于不按规定操作损坏仪器者要写检

查，提出批评并按价赔偿。

西南大学电工电子实验教学中心

2005年8月

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实验一 金属箔式应片性能-----单臂电桥

一、实验目的：

了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 二、所需单元及部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平衡梁、微测头、一片应变片、Ｖ／Ｆ表。 旋钮初始位置：直流稳压电源打到±２Ｖ档，Ｖ／Ｆ表打到２Ｖ档，差动放大增益调到最大。 三、实验步骤：

1、观察所需单元、部件在实验仪上的所在位置。观察梁上的应变片，上下两片梁的外表面各贴两片受力应变片，测微头在双平行梁右端的支座上，可以上、下、左、右、前、后调节。

2、将差动放大器调零：用10cm长的连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与V/F表的输入端Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使V/F表显示为零（或接近零），关闭主、副电源。

3、实验仪内配备的锁紧式插头线的使用方法：连线时，将连线的插头插入仪器上的插座后顺时针方向旋转30度左右接触就很可靠。并可在此插头的上方可继续插入很多插头，可任意扩展，立体步线。将插头逆时针方向旋转30左右即可拔出。注意拔出连线时千万不能直接拉导线，要拿住连线头部拔起，以免拉断实验连线。

4、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/F表置20V档，调节测微头脱离双平衡梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的RD(W1)，使V/F显示为零，然后将V/F表置2V档，再慢慢调电桥RD(W1)，使V/F表显示为零。

3

11107R389R11R23rW14W2CW16W252 ＋4V 4 110 RxR111＋V W1R27－差动放大器R2－4V直流稳压电源R3直流电压表53电桥平衡网络8图1

5、将测微头转动到10㎜刻度附近，安装到双平行梁的右端即自由端（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/F表显示值最小，再旋动测微头，使V/F表显示为零（细条零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

6往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下V/F表显示的值，每旋动测微头一周即ΔX=0.5㎜，记一个数值填入下表：

4

位移（㎜） 电压 （mv）

7、根据所得结果计算灵敏度ΔS=ΔV/ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为V/F表显示的电压值的相应变化。

8、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。 四、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，仅作为一个标记，让学生连线时组成电桥容易。

2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。 五、问题：

1、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

* 实验一 金属箔式应变片性能------单臂电桥

一、实验目的：

了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 二、所需单元及部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁称重传感器、砝码、一片应变片、V/F表、主、副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源打到±2V档，V/F表打到2V档，差动放大增益最大。 三、实验步骤：

1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片上下两片梁的外表面各贴两片受力的应变片。

2、 将差动放大器调零：用10cm长连线将差动放大器的正、负、地短接，将差动放大器的输出端与V/F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最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使V/F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，R4=Rx为应变片，将稳压电源的切换开关置±4V档， V/F表置20V档,开启主副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使V/F表显示为零，等待数分钟后将V/F表置2V档，再调电桥W1，(慢慢的调)，使V/F表显示为零。

5

＋4V 4 110 RxR111＋V W1R27－差动放大器R2－4V直流稳压电源R3直流电压表53电桥平衡网络8

4、在传感器托盘上(即双平行梁自由端的磁钢处)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) 四、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，仅作为一个标记，让学生组桥容易。 2、为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大质量，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最小，以减小其对直流电桥的影响。 五、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，(见附录一)分析其工作原理，说明它既能做差动放大，由可做同相或反相放大器。

图1 实验二 金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较

一、实验目的:

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。

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二、所需单元和部件:

直流稳压电源，差动放大器，电桥，V/F，测微头，双平行梁，应变片

有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到±2V档，V/F表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 三、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为工作片，r及W1为电桥平衡网络。

3、调节测微头使双平行梁处于水平位置，(目测)，将直流稳压电源打倒±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、转测微头，使梁移动，每隔0.5㎜(旋转一圈)读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主副电源。 位移 （㎜） 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个应变片，即取二片受力方向不同的应变片，形成半桥(图3)，调节测微头使梁到水平位置(目测)，调节电桥W1使V/F表显示为零，重复(4)过程同样测得读数，填入下表： 位移 （㎜） 电压 （mv） 7

＋4V4110RxR111＋VW1R2－差动放大器R2－4V直流稳压电源R3直流电压表53电桥平衡网络8图3

6、保持差动放大器增益不变，将R1,R2两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/F表显示为零。重复(4)过程将读出的数据记入下表:

位移 （㎜） 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。 四、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、直流稳压电源打在±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

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*实验二 金属箔式应变片:单臂、半桥、全桥比较

一、实验目的:

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系. 二、所需单元和部件:

直流稳压电源、差动放大器、电桥、V/F表、双平行梁称重传感器、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，差动放大器增益调到最大。 三、实验步骤:

1、按实验1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，R4=Rx为应变片，将稳压电源的切换开关置±4V档，V/F表置20V档,开启主副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使V/F表显示为零，等待数分钟后将V/F表置2V档，再调电桥W1(慢慢的调)，使V/F表显示为零。

3、在传感器托盘上(双平行梁右端磁钢处)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=△V/△W，并作出V-W关系曲线，△V为电压变化率，△W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R4工作状态相反的另一个应变片即取二片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节电桥W1使V/F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R1，R2两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/F表显示为零，重复(3)过程将读数填入下表:

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

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四、注意事项:

1、在更换应变片对应将电源关闭

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、直流稳压电源打在±4V档,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 金属箔式应变片的温度效应及补偿

一、实验目的:

了解温度对应变测试系统的影响 二、所需单元和部件:

可调直流稳压电源，-15V不可调稳压电源，电桥，差动放大器，V/F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/F表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大。 三、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梁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/F表的输入插口Vi相连。

3、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使V/F表显示为零，再把V/F表的切换开关置2V档，细调差动放大器调零旋钮，使V/F表显示为零，关闭主、副电源， V/F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，调电桥平衡网络中的W1电位器，使V/F表显示零，然后将V/F表的切换开关置2V档，调W1电位器，使V/F表显示为零。

4、 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/F表显示为零。 5、 将-15V电源用导线连到加热器的一端插口,加热器另一端插口接地,，V/F表的显示在变化， 等V/F表显示稳定后，记下显示读数,并用温度计测出温度，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，等待数分钟后使梁体冷却到室温。

6、 将V/F表的切换开关置20V档，将图中R3换成地 应变片(补偿片)，重复4-6过程。

7、 比较两种情况的数值，在相同温度下，补偿后的输出变化小很多。 8、 实验完毕，关闭主副电源，所有旋钮转到初始位置。

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四、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 金属箔式应变片的温度影响

一、实验目的:

了解温度对应变测试系统的影响 二、所需单元和部件:

可调直流稳压电源,-15V不可调稳压电源,电桥,差动放大器, V/F表,加热器,双平行梁称重传感器,应变片,砝码,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/F表置20V档,差动放大器增益旋钮置最大 三、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梁的下片梁的表面,采用电阻丝绕制

2、将差动放大器的(+)、(-)输入端与地短接,输出端插口与V/F表的输入插口Vi用导线相连, 开启主、副电源,调节差放调零旋钮,使V/F表显示为零,再把V/F表的切换开关置2V档,细条差放调零旋钮,使V/F表显示为零,关闭主、副电源, V/F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,调电桥平衡网络中的W1电位器,使V/F表显示零,然后将V/F表的切换开关置2V档,调W1电位器,使V/F表显示为零

4、在传感器托盘上(即双平行梁自由端的磁钢处)放上所有砝码,记下此时的电压数值. 将-15V电源用导线连到加热器的一端插口,加热器另一端插口接地, V/F表的显示在变化, 等V/F表显示稳定后,记下显示读数.比较两种情况V/F表数值,即为温度对应变片的影响.

5、实验完毕,关闭主副电源,所有旋钮转到初始位置

实验四 金属箔式应变片------交流全桥

一、实验目的:

了解交流供电的四臂应变电桥的原理和应用。

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二、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, V/F表,双平行梁,应变片,测微头,示波器。

有关旋钮的初始位置:音频振荡器5KHZ,幅度关至最小, V/F表打到20V档,差动放大器增益旋到最大。 三、实验步骤:

1、差动放大器调零:将差动放大器(+),(-)输入端(用10cm长的连线)与地短接,输出端与V/F表的Vi端相连, V/F表开关置20V档,开启主副电源后调差放的调零旋钮使V/F表显示为零, V/F表切换开关置2V档,细条差放调零旋钮使V/F表显示为零,然后关闭主副电源

2、按图4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,音频振荡器旋钮置中间位置.

?1LV音频振荡器?2R1W2CR4移相器＋－VW1RR2R3应变片～示波器相敏检波器低通滤波器V/F表电桥平衡网络图4端并远离,将V/F表的切换开关置20V档,示波器X扫描是切换到0.1-0.5ms(以合适为宜),Y

3、用手按住双平行梁的自由端(右端),旋转测微头使测微头脱离振动梁(双平行梁)自由轴CH1或CH2切换开关置5V/div,音频振荡器的频率旋钮置5KHZ,幅度旋钮置中间幅度,开启主副电源,调节电桥网络中的W1,W2,使V/F表和示波器显示最小,再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div,细条W1和W2及差动放大器调零旋钮,使V/F表显示值最小,示波器的波形大致为一条水平线(V/F表显示值与示波器不完全相符时两者兼顾即可).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V/F表显示为零,以后每转动测微头一周即0.5mm, V/F表显示值记录下表: Xmm 0.5 1 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=△V/△X,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.

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 12

四、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。

*实验四 金属箔式应变片----交流全桥

一、实验目的:

了解交流供电的四臂应变电桥的原理和应用 二、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, V/F表,双平行梁称重传感器,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,幅度关至最小, V/F表打到20V档,差动放大器增益旋到最大 三、实验步骤:

1、差动放大器调零:将差动放大器(+),(-)输入端与地短接,输出端与V/F表的Vi端相连,开启主副电源后调差放的调零旋钮使V/F表显示为零, V/F表切换开关置2V档,细条差放调零旋钮使V/F表显示为零,然后关闭主副电源

2、按图5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,音频振荡器旋钮置中间位置

?1LV音频振荡器?2R1W2CR4移相器＋－VW1RR2R3应变片～示波器相敏检波器低通滤波器V/F表电桥平衡网络图5

3、将V/F表的切换开关置20V档,示波器X扫描是切换到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,幅度旋钮置中间幅度,开启

主副电源,调节电桥网络中的W1,W2,使V/F表和示波器显示最小,再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div,细条W1和W2及差动放大器调零旋钮,使V/F表显示值

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最小,示波器的波形大致为一条水平线(V/F表显示值与示波器不完全相符时两者兼顾即可).再用手轻轻按住双平行梁沉重传感器托盘(梁右端磁钢处)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,根据所得结果计算灵敏度S=△V/△W,并作出V-W关系曲线, △V是电压变化率, △W是相应的质量变化率。

重量(g) 电压(mv) 四、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。

实验五 交流全桥的应用----振幅测量

一、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 二、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,V/F表,双线示波器,激振线圈Ⅰ.

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,幅度置最小,差放增益置最大,主副电源关闭. 三、实验步骤:

1、按图6接线,并保持实验四(1),(2),(3)的步骤

?1LV音频振荡器?2R1W2CR4移相器＋－VW1RR2R3应变片～示波器相敏检波器低通滤波器V/F表电桥平衡网络图6

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2、关闭主副电源,将低频振荡器的输出Vo信号接到激振线圈Ⅰ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,但应注意不使梁的振幅碰到激振线圈梁为宜.

3、将示波器的X轴扫描旋钮切到5-10ms/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,并描出各级波形,改变低频振荡器频率f(3~20Hz),测得相应的电压峰峰值(低通滤波器输出Vp-p),填入下表,画出幅频f-Vp-p曲线.

F(Hz) Vp-p 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

3 5 7 10 12 15 17 20 实验六 交流全桥的应用--------电子称之一

一、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。 二、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,砝码 ,V/F表,主副电源,双平行梁,应变片 三、实验步骤:

1、差动放大器调零:将差动放大器(+),(-)输入端与地短接,输出端与V/F表的Vi端相连,V/F表打在20V档,开启主副电源后调差放的调零旋钮使V/F表显示为零, V/F表切换开关置2V档,细条差放调零旋钮使V/F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,音频振荡器旋钮置中间位置. 3、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(双平行梁)自由端并远离,将V/F表的切换开关置20V档,示波器X扫描是切换到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,幅度旋钮置中间幅度,开启主副电源,调节电桥网络中的W1,W2,使V/F表和示波器显示最小,再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div,细条W1和W2及差动放大器调零旋钮,使V/F表显示值最小,示波器的波形大致为一条水平线(V/F表显示值与示波器不完全相符时两者兼顾即可).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.否则调节W1和W2.

15

4、在梁的自由端(磁钢处)加所有砝码,调节差放增益旋钮,使V/F表显示对应的量值,去除所有砝码,调W1使V/F表显示为零,这样重复几次进行标定.

5、在梁自由端(磁钢处)逐一加砝码,把V/F表表的显示值填入下表,并计算灵敏度

W(g) V(v) 5、 梁自由端放上一个重量未知的重物,记录V/F表的显示值,得出未知重物的重量 四、 注意事项:

砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上,不能与外部相碰擦. 五、思考:

要将这个电子称方案投入实际应用,你认为哪些部分需要改进.

*实验六 交流全桥的应用-----电子称之一

一、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 二、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,砝码 ,V/F表,主副电源,双平行梁称重传感器,应变片 三、实验步骤:

1、差动放大器调零:将差动放大器(+),(-)输入端与地短接,输出端与V/F表的Vi端相连,开启主副电源后调差放的调零旋钮使V/F表显示为零, V/F表切换开关置2V档,细条差放调零旋钮使V/F表显示为零,然后关闭主副电源

2、按图6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,音频振荡器旋钮置中间位置.

3、将V/F表的切换开关置20V档,示波器X扫描是切换到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,幅度旋钮置中间幅度,开启主副电源,调节电桥网络中的W1,W2,使V/F表和示波器显示最小,再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div,细条W1和W2及差动放大器调零旋钮,使V/F表显示值最小,示波器的波形大致为一条水平线(V/F表显示值与示波器不完全相符时两者兼顾即可).再用手按住梁的自由端产生一个位移,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.

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4、在传感器托盘(梁的右端磁钢处)上放上所有砝码,调节差动放大器增益旋钮使V/F表数值为相应砝码的比例值,然后拿掉所有砝码, 调节差动放大器增益旋钮使V/F表数值为零,重复操作这个过程几次(标定过程)即可作为电子称应用.

5、开始称重,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=△V/△W,并作出V-W关系曲线, △V为电压变化率, △W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V/F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 四、注意事项:

砝码和重物应放在托盘的中心 五、思考:

要将这个电子称方案投入实际应用,应如何改进?

实验七 热电偶的原理及现象

一、实验目的:

了解热电偶的原理及现象 二、所需单元及部件:

-15V不可调直流稳压电源,差动放大器, V/F表,加热器,热电偶,水银温度计(自备),主副电源

三、实验步骤:

1、了解热电偶原理,二种不同的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,这有现象称为热电效应,产生电流的电动势叫做热电势,通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶,具体热电偶原理参考教科书.

2、了解热电偶在实验仪上的位置和符号,实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简易热电偶,分度号为T,实验仪有两个热电偶,它封装在双平行梁的上片梁的上表面(在来年感表面中间二根细金属丝焊成的一点,就是热电偶)和下片梁的下表面,两个热电偶串联在一起产生热电势为两者的总和.

3、按图七接线,开启主副电源,调节差动放大器调零旋钮,使V/F表显示为零,记录下自备温度计的室温.

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+8V TnTTn-V +-8V加热器热电偶差动放大器V/F表

图7

4、将+8V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接-8V。（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/F表显示值的变化,到显示值稳定不变时记录下V/F表显示的读数E 5、用自备的温度计测出上两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(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)

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(t,tn)=(f/v显示表E)/100

×2 (100为差动放大器的放大倍数,2为二个热电偶串联). （2） 热端温度为室温,冷端温度为0℃, 铜—康铜的热电势: Eab(tn,to):查

以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系,即铜—康铜的热电偶分度表,得到室温(温度计测得)时热电势.

（3） 计算:热端温度t,冷端温度为0℃时的热电势, Eab(t,to),根据计算结果,查分度表得到温度t. （4）

铜—康铜的热电偶分度(自由端温度0℃)

分度号:T

工作端温度℃ -10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-0.383 -0.421 -0.000 -0.039 0.000 0.391 0.789 1.196 1.611 2.035 2.467 2.908 3.357 3.827 4.291 0.039 0.430 0.830 1.237 1.653 2.078 2.511 2.953 3.402 3.873 4.338 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 热电动势(mv) -0.459 -0.077 0.078 0.470 0.870 1.279 1.695 2.121 2.555 2.997 3.447 3.919 7.385 -0.496 -0.116 0.147 0.510 0.911 1.320 1.738 2.146 2.599 3.042 3.483 3.965 4.432 -0.534 -0.154 0.156 0.549 0.951 1.361 1.780 2.207 2.643 3.087 3.538 4.012 4.479 18

-0.571 -0.193 0.195 0.589 0.992 1.403 1.822 2.250 2.687 3.131 3.584 4.058 4.529 -0.608 -0.231 0.234 0.629 1.032 1.444 1.865 2.294 2.731 3.176 3.630 4.105 4.573 -0.646 -0.269 0.273 0.669 1.073 1.486 1.907 2.337 2.775 3.221 3.676 4.151 4.621 -0.683 -0.307 0.312 0.709 1.114 1.528 1.950 2.380 2.819 3.266 3.721 4.198 4.668 -0.721 -0.345 0.351 0.749 1.155 1.569 1.992 2.424 2.864 3.312 3.767 4.244 4.715

五、注意事项: (1) (2)

差动变压器与示波器的连线应尽量短些,以免引入干扰

差动变压器的两次次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连,这可通过信号相位有否变化来判断)

实验十一 差动变压器零点残余电压的补偿

一、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 二、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

有关旋钮的初始位置: 音频振荡器调至4KHZ左右,双线示波器第一通道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div,触发选择打到第一通道,差动放大器的增益旋到最大 三、实验步骤:

1、按图15接线.音频振荡必须从LV插口输入,W1,W2,r,c,为电桥单元中调平衡网络。

CLv音频振荡器W1W2Lo+Lo-21电桥平衡网络r差动变压器差动放大器示波器

图15

2、开启主副电源,利用示波器调整音频振荡器幅度旋钮使示波器第一通道显示为2V,Vp-p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最小

4、 依次调整W1,W2,使输出电压进一步减小,必要时重新调节测微头,尽量使输出电压最小 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,经过补偿后的残余电压波形: 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14未经补偿残余电压相

24

比较.

7、 实验完毕后,关闭主副电源 四、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插口引入 五、思考:

本实验也可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿,如图16.

Lv音频振荡器RW1W2C+差动变压器电桥平衡网络差动放大器示波器

图16

实验十二 差动变压器的标定(静态移位性能)

一、实验目的:

了解差动变压器测量系统的组成和标定方法 二、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,双线示波器

有关旋钮的初始位置:音频振荡4KHZ-8KHZ,差动放大器的增益打到最大, V/F表置2V档,主副电源关闭 三、实验步骤: 1、按图17接好线路

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0??1CLvW1音频振荡器?2移相器W2LoLiLo+V-相敏检波器低通滤电压表示波器波器电桥平衡网络差动板变压器差动放大器图17

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Vp-p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,使电压表指示为最大,同时可利用示波器观察相敏检波器的输出波形

6、旋转测微头,每隔1mm读数记录数据,填入下表,作出V-X曲线,并求出灵敏度(X为位移量,V为电压表) X(mm) V(mv) 实验十三 差动变压器的应用----振动测量

一、实验目的:

了解差动变压器的实际应用 二、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,V/F表,低频振荡器,激振器,示波器,差动变压器,振动平台

有关旋钮的初始位置:音频振荡4KHZ-8KHZ,差动放大器增益最大,低频振荡器频率旋钮置最低,幅值旋钮置中 三、实验步骤:

1、 按图17接线,调节测微头远离转动台(不用测微头)将低频振荡器输出Vo接入激振振动台线圈Ⅱ的一端,线圈另一端接地,开启主副电源,调节低频振荡器幅度旋钮置中,频率从

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最低慢慢调高,让转动台起振并振动振幅适中(如振动幅度太小可调大幅度旋钮) 2、 将音频振荡器旋钮置5KHZ,幅度调置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轴扫描旋钮打到5-10ms/div,Y轴CH1或CH2旋钮打到0.2-2V/div) 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,并与应变片测出实验(实验5)的结果比较 实验完毕,关闭主副电源 四、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。

实验十四 差动变压器的应用---电子称之二

一、实验目的:

了解差动变压器的实际应用 二、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,V/F表,电桥,砝码,振动平台 有关旋钮初始位置:音频振荡器调至4KHZ,V/F表打到2V档 三、实验步骤:

1、按图17接线,组成一个电感电桥测量系统,开启主副电源,利用示波器观察调节音频振荡器的幅度旋钮,使音频振荡器的输出为Vp-p值为2V

2、将测量系统调零,将V/F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,幅度旋钮置中间幅度,开启主副电源,调节电桥网络中的W1,W2,使V/F表和示波器显示最小,再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div,细条W1和W2及差动放大器调零旋钮,使V/F表显示值最小,示波器的波形大致为一条水平线(V/F表显示值与示波器不完全相符时两者兼顾即可).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.

3、适当调整差动放大器的放大倍数,使在称重平台上放上一定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

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据,填入下表 Wq Vp-p(v) 4、 去掉砝码.在平台上放一重量未知的重物,记下电压表读数,关闭主副电源 5、 利用所得数据, 求得系统灵敏度及重物重量 四、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(自感式)电感传感器的静态位移性能

一、实验目的:

了解差动螺管式传感器的原理 二、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,电压表,测微头,示波器,差动变压器二组次级线圈(Lo,Lo)与铁芯

有关旋钮的初始位置:音频振荡器,调在5KHZ,幅度旋到适当位置,主副电源关闭 三、实验步骤:

1、按图18接线,组成一个电感电桥测量系统

0??1?2移相器LvR1音频振荡器W1W2CLo-R2R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Lo+V

图18

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2、装上测微头,调整铁芯到中间位置

3、开启主副电源,音频振荡器频率调到5-8KHZ之间,以差放输出波形不失真为好,音频幅度为2Vp-p,用类似于实验四(3)的方法,利用示波器和电压表,调整各平衡和调零旋钮,是V/F表读数为零(V/F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,记下实验数据,填入下表(每转0.20mm读一次数)

位移(mm) 电压(mv) 作出V-X曲线,计算灵敏度,比较此实验与实验十二的异同 四、注意事项：

1、此实验只用差动变压器的两次线圈,注意接法 2、音频振荡器必须从LV插口输入

实验十六 差动螺管式(自感式)电感传感器的动态性能

一、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 二、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,V/F表,低频振荡器,双线示波器,振动平台

有关旋钮的初始位置:音频振荡器为5KHZ,LV输出幅度为Vp-p值为2V,差动放大器的增益旋钮旋到中间,V/F表置于2KHZ档,低频振荡器的幅度旋钮置于最小 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) (4)

实验中,电桥平衡网络的电位器W1和W2要配合调整 实验中,为了便于观察,需要调整示波器的灵敏度

三、实验步骤:

1、按图18接线(电压表连线可不接),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,移相器,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,使振动平台振动时不至于再被吸住,开启主副电源

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3、 调整电桥平衡网络的电位器W1,W2,使差动放大器的输出端输出的信号最小,这时差动放大器的增益旋钮旋至最大.(如果电器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 5、 将低频振荡器输出端接入激振线圈Ⅱ,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,使相敏检波器输出端的波形如图19。

VT

图19

7、 将示波器探头换接至低通滤波器的输出端

8、 调节频率,调节时可用频率表监测频率,用示波器读数峰峰值填入下表:并作幅频特性曲

线,关闭主副电源 F(hz) 3 4 5 6 7 8 10 12 20 30 Vo(p-p) 四、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标定

一、实验目的:

了解电涡流式传感器的原理及工作性能 二、所需单元及部件:

涡流变换器,V/F表,测微头,铁测片,涡流传感器,示波器,振动平台 三、实验步骤:

1、装好传感器(传感器对准铁测片安装)和测微头

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涡流变换器 V 涡流传感器V/F表

2、观察传感器的结构,它是一个扁平线圈

3、按图20用导线将传感器接入涡流变换器输入端,将输出端接至V/F表,V/F表置于20V档,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,再将传感器远离被测体可见,波形为 波形,示波器的时基为 us/cm,故振荡频率约为 . 5、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: X(mm) Vp-p(v) V(v) 建议每隔0.10mm读数,到线性严重变坏为止,根据实验数据,在坐标纸上画出V-X曲线,指出大致的线性范围,求出系统灵敏度S=△V/△X.(最好用误差理论的方法求出线性范围内的线性度,灵敏度),可见,涡流传感器最大的特点是 ,传感器与被测体间有一个最佳初始工作点.这种采用的变换电路是一种 .实验完毕,关闭主副电源.

注意事项:被测体与涡流传感器测试探头尽量平行,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

一、实验目的:

了解被测体材料对涡流传感器性能的影响 二、所需单元及部件:

涡流传感器,涡流变换器,铁测片,V/F表,测微头,另测片,振动台,主副电源 三、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20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/F表读数(V/F表置20V档).到出现明显的非线性为止,然后换上另测片重复上述实验.结果填入下表(建议每隔0.05mm读数)

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X(mm) V另(v) V铁(v) 根据所得结果,在同一坐标纸上画出被测体为老和铁的两条V-X曲线,照实验十七的方法计算灵敏度与线性渡,比较她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. 四、注意事项: (1) (2)

传感器在初始时可能会出现一段死区

此涡流变换器线路属于变频调幅式线路,传感器是振荡器中严格元件,应此被测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

一、实验目的:

了解电涡流式传感器测量振动的原理和方法 二、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,激振圈Ⅱ,V/F表,示波器

有关旋钮的初始位置:差动放大器增益置最小(逆时针到底),直流稳压电源置±4V档, 三、实验步骤: 1、转动测微头,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),以实验十七结果(线性范围的重点附近为佳)为参考.

2、按图21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/F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/F表置20V档,开启主副电源

涡流传感器+-R差动放大器W1VV/F表-4V示波器+4V涡流传感器电桥平衡网络

图21

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3、 调节电桥平衡网络,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V/F表置2KHZ

档,并将低频振荡器的输出端接激振线圈Ⅱ并与频率表的输入端相连

5、 低频振荡器的幅度旋钮旋至某一位置(以振动台振动时不碰撞其他部件为好),调节频率

3KHZ-25KHZ,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) V(p-p) 四思考:

1、根据实验结果,可以知道振动台的自振频率大致为多少

2、如果已知被测梁振幅为0.2mm,传感器是否一定要安装在最佳工作点 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?

3KHZ ? ? 25KHZ 实验二十 电涡流传感器的应用---电子称之三

一、实验目的:

了解电涡流传感器在静态测量中的应用 二、所需单元及部件:

涡流传感器,涡流变换器, V/F表,砝码,差动放大器,电桥,铁测片 有关旋钮的初始位置: V/F表置20V档,差动放大器增益旋至最小 三、实验步骤: 1、按图20电路连接

2、根据实验十七的结果,调整传感器的位置,使其处于线性范围的始点距离附近处(与被测体之间的距离为线性始端处附近,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,记下电压表读数,根据实验数据作出V-X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

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NS磁电式传感器差动放大器低通滤波器示波器

2、 调整好示波器,低频振荡器的幅度旋钮固定某一位置,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 Vp-p 4 5 6 7 8 9 10 20 25 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 四、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

一、实验目的:

了解压电传感器的原理,结构及应用 二、所需单元及部件:

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,V/F表,振动平台

有关旋钮的初始位置:低频振荡器的幅度旋钮置最小, V/F表置2V 三、实验步骤: 1、

观察装于双平行梁上的压电传感器的结构,她主要由压电陶瓷片及惯性质量块组成,根据图26的电路结构,将压电传感器,电荷放大器,低通滤波器,双线示波器连接起

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来,组成一个测量电路,并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连

2、 3、 F(hz) Vp-p 4、 5、

5 7 12 15 17 20 25 将低频振荡信号接入激振线圈Ⅰ

调整好示波器,低频振荡器的幅度旋钮固定到最大,条频率,调节时用频率表监测频率,是示波器读出峰峰值填入下表

示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形,并与压电波形比较

用手轻击压电传感器,观察输出波形的变化,敲击时的输出波回产生”毛刺”,解释原因

压电传感器电荷放大器低通滤波器示波器

图26

四、思考: (1) (2)

根据实验结果,可以知道双平行梁的自振频率大致多少

回答压电传感器的特点,比较磁电式传感器输出波形的相位△Φ大致为多少,为什么

实验二十七 光纤位移传感器静态实验

一、实验目的:

了解光纤位移传感器的原理结构、性能 二、所需单元及部件:

主副电源,差动放大器,V/F表，光纤传感器,振动台 三、实验步骤:

1、观察光纤位移传感器的结构，它由两束光纤组成，探头固定在Z型安装架上，外表的端面为两圆形分布；

2、了解振动台在试验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，即振动台上贴有反射纸作为光的反射面）

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3、按图接线：因为光/电转换器内部已经安装好，所以可以将电信号直接经差动放大器放大。 4、旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器的增益最大，调节差动放大器调零旋钮使电压表的读数尽量为0，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。

Vo++-Vo-光纤传感器差动放大器VV/F表

5、旋转测微头使V/F电压表指示重新回到零；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 0.25 0.30 1.0 指示(V) 6、关闭主副电源,把所有旋钮复原到原始最小位置

7、做出V-Δx曲线，S=ΔV/Δx计算灵敏度和线性范围

实验二十八 光纤位移传感器动态实验

一、实验目的:

了解光纤位移传感器的动态应用 二、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 三、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,如图接线

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Vo++-Vo-光纤传感器

图27

6、

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,选择线性重点的距离为工作点,目测振动台上的反射与光纤探头端面之间的相对距离即

7、 8、

线性区△X的中点)

将低频振荡器信号接入振动台的激振线圈Ⅱ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.

保持低频振荡器输出的Vp-p幅值不变,改变低频振荡器的频率(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似乎指经低通后的Vp-p)填入下表,并做出幅频特性图

幅(Vp-p) 频率(HZ) 9、

关闭主副电源,把所有旋钮复原到原始最小位置

度 差动放大器低通滤波器示波器

实验二十九 热敏电阻测温演示实验

一、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热敏电阻与NTC热敏电阻,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,也用于彩电中做自动消磁元件,有些功率PTC也做发热元件用,PTC缓变型热敏电阻可用做温度补偿或温度测量.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惯热性小工作寿命长价格便宜,并且本身阻值大,不需要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形大,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. 二、实验目的: 了解NTC热敏电阻现象

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三、所需单元:

加热器,热敏电阻,可调直流稳压电源,-15V稳压电源,V/F表,主副电源 四、实验步骤:

1、了解热敏电阻在实验仪上的位置和符号,它是一个黑色或棕色元件,封装在双平行振动梁上片梁的表面

2、 将V/F表置12V,直流稳压电源置±2V,按图35接线,开启主副电源,调整W1,使V/F表为

1V左右,这时室温为Vi

RrW1HW1W1LVV/F表图28

3、 将-15V电源接入加热器,观察电压表读数的变化,电压表的输出电压:

Vi=WilVs/[Rt+(Wih+Wil)]

4、由此可见,当温度 时,RRT阻值 ,Vi 。 五、思考:

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,你认为该怎么实现。

实验三十、LabView实验（一）入门实验

一、实验目的:

了解LabView的工作环境和程序设计方法。

掌握用LabView建立一个简单的虚拟仪器的方法 二、所需单元及部件:

计算机一台；LabView7 Express软件一套

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1．点击labview图标，在弹出窗口中点击continue，在下一个弹出菜单中选择

New。。。>>Black VI，打开一个空白VI，进入LabView的程序设计界面，了解LabView的前面板和程序框图、菜单栏和工具栏。

2．了解工具模板，控件模板，和函数模板，掌握常用控件和函数，了解LabView帮助菜单。 3．练习一：建立一个信号产生与显示VI，其中输入信号幅值可调。步骤如下：

（1） 从 Controls?Numeric 中选择 Knob放到前面板中。使用编辑工具将konb修

改为Amplitude。

（2） 从Controls?Graph 中选择Waveform graph，将它放到前面板中。 （3） 从Function?Input中选择Simulate signal，将其放入程序面板中 ，并在弹出

菜单中将signal type改为sawtooth。 （4） 从Function?Arithmatic&comparison中选择Scaling and Mapping，将其放入

程序面板中，并在弹出菜单中将slope的值改为2和Y intersept的值改为1。 （5）从Function?singnal Manipulation 中选择Merge Signals，将其放入程序面板中。

练习１的前面板图

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练习１的程序面板板图

（6）从Function?ExecutionControl中选择While Loop，将其放入程序面板中。在放置过程中注意框住所有的程序模块。

（7）将程序框图中各模块按信号传输方向连线。

4．练习二、设计一个简单的信号输入与显示的VI，要求两个输入信号并分别完成加、减运算后显示。 四．思考

思考练习一的各控件和函数的作用。

实验三十一、LabVIEW实验二 数据采集

一．实验目的：

1． 通过使用LabVIEW的数据采集了解数字信号的采集过程 2． 掌握采样参数的选择以及采样参数对采集信号的影响 二、所需单元及部件:

计算机一台，LabView7 Express 软件一套，数据采集卡，信号调理器一台。 三、实验步骤:

1．将信号调理器接入数据采集卡

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2．练习一 采集一个直流电压信号 （1） （2） （3）

准备一个直流电源（例如0.5V）作为信号源连接到DAQ卡的0通道模入端。 构造前面板和框图如图所示。

运行程序。可得到Meter指示0.5V。

Meter0.20.00.40.60.81.0

练习1的前面版图 练习１的程序面板图 3．练习二 采集并显示一个模拟信号波形。

编写一个VI程序，它使用数据采集卡采集信号波形，并在图表上显示。

本实验是用信号发生器输出100Hz的正弦波信号接到采集板“0”号通道，并接好地线。

前面板：

（1） 打开一个新建前面板窗口，并照图创建一个前面板程序

练习2的前面版图

“采样数”控制栏定义采样点数，而“采样/秒”控制栏定义采样率。 （2） 切换到框图程序。

练习2的框图程序

（3） 按照上图创建框图程序。

（4） 返回前面板窗口，输入各控制栏数值，并运行程序。图表窗口将绘出模拟信号波形。试用不同的采样率和采样点数，观察波形的差别。（练习2结束）

4．练习三 扫描多个模拟输入通道

AI Acquire Waveforms程序从多个输入通道以指定的采样率采集指定的采样点数，并

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将采样结果数据送回到计算机。Channels控制栏指定要采样的多个通道的编号，各个通道号间以逗号隔开，例如1，2，4。控制栏Number of samples/ch是每个通道要采集的采样点数。Scan rate是每个通道每秒钟的采样点数即采样率。Waveform是一个二维数组，包含模拟输入信号电压数值，以伏为单位。Actual scan period是实际采样率的倒数，由于计算机硬件的不同，实际采样率与指定的采样率可能有微小差异。 目的：使用简单I/O程序来执行扫描多个通道的数据采集工作。

创建一个VI程序，它扫描两个不同通道的模拟信号波形，并将它们分别在图表上绘出。本实验用信号发生器产生100Hz的正弦信号和TTL方波信号，分别接到采集卡的“0”“1”号通道。

前面板：

（1） 按照图创建前面板程序，它有两个输入通道，可同时显示两个波形。

练习3的前面版图

（2）切换到框图程序。

框图程序：

练习3的框图程序

（3）创建如上图所示框图程序，它调用了如下的功能模块：

AI Acquire Waveforms子程序（在Data Acquisition>Analog Input子模板）。索引端口Index Array子程序（在Array子模板），当索引端口的图标为一个白色小方框，此时索引端口必须悬空，不接受任何数据；当索引端口的图标为一个黑色小方框，此时索引端口所输入的是数组中的某一行或某一列中所有元素。在本例中，把二维数组的第0列定义为通道1的采集数据，第1列定义为通道2的采集数据。

在Dluster中调用Bundle函数，它的作用将若干个独立元素装配到一个新簇中。它

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可以根据需要增加输入的个数，直到达到所需数量。当连线到每一个输入端时，在原来空的端子内将出现一个表示连线元素数据类型的符号

Write to Spreadsheet File子程序（在File I/O子模板）。在本例中，把通道1和通道2的数据写入数据文件。

将信号源频率调为100Hz信号，模拟输入通道1与信号源TTL方波连接；模拟通道2与信号源正弦波相连接。运行该程序，在图表上将显示输入的两个数据波形。（练习3结束）。

5．练习4 连续数据采集

连续数据采集，或者说实时数据采集，是在不中断数据采集过程的情况下不断地向计算机返回采集数据。开始数据采集后，DAQ卡不断地采集数据并将它们存贮在指定的缓冲区中（circular buffer），然后LabVIEW每隔一段时间将一批数据送入计算机进行处理。如果缓冲区放满了，DAQ卡就会又重新从内存起始地址写入新数据，覆盖原来的数据。这个过程一直持续，直到采集到了指定数目的数据点，或者LabVIEW主动中止了采集过程，或者程序出现错误。这种工作方式对于需要把数据存入磁盘或者观察实时数据很有用。 目的：调用中级功能模块程序执行连续数据采集工作。

验证一个连续数据采集程序，在本例中，把模拟输入通道CH1接到正弦/三角波输出口。 前面板：

（1） 打开Continuous Acquisition and Chart程序。

(2) 缓冲区的大小即数据存贮内存的大小用“缓冲大小”来指定，同时还用“一次读入的扫描”来指定每次从内存读取的数据量，用“扫描剩余数据”显示内存中尚未读取的采样数据个数。

练习四 连续信号采集前面板

框图程序：

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