传感器与检测技术实验指导书

传感器技术与检测

传感器与检测技术

实验指导书

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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

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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。

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＋4V

直流稳压电源

电桥平衡网络

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：

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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。

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＋4V

直流稳压电源

电桥平衡网络

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。

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。

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

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＋4V

直流稳压电源

电桥平衡网络

图3

R1,R2两个固定电阻换成另两片受力应变片(即R1换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:

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。

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:

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:

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

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.

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:

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.

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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

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。

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

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.

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.

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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

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.

传感器技术与检测

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.

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.

传感器技术与检测

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

传感器技术与检测

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)其他旋钮置原始位置 四、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会有很大误差,为什么?

实验八 移相器实验

一、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。 二、所需单元及部件：

移相器，音频振荡器，双线(双踪)示波器。 三、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8)

示波器

移相器

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 插口输入均可),开启主副电源

3、 将示波器的两根输入线分别接到移相器的输入端输出端,调整示波器,观察示波器

的波形.

4、 旋动移相器上的电位移,观察两个波形间相位的变化 5、 改变音频振荡器的频率,观察不同频率时的最大移相范围 四、问题:

1、根据电路原理图9，分析本移相器的工作原理，并解释观察到的现象。

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

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