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传感技术实验指导书闽南理工学院 2010年12月前 言传感技术实验课程是实践教学中进行基本技能训练的重要环节,是机械制造及其自动化测控技术与仪器等专业学生重要的技术基础课程是培养学生理论联系实际分析问题解决问题,加强动手操作能力的一个重要手段通过传感技术理论的基本性实验综合设计性实验等实验教学,为培养学生拓展知识面加强应用性及自学能力和创新意识,打下牢固的实践基础开出的实验项目,任课教师可结合本专业的特点学历层次的不同,开展相关的实验内容本书分为第一章基本实验和附录两部分基本实验重点强调通过实际操作,使学生掌握常用的各类传感器的基本性能,和各类传感器最基本的理论模型,对传感技术基础理论有进一步的加深和理解,巩固和拓展课堂上学过的理论知识附录部分给出了实验仪器设备的使用说明及操作要求等,便于学生课前和课后的学习本书在编写过程中得到王健教授于雷老师,张琨英老师何惜琴老师王岳桦老师的大力支持,在此对他们表示衷心的感谢由于编者水平有限,时间仓促,错误及欠缺之处,敬请读者批评指正编者 2010年12月实验须知传感技术实验是传感课程的重要实践教学环节,是学生理论联系实际的重要手段,通过实验来验证所学过的理论知识,加深对各类传感器的理解,掌握实验操作技能,培养学生用理论知识解决实际问题的能力同时,为培养学生建立实验安全意识,保证实验教学达到预期的目的,人身安全不出现问题,学生必须按下列要求去做一遵守实验室规则1进入实验室不准大声喧哗打闹;不准随地吐痰,乱抛纸屑杂物;不允许穿拖鞋进入实验室;保持实验室的环境卫生2使用仪器和设备时必须了解其性能操作方法及注意事项,在使用时应严格遵守操作规程认真填写仪器设备使用登记表,实验结束后要将仪器仪表工具等归位3必须遵守实验室制定的各项规章制度,听从指挥,做好实验前的准备工作,经指导教师检查后才允许实验二实验前预习1实验前必须充分预习,参考实验指导书,认真填写实验预习报告明确本次实验的目的原理使用的设备实验内容及要求等2为了保证人身安全和仪器设备的完好,要认真阅读实验指导书中“实验注意事项”的内容 3实验预习报告在实验前要经指导教师检查,没有预习报告的学生不准参加本次实验三实验操作过程1实验接线时要认真检查,确定无误后,须经指导教师检查才能接通实验台的电源 2整个实验操作过程中,要严格遵守“先接线后通电,先断电后拆线”的操作规程3实验时应注意观察,若发现有破坏性异常现象(异常声音冒烟发烫或有异味),应立即关断电源,保护现场,报告指导教师找出原因排除故障后,经指导教师验收后才可继续实验 4实验过程中应仔细观察实验现象,认真记录实验数据所记录的实验数据经指导教师审阅签字后再拆除实验线路 5实验测试过程中,要独立操作完成实验内容并将实验数据认真填写在实验预习报告中“实验数据记录”一栏中四实验报告的要求实验报告是对每次实验课程的全面总结,要求做完实验后,认真写出实验报告所要求的内容;主要有:1数据处理及实验结论(包括计算绘制实验要求的曲线波形图等); 2实验总结; 3回答预习思考题; 4教师评语闽南理工学院 电工技术实验指导书 目 录第一章 基本实验实验一 金属箔式传感器性能实验.1实验二 电容传感器性能实验.5实验三 电感式传感器差动变压器性能实验.8实验四 电涡流传感器静态标定.11第二章 附录附录1 CSY系列(CSY.CSY10.CSY10A.CSY10B)传感器系统实验仪使用说明.13附录 2 双踪示波器的使用技巧.17实验一 金属箔式传感器性能实验一实验目的1观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式 2测试应变梁变形的应变输出3比较各桥路间的输出关系二原理说明 电阻应变效应导体或半导体材料在外界力的作用下,会产生机械变形,其电阻值也将随着发生变化,这种现象称为应变效应 设有一长度为截面积为A半径为r电阻率为r的金属单丝,它的电阻值R可表示为 当沿金属丝的长度方向作用均匀拉力(或压力)时,上式中rrl都将发生变化,从而导致电阻值R发生变化 例如(1)金属丝受拉时,l将变长r变小,均导致R变大;(2)某些半导体受拉时,r将变大,导致R变大实验证明,电阻丝及应变片的电阻相对变化量DR R与材料力学中的轴向应变ex的关系在很大范围内是线性的,即 K电阻应变片的灵敏度ex 称为电阻丝的轴向应变,也称纵向应变e x通常很小,常用10-6表示之,在应变测量中,也常将之称为微应变对于不同的金属材料,K 略微不同,一般为2左右而对半导体材料而言,由于其感受到应变时,电阻率r 会产生很大的变化,所以灵敏度比金属材料大几十倍本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况 应变片是最常用的测力传感元件当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体表面,测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化通过测量电路,转换成电信号输出显示三实验设备序号名称型号与规格数量备注1直流稳压电源+4V12应变式传感器实验模块13贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计14螺旋测微仪15数字电压表1四实验内容1连接主机与模块电路电源连接线,差动放大器增益置于最大位置(顺时针方向旋到底),差动放大器“+”“”输入端对地用实验线短路输出端接电压表2V档开启主机电源,用调零电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实验线,调零后模块上的“增益调零”电位器均不应再变动(图1)2观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向,按图(1)将所需实验部件连接成测试桥路,图中R1R2R3分别为模块上的固定标准电阻,R为应变计(可任选上梁或下梁中的一个工作片),图中每两个节之间可理解为一根实验连接线,注意连接方式,勿使直流激励电源短路将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上,并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置3确认接线无误后开启主机,并预热数分钟,使电路工作趋于稳定调节模块上的WD电位器,使桥路输出为零4将砝码依次放在托盘上,每放一个砝码,记录一个输出电压值,并记入下表:表1-1:单臂桥数据位移mm 电压V根据表中所测数据在坐标图上做出VX曲线,计算灵敏度S:S=5在完成单臂桥实验的基础上,依次将图(1)中的固定电阻R1,换接应变计组成半桥将固定电阻R2 R3,换接应变计组成全桥6重复实验一中实验3-4步骤,完成半桥与全桥测试实验并记录数据表1-2:半桥数据砝码个数 电压V表1-3:全桥数据位移mm 电压V7在同一坐标上描出V-X曲线,比较三种桥路的灵敏度,并做出定性的结论五实验注意事项 1实验前应检查实验连接线是否完好,学会正确插拔连接线,这是顺利完成实验的基本保证2做单臂电桥实验时,由于应变片的零飘和蠕变现象的客观存在,桥路中的三个精密电阻与应变片的零飘值一致的可能性很小,如果没有采用补偿的话,单臂电桥测试电路必然会出现输出电压漂移现象,这是真实地反映了应变片的特性,但是只要采用了半桥或全桥测试电路,系统就会非常稳定,这是因为同一批次的应变片的飘移和蠕变特性相近,接成半桥和全桥形式后根据桥路的加减特性原理就起到了非常好的补偿作用,这也是应变片在实际应用中无一例外地采用全桥(或半桥)测试电路的原因3因为是小信号测试,所以调零后做实验时电压表应置2V档,实验中要尽量避免外界信号干扰六思考题 1什么是应变效应?2灵敏度S计算公式是什么?七实验报告1根据表中所测数据在同一坐标上描出V-X曲线,计算灵敏度S2比较三组数据,分析之间的关系3误差分析4心得体会及其他实验二 电容传感器性能实验一实验目的1、 了解变面积式和差动变面积式电容传感器的工作原理和工作情况,2比较它们的灵敏度二原理说明 电容器是电子技术的三大类无源元件(电阻电感和电容)之一,利用电容器的原理,先将非电量转换成电容量,进而再将电容量转换成电量的转化器件或装置,称为电容式传感器,它实质上是一个具有可变参数的电容器用两块金属平板作电极可构成平行板电容器,若忽略其边缘效应,其电容可用下式表示:C=0rS/d=S/d式中,S为极板相互遮盖面积,单位为m2;d为两平行板极间的距离,单位为m;为极板间介质的介电常数,r为极板间介质的相对介质常数;0为真空的介电常数由式 C=0rS/d=S/d 可见,在rSd三个参量中,只要保持其中两个不变,改变其中一个均可使电容C改变在应用中,一般可做成变面积式变介电常数式变板间距离式等三种类型的电容传感器d或S的变化可以反映线位移或角位移的变化,也可以间接反映压力加速度等的变化;r的变化则可反映液面高度材料厚度等的变化 常应用于:压力测量:差压传感器变面积传感器荷重传感器水分检测:粮食油液位测量加速度测量设计时,要注意减小环境温度湿度等变化所产生的误差,温度变化使传感器内各零件的几何尺寸和相互位置及某些介质的介电常数发生改变,从而改变传感器的电容量,产生温度误差湿度也影响某些介质的介电常数因此必须从选材结构加工工艺等方面来减小温度等误差尽量采用空气或云母等介电常数的温度系数近似为零的电介质(也不受湿度变化的影响)作为电容式传感器的电介质若用某些液体如硅油煤油等作为电介质,当环境温度湿度变化时,它们的介电常数随之改变,产生误差在可能的情况下,传感器内尽量采用差动对称结构,这样可以通过某些类型的测量电路(如电桥)来减小温度等误差 在本试验仪中,有两组平行板电容传感器C1和C2,既可做单片电容传感器实验,也可组合做差动式电容传感器用空气(介电常数的温度系数近似为零)做电介质三实验设备序号名称型号与规格数量备注1电容传感器12电容传感器实验模块13测微仪14电压表1四实验内容 图(2-1)1观察电容传感器结构:传感器由一个动极与两个定级组成,连接主机与实验模块的电源线及传感器接口,按图(2-1)接好实验线路,增益适当2用测微仪带动传感器动极位移至两组定极中间,调整调零电位器,此时模块电路输出为零3前后位移动极,每次0.5mm,直至动静极完全重合为止,记录数据,作出V-X曲线,求出灵敏度X(mm)V0(v)4移开测微仪,在主机振动平台旁的安装支架上装上电容传感器,在振动平台上装好传感器动极,用手按动平台,使平台振动时电容动极与定极不碰擦为宜5开启“激振I”开关,振动台带动动极在定极中上下振动,用示波器观察输出波形五实验注意事项1. 电容动极须位于环型定极中间,安装时须仔细作调整,实验时电容不能发生擦片,否则电压信号会发生突变2. 要请老师查看线路后才开电源3. 注意接线时应关闭电源六预习思考题 1. 电容值的大小与什么有关?2. 什么是差动变面积式电容传感器?七实验报告1. 计算线性度1、 计算灵敏度2、 比较两组数据,分析之间的关系3、 误差分析4、 得体会及其他实验三 电感式传感器差动变压器性能实验一实验目的了解差动变压器的基本结构及原理,通过实验验证差动变压器的基本特性二原理说明 差动变压器主要由一个结框和一个铁心组成在线框上绕有一组一次线圈作为输入线圈,在同一框架上另绕两组二次线圈作为输出线圈,并在线框中央圆柱孔中放入铁心,在一次线圈加以适当频率的电压激励时,根据变压器的作用原理,在两个二次线圈中就会产生感应电动势当铁心向右移动时,在右边二次线圈内所穿过的磁通比左边二次线圈多些,所以互感也大些,感应电动势E2增加;另一个线圈的感应电动势E1随铁心向右偏离中心位置而逐渐减小,并减小到接近空心状态时的电动势E0两个二次线圈的输出电压分别为U21和U22(空载时即为感应电动势E1和E2),如果输出接成反向串联,则此传感器的输出电压U2=U22-U21因为两个二次线圈做得一样,因此当铁心在中央位置时U2=0,当铁心移动时,U2就随位移x成线性增加,呈V形特性如果以适当方法测量U2,就可以得到X成比例的线性读数三实验设备序号名 称型号与规格数量备 注1差动变压器12电感传感器实验模块13音频信号源14螺旋测微仪15示波器1四实验内容1按图(3-1)接线,差动变压器初级线圈必须从音频信号源LV功率输出端接入,二个次级线圈串接双线示波器第一通道灵敏度500mv/格,第二通道10mv/格2打开主机电源,调整音频输出信号频率,输出Vp-p值2V,以示波器第二通道观察到的波形不失真为好3前后移动改变变压器磁芯在线圈中位置,观察示波器第二通道所示波形能否过零翻转,否则改变接次级二个线圈的串接端序4用螺旋测微仪带动铁芯在线圈中移动,从示波器中读出次级输出电压Vp-p值,同时注意初次级线圈波形相位位移mm电压Vp-p根据表格所列结果,作出V-X曲线,指出线性工作范围5仔细调节测微仪使次级输出波形无法再小时,即为差动变压器零点残余电压,提高示波器第二通道灵敏度,观察残余电压波形,分析其频率成分 图3-1 图3-26按图(3-2)接线,连接主机与实验模块电源,示波器接相敏检波器端,电压表接低通滤波器输出端,差动放大器稍有增益(10倍左右)即可7打开主机电源,调节音频信号源输出频率,使次级线圈波形不失真,用手将中间铁芯移至最左端,然后调节移相器,当示波器两通道所示波形正好是同相或反相时,将铁心重新安装到位移装置上,用测微仪将铁芯置于线圈中部(可利用实验二十二二十三的结果),调节电桥WDWA电位器使系统输出电压为零8用测微仪分别带动铁芯向左和向右位移5mm,每位移0.5mm记录一电压值并填入下表:位移mm0电压V0作出V-X曲线,求出灵敏度S S=V/X,指出线性工作范围五实验注意事项 1观察相敏检波器端波形时示波器各功能键及“触发”选择要正确,否则可能看不到正确的波形相位的变化2 此实验的关键是差动放大器增益和将铁氧体磁芯移动到左端时移相器的调节六预习思考题 1怎样消除零点残余电压? 2差动变压器的两个二次线圈是正向串联还是反向串联?七实验报告1计算线性度;2计算灵敏度;3比较两组数据,分析之间的关系;4误差分析;5心得体会及其他实验四 电涡流传感器静态标定一实验目的1.了解电涡流效应2. 掌握电涡流式传感器的基本检测原理二原理说明 电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成,当线圈中通以高频交变电流后,在与其平行的金属片上会感应产生电涡流,电涡流的大小影响线圈的阻抗Z,而涡流的大小与金属涡流片的电阻率,导磁率厚度温度以及与线圈的距离X有关,当平面线圈被测体(涡流片)激励源确定,并保持环境温度不变,阻抗Z只与距离X有关,将阻抗变化转为电压信号V输出,则输出电压是距离X的单值函数 三实验设备序号名称型号与规格数量备注1电涡流传感器12电涡流传感器实验模块13螺旋测微仪14电压表15示波器1四实验内容1连接主机与实验模块电源及传感器接口,电涡流线圈与涡流片须保持平行,安装好测微仪,涡流变换器输出接电压表20V档2开启主机电源,用测微仪带动涡流片移动,当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零(如不为零可适当改变支架中的线圈角度),然后旋动测微仪使涡流片离开线圈,从电压表有读数时每隔0.2mm记录一个电压值,将VX数值填入下表,作出V-X曲线,指出线性范围,求出灵敏度Xmm00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.84V0v3示波器接电涡流线圈与实验模块输入端口,观察电涡流传感器的激励信号频率,随着线圈与电涡流片距离的变化,信号幅度也发生变化,当涡流片紧贴线圈时电路停振,输出为零五实验注意事项 模块输入端接入示波器时由于一些示波器的输入阻抗不高(包括探头阻抗)以至影响线圈的阻抗,使输出V0变小,并造成初始位置附近的一段死区,示波器探头不接输入端即可解决这个问题六思考题 什么叫做电涡流效应?七实验报告1.根据实验数据,将VX数值填入表格,作出V-X曲线2. 完成数据表格中的计算,指出线性范围,求出灵敏度3. 总结电涡流传感器的基本原理以及应用范围4. 心得体会及其他附录1 CSY系列(CSY.CSY10.CSY10A.CSY10B)传感器系统实验仪使用说明CSY系列(CSY.CSY10.CSY10A.CSY10B)传感器系统实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器其特点是集被测体各种传感器信号激励源处理电路和显示器于一体,可以组成一个完整的测试系统通过实验指导书所提供的数十种实验举例,能完成包含光磁电温度位移振动转速等内容的测试实验通过这些实验,实验者可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识,并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容实验仪主要由实验工作台处理电路信号与显示电路三部分组成各款实验仪的传感器配置及布局是:(具体布局详见各款仪器工作台布局图)一位于仪器顶部的实验工作台部分,左边是一副平行式悬臂梁,梁上装有应变式热敏式P-N结温度式热电式和压电加速度五种传感器平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片,受力工作片分别用符号 和 表示其中六片为金属箔式片(BHF-350)横向所贴的两片为温度补偿片,用符号 和 表示片上标有“BY”字样的为半导体式应变片,灵敏系数130(CSY10B型应变梁上只贴有半导体应变计)热电式(热电偶):串接工作的两个铜一康铜热电偶(T分度)分别装在上下梁表面,冷端温度为环境温度分度表见实验指导书(CSY10B 型上梁表面安装一支K分度标准热电偶)热敏式:上梁表面装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51,负温度系数,25时阻值为810KP-N结温度式:根据半导体P-N结温度特性所制成的具有良好线性范围的集成温度传感器压电加速度式:位于悬臂梁自由端部,由PZT-5双压电晶片铜质量块和压簧组成,装在透明外壳中实验工作台左边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台圆盘周围一圈安装有(依逆时针方向)电感式(差动变压器)电容式磁电式霍尔式电涡流式压阻式等传感器电感式(差动变压器):由初级线圈Li和两个次级线圈L绕制而成的空心线圈,圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间,测量范围10mm电容式:由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容,线性范围3mm磁电式:由一组线圈和动铁(永久磁钢)组成,灵敏度0.4V/m/s霍尔式:半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中,线性范围3mm电涡流式:多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器,线性范围1mmMPX压阻式:摩托罗拉扩散硅压力传感器,差压工作,测压范围050KP精度1%(CSY10B)湿敏传感器:高分子湿敏电阻,测量范围:099%RH气敏传感器:MQ3型,对酒精气敏感,测量范围10-2000PPm,灵敏度RO/R5光敏传感器:半导体光导管,光电阻与暗电阻从nM至nK双孔悬臂梁称重传感器:称重范围0500g,精度1%光电式传感器装于电机侧旁CSY10B上热释电红外传感器装于旋转页轮前面两副平行式悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢,右边圆盘式工作台由“激振I”带动,左边平行式悬臂梁由“激振II”带动为进行温度实验,左边悬臂梁之间装有电加热器一组,加热电源取自15V直流电源,打开加热开关即能加热,工作时能获得高于温度30左右的升温以上传感器以及加热器激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排实验工作台上还装有测速电机一组及控制调速开关(CSY10B装有激振转换开关)两支测微头分别装在左右两边的支架上(CSY10B只有右边一支)二信号及仪表显示部分:位于仪器上部面板低频振荡器:130Hz输出连续可调,Vp-p值20V,最大输出电流1.5A,Vi端插口可提供用作电流放大器音频振荡器:0.4KHz10KHz输出连续可调,Vp-p值20V,1800为反相输出,Lv端最大功率输出1.5A直流稳压电源:12V,提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源,最大输出1.5A2V10V,档距2V,分五档输出,提供直流信号源,最大输出电流1.5A12 数字式电压/频率表:3 位显示,分2V20V2KHz20KHz四档,灵敏度50mV,频率显示5Hz20KHz指针式直流毫伏表:测量范围500Mv50mV5mV三档,精度2.5%数字式温度计:K分度热电偶测温,精度1(CSY10B型)三处理电路:位于仪器下部面板电桥:用于组成应变电桥,面板上虚线所示电阻为虚设,仅为组桥提供插座R1R2R3为350标准电阻,WD为直流调节电位器,WA为交流调节电位器差动放大器:增益可调直流放大器,可接成同相反相差动结构,增益1-100倍光电变换器:提供光纤传感器红外发射接收稳幅变换,输出模拟信号电压与频率变换方波信号四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤(一根接收,一根发射)组成的光强型光纤传感器电容变换器:由高频振荡放大和双T电桥组成移相器:允许输入电压20Vp-p,移相范围40(随频率不同有所变化)相敏检波器:集成运放极性反转电路构成,所需最小参考电压0.5Vp-p,允许最大输入电压20Vp-p电荷放大器:电容反馈式放大器,用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号电压放大器:增益5倍的高阻放大器涡流变换器:变频式调幅变换电路,传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件温度变换器(信号变换器):根据输入端热敏电阻值光敏电阻及P-N结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变换电路低通滤波器:由50Hz陷波器和RC滤波器组成,转折频率35Hz左右使用仪器时打开电源开关,检查交直流信号源及显示仪表是否正常仪器下部面板左下角处的开关控制处理电路的工作电源,进行实验时请勿关掉指针式毫伏表工作前需输入端对地短路调零,取掉短路线后指针有所偏转是正常现象,不影响测试请用户注意,本仪器是实验性仪器,各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证,而非工程应用型的传感器定量测试各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常:(传感器接口与变换器电路输入端接口须一一对应相连接)1.应变片及差动放大器,参考附图1进行单臂半桥和全桥实验,各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量其阻值各接线图两个节点间即为一实验接插线,接插线可多根迭插,并保证接触良好2.半导体应变片,进行半导体应变片直流半桥实验3.热电偶,将差动放大器增益放至最大,用实验线将热电偶接入放大器,加热器打开,观察随温度升高热电势的变化4.热敏式,直接将传感器接入温度变换器输入端,进行“热敏传感器实验”,电热器加热升温,观察随温度升高“V0”端输出电压变化情况,注意热敏电阻是负温度系数5.P-N结温度式,进行P-N结集成温度传感器测温实验,注意电压表2V档显示值为绝对温度T(K氏温度)6.进行“移相器实验”,用双踪示波器观察两通道波形7.进行“相敏检波器实验”,相敏检波端口序数请参照附图6,其中4端为参考电压输入端8.进行“电容式传感器特性”实验,接线参照附图7当振动圆盘带动动片上下移动时,电容变换器V0端电压应正负过零变化9.进行“光纤传感器位移测量”,光纤探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定,端面垂直于镀铬反射片,旋动测微头带动反射片位置变化,从“V0”端读出电压变化值光电变换器“F0”端输出频率变化方波信号测频率变化时可参照“光纤传感器转速测试”步骤进行10.进行光电式传感器测速实验,VF端输出的是频率信号11. 进行光敏电阻测光实验,信号变换器输出电压变化范围1V12. 进行气敏传感器特性实验,特别注意加热电压一定不能2V13. 进行湿敏传感器特性演示实验,注意控制激励信号的频率及幅值14. 进行扩散硅压力传感器实验,试验传感器差压信号输出情况15.将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端输出端用示波器观察,注意根据低通输出幅值调节输入信号大小16.进行“差动变压器性能”实验,检查电感式传感器性能,实验前要找出次级线圈同名端,次级所接示波器为悬浮工作状态17.进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验,接线参照附图17,直流激励信号绝对不能大于2V!否则一定会造成霍尔元件烧坏18.进行“磁电式传感器”实验,磁电传感器两端接差动放大器输入端,差动放大器增益适当控制,用示波器观察输出波形19.进行“压电加速度传感器”实验,接线参见附图20,传感器引线屏蔽层必须接地此实验与上述第12项内容均无定量要求20.进行“电涡流传感器的静态标定”实验,传感器接入涡流变换器输入端,其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方,即接电涡流线圈处,右上端端口为振荡信号经整流后的直流电压21.如果仪器是带微机接口和实验软件的,请参阅数据采集及处理说明数据采集卡已装入仪器中,其中A/D转换是12位转换器,无漏码最大分辨率1/2048(即0.05%),在此范围内的电压值可视为容许误差所以建议在做小信号实验(如应变电桥单臂实验)时选用合适的量程(如200mv),以正确选取信号,减小误差仪器后部的RS232接口请接计算机串行口工作所接串口须与实验软件设置一致,否则计算机将收不到信号仪器工作时需良好的接地,以减小干扰信号,并尽量远离电磁干扰源仪器的型号不同,传感器种类不同,则检查项目也会有所不同,请自行根据仪器型号选择实验内容上述检查及实验能够完成则整台仪器各部分均为正常实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”,要在确认接线无误的情况下开启电源,尽量避免电源短路情况的发生,加热时直流电源不能直接接入应变片热敏电阻和热电偶实验工作台上各传感器部分如相对位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整,原则上以按下振动梁松手,周边各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜附件中的称重平台是在实验工作台左边的悬臂梁旁的测微头取开后装于顶端的永久磁钢上方,铜质砝码做称重实验之用实验开始前请检查实验连接线是否完好,以保证实验顺利进行附录 2 双踪示波器的使用技巧1 .引言示波器是实验教学的重要电子仪器之一,它能把抽象的电变化过程转换成荧光屏上的可视图形,用来测定各种周期性电信号,如电压周期频率相位等各种物理量实验教学证明,熟练使用示波器并不容易主要原因有两个方面:其一,示波器的功能开关繁多,短时间内难以熟悉每个开关的功能;其二,示波器的工作原理复杂为此,本文以XJ4318型通用双踪示波器为例,介绍双踪示波器的功能开关电路结构及其使用技巧2. 双踪示波器的电路结构及其功能开关的用途2.1 XJ4318型双踪示波器的电路结构荧光屏输入耦合前置放大Y 主放大器输入耦合前置放大X 主放大器Y衰减器减器Y衰减器减器电子开关CH2(X)开关内触发放大器触发电路X扫描电路增辉电路低压电源高压电源校准信号CH1输入CH2输入X输入-15V +15V +180V-1.5KV +1.5KV 图 XJ4318型双踪示波器整机电路结构图大多数示波器是阴极射线通用示波器,简称CRT示波器1示波器的基本组成包括垂直通道水平通道和波形显示三部分双踪示波器的组成与普通示波器类似,但其具有两个垂直通道和一个电子开关,通过电子开关分别把两个不同信号轮流送入输出放大器,在荧光屏上显示两路波形XJ4318型双踪示波器的整机电路结构如图1所示XJ4318型双踪示波器的电路结构主要由双通道Y轴放大器触发电路扫描电路增辉电路X放大器电子开关标准信号发生器显示部分高低电源等单元所组成标准信号发生器能产生1 KHz的矩形波,用以检查和校准Y轴灵敏度和扫描速度CH1(CH2)输入端的信号经衰减器至前置放大器借助电子开关的作用,可以控制任意两个通道(CH1或CH2)的工作状态经Y主放大器展宽频带后,输出信号加到Y轴偏转板上CH2通道的前置放大器设有极性转化装置,与电子开关配合可以显示两个通道的被测信号波外触发信号经X输入端送到触发电路并经过整形微分电路后,取其负脉冲触发扫描电路,使其产生锯齿波信号这个信号分两路,一路送X放大器,经放大后加到一对X 偏转板上,另一路送增辉电路同时,触发电路的一部分被测信号送到内触发放大器进行放大,作为CH2通道的触发信号源此外,XJ4318型双踪示波器还具有X-Y显示功能当CH2(X)开关被拉出时,扫描电压被断开,CH2前置放大器成为X轴前置放大器,CH2位移成为X位移此时,电子开关及扫描系统全部停止工作,示波器成为X-Y显示器2.2 XJ4318型双踪示波器的主要功能开关XJ4318型双踪示波器的主要开关有触发方式开关触发源开关内触发选择开关垂直方式开关电平调节器扫描时间因数开关偏转因数开关输入耦合开关和“辉度”调节器等(1)触发方式开关共4档,用于选择扫描工作方式其中:AUTO扫描电路处于自激状态;NORM扫描电路处于触发状态;TV-V电路处于电视场同步;TV-H电路处于电视行同步(2)触发源开关有3档,用以选择扫描触发信号的来源其中:INT内触发,触发信号来自Y放大器;EXT外触发,触发信号来自外触发输入端输入的信号;LINE电源触发,触发信号来自电源波形,用于垂直输入信号和电源频率成倍数关系的情况(3)内触发选择开关共3档,用以选择扫描内触发信号源其中:CH1加到CH1输入连接器的信号是触发信号源;CH2加到CH2输入连接器的信号是触发信号源;VERT垂直方式内触发源取自垂直方式开关所选择的信号(4)垂直方式开关共5档,用来选择垂直放大系统的工作方式其中:CH1显示CH1通道的输入信号;CH2显示CH2通道的输入信号;ALT交替显示CH1CH2通道的输入信号,交替过程出现于扫描结束后回扫的一段时间里,该方式在0.20.5 ms/div的扫描速度范围内同时观察两个输入信号;CHOP断续显示,扫描过程中的显示过程在CH1和CH2之间转换,该方式在0.21 ms/div的扫描速度范围内同时观察两个输入信号;ADD使CH1信号与CH2信号相加或相减(5)电平调节器用于调节和确定扫描触发点在触发信号上的位置,将其沿顺时针方向旋足并接通开关后,可听到“啪”的一声,此即为锁定位置此时,触发点将自动处于被测波形的中心电平附近当调试出的波形不稳定时,微调电平调节器可使波形稳定(6)扫描时间因数开关“t/div”须根据被测信号的频率来选择相应的档数,使这一信号在荧光屏上显示时有合适的水平X轴方向扫描时间因数开关上有一扫描速度微调开关,用于连续改变扫描速度,顺时针调可加快扫描速度扫描速度微调开关沿顺时针方向旋足后将接通开关,即调到了“校准位置”,若其不处于“校准位置”,将导致被测波周期偏小,频率偏高另外,扫描速度微调开关可被拉出,从而改变水平放大器的反馈电阻,使水平放大器放大量提高10倍,扫描速度及偏转灵敏度也提高10倍,以致被测波的周期扩大10倍,频率缩小10倍(7)偏转因数开关“v/div”须根据被测信号的峰值选择档数,使信号波显示在合适的荧光屏垂直Y轴方向上,以便于观察偏转因数开关上的波形幅度微调开关应调到“校准位置” 波形幅度微调开关用于调节波形的幅度,顺时针为增大方向,当沿顺时针方向旋足后将接通开关,调到“校准位置”如果波形幅度微调开关不处于“校准位置”,则被测信号的峰值偏小而且波形幅度微调开关可被拉出而改变Y轴放大器的发射极电阻,使偏转灵敏度提高5倍,从而使被测信号的峰值扩大5倍(8)输入耦合开关有“AC”“DC”“”三档,可分别使输入端成为交流耦合,直流耦合或接地“AC” 档只可测交流信号;“DC”档既可测直流信号,又可测交流信号;“”档则只显示一条零电位接地线(9)“辉度”调节器用来控制荧光屏上光迹线的明暗程度,顺时针方向旋转可增加亮度在测量时宜将亮度调至适中,亮度太强会缩短示波管的使用寿命3. 双踪示波器的使用技巧示波器测量前的准备工作很重要如果仪器没有进行确认和校准,将影响被测数据的准确性,甚至导致测不出数据现以XJ4318型通用双踪示波器的CH1通道测量正弦波的峰值和频率为例对示波器的操作过程进行说明3.1 示波器测量前的准备(1)输入通道的选择2测量信号时,首先要将示波器与被测电路接地然后选择CH1通道,并将示波器探头插到CH1通道插座上探头上有一双位衰减开关,应将此开关拨到“X1”位置,此时被测信号无衰减送到示波器,从荧光屏上读出的电压值是信号的实际电压值若将此开关拨到“X10”位置,被测信号峰值将衰减10倍,从荧光屏上读出