YL2100-OP实验指南.doc

杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 1 目 录 实验一实验一 金属箔式应变片金属箔式应变片 单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验 1 实验二实验二 金属箔式应变片金属箔式应变片 半桥性能实验半桥性能实验 3 实验三实验三 金属箔式应变片金属箔式应变片 全桥性能实验全桥性能实验 4 实验四实验四 金属箔式应变片单臂 半桥 全桥性能比较金属箔式应变片单臂 半桥 全桥性能比较 5 实验五实验五 金属箔式应变片的温度影响实验金属箔式应变片的温度影响实验 6 实验六实验六 直流全桥的应用直流全桥的应用 电子秤实验电子秤实验 6 实验七实验七 移相器实验移相器实验 7 实验八实验八 相敏检波器实验相敏检波器实验 9 实验九实验九 交流全桥的应用交流全桥的应用 振动测量实验振动测量实验 11 实验十实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验压阻式压力传感器的压力测量实验 13 实验十一实验十一 扩散硅压阻式压力传感器差压测量扩散硅压阻式压力传感器差压测量 15 实验十二实验十二 差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验 16 实验十三实验十三 激励频率对差动变压器特性的影响实验激励频率对差动变压器特性的影响实验 17 实验十四实验十四 差动变压器零点残余电压补偿实验差动变压器零点残余电压补偿实验 19 实验十五实验十五 差动变压器的应用差动变压器的应用 振动测量实验振动测量实验 20 实验十六实验十六 电容式传感器的位移特性实验电容式传感器的位移特性实验 22 实验十七实验十七 电容传感器动态特性实验电容传感器动态特性实验 23 实验十八实验十八 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 24 实验十九实验十九 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 26 实验二十实验二十 霍尔测速实验霍尔测速实验 27 实验二十一实验二十一 磁电式传感器测速实验磁电式传感器测速实验 28 实验二十二实验二十二 压电式传感器测量振动实验压电式传感器测量振动实验 28 实验二十三实验二十三 电涡流传感器位移特性实验电涡流传感器位移特性实验 30 实验二十四实验二十四 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验 31 实验二十五实验二十五 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 32 实验二十六实验二十六 电涡流传感器测量振动实验电涡流传感器测量振动实验 33 实验二十七实验二十七 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用 电子秤实验电子秤实验 34 实验二十八实验二十八 电涡流传感器测转速实验电涡流传感器测转速实验 35 实验二十九实验二十九 光纤传感器的位移特性实验光纤传感器的位移特性实验 35 实验三十实验三十 光纤传感器测量振动实验光纤传感器测量振动实验 37 实验三十一实验三十一 光纤传感器测速实验光纤传感器测速实验 38 实验指南 杭州英联科技有限公司 2 实验三十二实验三十二 光电转速传感器的转速测量实验光电转速传感器的转速测量实验 39 实验三十三实验三十三 CU50CU50 温度传感器的温度特性实验温度传感器的温度特性实验 40 实验三十四实验三十四 P PT T100100 热电阻测温特性实验热电阻测温特性实验 41 实验三十五实验三十五 热电偶测温性能实验热电偶测温性能实验 43 实验三十六实验三十六 气体流量的测定实验气体流量的测定实验 44 实验三十七实验三十七 气敏 酒精 传感器实验气敏 酒精 传感器实验 45 实验三十八实验三十八 湿敏传感器实验湿敏传感器实验 46 实验三十九实验三十九 温度仪表温度仪表 PIDPID 控制实验控制实验 46 实验四十实验四十 外部温度控制实验系统外部温度控制实验系统 48 实验四十一实验四十一 多功能数据采集控制器的使用介绍多功能数据采集控制器的使用介绍 48 实验四十二实验四十二 计算机温度计算机温度 PIDPID 控制实验控制实验 50 实验四十三实验四十三 数据采集卡动态链接库调用实验数据采集卡动态链接库调用实验 52 实验四十四实验四十四 转速转速 PIDPID 控制系统控制系统 53 实验四十五实验四十五 光敏电阻的光电特性实验 47 实验四十六实验四十六 光敏电阻的伏 安特性 49 实验四十七实验四十七 光敏电阻光谱响应特性 50 实验四十九实验四十九 光敏二极管的光电特性 52 实验五十实验五十 光敏二极管的伏 安特性 54 实验五十一实验五十一 光敏二极管的光谱响应特性 55 实验五十二实验五十二 光敏三极管的光电特性 56 实验五十三实验五十三 光敏三极管的伏 安特性 57 实验五十四实验五十四 光敏三极管的光谱响应特性 58 实验五十五实验五十五 硅光电池的光电特性 59 实验五十六实验五十六 光电池的伏 安特性 61 实验五十七实验五十七 光电池的的光谱响应特性 62 实验五十八实验五十八 热释电远红外传感器辐射特性 63 实验五十九实验五十九 光电耦合器件的输出特性及电流传输比 64 实验六十实验六十 光电耦合器件的应用之一 交流耦合 66 扩展实验扩展实验 虚拟仪器虚拟仪器 LabVIEWLabVIEW 实验部分实验部分 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 3 实验四十五实验四十五 LABVIEW8 5LABVIEW8 5 程序开发环境程序开发环境 55 实验四十六实验四十六 虚拟温度计的设计虚拟温度计的设计 58 实验四十七实验四十七 加法函数节点的应用加法函数节点的应用 64 实验四十八实验四十八 布尔运算节点操作布尔运算节点操作 66 实验四十九实验四十九 数组函数的应用数组函数的应用 73 实验五十实验五十 文件创建和读取文件创建和读取 77 实验五十一实验五十一 簇函数的应用簇函数的应用 79 实验五十二实验五十二 字符串函数的应用字符串函数的应用 84 实验五十三实验五十三 WHILEWHILE 循环移位寄存器的应用循环移位寄存器的应用 86 实验五十四实验五十四 子子 VIVI 的创建与调用的创建与调用 89 实验五十五实验五十五 常用数字信号发生器常用数字信号发生器 95 实验五十六实验五十六 信号的瞬态特性测量信号的瞬态特性测量 102 实验五十七实验五十七 常见信号的频谱 幅值常见信号的频谱 幅值 相位 相位 104 实验五十八实验五十八 BUTTERWORTHBUTTERWORTH 滤波器滤波器 106 实验五十九实验五十九 串口通信串口通信 A DA D 实验实验 107 实验六十实验六十 串口通信串口通信 D AD A 实验实验 109 实验六十一实验六十一 串口通信串口通信 DIDI 实验实验 110 实验六十二实验六十二 串口通信串口通信 DODO 实验实验 111 实验六十三实验六十三 串口通信综合实验串口通信综合实验 113 实验六十四实验六十四 智能温度控制系统的设计智能温度控制系统的设计 115 实验六十五实验六十五 智能转速控制系统的设计智能转速控制系统的设计 116 MATLABMATLAB 实验部分 实验六十六实验六十六 MATLABMATLAB 配置配置 118 实验六十七实验六十七 设备启动设备启动 关闭实验关闭实验 118 实验六十八实验六十八 A DA D 操作实验操作实验 118 实验六十九实验六十九 D AD A 操作实验操作实验 120 实验七十实验七十 DIDI 操作实验操作实验 120 实验七十一实验七十一 DODO 操作实验操作实验 121 实验七十二实验七十二 电压状态监视电压状态监视 报警实验报警实验 121 实验七十三实验七十三 PIDPID 控制实验控制实验 122 实验七十四实验七十四 基于基于 SIMULINKSIMULINK 的的 PIDPID 控制实验控制实验 124 实验七十五实验七十五 基于基于 ANNANN 的故障诊断实验的故障诊断实验 125 附录一附录一 温控仪表操作说明温控仪表操作说明 128 实验指南 杭州英联科技有限公司 4 附录二附录二 微机数据采集系统软件微机数据采集系统软件 使用说明使用说明 131 附录三附录三 多功能数据采集系统软件多功能数据采集系统软件 使用说明使用说明 133 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 1 实验一实验一 金属箔式应变片金属箔式应变片 单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验 一 实验目的 一 实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应 单臂电桥工作原理和性能 二 基本原理 二 基本原理 电阻丝在外力作用下发生机械变形时 其电阻值发生变化 这就 是电阻应变效应 描述电阻应变效应的关系式为 KRR 式中为电阻丝电阻的相对变化 为应变灵敏系数 为电阻丝长度相RR Kll 对变化 金属箔式应变片就是通过光刻 腐蚀等工艺制成的应变敏感元件 通过它转 换被测部位的受力状态变化 电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化 电桥的输出 电压反映了相应的受力状态 单臂电桥输出电压 O1 U4 EK 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 应变式传感器实验模块 应变式传感器 砝码 数显表 主控台上电压表 15V 电源 4V 电源 万用表 自备 四 实验步骤 四 实验步骤 1 1 检查应变传感器的安装 检查应变传感器的安装 根据图 1 1 应变式传感器已装于应变传感器模块上 传感器中各应变片已接入 模块的左上方的 R1 R2 R3 R4 加热丝也接于模块上 可用万用表进行测量判别 各应变片初始阻值 R1 R2 R3 R4 350 加热丝初始阻值为 50 左右 2 2 差动放大器的调零 差动放大器的调零 首先将实验模块调节增益电位器 Rw3顺时针到底 即此时放大器增益最大 然后 将差动放大器的正 负输入端相连并与地短接 输出端与主控台上的电压表输入端 Vi 相连 检查无误后从主控台上接入模块电源 15V 以及地线 合上主控台电源开关 调节实验模块上的调零电位器 Rw4 使电压表显示为零 电压表的切换开关打到 2V 档 关闭主控箱电源 注意 Rw4的位置一旦确定 就不能改变 一直到做完实验为 止 应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图 1 1 应变式传感器安装示意图 实验指南 杭州英联科技有限公司 2 3 3 电桥调零 电桥调零 适当调小增益 Rw3 顺时针旋转 3 4 圈 电位器最大可顺时针旋转 5 圈 将应 变式传感器的其中一个应变片 R1 即模块左上方的 R1 接入电桥作为一个桥臂与 R5 R6 R7接成直流电桥 R5 R6 R7模块内已连接好 其中模块上虚线电阻符号为 示意符号 没有实际的电阻存在 按图 1 2 完成接线 接上桥路电源 4V 从主控 箱引入 同时 将模块左上方拨段开关拨至左边 直流 档 直流档和交流档调零 电阻阻值不同 检查接线无误后 合上主控箱电源开关 调节电桥调零电位器 Rw1 使数显表显示为零 备注 1 如出现零漂现象 则是应变片在供电电压下 应变片本身通过电流所形成的应变 片温度效应的影响 可观察零漂数值的变化 若调零后数值稳定下来 表示应变 片已处于工作状态 时间大概 5 10 分钟 2 如出现数值不稳定 电压表读数随机跳变情况 可再次确认各实验线的连接是否 牢靠 且保证实验过程中 尽量不接触实验线 另外 由于应变实验增益比较大 实验线陈旧或老化后产生线间电容效应 也会产生此现象 4 4 测量并记录 测量并记录 在电子秤上放置一只砝码 读取数显表数值 依次增加砝码和读取相应的数显表 值 直到 200g 砝码加完 记下实验结果填入表 1 1 关闭电源 4V 4V 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 图 1 2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 接数显表 Vi 地 R1 加热 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 3 表 1 1 单臂电桥输出电压与加负载重量值 5 5 计算灵敏度和误差 根据表 1 1 计算系统灵敏度 S S 输出电压变化量 重量变化Wu u W 量 计算非线性误差 f1 F S 100 式中 为输出值 多次测量时为平 ym m 均值 与拟合直线的最大偏差 F S满量程输出平均值 此处为 500g 或 200g y 五 思考题 五 思考题 单臂电桥时 作为桥臂电阻应变片应选用 1 正 受拉 应变片 2 负 受 压 应变片 3 正 负应变片均可 实验二实验二 金属箔式应变片金属箔式应变片 半桥性能实验半桥性能实验 一 实验目的 一 实验目的 比较半桥与单臂电桥的不同性能 了解其特点 二 基本原理 二 基本原理 不同受力方向的两片应变片 实验模块上对应变片的受力方向有 标识 接入电桥作为邻边 电桥输出灵敏度提高 非线性得到改善 当两片应变片阻 值和应变量相同时 其桥路输出电压 Uo2 2 EK 三 需要器件与单元 三 需要器件与单元 应变式传感器实验模块 应变式传感器 砝码 数显表 主控台上电压表 15V 电源 4V 电源 万用表 自备 四 实验步骤 四 实验步骤 1 保持金属箔式应变片实验中的 Rw3和 Rw4的当前位置不变 2 根据图 1 3 接线 R1 R2为实验模块左上方的应变片 此时要根据模块上的 标识确认 R1和 R2受力状态相反 即将传感器中两片受力相反 一片受拉 一片受压 的电阻应变片作为电桥的相邻边 接入桥路电源 4V 检查连线无误后 合上主控箱 重量 g 电压 mv 实验指南 杭州英联科技有限公司 4 电源 调节电桥调零电位器 Rw1进行桥路调零 依次轻放标准砝码 将实验数据记入 表 1 2 根据表 1 2 计算灵敏度 S 非线性误差 f2 Wu 接主控箱电 源输出 接主控箱电 源输出 接数显表 Vi 地 图 1 3 应变式传感器半桥实验接线图 表 1 2 半桥测量时 输出电压与加负载重量值 重量 g 电压 mv 五 思考题 五 思考题 桥路 差动电桥 测量时存在非线性误差 是因为 1 电桥测量原理上存在 非线性 2 应变片应变效应是非线性的 3 调零值不是真正为零 实验三实验三 金属箔式应变片金属箔式应变片 全桥性能实验全桥性能实验 一 实验目的 一 实验目的 了解全桥测量电路的优点 二 基本原理 二 基本原理 全桥测量电路中 将受力性质相同的两应变片接入电桥对边 受 力方向不同的接入邻边 当应变片初始阻值 R1 R2 R3 R4 其变化值 R1 R2 R3 R4时 其桥路输出电压 Uo3 其输出灵敏度比半桥又提高了一 KE 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 5 倍 非线性误差和温度误差均得到改善 三 需用器件和单元 三 需用器件和单元 应变式传感器实验模块 应变式传感器 砝码 数显表 主控台上电压表 15V 电源 4V 电源 万用表 自备 四 实验步骤 四 实验步骤 1 保持单臂 半桥实验中的 Rw3和 Rw4的当前位置不变 2 根据图 1 4 接线 实验方法与半桥实验相同 全桥测量电路中 将受力性质 相同的两应变片接入电桥对边 不同的接入邻边 将实验结果填入表 1 3 进行灵敏 度和非线性误差计算 表 1 3 全桥输出电压与加负载重量值 重量 g 电压 mv 3 根据表 1 3 计算系统灵敏度 S S 输出电压变化量 重量Wu u W 变化量 计算非线性误差 f1 F S 100 式中 为输出值 多次测量时 ym m 为平均值 与拟合直线的最大偏差 F S满量程输出平均值 y 实验四实验四 金属箔式应变片单臂 半桥 全桥性能比较金属箔式应变片单臂 半桥 全桥性能比较 一 实验目的 一 实验目的 比较单臂 半桥 全桥输出时的灵敏度和非线性度 得出相应的 结论 二 实验步骤 二 实验步骤 根据实验一 二 三所得的单臂 半桥和全桥输出时的灵敏度和 实验指南 杭州英联科技有限公司 6 非线性度 从理论上进行分析比较 阐述理由 注意 实验一 二 三中的放大器增 益 RW3 必须在相同的位置 实验五实验五 金属箔式应变片的温度影响实验金属箔式应变片的温度影响实验 一 实验目的 一 实验目的 了解温度对应变片测试系统的影响 二 基本原理 二 基本原理 电阻应变片的温度影响 主要来自两个方面 1 敏感栅丝的温 度系数 2 应变栅线膨胀系数与弹性体 或被测试件 的线膨胀系数不一致会产生 附加应变 因此当温度变化时 在被测体受力状态不变时 输出会有变化 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 应变传感器实验模块 数显表单元 主控台电压表 直 流源 加热器 已贴在应变电子称其中一片应变片的紧挨下方 四 实验步骤 四 实验步骤 1 保持全桥应变实验结果 2 将 200g 砝码加于砝码盘上 在数显表上读取某一整数 Uo1 3 将 5V 直流稳压电源 主控箱 接于实验模块的加热器插孔上 数分钟后待数 显表电压显示基本稳定后 记下读数 Uot Uot Uo1即为温度变化的影响 计算这一温 度变化产生的相对误差 100 1 ot oot U UU 五 思考题 五 思考题 1 金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法 2 应变式传感器可否用于测量温度 实验六实验六 直流全桥的应用直流全桥的应用 电子秤实验电子秤实验 一 实验目的 一 实验目的 了解应变片直流全桥的应用及电路的标定 二 基本原理 二 基本原理 电子秤实验原理为全桥测量原理 通过对电路调节使电路输出的 电压值为重量对应值 电压量纲 V 改为重量量纲 g 即成为一台原始电子秤 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 应变式传感器实验模块 应变式传感器 砝码 15V 电 源 4V 电源 数显表 主控台电压表 四 实验步骤 四 实验步骤 1 按单臂实验中的步骤将差动放大器调零 按全桥电路接线 合上主控箱电源 开关调节电桥平衡电位器 Rw1 使数显表显示 0 00V 2 将 10 只砝码全部置于传感器的托盘上 调节电位器 Rw3 增益即满量程调节 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 7 使数显表显示为 0 200V 2V 档测量 或 0 200V 3 拿去托盘上的所有砝码 调节电位器 Rw4 零位调节 使数显表显示为 0 000V 或 0 000V 4 重复 2 3 步骤的标定过程 一直到精确为止 把电压量纲 V 改为重量量纲 g 就可称重 成为一台原始的电子秤 5 把砝码依次放在托盘上 填入下表 重量 g 电压 mv 6 根据上表计算灵敏度与非线性误差 实验七实验七 移相器实验移相器实验 一 实验目的 一 实验目的 了解运算放大器构成的移相电路和它的原理及工作情况 二 基本原理 二 基本原理 图 5 为移相电路示意图 由移相器电路结构图可求得该电路的闭 环增益 G s 2 11 1211 5 22 54 411 1 1 R SCW RRSCW R SCW RR RR SG 则 2 11 1211 5 22 54 411 1 1 R CjW RRCjW R CjW RR RR jG 1 1 4 1 1 22 1 2 1 2 2 2 2 2 2121 222 1 2 1 2 2 2 2 2 WCWC WWCCWCWC jG 当 R1 R2 W1 R4 R5 10K 时有 由正切三角函半角公式可得 2 211 2121 2 1122 2211 2 2 1 1 1 2 1 WCWC WWCC WCWC WCCW tgjG 实验指南 杭州英联科技有限公司 8 1122 2211 2 2 1 2 2 1 2 2 CWWC WCCW arctg tg tg tg 从上式可以看出 调节电位器 W2将产生相应的相位变化 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 移相器 相敏检波器 低通滤波器模块 音频振荡器 双线 双踪 示波器 自备 直流稳压电源 15V 四 实验步骤 四 实验步骤 1 了解移相器原理 即通过调节电位器使交流信号产生相位的变化 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 插口输出均 可 将 15V 电源及地线接入移相器模块 合上主控箱电源 3 将示波器的两根线分别接到移相器的输入和输出端 调整示波器 观察示波 器的波形 4 调节移相器上的电位器 观察两个波形间相位的变化 5 改变音频振荡器的频率 观察不同频率的最大移相范围 五 思考题 五 思考题 1 根据基本原理公式 分析本移相器的工作原理 并解释所观察到的现象 注意事项 注意事项 本实验台中音频信号由函数发生器产生 所以通过移相器后波形局部 有些畸变 这不是仪器故障 正确选择示波器中的 触发 形式 以保证双踪示波器能看到波形的变化 图图 5 1 2 移相器 移相 示波器 0 LV 音频振荡器 移相器 1 2 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 9 实验八实验八 相敏检波器实验相敏检波器实验 一 实验目的 一 实验目的 了解相敏检波器的原理及工作情况 二 基本原理 二 基本原理 相敏检波器模块示意图如下所示 图中 Vi 为输入信号端 Vo 为 输出端 AC 为交流参考电压输入端 DC 为直流参考电压输入 当有脉冲符号的两个 端子为附加观察端 三 三 需用需用 器件器件 与单与单 元 元 移相 器 相 敏检 波器 低通滤波器模块 音频振荡器 双踪示波器 自备 直流稳压电源 15V 2V 转速 频率表 数显电压表 四 旋钮初始位置 四 旋钮初始位置 转速 频率表置频率档 音频振荡器频率为 4KHz 左右 幅度 移相器的电路原理图 A2 A1 15V C1 2 3 2 1 15V R3 R6 R5 6 5 1 7 8 4 C2 Rw1 R1 R2 C5 C3 C4 C6 R4 实验指南 杭州英联科技有限公司 10 置最小 逆时针到底 直流稳压电源输出置于 2V 档 五 实验步骤 五 实验步骤 1 了解移相器 相敏检波器 低通滤波器模块面板上的符号布局 接入电源 15V 及地线 2 根据如下的电路进行接线 将音频振荡器的信号 0 输出端和移相器及相敏检 波器输入端 Vi 相接 把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端 Vi 和输出端 Vo 组成一个测量线路 3 将主控台电压选择拨段开关拨至 2V 档位 改变参考电压的极性 通过 DC 端 输入 2V 或者 2V 观察输入和输出波形的相位和幅值关系 由此可得出结论 当参 考电压为正时 输入和输出同相 当参考电压为负时 输入和输出反相 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 11 4 调整好示波器 调整音频振荡器的幅度旋钮 示波器输出电压为峰 峰值 4V 通过调节移相器和相敏检波器的电位器 使相敏检波器的输出 Vo 为全波整流波 形 六 思考题 六 思考题 根据实验结果 可以知道相敏检波器的作用是什么 移相器在实验线路中的作用 是什么 即参考端输入波形相位的作用 实验九实验九 交流全桥的应用交流全桥的应用 振动测量实验振动测量实验 一 实验目的 一 实验目的 了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法 二 基本原理 二 基本原理 对于交流应变信号用交流电桥测量时 桥路输出的波形为一调制 波 不能直接显示其应变值 只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信 号 此信号可以从示波器读得 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 音频振荡器 低频振荡器 万用表 自备 应变式传感 器实验模块 移相 相敏检波 低通滤波器模块 振动源模块 示波器 自备 实验指南 杭州英联科技有限公司 12 四 实验步骤 四 实验步骤 1 应变式传感器实验模块上的应变传感器不用 改为转动 振动模块振动梁上 的应变片 即振动模块上的应变输出 应变片已按全桥方式连接 2 按振动台模块上的应变片顺序 用连接线插入应变传感器实验模块上 组成 全桥 接线时应注意连接线上每个插头的意义 对角线的阻值为 350 左右 若二组 对角线阻值均为 350 则接法正确 3 按图连线 接好交流电桥调平衡电路及系统 音频振荡器接 Lv 输出端接全桥 电路一端 另一端接 Lv 的 地 端 R8 Rw1 C Rw2为交流电桥调平衡网络 同时 将模块左上方拨段开关拨至 交流 档 检查接线无误后 合上主控箱电源开关 将 音频振荡器的频率调节到 5KHz 左右 幅度调节到 10Vp p 频率可用数显表 Fin监测 幅度可用示波器监测 将 Rw3顺时针调节到最大 用示波器观察 Vo1或 Vo2 如果增 益不够大 则 Vo1接入 IC4 调节电位器 Rw1和 Rw2使得示波器显示接近直线 示波 器的电压轴为 0 1V div 时间轴为 0 1ms div 且用手按振动圆盘 波形幅值有明 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 13 显变化 将示波器接入相敏检波的输出端 观察示波器的波形 调节 Rw1 Rw2 Rw4 以及移相器和相敏检波器的旋钮 使示波器显示的波形无高低且最小 参考位置 示 波器的 Y 轴为 0 1V div X 轴为 0 2ms div 用手按下振动圆盘 且按住不放 调 节移相器与相敏检波器的旋钮 前面实验已介绍移相器和相敏检波器原理 使示波 器显示的波形有检波趋向 即显示如下波形 4 将低频振荡器输出接入振动模块低频输入插孔 调节低频振荡器输出幅度和频 率使振动台 圆盘 明显振动 调节频率和幅度时应缓慢调节 5 调节示波器电压轴为 50mv div 或 100mv div X 轴为 10ms div 或 5ms div 或 2ms div 用示波器观察差动放大器输出端 调幅波 和相敏检波器输出端 解调波 及低通滤波器输出端 包络线波形 传感器信号 波形 调节实验电路中各电位器 旋钮 用示波器观察各环节波形 体会电路中各电位器的作用 在应变梁振动时 观 察 Vo1 或 Vo2 波形 此时为接近包络线 将 Vo1 Vo2 连接到相敏检波器 Vi 观察此时相敏检波输出 Vo 波形 此时接近 再观察此时低通滤波器输出端波形为正弦波 调节电位器使各波形接近理论波形 并使低通滤波器输出波形不失真 并且峰 峰 值最大 6 固定低频振荡器幅度旋钮位置不变 低频输出端接入数显单元的 Fin 把数显 表的切换开关打到频率档监测低频频率 调节低频输出频率 用示波器读出低通滤波 实验指南 杭州英联科技有限公司 14 器输出 VO的电压峰 峰值 填入表 1 5 表 1 5 f Hz VO p p 从实验数据得振动梁的自振频率为 Hz 五 思考题 五 思考题 1 在交流电桥测量中 对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求 2 请归纳直流电桥和交流电桥的特点 小小 结 结 电阻应变式传感器从 1938 年开始使用到目前 仍然是当前称重测力的主要工具 电阻应变式传感器最高精度可达万分之一甚至更高 除电阻应变片 丝直接以测量机 械 仪器及工程结构等的应变外 主要是与种种形式的弹性体相配合 组成各种传感 器和测试系统 如称重 压力 扭矩 位移 加速度等传感器 常见的应用场合如各 种商用电子秤 皮带秤 吊钩秤 高炉配料系统 汽车衡 轨道衡等 实验十实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验压阻式压力传感器的压力测量实验 一 实验目的 一 实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法 二 基本原理 二 基本原理 扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或 N 型 电阻条 接成电桥 在压力作用下根据半导体的压阻效应 基片产生应力 电阻条的 电阻率产生很大变化 引起电阻的变化 我们把这一变化引入测量电路 其输出电压 的变化反映了所受到的压力变化 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 压力源 已在主控箱内 数字压力表 压力传感器实验 模块 流量计 气源连接导管 数显单元 直流稳压源 4V 15V 四 实验步骤 四 实验步骤 1 根据图连接管路和电路 主控箱内包含压缩泵 贮气箱 三通连接管等 流 量计已接好 将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中 注意管子拉出时请用手 按住气源插座的蓝色边缘 向内压 则硬管可轻松拉出 另一端软导管与压力传 感器 已固定在压力传感器模块上 接通 这里选用的差压传感器两只气嘴中 一 只为高压嘴 另一只为低压嘴 本实验模块连接见图 2 2 压力传感器有 4 端 3 端接 4V 电源 1 端接地线 2 端为 Uo 4 端为 Uo 1 2 3 4 端顺序排列见图 2 2 储气箱 压缩泵 220AC K3 调气阀 快速接头 三通 压力传感器 显示单元 处理电路 低压端 高压端 主控箱内部 外接部分 流 量 计 单相阀 图 2 1 压阻式压力传感器测量系统 压力显示 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 15 2 实验模块上 Rw2用于调节零位 Rw1可调节放大倍数 按图 2 2 接线 模块的 放大器输出 Vo2引到主控箱数显表的 Vi插座 将显示选择开关拨到 20V 档 反复调节 Rw2 此时 Rw1顺时针旋转 1 2 圈 Rw3处于电位器中间位置 使数显表显示为零 3 先顺时针旋转主控台面板的流量计旋钮到底 此时相当于主控箱内压力罐最 大 即流量计阀门完全关断 4 打开主控箱电源 合上主控箱上的气源开关 启动压缩泵 此时主控台压力 表同步显示当前的气源压力值 同时记录当前的 Vo2的输出电压值 5 逐步关小流量计旋钮 逆时针旋转流量计旋钮 使在 5 20KP 之间每下降 2KP 分别读取压力表读数 同步记录数据 6 记下相应的数显表值列于表 2 1 接主控箱电源输出 Vi 地 接主控箱数显表 正 面 地 1 2 3 4 oV oV sV 高压咀 低压咀 图 2 2 压力传感器压力实验接线图 实验指南 杭州英联科技有限公司 16 表 2 1 压力表数值与变换电路输出电压值 P KP VO V 7 计算本系统的灵敏度和非线性误差 8 如果本实验装置要成为一个压力计 则必须对电路进行标定 方法如下 输 入 10KPa 气压 调节 Rw2 低限调节 使数显表显示 1 00V 当输入 20KPa 气压 调 节 Rw1 高限调节 使数显表显示 2 00V 这个过程反复调节直到足够的精度即可 实验十一实验十一 扩散硅压阻式压力传感器差压测量扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一 实验目的 一 实验目的 了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法 二 基本原理 二 基本原理 压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力 P1和 P2作用时 由于 它们对膜片产生的应力正好相反 因此作用在压力膜片上是 P P1 P2 从而可以进 行差压测量 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 压力测试所用器件和单元 压力气囊 四 实验步骤 四 实验步骤 请学生自拟一个差压测量的方法 实验十二实验十二 差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验 一 实验目的 一 实验目的 了解差动变压器的工作原理和特性 二 基本原理 二 基本原理 差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成 铁 芯在可移动杆的一端 根据内外层排列不同 有二段式和三段式 本实验采用三段 式结构 当传感器随着被测体移动时 由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化 促使次级线圈感应电势产生变化 一只次级感应电势增加 另一只感应电势则减少 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 17 将两只次级线圈反向串接 同名端连接 就引出差动输出 其输出电势反映出被测 体的移动量 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 差动变压器实验模块 测微头 双线示波器 差动变压器 音频信号源 音频振荡器 直流电源 万用表 四 实验步骤 四 实验步骤 1 根据图 3 1 将差动变压器装在差动变压器实验模块上 2 在模块上按照图 3 2 接线 音频振荡器信号必须从主控箱中的 LV端子输出 调节音频振荡器的频率 输出频率为 5 10KHz 可用主控箱的数显表的频率档 fi输入 来监测 实验中可调节频率使波形不失真 调节幅度使输出幅度为峰 峰值 Vp p 2V 可用示波器监测 X 轴为 0 2ms div Y 轴 CH1为 1V div CH2为 0 2v div 判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下 设任一线圈为初级线圈 1 和 2 实验插 孔作为初级线圈 并设另外两个线圈的任一端为同名端 按图 3 2 接线 当铁芯左 右移动时 观察示波器中显示的初级线圈波形 次级线圈波形 当次级波形输出幅值 变化很大 基本上能过零点 即 3 和 4 实验插孔 而且相位与初级线圈波形 LV音频 信号 Vp p 2V 波形 比较能同相和反相变化 说明已连接的初 次级线圈及同名端是 接第一通道示波器 接第二通道示波器 6 2 3 4 1 5 插座管脚编号 图 3 2 双线示波器与差动变压器连接示意图 图 3 1 差动变压器电容传感器安装示意图 差动变压器 模块 测量架 测微头 实验指南 杭州英联科技有限公司 18 正确的 否则继续改变连接再判断直到正确为止 图中 1 2 3 4 为模块 中的实验插孔 3 旋动测微头 使示波器第二通道显示的波形峰 峰值 Vp p为最小 这时可以左 右位移 假设其中一个方向为正位移 则另一个方向位移为负 从 Vp p最小开始旋动 测微头 每隔 0 5mm 从示波器上读出输出电压 Vp p值填入表 3 1 再从 Vp p最小处反 向位移做实验 在实验过程中 注意左 右位移时 初 次级波形的相位关系 表 3 1 差动变压器位移 X 值与输出电压 Vp p数据表 X mm 0mm V mv Vp p 4 实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大 小 根据表 3 1 画出 Vop p X 曲线 作出量程为 4mm 6mm 灵敏度和非线性误差 实验十三实验十三 激励频率对差动变压器特性的影响实验激励频率对差动变压器特性的影响实验 一 实验目的 一 实验目的 了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响 二 基本原理 二 基本原理 差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式 表示 式中 LP RP为初级线圈电感和损耗电阻 Ui 为激励电 222 21 pp i O LR UMM U 压和频率 M1 M2为初级与两次级间互感系数 由关系式可以看出 当初级线圈激励 频率太低时 若 则输出电压 Uo受频率变动影响较大 且灵敏度较低 222 PPLR 只有当时输出 Uo与 无关 当然 过高会使线圈寄生电容增大 对性 222 PPRL 能稳定不利 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 差动变压器实验模块 测微头 双线示波器 差动变压器 音频信号源 音频振荡器 直流电源 万用表 四 实验步骤 四 实验步骤 1 差动变压器安装同 差动变压器的性能实验 差动变压器实验模块接线图如 下 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 19 2 检查连线无误后合上主控箱电源开关 选择音频信号输出频率为 1KHz 从 LV输 出 可用主控箱的数显表频率档显示频率 移动铁芯至中间位置即输出信号最小时 的位置 调节 Rw1 Rw2使输出变得更小 3 旋动测微头 每间隔 0 5mm 在示波器上读取一个 Vp p数据 此时示波器档位 设置为 X 轴为 0 2ms div Y 轴为 1v div 其中位移数值越大 则 Vp p数值变化越明 显 4 分别改变激励频率为 3KHz 5KHz 7KHz 9KHz 重复实验步骤 1 2 将测试结 果记入表 3 2 表 3 2 不同激励频率时输出电压 峰 峰值 与位移 X 的关系 1 3 5 7 9 作出每一频率时的 V X 曲线 并计算其灵敏度 Si 作出灵敏度与激励频率的关系 曲线 实验十四实验十四 差动变压器零点残余电压补偿实验差动变压器零点残余电压补偿实验 一 实验目的 一 实验目的 了解差动变压器零点残余电压补偿方法 X VO f khz 实验指南 杭州英联科技有限公司 20 二 基本原理 二 基本原理 由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称 初级线圈的纵 向排列的不均匀性 二次级的不均匀 不一致 铁芯 B H 特性的非线性等 因此在铁 芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零 称其为零点残余电压 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 音频振荡器 测微头 差动变压器 差动变压器实验模块 示波器 四 实验步骤 四 实验步骤 1 按图 3 3 接线 音频信号源从 LV插口输出 实验模块 R1 C1 Rw1 Rw2为电 桥单元中调平衡网络 图 3 3 零点残余电压补偿电路 2 用示波器调整音频振荡器输出为 2V 峰 峰值 3 调整测微头 使差动放大器输出电压最小 4 依次调整 Rw1 Rw2 使输出电压降至最小 5 观察零点残余电压的波形 注意与激励电压比较 6 从示波器上观察 差动变压器的零点残余电压值 峰 峰值 注 这时的零 点残余电压经放大后的零点残余电压 V零点 P P K K 为放大倍数 实验十五实验十五 差动变压器的应用差动变压器的应用 振动测量实验振动测量实验 一 实验目的 一 实验目的 了解差动变压器测量振动的方法 二 基本原理 二 基本原理 利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 21 三 需用器件与单元三 需用器件与单元 音频振荡器 差动变压器实验模块 移相器 相敏检波器 低通滤波器模块 数显单元 低频振荡器 示波器 直流稳压电源 振动源模块 差 动变压器 四 实验步骤 四 实验步骤 1 将差动变压器按图 3 5 安装在振动源模块的振动源上 注意调整振动平台和 差动传感器的位置 使振动平台振动的阻力最小 便于后期实验 2 按图 3 6 接线 并调整好有关部分 调整如下 1 检查接线无误后 合上主控台电源开关 用示波器观察 LV峰 峰值 调整音 频振荡器幅度旋钮使 Vop p 8V 频率在 3 3 5KHz 之间 2 利用示波器观察相敏检波器输出 调整传感器连接支架高度 使相敏检波 输出 示波器显示的波形幅值为最小 3 仔细调节 Rw1和 Rw2使示波器 相敏检波输出 显示的波形幅值更小 基本 为零点 电压档位在 0 2V 左右 4 用手按住振动平台 让传感器产生一个大位移 仔细调节移相器和相敏检 波器的旋钮 使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形 5 松手 整流波形消失 变为一条接近零点线 否则再调节 Rw1和 Rw2 6 低频振荡器输出引入振动源的低频输入 调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮 工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图 3 5 差动变压器振动测量安装示意图 实验指南 杭州英联科技有限公司 22 使振动台振荡较为明显 用示波器观察差动模块放大器的输出 Vo波形为包络线 相敏检波器的输出端为 及低通滤波器的 Vo波形 3 保持低频振荡器的幅度不变 改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出 读出峰 峰电压值 记下实验数据 填入下表 3 3 频率与输出电压 Vp p的监测方法与 实验十相同 表 3 3 f Hz Vp p V 4 根据实验结果作出梁的 f Vp p特性曲线 指出自振频率的大致值 并与用 应变片测出的结果相比较 5 保持低频振荡器频率不变 改变振荡幅度 同样实验 可得到振幅 Vp p曲线 定性 注意事项 低频振荡器电压幅值不要过大 以免梁在自振频率附近振幅过大 实验十六实验十六 电容式传感器的位移特性实验电容式传感器的位移特性实验 一 实验目的 一 实验目的 了解电容式传感器结构及其特点 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 23 接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 图 4 1 电容传感器位移实验接线图 二 基本原理 二 基本原理 利用平板电容和其他结构的关系式通过相应的结构和测dAC 量电路可以选择 A d 三个参数中 保持两个参数不变 而只改变其中一个参数 则可以有测谷物干燥度 变 测微小位移 d 变 和测量液位 A 变 等多种电容 传感器 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 电容传感器 电容传感器实验模块 测微头 数显单元 主控台电压表 直流稳压源 四 实验步骤 四 实验步骤 1 按图 3 1 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上 2 将电容传感器专用连线插入电容传感器实验模块专用接口 接线图如下 3 将电容传感器实验模块的输出端 Vo1与数显表单元 主控台电压表 Vi相接 插入主控箱 Vi孔 Rw 调节到中间位置 4 接入 15V 电源 旋动测微头推进电容传感器动极板位置 每隔 0 5mm 记下位 电容传感器安装示意图 电容传感器 模块 测量架 测微头 实验指南 杭州英联科技有限公司 24 移 X 与输出电压值 此时电压档位打在 20v 填入表 4 1 表 4 1 电容传感器位移与输出电压值 X mm V mv 5 根据表 4 1 数据计算电容传感器的系统灵敏度 S 和非线性误差 f 实验十七实验十七 电容传感器动态特性实验电容传感器动态特性实验 一 实验目的 一 实验目的 了解电容传感器的动态性能的测量原理和方法 二 基本原理 二 基本原理 利用电容传感器动态响应好 可以非接触测量等特点 进行动态 位移测量 三 需用器件与单元 三 需用器件与单元 电容传感器 电容传感器实验模块 移相 相敏检波 低通 滤波器模块 数显单元 主控台电压表 直流稳压电源 双线示波器 振动源模块 低频振荡器 四 实验步骤 四 实验步骤 1 传感器安装图见下图 接线参考 电容式传感器的位移特性实验 2 实验模块输出端 Vo1接滤波器输入端 滤波器输出端 Vo接移相 相敏检波 低 通滤波器模块的 低通滤波器 的输入 示波器一个通道 示波器 X 轴为 10ms div Y 轴视输出大小而变 调节传感器连接支架高度 用主控台数显 表 电压表 观察 Vo1 使 Vo1输出在零点附近 3 主控箱低频振荡器输出端与振动源低频输入相接 振动频率选 6 19Hz 之间 工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图 3 5 电容传感器振动测量安装示意图 杭州英联科技有限公司杭州英联科技有限公司 实验指南实验指南 25 幅度旋钮初始置 0 4 输入 15V 电源到实验模块 调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动 幅度适中 注意观察示波器上显示的波形 5 保持低频振荡器幅度旋钮不变 改变振动频率 可以用数显表测频率 将低 频振荡器输出端与数显 Fi输入口相接 数显表波段开关选择频率档 从示波器测出 传感器输出的 Vo1峰 峰值 保持低频振荡器频率不变 改变幅度旋钮 测出传感器输 出的 Vo1峰 峰值 五 思考题 五 思考题 1 根据实验所提供的电容传感器尺寸 计算其电容量 Co和移动 0 5mm 时的变化 量 本实验外圆半径 R 8mm 内圆柱外半径 r 7 25mm 外圆筒与内圆筒覆盖部分长 度 16mm l 电容传感器具有结构简单 灵敏度高 分辨力高 动态响应好 可进行非接触 测量等特点 它可以测量线位移 角位移 高频振动幅度 与电感式比较 电感式是 接触测量 只能测量低频振幅 电容传感器在测量压力 差压 液位 料位成分含量 如油 粮食中的水分 非金属涂层 油膜厚度等方面均有应用 目前半导体电容 式压力传感器已在国内外研制成功 正在走向工业化应用 实验十八实验十八 直流激励时霍尔式传