YL2100型实验指南(精简本).doc

杭州英联科技有限公司 实验指南 33实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、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：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：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。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：1、检查应变传感器的安装应变片 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 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、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）3、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），同图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图时，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510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、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。 表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）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；重量变化量）；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）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。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 金属箔式应变片半桥性能实验一、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：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=。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：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。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：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 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。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倍，非线性误差和温度误差均得到改善。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： 图1-4接线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；重量变化量）；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S满量程输出平均值。实验六 直流全桥的应用电子秤实验一、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：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：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：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），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 移相器实验一、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：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)则 当R1=R2=W1= R4=R5=10K时有： 由正切三角函半角公式可得：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：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：图 5 1 2 移相器 移相 示波器 0(LV) 音频振荡器 移相器 1 2 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：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：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。 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 实验八 相敏检波器实验一、实验目的：了解相敏检波器的原理及工作情况。二、基本原理：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、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：转速/频率表置频率档，音频振荡器频率为4KHz左右，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出置于2V档。五、实验步骤：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。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：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 交流全桥的应用振动测量实验一、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：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：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）。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器输出VO的电压峰-峰值，填入表1-5。表1-5f（Hz）VO（p-p）从实验数据得振动梁的自振频率为 Hz。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 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 压阻式压力传感器的压力测量实验一、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： 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：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：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。接主控箱电源输出 Vi 地 接主控箱数显表 正 面 地 1 2 3 4 高压咀 低压咀 图2-2 压力传感器压力实验接线图 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520KP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。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。实验十二 差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：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，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：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：1、 根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。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 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510KHz（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。实验十六 电容式传感器的位移特性实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。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：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：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。电容传感器安装示意图 电容传感器 模块 测量架 测微头 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。实验十八 直流激励时霍尔式传感器的 位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：根据霍尔效应、霍尔电势UH = KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源4V、15V、测微头、数显单元。四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模块的连接按图5-2进行。1、3为电源4V，2、4为输出。图5-1 霍尔传感器安装示意图 霍尔元件 模块 测量架 测微头 图5-2 霍尔传感器位移直流激励接线图2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指示为零。3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。表5-1X（mm）V（mv）作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？实验二十一 磁电式传感器测速实验一、实验目的：了解磁电式传感器测量转速的原理。二、基本原理：基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，每转一周线圈感应电势产生N次变化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。三、需用器件与单元：磁电传感器、数显单元测转速档、转速调节2-24V，转动源模块。四、实验步骤：1、 磁电式转速传感器按图5-4安装，电机 电机转盘平台 图5-4 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图 霍尔、光电 工作平台 支架 23mm 2、传感器端面离转动盘面2mm左右，并且对准反射面内的磁钢。将磁电式传感器输出端插入数显单元fi孔，磁电传感器作切割磁力线旋转（磁电式传感器两输出插头插入面板上的两个插孔）3、将波段开关选择转速测量档。4、将转速调节电源2-24V用引线引入到面板上转动源单元中转动电源2-24V插孔，合上主控箱电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压，观察转速变化情况。五、思考题：为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？实验二十二 压电式传感器测量振动实验一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：转动、振动源模块、压电传感器、移相/相敏检波/低通滤波器模块、压电式传感器实验模块、双线示波器。四、实验步骤：1、首先将压电传感器装在振动源模块上，压电传感器底部装有磁钢，可和振动盘中心的磁钢相吸。2、将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，按图7-1连接好实验电路，压电传感器黑色端子接地。将压电传感器实验模块电路输出端Vo1（如增益不够大，则Vo1接入IC2，Vo2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出Vo与示波器相连。图7-1 压电式传感器性能实验接线图 4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。6、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。实验二十三 电涡流传感器位移特性实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、数显单元（主控台电压表）、测微头、铁圆片。四、实验步骤：1、根据图8-1安装电涡流传感器。 电涡流传感器 模块 测量架 测微头 被测体 图8-1 电涡流传感器安装示意图 2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。3、将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5、将实验模块输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6、用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+15V的插孔中，同时主控台的“地”与实验模块的“地”相连。7、使测微头与传感器线圈端部有机玻璃平面接触，开启主控箱电源开关（数显表读数能调到零的使接触时数显表读数为零且刚要开始变化），记下数显表读数，然后每隔0.2mm（或0.5mm）读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表8-1。 表8-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V（v）8、根据表8-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五、思考题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据使用量程选用传感器？实验二十六 电涡流传感器测量振动实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量振动的原理和方法。二、基本原理：根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、低频振荡器、振动源模块、直流电源、数显单元、测微头、示波器。四、实验步骤：1、 根据图3-5安装电涡流传感器。工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图3-5 电涡流传感器振动测量安装示意图 2、 注意传感器端面与被测体振动台面（为铝质材料）之间的安装距离为线性区域内（利用实验二十五中铝材料线性范围）。将电涡流传感器两端插入实验模块标有Ti的插孔中，实验模块输出端接示波器的一个通道，接入15V电源及接地。3、将低频振荡信号接入振动源中的低频输入插孔，一般应避开梁的自振频率，将振荡频率设置在612Hz之间。4、低频振荡器幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，但要注意适当调节升降架高度，使振动台面振动时与传感器端面不应碰撞。4、用示波器观察电涡流实验模块输出端Vo波形，调节传感器安装支架高度，读取正弦波形失真最小时的电压峰-峰值。5、保持振动台的振动频率不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰-峰值。6、如果输出波形不是很理想，利用铁制反射面吸附在振动圆盘中心的磁钢上，电涡流传感器则与吸附在振动圆盘中心的铁测片形成涡流效应。至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。三、需用器件与单元：直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模块、不同面积的铝被测体、数显单元。四、实验步骤：1、传感器安装与前面静态特性实验相同。2、按照测静态特性实验要求连接好测量线路。3、在测微头上分别用两种不同的被测铝（小圆片、小圆柱体）进行电涡流位移特性测定，分别记入表8-5。表8-5 不同尺寸时的被测体特性数据X（mm）被测体1被测体24、根据表8-5数据计算目前范围内两种被测体：被测体1、2的灵敏度，并说明理由。实验二十七 电涡流传感器的应用电子秤实验一、实验目的：了解电涡流传感器用于称重量的原理与方法。二、基本原理：利用电涡流传感器位移特性和振动台受载时的线性位移，可以组合成一个称重测量系统。三、需用器件与单元：电涡流传感器、电涡流传感器实验模块、直流源、数显表单元、振动台、砝码。四、实验步骤：1、传感器安装与“电涡流振动测试实验”相同，实验连线与“电涡流位移特性实验”相同。2、利用“电涡流位移特性实验”中铝材料（铝测片）线性范围，调节传感器安装支架高度，使振动台面与探头之间距离为线性起点，并且使探头尽量远离振动台的中心磁钢，将线性段距离最近的一点作为零点记下此时数显表的读数。3、在振动台上加砝码从20g起到200g，（砝码应尽量远离传感器）分别读取数显表读数，记入表8-4。表8-4 电涡流传感器称重时的电压与重量数据W（g）V（v）4、根据表8-4计算出该称重系统的灵敏度S，注意和前面作电子秤的实验比较，即可知梁的重复性能。5、在振动台面上放置一未知物记下数显表的读数。6、根据实验步骤5及4，计算出未知物重量。实验二十九 光纤传感器的位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、基本原理：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端，即探头，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模块、数显单元（主控台电压表）、测微头、15V直流源、反射面。四、实验步骤：1、根据图9-1安装光纤位移传感器，光纤传感器有分叉的两束插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。图9-1 光纤传感器安装示意图 模块 测量架 测微头 光电变换座 光纤位移传感器 反射面 2、将光纤实验模块输出端Vo1与数显单元（电压档位打在20V）相连，见图9-2。接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 图9-2 光纤传感器位移实验模块 3、调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。4、实验模块接入15V电源，合上主控箱电源开关，调节Rw1到中间位置，调Rw2使数显表显示为零。5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm（0.2mm）或读出数显表值，将其填入表9-1。表9-1 光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V（v）6、根据表9-1的数据，分析光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时的灵敏度和非线性误差。五、思考题：光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验三十一 光纤传感器测速实验一、实验目的：了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。二、基本原理：利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲，经电路处理即可测量转速。三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模块、转速/频率数显表、直流源15V、转速调节224V，转动源模块。四、实验步骤：1、光纤传感器按图5-4装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台中磁钢反射点对准。电机 电机转盘平台 图5-4 光纤传感器测速安装示意图 光纤 工作平台 支架 23mm 2、按“光纤位移特性实验”的连线图，将光纤传感器实验模块输出Vo1与数显电压表Vi端相接，接上实验模块上15V电源，数显表的切换开关选择开关拨到20V档。用手转动圆盘，使探头避开反射面（暗电流），合上主控箱电源开关，调节Rw2使数显表显示接近零（0），此时Rw1处于中间位置。再用手转动圆盘，使光纤探头对准反射点，调节升降支架高低，使数显表指示最大，重复、步骤，直至两者的电压差值最大，再将Vo1与转速/频率数显表fi输入端相接，数显表的波段开关拨到转速档。3、将转速调节2-24V，接入转动电源24V插孔上，使电机转动，逐渐加大转速源电压。使电机转速盘加快转动，固定某一转速，观察并记下数显表上的读数n1。4、固定转速电压不变，将选择开关拨到频率测量档，测量频率，记下频率读数，根据转盘上的测速点数折算成转速值n2（转速和频率的折算关系为：转速=频率*60/12）。5、将实验步骤4与实验步骤3比较，以转速n1作为真值计算两种方法的测速误差（相对误差），相对误差r=(n1-n2)/n1)100%。五、思考题：测量转速时转盘上反射（或吸收点）的多少与测速精度有否影响，你可以用实验来验证比较转盘上是一个黑点的情况。实验三十二 光电转速传感器的转速测量实验一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和直射型两种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。三、需用器件与单元：光电转速传感器、+5V直流电源、转动源单元及转速调节2-24V、数显转速/频率表。四、实验步骤：1、 光电转速传感器安装如图5-4所示，电机 电机转盘平台 图5-4 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图 霍尔、光电 工作平台 支架 23mm 2、在传感器支架上装上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应的插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱fi，转速/频率表置“转速”档。3、将转速调节2-24V接到转动源24V插孔上。4、将光电传感器的蓝色实验端子与数显电压表Vi端相接，数显表的切换开关选择开关拨到20V档。用手转动圆盘，使探头避开反射面（磁钢处为反射面），合上主控箱电源开关，读出此时的电压值。再用手转动圆盘，使光电传感器对准磁钢反射面，调节升降支架高低，使数显表指示最大，重复、步骤，直至两者的电压差值最大，再将Vo1与转速/频率数显表fi输入端相接，数显表的波段开关拨到转速档。合上主控箱电源开关，使电机转动并从转速/频率表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度，或者观察一下光电传感器的发射反射面是否和光电传感器探头平齐。五、思考题：已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。实验三十三 Cu50温度传感器的温度特性实验一、实验目的：了解Cu50温度传感器的特性与应用。二、基本原理：在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50C+150C的温度。铜电阻有下列优点：2 在上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系 Rt = R0(1+at)4 电阻温度系数高，a = 4.254.2810-3/ C6 容易提纯，价格便宜三、需用器件与单元：K型热电偶、Cu50热电阻、YL系列温度测量控制仪、直流电源15V、温度传感器实验模块、数显单元（主控台电压表）、万用表。四、实验步骤：1、差动电路调零将温度测量控制仪上的220V电源线插入主控箱两侧配备的220V控制电源插座上。首先温度传感器实验模块的+15V-15V地和主控箱电源部分连接，Vo2接实验台的Vi，对温度传感器实验模块的运放测量电路和后续的反相放大电路调零。具体方法是把R5和R6的两个输入点短接并接地，然后调节Rw2使V01的输出电压为零，再调节Rw3，使V02的输出电压为零，此后Rw2和Rw3不再调节。2、温控仪表的使用注意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。3、热电偶的安装选择控制方式为内控方式，将K型热电偶温度感应探头插入“温度源”的上方两个传感器放置孔中的一个。将K型热电偶自由端引线插入“YL系列温度测量控制仪”正前方面板的的“热电偶传感器”插孔中，红线为正极，同时将波段开关拨到热电偶档。4、热电阻的安装及室温调零将Cu50热电阻传感器探头插入加热源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，其它两端相连插入b端，见图11-1，a端接电源+2V，b端与差动运算放大器的一端相接，桥路的RW1另一端和差动运算放大器的另一端相接（R2=50欧姆）。模块的输出V02与主控台数显表相连，连接好电源及地线，合上主控台电源，调节Rw1，电压表的参考档位为2V档，使数显表显示为零（此时温度测量控制仪电源关闭）。5、测量记录合上内控选择开关（“加热方式”和“冷却方式”均打到内控方式），设定温度控制值为40C，当温度控制在40C时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=17，到75C每隔1n读出数显表输出电压与温度值。待温度稳定后记下数显表上的读数（若在某个温度设定