自动检测实验指导书

1、传感器系统实验仪使 用 说 明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。一、传感器配置及布局实验工作台位于仪器顶部，左边部分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。实验工作台右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。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。下面分别予以详细叙述。1. 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（B

2、HF-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。）2. 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。）3. 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810K。4. P-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。5. 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

3、和压簧组成，装在透明外壳中。6. 电感式（差动变压器）：由初级线圈Li和两个次级线圈Lo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。7. 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。8. 磁电式：由一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度为0.4V/m/s。9. 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。10. 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>1mm。11. MPX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%。

4、12. 湿敏传感器：高分子湿敏电阻，测量范围：099%RH。13. 气敏传感器：MQ3型，对酒精气敏感，测量范围10-2000PPm，灵敏度RO/R5。14. 光敏传感器：半导体光导管，光电阻与暗电阻从nM至nK15. 双孔悬臂梁称重传感器：称重范围0500g，精度1%。16. 光电式传感器装于电机侧旁。17. 热释电红外传感器装于旋转页轮前面。18. 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。19. 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

5、温度30左右的升温。20. 实验工作台上还装有一组测速电机及控制、调速开关，并装有激振转换开关。21. 在右边的支架上装有一支测微头。22. 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。二、信号及仪表显示部分信号及仪表显示部分位于仪器上部面板。1. 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。2. 音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，Vp-p值20V，180°、0°为反相输出，Lv端最大功率输出1.5A。3. 直流稳压电源：±1

6、2V，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1.5A。±2V±10V，档距2V，分五档输出，提供直流信号源，最大输出电流1.5A。12 4. 数字式电压/频率表：3 位显示，分2V、20V、2KHz、20KHz四档，灵敏度50mV，频率显示5Hz20KHz。6. 指针式直流毫伏表：测量范围500Mv、50mV、5mV三档，精度2.5%。7. 数字式温度计：K分度热电偶测温，精度±1。（CSY10B型）三、处理电路处理电路位于仪器下部面板。1. 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。R1、R2、R3为350标准电阻，WD为

7、直流调节电位器，WA为交流调节电位器。2. 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。3. 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。4. 电容变换器：由高频振荡、放大和双T电桥组成。5. 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）。6. 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。7. 电荷放大器：电容反馈式放大器，

8、用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号。8. 电压放大器：增益5倍的高阻放大器。9. 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。10. 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。11. 低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。四、传感器和电路性能检查各传感器和电路的性能是否正常，可以通过以下方法检查：1应变片及差动放大器，参考实验二附图2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

9、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，按附图4接线，加热器打开即可，观察随温度升高热电势的变化。4热敏式，按附图5接线，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。5P-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

10、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1V。12. 进行气敏传感器特性实验，特别注意加热电压一定不能±2V。13. 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

11、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9，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，参见附图12。19进行“压电加速度传感器”实验，接线参见附图13,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，接线参

12、照图11，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仪器带微机接口和实验软件，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。五、使用注意事项注意:（1）

13、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。（2） 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。（3）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。（4）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。（5）实

14、验接线应保证接触良好。传感器实验仪外形图微机数据采集处理软件用法实验仪可以用A/D采集卡和实验软件通过微机对传感器测试系统测量到的电信号进行分析处理。 1数据采集卡：数据采集卡已安装于仪器内部，其信号输入端即为仪器上电压/频率表的VI端。十二位A/D转换，精度为1/2048，量程分200Mv、1V、10V三档，可以根据实验采集电压范围选择量程，以获得较高精度。采集速度分单次和连续两种模式，连续采集主要是对动态信号，速度1-7档从20000次/秒100次/秒，用户可以根据动态信号的频率选定采集速度。2通讯约定（串行口RS232）波特率2400，1位停止位，无奇偶校验。3安装：数据采集卡使用计算机

15、的COM14口进行通讯，故计算机上的其他串行设备的安装必须做到：BIOS中的设置正确，中断号不能和通信口所占用的中断号相冲突。实验软件为一张光盘，点击安装图标，即进入自动安装程序。按程序提示选项，即可进行自动安装，安装后，执行程序EXP即位于Windows“程序”栏中的子程序中，可用快捷方式放与桌面上。4实验软件使用说明先查看帮助信息。在“设置”与“系统设置”界面中根据实验项目的各个参数进行正确有效的设置，以保证数据采集的正确进行。输入实验者称呼和实验项目名称，否则实验结果将不被承认。点击“开始”栏目进入数据采集，数据采集分单次采和连续采两种模式，单次采每次最多采100个点在坐标上显示，坐标右

16、边排列为采集数值。坐标上最多可同时容纳四条曲线，数据分析栏对每一条曲线进行列表分析，蓝色线为拟合曲线，四条坐标曲线同时在一帧坐标上可进行比较，例如实验中电桥测试系统中单臂电桥与半桥、全桥性能比较；电涡流传感器中测试材料不同时的特性曲线之比较；电感式传感器测试电路交流激励频率不同时特性及灵敏度的比较。连续采集每帧坐标上采集点数为100点。用户要根据交变信号的频率选定合适的采集速度，以其获得完整的信号频率。最高采集的信号频率为1K左右，连续采集每帧坐标上同样最多也可容4条曲线。“转速”测试最低转速为7.62转/秒，信号频率（脉冲信号）均要通过“转速”插口送入采集卡中。“清除”键可以清除不需要的坐标

17、曲线，建议进行数据采集之前按此键，以保证所采集到的数据为正确值。“打印”键功能是将实验报告打印出来。在此之前应保证计算机中打印机的正确设置，打印纸的设置应和用户使用的打印纸一致（在“属性”选项中）。采集故障分析：1. 不能进入主画面：请检查是否按要求将随仪器附带的软件正确地拷入指定的目录。2. 按“开始”键不能进入采集画面，或不能进行采集，请检查Windows“调制解调器”选项中的“诊断”栏目，检查通信口是否存在或已被占用。3. 若能进入采集画面，但不能进行正常采集（“BUSY”不能变成“OK”），则检查实验仪与计算机的通讯线是否连接正常或看实验仪是否开机。4. 若通信正常但采集到的数据均为错

18、误数据，可在“系统设置”拦中进行相关调整，直到采到正确数据为止。虚拟示波器使用方法虚拟仪器，是基于计算机的软硬件测试平台，它可代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等；可集成于自动控制、工业控制系统；可自由构建成专有仪器系统。它由计算机、应用软件和仪器硬件组成。虚拟仪器系统，是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式PC或工作站等各种计算机平台(甚至可以是掌上电脑)加上应用软件而构成的。实际上，使用者是在操作具有测试软件的电子计算机上进行测量，犹如操作一台虚设的电子仪器。虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号。虚拟仪器技术就是利用高性能的

19、模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。本虚拟示波器是在计算机扩展槽中插入卡，并配以相应的软件，用户的计算机就变成一台性能优异的数字存储示波器，同时还可获得频率计、瞬态信号捕捉仪、相关分析、频谱分析等仪器的强大功能。帮助解决时域、频域和时频域的测试及分析需要。相对于传统的数字存储示波器以及外置虚拟仪器，其功能毫不逊色，升级更加容易，应用范围更加广泛。十分适合固定测试平台的测量和数据采集工作。4050虚拟仪器包含了数字存储示波器、频谱分

20、析、李沙育图形三大功能模块。4050为100M采样数字存储示波器频谱分析的综合测试平台，其信号分析能力更加完备，应用范围更加广泛。以下叙述使用的一般方法。一、安装探头将示波器的探头连接到计算机背面的扩展卡插孔上。二、启动软件在win98下，点击 DSO 4050 ，即可启动虚拟示波器软件。各种具体用法，请在启动软件以后，打开软件附带的帮助系统，就可以看到详细的用法说明。三、设置探头比例示波器探头有1:1或10:1两种衰减系数值，它们会影响示波器的垂直显示幅度。如要改变(检查)探头衰减设定值，首先调节探头手持部分的衰减选择器至1:1或10:1，然后在测控软件的Options选项的Preferen

21、ces分页的Probe区域，鼠标单击1:1或10:1，即可得到正确的设定值。该设定在再次改变前一直有效。四、自动硬件校准“自动校准”是软件实现的自动硬件校准功能。建议在正式使用之前运行该程序，一旦校准，以后不必再校，除非重新安装软件。此外，自动校准硬件在计算机配置较低的情况下，会耗费一定的时间。因此，建议用户校准一次后，不必再行校准。注意：校准前必须将输入通道的探头取下，否则将导致校准偏差或失败。五、打开帮助系统，还可得到以下操作的指导：显示通道自动调整参数信号耦合Volts/Div采样频率垂直偏置采样深度触发条件自动测量手动测量缩放波形X-Y操作A1加减A2操作数据采集菜单说明工具栏说明实验

22、一箔式应变片性能单臂电桥一、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、实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂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，当测件受力发生形变，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。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，当使用一个应变

23、片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。四、实验步骤： 1调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“、”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，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。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是

24、有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V。4V RR24V R3 R1WDV图 （1）测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。3确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输

25、出电压值，并列表。（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实验）。位移mm电压V根据表中所测数据计算灵敏度S，SVX，并在坐标图上做出VX关系曲线。五、注意事项：1实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。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，单臂电桥测试电路是必然会出现输出电压漂移现象，这不是仪器不稳定，而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

26、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。4 稳压电源不要长时间对地短路。实验二 箔式应变片三种桥路性能比较一、实验原理：说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全桥电路的R分别为R/R、2RR、4RR。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·R，电桥灵敏度KuVRR，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与

27、各桥臂阻值的大小无关。二、实验所需部件 直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、（或双孔悬臂梁、称重砝码）、电压表。三、实验步骤： 1在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。2重复实验一中34步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。3在同一坐标上描出VX曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。四、注意事项： 1应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。2直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。3由于进行位移测量时测微头要从零正的

28、最大值，又回复到零，再负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。实验三电阻应变片的应用电子称重装置的设计一、实验目的：（1）培养综合应用本门课程和其它课程的知识、进行具体应用电路设计的能力；（2）能根据实验目的和要求设计实验方案；（3）能依据现有的实验设备和手段拟定实验的具体方法和步骤； (4) 理解交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情况。(5) 理解说明交流激励的应变全桥的实际应用。二、实验原理：利用电阻应变片的电阻值随形变而受化的特性，可以制作电子称重装置。图（3）是交流全桥的一般形式。

29、当电桥平衡时，Z1Z4Z2Z3，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化 、低通V1 2差放 相敏 检波器电压表0°5HKZ 移相Lv 5KHZR RR RWAWD图（3）三、可以提供的实验部件：电桥、音频振荡器、箔式应变片、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、称重砝码，称重平台、示波器。四、实验要求：1. 基本要求：设计一个电子称重装置2. 自行设计实验方案3. 实验方案包括以下内容：（1） 设定实验的总体目标；（2） 构思实现的基本思想；（3） 划定实现目标的各大步骤；（4） 画出实现的电原

30、理图；4. 自行设计实验方法和步骤，包括：（1） 整体项目的实现方法和步骤（2） 各个分块目标的实现方法和步骤5. 列举实验中要用到的仪器设备清单6记录实验数据。7分析实验数据，画出相关曲线。8给出实验结果（得知物品的大致重量）。 五、注意事项：1欲提高交流全桥的灵敏度，可用示波器观察相敏检波器输出端波形，若相敏检波器输出端波形脉动成份较大，则系统虽然可以调零，但灵敏度较低，提高灵敏度的方法是当系统初步调零后，用手将 悬臂梁下压至最低点，再调节电路中的“移相”电位器，使相敏检波器输出波形尽量平直，再调节移相器“移相”旋钮，用示波器观察相敏检波器 端，使其输出波形为首尾相接的全波整流波形，然后再

31、松开悬臂梁，用电桥调系统为零，这样系统灵敏度会最高。2做交流全桥实验时用指针式毫伏表可以比较直观地看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压的变化情况。3. 移相器、相敏检波器、虚拟示波器的使用方法请参看“附录:部分信号处理电路原理及应用”中的内容。 实验四差动变压器性能一、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、实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性

32、见图（4）1R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道图（4）1图（4）2三、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。四、实验步骤： 1按图（4）2接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv格。2音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VPP 2V。3用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。4旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VPP值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。位移mm电压V 5仔细调

33、节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。可以看出它与输入电压的相位差约为2，是基频分量。6根据表格所列结果，画出Vop-pX曲线，指出线性工作范围。五、注意事项： 示波器第二通道为悬浮工作状态。实验五差动变压器零残余电压的补偿一、实验目的：由于零残余电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。二、实验原理：零残余电压中主要包含两种波形成份： 1基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线

34、间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。2高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。减少零残余电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。（2）采用相敏检波电路。（3）选用补偿电路。三、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器。10KHZ第一通道WD WAV-2VR图（5）四、实验步骤： 1根据图（5）接线。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出VPP值2V。

35、2调节测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。如果补偿效果不好则可在电桥交流插口另并联一个数f的电容。3提高示波器第二通道灵敏度，将零残余电压波形与激励电压波形比较。五、注意事项：由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮，所以需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出，以便示波器观察。实验六 电涡流式传感器的静态标定一、实验目的： 了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。二、实验原理： 电涡流式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，与其平行的金属片上感应产生电涡流，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

36、、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）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。三、实验所需部件：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表。四、实验步骤： 1安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行（必要时可稍许调整探头角度）。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。 2开启仪器电源，测微头位移将电涡流线圈与涡流片分开一定距离，此时输出端有一电压值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形

37、，信号频率约为1MHZ。 3用测微头带动振动平台使平面线圈贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。涡流变换器中的振荡电路停振。 4旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振荡波形。将V、X数据填入下表，作出VX曲线，指出线性范围，求出灵敏度。五、注意事项：当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减小（如果示波器探头阻抗太小，甚至会使变换器电路停振而无输出），或是使传感器在初始状态有一死区。实验七 电涡流式传感器的振幅测量一、实验目的通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原

38、理和方法。二、实验所需部件电涡流传感器、涡流变换器、直流稳压电源、电桥、差动放大器、示波器、激振器、低频振荡器。三、实验原理：10VWD电涡流传感器变换器 差放 示波器 图（7）四、实验步骤 1按图（7）接线，根据实验三十二结果，将平面线圈安装在最佳工作点，直流稳压电源置±10V档，差动放大器在这里仅作为一个电平移动电路，增益置最小处（1倍）。调节电桥WD，使系统输出为零。2接通激振器I，调节低频振荡器频率，使其在1530Hz范围内变化，用示波器观察涡流变换器输出波形，记下VP-P值，同时利用实验三十一的结果求出距离变化范围XP-P值。3可同时用双线示波器另一通道观察涡流变换器输入端

39、的调幅波。4变化低频振荡器频率和幅值，提高振动圆盘振幅，用示波器可以看到变换器输出波形有失真现象，这说明电涡流式传感器的振幅测量范围是很小的。五、注意事项直流稳压电源-10V和接地端接电桥直流调平衡电位器WD两端。实验八 电容式传感器特性一、实验目的掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。二、实验原理CX2电容变换器 低 通 差放 电压表CX1电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电

40、容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。图（8）三、实验所需部件电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头。四、实验步骤 1按图（8）接线，电容变换器和差动放大器的增益适度。2装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零。3以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，并作出VX曲线，求得灵敏度。X(mm)0V(v)4低频振荡器输出接“激振I”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器

41、观察波形。五、注意事项 1电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变。2如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。3.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向的采集。实验九 压电加速度式传感器一、实验目的了解压电加速度计的结构、原理和应用。二、实验原理压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电

42、介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。三、实验所需部件压电式传感器、电荷放大器（电压放大器）、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器。压电电荷放大器 低 通 示波器图（9）四、实验步骤 1观察了解压电式加速度传感器的结构：由PZT双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中。2按图（9）接线，低频振荡器输出接“激振II”端，开启电源，调节振动频率与振幅，用示波器观察低通滤波器输出波形。3当悬臂梁处于谐振状态时振幅最大，此时示波器所观察到的波形VP-P也最大，由此可以得出结论：压电加速度传感器是一种对外力作用变化敏感的传感器。五、注意事项做此实验时，悬臂梁振动频率不能过低（13

43、HZ），否则电荷放大器将无输出。实验十霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的： 了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。二、实验原理：霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。三、实验所需部件： 直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。WDR2V差放 电压表图（10）四、实验步骤： 1按图（10）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔

44、元件位于梯度磁场中间位置。差动放大器增益适度。开启电源，调节电桥WD，使差放输出为零。上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。 2上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值。并记入下表，作出VX曲线，求出灵敏度及线性。X(mm)V(v)五、注意事项： 直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。实验十一 磁电式传感器一、实验目的通过实验说明磁电式传感器的结构、原理、应用。二、实验原理djdt磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通j的变化率：e

45、 = - 。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e与磁通变化率成正比，所以是一种动态传感器。三、实验所需部件磁电式传感器、低频振荡器、激振器、涡流式传感器、涡流变换器、差动放大器、双线示波器。四、实验步骤 1低频振荡器接“激振I”，磁电式传感器端口接差动放大器两输入端，差动放大器增益适度，输出端接示波器。开启电源，调节振荡频率和幅度，观察输出波形。2安装好电涡流式传感器，因为不要求进行位置测量，所以平面线圈与金属涡流片的相对位置可以高些，以振动时不相碰为宜。3双线示波器的通道1和通道2分别

46、接差动放大器输出端和涡流变换器的输出端，反复调节低频振荡器的振动频率和振幅，观察比较两波形。通过观察，可以得出结论：磁电式传感器对速度敏感，电涡流式传感器则对位置敏感，速度的变化对它影响不大。4将“激振I”与“磁电”端接线互换，接通低频振荡器，观察差动放大器的输出波形。与原磁电式传感器波形比较。可以得出结论，磁电式传感器是一种磁®电、电®磁转换的双向式传感器。5. 示波器可以使用虚拟示波器。虚拟示波器用法请看附录部分。实验十二热电式传感器热电偶一、实验目的： 观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。二、实验原理：热电偶的基本工作原理是热电效应，当其

47、热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。CSY型.CSY10.CSY10A型实验仪中热电偶为铜一康铜（T分度）,CSY10B型为镍铬-镍硅（K分度）。三、实验所需部件： 热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备）四、实验步骤： 1打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。 2差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。 3随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），

48、记录电压表读数。 4本仪器上热电偶是由两支铜康铜热电偶串接而成，（CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。 E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 实际电动势 测量所得电势 温度修止电动势式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。5.CSY10B型实验仪的K分度热电偶如插入数字式温度表端口，则直接显示温度值。五、注意事项：因为仪器中差动放大器放大倍数

49、100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。K分度热电偶分度表:铜康热电偶分度（自由端温度0）工作端温 度0123456789de/dt（vu）00.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.450

50、1.4921.5341.57641.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8301.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8703.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.32544.5803.3703.4153.4913.5063.5523.5973.6433.6893.7353.78145.39

51、03.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.24446.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.8实验十三热敏式温度传感器测温实验一、实验原理： 用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点，热电偶一般测高温时线性较好，热敏电阻则用于200以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数。温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。二、实验所需部件：热敏电阻、温度变换器、电压表、温度计（可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考）。三、实验步骤： 1观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻接入温度变换器Rt端口，调节“增益”旋钮，使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和。用温度计测出环境温度