KY·CSY系列实验指导书(03版)资料

1、浙大科仪简介浙江大学仪器系（科仪系）在全国高校中最早开设“电子测量技术与仪器”专业课程，并开发出CSY传感器系统实验仪应用于实验教学。杭州浙大科仪电子技术有限公司依托浙江大学电子、光电信息专业的雄厚技术实力，多年来研制了KY·CSY系列传感器与检测技术实验仪器、在全国领先的激光、光电测试、光通讯实验系统、KZSY系列自动化教学实验仪器，已经装备了全国1000多所高等院校的物理、机电、电子电气、光学、光电、自动化、生物医学工程、信息工程等专业实验室。“浙大科仪”秉承浙江大学“求是 创新”的校风，遵循“服务教学 不断超越”的宗旨，根据自身专业实验课程的教学实践，在保持自己产品专业特色的同

2、时，紧跟科学技术发展与相对应的高等院校实验教学设备的更新，不断开发出科技含量高、实验内容新颖深受高等院校欢迎的实验设备，“浙大科仪”教学仪器已经成为高教实验设备中的品牌产品。“浙大科仪”不断加强现代企业管理，通过GB/T19001-2000-ISO9001:2000质量体系认证，建立了现代质量管理体系和以用户满意为标准的售后技术服务制度，“浙大科仪”将始终伴随中国教育事业“继往开来、开拓创新、与时俱进、再创辉煌”！目 录 仪器说明（仪器使用前请详阅本章）4一实验工作台部分4二 信号源及仪表显示部分5三 处理电路部分6四 数据采集及实验软件部分6五 各电路和传感器性能的检测方法9六 实验操作须知

3、11 实验内容（各型传感器实验仪按需选用）12实验一 金属箔式应变计单臂电桥实验12实验二 金属箔式应变计三种桥路性能比较13实验三 金属箔式应变计的温度效应15实验四 应变电路的温度补偿16实验五 半导体式应变计单臂电桥实验17实验六 半导体式应变计直流半桥实验18实验七 金属箔式与半导体式应变计性能比较19实验八 移相器特性实验20实验九 相敏检波器特性实验22实验十 金属箔式应变计交流全桥实验24实验十一 激励频率对交流全桥的影响26实验十二 交流全桥的应用振幅测量27实验十三 交流全桥组成的电子秤27实验十四 差动变压器的性能28实验十五 差动变压器零残电压的补偿30实验十六 差动变压

4、器的标定31实验十七 差动变压器的振幅测量32实验十八 差动螺管式传感器位移测量33实验十九 差动螺管式传感器振幅测量34实验二十 激励频率对差动螺管式传感器的影响35实验二十一 霍尔式传感器的直流激励特性36实验二十二 霍尔式传感器的交流激励特性37实验二十三 霍尔式传感器的应用振幅测量38实验二十四 霍尔式传感器的应用电子秤39实验二十五 磁电式传感器特性实验40实验二十六 压电加速度传感器特性实验40实验二十七 电涡流式传感器的静态标定41实验二十八 被测材料对电涡流式传感器特性的影响42实验二十九 电涡流式传感器振幅测量43实验三十 电涡流式传感器称重实验44实验三十一 电涡流式传感器

5、转速测量44实验三十二 电容式传感器特性实验45实验三十三 双平行梁的动态特性正弦稳态响应46实验三十四 综合传感器力平衡式传感器特性实验47实验三十五 热电式传感器热电偶测温实验48实验三十六 热敏式温度传感器温度测量49实验三十七 PN 结集成温度传感器温度测量50实验三十八 光纤位移传感器位移测量51实验三十九 光纤位移传感器转速测量52实验四十 光电耦合式传感器转速测量53实验四十一 光敏电阻特性实验53实验四十二 热释电红外探测实验54实验四十三 气敏传感器特性演示56实验四十四 湿敏传感器特性演示56实验四十五 扩散硅压力传感器压强测量58实验四十六 微机检测与转换数据采集处理59

6、 附录资料61附录一 实验接线直观图61附录二 T分度、K分度热电偶分度表79附录三 仪器工作台布局图81附录四 实验电路原理图82附录五 数据分析相关知识92仪器说明（仪器使用前请详阅本章）KY·CSY系列（CSY型、CSY10型、CSY10A型、CSY10B型)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、处理电路和显示仪表于一体，可以组成一个完整的测试系统。通过本书所提供的几十种实验举例，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，实验者能够对各种不同的传感器及测量电路系统有直观的感性认识

7、，并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容。KY·CSY系列传感器系统实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号源及仪表显示、数据采集及实验软件四部分组成。一 实验工作台部分：位于仪器的顶部，左边是一副双平行悬臂梁，上面装有应变式、热敏式、P-N结温度式、热电式和压电加速度五种传感器，右边是由装于机箱内的另一副平行悬臂梁带动的圆盘式工作台，圆盘周围（逆时针方向）安装有：电感式（差动变压器）、MPX扩散硅压阻式、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式六种传感器。CSY型含9种传感器，序号为19； CSY10型含11种传感器，序号为111； CSY10A型含15种传感器，序号为115； CSY10

8、B型含18种传感器，序号为118； 金属箔式应变传感器：贴于双平行悬臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片4片，受力工作片分别用符号 和 表示，横向所贴的两片为温度补偿片，用符号 和 表示，应变系数2.06，精度2%；（KY·CSY10B型为双孔悬臂梁结构的商用称重传感器）半导体式应变传感器：贴于双平行悬臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片2片，BY350工作片2片，应变系数120；电感式传感器：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；霍尔式传感器：半导体霍尔片置于由两个半园形永久磁钢形成的梯度磁场中，线性范围3mm；

9、磁电式传感器：由一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度0.4V/m/s；压电加速度式传感器：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；电涡流式传感器：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；电容式传感器：由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的一组定片组成平行变面积式差动电容，线性范围3mm；热电式（热电偶）传感器：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。分度表见本书附录；（CSY10B 型为K分度标准热电偶）10热敏式传感器：位于双平行悬臂梁上梁表面的黑色玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-

10、51，负温度系数，25时阻值为8K10K；11光纤位移传感器：连接于仪器下方大面板的光纤变换器处，多模光强型，量程2mm，在其线性范围内精度5%；12光电耦合式传感器：位于旋转叶轮后，近红外发射接收，量程02400转/分；13P-N结温度式传感器：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；14湿敏传感器：位于双平行悬臂梁前的白色塑料盒子上面，高分子材料，测量范围：099%RH；15气敏传感器：位于双平行梁前的白色塑料盒子上面，MQ3型，对酒精气敏感，测量范围102000PPm，灵敏度RO/R5；16光敏传感器：位于双平行梁前的白色塑料盒子上面，cds材料制成，半导体光

11、导管，光电阻与暗电阻从nM至nK；17热释电红外传感器：位于旋转页轮左边，光谱响应715m，光频响应0.510Hz；18扩散硅压力传感器：摩托罗拉MPX扩散硅压阻式压力传感器，差压式工作，测压范围050KP。精度%；两副平行悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢，右边圆盘式工作台为“激振I”，左边平行悬臂梁为“激振II”（CSY10B型装有激振转换开关），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12V直流电源，打开加热开关即能加热,工作时能获得高于环境温度30左右的高温，实验工作台上还装有测速电机及控制、调速旋钮，两支螺旋测微仪分别装在左、右两边的支架上（CSY10B型只

12、有右边一支）。二信号源及仪表显示部分： 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输入端；音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，Vp-p值20V，180°为0°和Lv的反相输出，Lv端最大电流输出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1.5A。±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；数字式电压/频率表：3 1/2位显示，分2V、20V、2KHz、20KHz四档，灵敏度50mV，频率显示5H

13、z20KHz；指针式直流毫伏表：测量范围500Mv、50mV、5mV三档，精度2.5%；（CSY10A型）；数字式温度计：K分度热电偶测温，精度±1；（CSY10B型）；三处理电路部分：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，三个电阻R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1100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由两根多模光纤（一根接收，一根发射）组成的光强型光纤传感器；电容变

14、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（仅CSY型有）；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而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

15、频率35Hz左右；四数据采集及实验软件部分：数据采集卡已安装于仪器内部，其信号输入端即为仪器上数字式电压/频率表的IN输入端，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。()软件安装：鼠标左键双击仪器附带光盘中安装程序中的图标，按照提示程序会自动安装，完成后桌面上会出现软件的图标()软件的使用：鼠标左键双击桌面上实验图标，将会出现实验软件的窗口，如图所示：图首先软件“参数设置”：单击菜单栏“设置”选项，它有两个下拉选项：“参数设置”和“系统设置”，点击参数设置出现如图所示窗口：输入实验者的姓名、班级、实验名称，选择

16、实验仪名称、实验序号。采集模式分为：“单次”和“连续”两种形式，“单次”模式为手动点击一次图中的“单次采集”系统采集一次，数据会在“实验曲线”左边的竖条空白地方显示。“连续”采集为点击一次系统采集一段连续的波形，可以选择采集的速度，其后可以对其进行频谱分析。根据需要可以选择不同的量程。“单次采集间隔”可以选择相应物理标量。系统可以同时显示条曲线。图软件“系统设置”：点击“设置”选项的“系统设置”，将出现如图所示的窗口：“通讯方式”为“串行口”方式，“串行口设置”中：“串行口”要与仪器和电脑相连的串口想对应，“波特率”为。“反向起点坐标”为反向采集的起点，根据需要可以选择“原点”或者“当前坐标”

17、，“电压校正值”和“换挡误差纠正”不需要设置。设置完成之后就可以进行实验了。图实验完成之后，可以保存并打印实验报告。五各电路和传感器性能的检测方法：应变片：应变片是否正常可用万用表电阻档在其两端测量电阻值是否为350左右，半导体式应变片随温度变化阻值变化较大，接插线可多根迭插，并保证接触良好。热电偶：可用万用表电阻档测量其电阻值，一般为几欧姆大小，也可根据环境温度参照T分度K分度热电偶分度表查阅相应热电动势。热敏式：环境温度时阻值为8K10K左右，也可直接将传感器接入温度变换器输入端，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。P-N结温度式：室温时为几

18、十K左右（上正下负），也可进行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)。差动放大器：差动放大器可通过调零检测是否正常。移相器：进行“移相器实验特性实验”，观察双踪示波器两通道波形。相敏检波器：进行“相敏检波器特性实验”，相敏检波端口序数请参照图11，其中4端为参考电压输入端。电容变换器：进行“电容式传感器特性实验”，接线参照附图25，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。光电变换器：进行“光纤位移传感器位移测量”，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，旋动螺旋测微仪带动反射片位置变化，从“V0”端读出

19、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“光纤位移传感器转速测量”步骤进行。10光电式传感器：一般为43K左右（上正下负），也可进行“光电耦合式传感器转速测量”实验，光电输出端输出的是频率信号。11光敏电阻：光电阻与暗电阻从nM至nK，也可进行光敏电阻特性实验，信号变换器输出电压变化范围1V。12气敏传感器：进行气敏传感器特性演示实验，特别注意加热电压一定不能±2V。13湿敏传感器：阻值在100K到nM之间，也可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扩散硅压力传感器：进行扩散硅压力传感器压强测量实验，试验传感器差压信号输出情况。

20、15低通滤波器：输入端接地，输出端接2V电压表，输出应为零。16电感式传感器：阻值一般为15左右，也可进行差动变压器的性能实验，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霍尔式传感器：阻值一般为350（输出端）和800（输入端）左右，也可进行“霍尔式传感器的直流激励特性”实验，接线参照附图20，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磁电式传感器：阻值一般为40左右，也可进行“磁电式传感器特性实验”，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压电加速度传感器：进行“压电加速度传感器特性实验

21、”，接线参见图22,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电涡流传感器：阻值一般为3左右，也可进行“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，右上端端口为交流信号经整流后输出的直流信号电压。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

22、。22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。六实验操作须知：使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动机构的工作范围做到心中有数，仪器面板上的纽子开关都应选择好正确的倒向。了解测试系统的基本组成，合适的信号激励源传感器处理电路（传感器状态调节机构）仪表显示（数据采集或图象显示）。实验操作时，传感器接口与变换器电路输入端接口须一一对应相连接，在用实验连接线接好各系统并

23、确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。实验指导中的“注意事项”不可忽略。传感器的激励信号不准随意加大，否则可能会造成传感器永久性的损坏。本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。CSY型能够进行35个实验，序号为135；CSY10型能够进行39个实验，序号为136、38、39、46；CSY10A型能够进行43个实验，

24、序号为140、43、44、46；CSY10B型能够进行46个实验，序号为146。本仪器需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作环境温度。实验一金属箔式应变计单臂电桥实验一实验目地：观察了解金属箔式应变片的结构及粘贴方式。了解单臂电桥的工作原理和工作情况。二实验原理：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，在桥臂的四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对

25、变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，当使用一个应变片时R=R/R；当二个应变片组成差动状态工作，则有R=2R/R；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1R2R3R4R时，则有R=4R/R。三实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双平行悬臂梁（CSY10B为双孔悬臂梁）、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、数字电压/频率表。四实验步骤：图（）首先差动放大器调零，开启仪器电源，差动放大器增益为100倍（顺时针方向旋到底），“”、“”两输入端用实验线对地短路，输出端接数字电压表2V档，调节“差动调零”电位器使差动放大器输出电压为零

26、，然后关闭仪器电源，拔掉实验线，调零后“差动增益”电位器和“差放调零”电位器的位置不要变化。按图（1）将实验所需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（可选上、下梁中的任一工作片），直流激励电源为±4V档，螺旋测微仪置于双平行悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节螺旋测微仪使双平行悬臂梁处于水平状态。确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调节电桥“WD”电位器，使测试系统输出电压为零。旋动螺旋测微仪，带动双平行悬臂梁分别作向上和向下运动，以双平行悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下各移动5mm，并记录位移电

27、压值。（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：如需使用毫伏表（KY·CSY1010A型），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。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。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

28、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。稳压电源不要长时间对地短路。实验二 金属箔式应变计三种桥路性能比较一实验目的：验证单臂、半桥、全桥电路的性能。比较各桥路间的输出关系。二实验原理：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

29、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各桥臂阻值的大小无关。三实验所需部件:直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双平行悬臂梁（CSY10B为双孔悬臂梁）、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、数字电压/频率表。四实验步骤：图（）图（）在完成实验一的基础上，不变动差动放大器的“差动增益”和“差动调零”电位器，按图（2）将图（1）中的固定电阻R1换成金属箔式应变计组成半桥电路。 确认接线

30、无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调节电桥“WD”电位器，使测试系统输出电压为零。旋动螺旋测微仪，带动双平行悬臂梁分别作向上和向下运动，以双平行悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下各移动5mm，并记录位移电压值。（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实验）按图（3）将图（1）中的固定电阻R2、R3也换成金属箔式应变计组成全桥测试系统。重复步骤和，记录位移电压值，并填入下表。位移(mm)半桥(V)全桥(V)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。五注意事项：应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。直流激励电压不能过大，以免造成应变片自

31、热损坏。由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零负的最大值，因应变梁的金属滞后特性容易造成零点偏移，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。实验三金属箔式应变计的温度效应一实验目的：了解温度对应变测试系统的影响。二实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。三实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双平行悬臂梁（CSY10B为双孔悬臂梁）、数字电压/频率表、加热器、温度计（自备

32、）。四实验步骤：按图（1）接线，开启电源，调整系统输出为零。记录加热前的环境温度，可用热电偶或集成温度传感器测得。开启“加热”电源，观察测试系统输出电压随温度升高而发生的变化，记录温度电压值并列表。求出温度漂移值VT。温度（）电压（）五注意事项：实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。要观察应变片的温度特性，实验系统必须接成单臂电桥，如果是半桥或全桥形式则系统已经具备补偿作用，温飘现象就不明显。本仪器中所使用的金属箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数较小。实验四应变电路的温度补偿一实验目的：由于温度变化引入了测量误差，因此实用测试电路中必须进行温度补偿。二实验原理：用补偿片法是应变电桥温度

33、补偿方法中的一种，如图（2）所示，在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1R2。当温度变化时两应变片的电阻变化R1与R2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1*R4R2*R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。 图（） 图（）三实验所需部件：直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变计、双平行悬臂梁（CSY10B为双孔悬臂梁）、数字电压/频率表、加热器、温度计（自备）。四实验步骤：按图（4）接好线路，图中R和R分别为金属箔式应变计和温度补偿片。重复实验三14步骤

34、，求出接入补偿片后系统的温度漂移，并与实验三的结果进行比较。温度（）电压（）五注意事项：应正确选择温度补偿片，在面板的应变片接线端中，从左至右18对接线端分别是：1上梁半导体应变片，2下梁半导体应变片。3、5上梁箔式应变片，4、6下梁箔式应变片，7、8上、下梁温度补偿片，电路中的箔式应变片与补偿片应在同一应变梁上。实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。实验五半导体式应变计单臂电桥实验一实验目的：说明半导体应变计的灵敏度和温度效应。二实验原理：由于材料的阻值，则, 当应变，灵敏度; 对于箔式应变片，K箔12，主要是由形变引起，对于半导体应变计，K半（/）/,主要由电阻率变化引起，由于半导体材料

35、的“压阻效应”特别明显，可以反映出很微小的形变，所以K半要大于K箔，但是受温度影响大。三实验所需部件：直流稳压电源（±2V档）、电桥、差动放大器、半导体式应变计、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、数字电压/频率表、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）。图（）四实验步骤：按图（6）接线，R1为半导体应变计， R2为电桥上的固定电阻。确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调节电桥“WD”电位器，使测试系统输出电压为零。旋动螺旋测微仪，带动双平行悬臂梁分别作向上和向下运动，以双平行悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点，向上和向下各移动5mm，并记录位移电

36、压值。（或在双平行悬臂梁上依次放上砝码，进行上述实验）重新调整测试系统输出为零。记录加温前的环境温度。打开“加热”开关，观察随温度升高系统输出电压温漂情况。待电压稳定后测得温升，求出系统的温漂VT。位移(mm)电压(V)温度()电压(V)按图（1）接线，直流激励电压为±2V，重复步骤25，实验结果进行比较。,五注意事项：此实验中直流激励电压只能用±2V，以免引起半导体自热。实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。实验六半导体式应变计直流半桥实验一实验目的：通过实际运用的半导体半桥电路，与半导体单臂电路进行性能比较，特别是要比较两种测试系统的漂移现象。二实验原理：半导体电阻应

37、变片是以半导体材料作为基材而制成的一种电阻应变片，它的工作原理主要是利用半导体材料的压阻效应来实现力电变换的，由式（）及对半导体材料压阻效应的分析可知，压阻效应对半导体电阻应变片的灵敏系数（）的贡献较大，半导体电阻应变片的值远高于金属箔式应变片，约为金属箔式应变片的5080倍，因此，半导体电阻应变片通常都具有很高的应变电阻变化率。三实验所需部件：直流稳压电源（±2V档）、电桥、差动放大器、半导体式应变计、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、数字电压/频率表。图（）四实验步骤：按图（7）接线，电桥中R和R为半导体式应变计。按实验五的步骤25，测出V，X值，画出VX曲线，求出灵敏

38、度，测出温度变化时的温漂。位移(mm)电压(V)温度()电压(V)五注意事项：此实验中直流激励电压只能用±2V，以免引起半导体自热。实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。实验七金属箔式与半导体式应变计性能比较一实验目的：通过实验比较两种应变电路的灵敏度与温度特性。二实验所需部件：直流稳压电源（±2V档）、差动放大器、金属箔式应变计、半导体式应变计、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、数字电压/频率表、应变加热器、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：分别做箔式单臂电桥和半导体式单臂电桥实验，接线如图（1）所示，直流激励源为±

39、;2V，差动放大器增益为100倍（顺时针方向旋到底）。调整系统，在相同的实验条件下分别测得两组数据填入表格，求出灵敏度。参考图（2）将电桥中一固定电阻R1先后换成金属箔式应变计和半导体式应变计，做箔式应变计半桥实验和半导体式应变计半桥实验，将测得的两组数据分别填入表格，求出灵敏度。位移(mm)灵敏度箔单臂(V)半单臂(V)箔半桥(V)半半桥(V)在同一坐标上画出四条VX曲线以作比较。分别对箔式变片和半导体应变片加热，测出两种测试电路的温漂，并进行比较，实验结果以证实实验五中对半导体应变片性能的分析。四注意事项：进行上述实验时激励电压，差动放大器增益、测微头起始点位置等实验条件必须一致，否则就无

40、可比较性。实验八移相器实验一实验目的：说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理。二实验原理：图（）图（8）为移相电路示意图，该电路的闭环增益把拉普拉氏算符换成频率域的参数，则得到：又改写为: 在实验电路中，常设定幅频特性G（j）1,为此选择参数R1=RF=10K由上, R=20K,则输出幅度与频率无关，闭路增益可简化为：当R=2R1=2RRF时，G（j）1，由上式可以得到相频特性表达式：由tg表达式和正切三角函数半角公式可以得到：因此可以得到相移为：电阻R可以在很宽的范围内变化，当WRC很大时，相移O，式中负号表示相位超前，如将电路中R和C互换位置，则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络Rc不变

41、，则相移将随输入信号的频率而改变。三实验所需部件：移相器、音频振荡器、双线示波器。四实验步骤：图（）音频振荡器频率、幅值旋钮居中，按图（9）将音频振荡器信号0°输出端或Lv输出端接入移相器输入端。将双线示波器两通道测试线分别接移相器输入端和输出端，调整示波器，观察波形。调节移相器“移相”旋钮，观察两路波形的相位变化。改变音频振荡器频率，观察不同频率时移相器的移相范围。根据移相器实际电路图分析其工作原理。五注意事项：因为本实验仪中音频信号由函数发生器产生，不是纯正弦波，所以通过移相器后波形局部有些畸变这不是仪器故障，电路图中的两个放大器为集成两级运放。实验九相敏检波器实验一实验目的：说

42、明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。二实验原理：相敏检波电路如图（10）所示，图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压电输入端，为直流参考电压输入。当、端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。图（）三实验所需部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源（±2V档）、低通滤波器、数字电压/频率表、示波器。四实验步骤：图（）将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，将音频振荡器信号0°输出端或Lv输出端接入相敏检波器输入端。将直流稳压电源2V档输出电压（正或负均可）接相敏检波器端。示波器两通道分别接入

43、相敏检波器输入端、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。改变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系，由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。将音频振荡器的0°输出端接入移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频振荡器的0°输出端。用示波器两通道观察附加观察插口、的波形，可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端接数字电压表20V档。示波器两通

44、道分别接相敏检波器输入端、输出端。适当调节音频振荡器“增益”旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口，观察示波器和电压表的变化。10调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入VPP值与输出直流电压的关系。11使输入信号与参考信号的相位改变180°，测出上述关系。输入VP-P(V)输出VP-P(V)五注意事项：相敏检波器最大输入电压VPP值为20V，电路图中的两个放大器为集成两级运放。实验十金属箔式应变计交流全桥实验一实验目的：本实验说明交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情

45、况。二实验原理：图（12）是交流全桥的一般形式。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。交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。三实验所需部件：电桥、音频振荡器、金属箔式应变计、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、数字电压/频率表、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、示波器。四实验步骤：图（）首先通过数字电压/频率表的20KHz档将音频振荡器的频率调节到5KHz,幅度适中，然后关闭仪器

46、电源。按图（12）接线，音频振荡器一定要从0o或Lv端输出，确认无误后开启仪器电源。调节螺旋测微仪使双平行悬臂梁处于水平位置，调节电桥直流调平衡电位器WD，使系统输出基本为零，仔细调节交流调平衡电位器WA，使系统输出为零。（或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码，进行上述实验）用示波器观察各环节波形，测量读数，列表填入V、X值，作出VX曲线，求出灵敏度。位移(mm)电压(V)五注意事项：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的波形，若相敏检波器输出端的波形脉动成份较大，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，再调节电桥中的电位器，使相敏检波器输出波

47、形尽量平直，然后用手将双平行悬臂梁压到最低（CSY10B型起始可多放些砝码在双孔悬臂梁的托盘上），调节“移相”旋钮，使相敏检波器输出端波形为相连接的整流波形，再放手恢复双平行悬臂梁的自然位置，调节电桥中的电位器，使系统输出为零，这样系统灵敏度会最高。做交流全桥实验时输出电压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。实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。实验十一激励频率对交流全桥的影响一实验目的：了解应变电桥的频谱特性二实验原理：由于交流电桥中的各种阻抗的影响，改变激励频率可以提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性。三实验所需部件：电桥、音频振荡器、金属箔式应变

48、计、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、数字电压/频率表、螺旋测微仪（CSY10B用砝码20克/个）、示波器。四实验步骤：接线、操作均按实验十进行。从音频振荡器0°输出端或输出端输出信号，频率从2KHZ10KHZ，接交流全桥，分别测出系统输出电压，列表填好VX值，在同一坐标上做出VX曲线，比较灵敏度，并得出结论，该交流全桥工作在哪个频率时较为合适。X(mm)V2KHz(v)V4KHz(v)V6KHz(v)V8KHz(v)V10KHz(v)五注意事项：做实验时频率改变时音频振荡器的幅值不变，否则无可比性。实验前首先差放调零，方法见实验一的步骤。实验十二交流全桥的应用振幅测量一实

49、验目的：说明交流激励的交流全桥的应用。二实验原理：当双平行悬臂梁梁受到不同的频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。三实验所需部件：电桥、音频振荡器、金属箔式应变计（半导体式应变计）、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、数字电压/频率表、螺旋测微仪、示波器。四实验步骤：根据实验十的电路接线，移开测微头，调节电桥，使系统输出为零，并使系统灵敏度最大。将低频振荡器输出端接至“激振II”端，此时悬臂梁开始振动。（10B型激振开关拨至“激振II”端）用示波器观察差动放大器和低

50、通滤波器的输出波形，注意调节示波器的扫描时间，差动放大器输出的是调幅波。固定低频振荡器幅值旋钮不变，电压频率表放2KHZ档，接低频振荡器输出端，调节低频振荡器频率，用示波器读出系统最大振幅值，此时频率表所示即为梁的固有频率。五注意事项：悬臂梁激振时振幅不宜太大，否则易造成应变片受损。10B型实验仪因应变片贴在双孔悬臂梁上，由于结构的原因，所以只能做半导体式交流半桥振动实验。实验十三交流全桥组成的电子秤一实验目的：了解交流激励的应变全桥的实际应用。二实验所需部件：音频振荡器、电桥、金属箔式应变计、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、砝码（20克/个）、称重平台、数字电压/频率表。三实验步

51、骤：按实验十接好线路，在悬臂梁顶端磁钢上（双孔悬臂梁已装有平台）放好称重平台调节系统为零。在称重平台上逐步加上砝码进行标定，并记录的关系。取走砝码，在平台上加一未知重量的物品，记下电压表读数。根据坐标上WV曲线得知物品的大致重量。重量(g)电压(V)四注意事项：悬臂梁上放置重量不要过重，超过悬臂梁线性位移范围就不能正常称重。实验十四差动变压器的性能一实验目的：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：差动变压器是由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成的电感式传感器，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，其原理及输出特性见图（13）。图（）图（）三实验所需部件：电感式传感器、音频振荡器、螺旋测微仪、示波器。四实验步骤：按图（14）接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器