现代检测技术实验箱实验指南

1、1目 录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验 .1实验二 金属箔式应变片半桥性能实验 .4实验三 金属箔式应变片全桥性能实验 .6实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较 .7实验五 金属箔式应变片的温度影响实验 .7实验六 直流全桥的应用电子秤实验 .8实验七 移相器实验 .9实验八 相敏检波器实验 .11实验九 交流全桥的应用振动测量实验 .13实验十 电容式传感器的位移特性实验 .16实验十一 电容传感器动态特性实验 .18实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 .20实验十三 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 .21实验十四 霍尔测速实验* .22实验十五 压电式传

2、感器测量振动实验 .23实验十六 CU50 温度传感器的温度特性实验.24实验十七 热电偶测温性能实验 .26实验十八 红外遥控（光敏管）应用实验 .28附录一 温控仪表操作说明 .292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RR/Kll /度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工

3、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、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=35

4、0，加热丝初始阻值为 50 左右。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 3改变，一直到做完实验为止）3、电

5、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

6、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、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

7、接数显表 Vi 地 R1 加热 4表 1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值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Wu /uW变化量） ；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量ym/m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y200g。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。重量（g）电压（mv）5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

8、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

9、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Wu /f2。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 6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。7实验三

10、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KE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：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

11、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）83、根据表 1-3 计算系统灵敏度 S，S=（输出电压变化量；Wu /u重量变化量） ；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值Wym/m（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。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

12、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

13、，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，UotUo1即为温度变化的影响。计算这一温度变化产生的相对误差。%1001otootUUU五、思考题：五、思考题：91、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

14、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

15、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。10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

16、意图，由移相器电路结构图可求得该电路的闭环增益 G(s)211121152254411)(11)(RSCWRRSCWRSCWRRRRSG则 211121152254411)(11)(RCjWRRCjWRCjWRRRRjG)1)(1 (4) 1)(1 ()(2212122222212122212122222WCWCWWCCWCWCjG当 R1=R2=W1= R4=R5=10K 时有： 由正切三角函半角公式可得：221121212112222112211121)(WCWCWWCCWCWCWCCWtgjG1122221122122122CWWCWCCWarctgtgtgtg从上式可以看出，调节电位器

17、 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。图图 5 1 2 移相器 移相 示波器 0(LV) 音频振荡器 移相器 1 2 112、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

18、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。 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 12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

19、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、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

20、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13DC 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

21、整流波形。六、思考题：六、思考题：14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

22、滤波器模块、振动源模块、示波器（自备） 。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） 。15162、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

23、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

24、，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/div17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

25、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：五

26、、思考题：181、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 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

27、传感器结构及其特点。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dAC/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：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。电容传感器安装示意图 电容传感器 模块 测量架 测微头 19接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 图 4-1 电容

28、传感器位移实验接线图 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。20实验十一实验十一 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

29、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” 。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 212、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

30、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 619Hz 之间，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

31、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。22实验十

32、二实验十二 直流激励时霍尔式传感器的直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验位移特性实验一、实验目的：一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：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：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：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。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

33、间位置）使数显表指示为零。 主控箱 数显表 3 1 2 4 图 5-2 霍尔传感器位移直流激励接线图 1 2 3 4 连线插座编号 1、3 为电源线 2、4 为信号输出Vi 231KHz 4Vp-p 霍尔实验模块 2 AC 主控箱数显表 1示波器 VO Vi Vi VO Vi VO Vi 移相、相敏、低通滤波模块 图 5-3 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图 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：五、思考题：本实验中霍尔元件位

34、移的线性度实际上反映的是什么量的变化？实验十三实验十三 交流激励时霍尔式传感器的交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验位移特性实验一、实验目的：一、实验目的：了解交流激励时霍尔片的特性二、基本原理：二、基本原理：交流激励时霍尔元件与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：在“直流霍尔传感器位移特性”基础上加移相/相敏检波/低通滤波模块、双线示波器。四、实验步骤：四、实验步骤：1、传感器安装同“直流激励时的实验安装” ，实验模块上连线见图 5-3。2、调节音频振荡器频率和幅度旋钮，从 Lv输出用示波器测量，使输出为1KHz、峰-峰值为 4V，引入

35、电路中（激励电压从音频输出端 Lv输出频率 1KHz，幅值为 4V 峰-峰值，注意电压过大会烧坏霍尔元件） 。3、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大的位移（此时 Rw3顺时针旋转至24最大位置） ，利用示波器观察相敏检波器输出（此时示波器档位时间轴为 0.2ms，电压轴为 0.2V） ，旋转移相单元电位器 Rw 和相敏检波电位器 Rw，使示波器显示全波整流波形。此时固定移相单元电位器 Rw 和相敏检波电位器 Rw，保持电位器位置不变。4、调节测微头使霍尔传感器处于传感器中间位移部分，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小（即相敏检波输出接近一条直线） 。 5、然后从电压数显表上观察，调节电位

36、器 Rw1、Rw2使显示为零，然后旋动测微头，记下每转动 0.2mm 时表头读数，填入表 5-2。表 5-2 交流激励时输出电压和位移数据X（mm）V（mv）6、根据表 5-2 作出 V-X 曲线，计算不同量程时的非线性误差。实验十四实验十四 霍尔测速实验霍尔测速实验*一、实验目的：一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理：二、基本原理：利用霍尔效应表达式 UH = KHIB，当被测圆盘上装上 N 只磁性体时，圆盘每转一周，磁场就变化 N 次，霍尔电势相应变化 N 次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速（转速=60*频率/12）三、需用器件与单元：三、需用器

37、件与单元：霍尔转速传感器、转速调节 2-24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。四、实验步骤：四、实验步骤：1、根据图 5-4，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面的磁钢。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 252、将直流源加于霍尔元件电源输入端。红（+）接+5V，黑（）接地。3、将霍尔转速传感器输出端（蓝）插入数显单元 Fin端。4、将转速调节中的 2-24V 转速电源引到转动源的 2-24V 插孔。5、将数显单元上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示转速。6、调节电压使转动速度变化。观察数显

38、表转速显示的变化。五、思考题：五、思考题：1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢，二者有什么区别呢？实验十五实验十五 压电式传感器测量振动实验压电式传感器测量振动实验一、实验目的：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：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：三、需用器件与单元：转动、振动源模块、压电

39、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：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。263、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。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

40、、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。实验十六实验十六 Cu50温度传感器的温度特性实验温度传感器的温度特性实验一、实验目的：一、实验目的：了解Cu50温度传感器的特性与应用。二、基本原理：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/ C5容易提纯，价格便宜三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：K型热电偶、Cu50热电阻、 传感器

41、实验台专用温度源、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：四、实验步骤：接主控箱电源输出 接低通滤波器 Vi 地 图 7-1 压电式传感器性能实验接线图 271、差动电路调零首先对温度传感器实验模块的三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、热电偶的安装主控台温度控制单元

42、中“加热”和“冷却”选择控制方式均为“内控”方式，同时将温度源的加热插头插入主控箱加热输出插座中，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主控台温度控制单元中热电偶传感器输入端子插孔，红线为正极。同时将传感器选择波段开关拨至“热电偶” （此时温度智能控制仪表的传感器输入类型参数“Sn”对应“0” ， “0”代表当输入传感器为 K型热点偶时智能控制仪显示正确的温度值） 。 4、同时温度源中“冷却输入”与主控箱中“冷却开关”连接，同时“风机电源”和主控箱中“+2-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置） ，同时打开温度源开关。5、

43、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，使数显表显示为零（此时温度测量控制仪电源关闭） 。286、测量记录设定温度控制值为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

44、的读数（若在某个温度设定值点的电压值有上下波动现象，则是由于控制温度在设定值的+1C范围波动的结果，这样可以记录波动时，传感器信号变换模块对应输出的的电压最小值和最大值，取其中间数值）填入表11-1。表11-1：T（C）V（mv）7、根据数据结果，计算t=5C时，Cu50热电阻传感器对应变换电路输出的V数值是否接近。实验十七实验十七 热电偶测温性能实验热电偶测温性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范围。二、基本原理：二、基本原理：当两种不同的金属组成回路，如两个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间

45、接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端（也称自由端） ，冷端可以是室温值或经补偿后的 0C、25C。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：热电偶 K 型、专用温度源、数显单元（主控台电压表）、直流稳压电源15V。四、实验步骤：1、在温度控制单元上选择加热和冷却方式均为“内控”方式，将 K 型热电偶插29到温度测量控制仪的插孔中，K 型的自由端接到温度控制单元标有传感器字样的插孔中（此时传感器选择类型为热点偶类型） 。2、同时温度源中“冷却输入”与主控箱中“冷却开关”连接，同时“风机电源”和主控箱中“+2-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置） ，同时打开温度源开关。3、从主控箱上将15V 电压，地接到温度模块上，并将 R5，R6 两端短接同时接地，打开主控箱电源开关，将模块上的 Vo2 与主控箱数显表单元上的 Vi 相接。将 Rw2 旋至中间位置，调节 Rw3 使数显表显示为零。设定温度测量控制仪上的温度仪表控制温度 T=40。4、去掉 R5，R6 接地线及连线，将 E 型热电偶的自由端与温度模块的放大器R5，R6 相接，同时 E 型热电偶的蓝色接线端子接地。观察温控仪表的温度值，当温度控制在 40时，调节 Rw2，对照分度表将