传感器实验剖析

传感器实验分析传感器实验分析传感器实验分析实验一应变片单臂、半桥、全桥特点比较一、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的矫捷度和非线性度，得出相应的结论。二、基根源理：如图4（a）、（b）、（c）为应变片单臂、半桥和全桥测量电路原理图。它们输出电压分别为：a）单臂Uo＝U①－U③＝〔(R4＋△R4)／(R4＋△R4＋R3)－R1／(R1＋R2)〕E＝｛〔（R1＋R2）（R4＋△R4）－R1（R3＋R4＋△R4）〕／〔（R3＋R4＋△R4）（R1＋R2）〕｝E设R1＝R2＝R3＝R4，且△R4／R4＝R／R＜＜1，R／R＝Kε。则Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE、双臂(半桥)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE、全桥同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE（a）单臂（b）半桥（c）全桥图4应变测量电路三、需用器件与单元：机头中的应变梁、振动台；主板中的F/V电压表、±4V电源、箔式应变片输出口、电桥、差动放大器；砝码。四、实验步骤：四、需用器件与单元介绍：熟悉需用器件与单元在传感器箱中机头与主板的部署地址(参阅以上说明书二、实验箱组成图)。1、图1—4为主板中的电桥单元。图中：⑴菱形虚框为无实体的电桥模型(为实验者组桥参照而设，无其余实质意义)。⑵R1=R2=R3=350Ω是固定电阻，为组成单臂应变和半桥应变而装备的其余桥臂电阻。⑶W1电位器、

r

电阻为电桥直流调理平衡网络，

W2电位器、

C电容为电桥交流调理平衡网络。图2、图

1—4电桥单元1—5为主板中的差动放大器单元。图中：左图是原理图。其中：

IC1-1AD620

是差动输入的测量放大器

(仪用放大器

)；IC1-2

为调零随从器。右图为实验面板图。图1—5差动放大器原理与面板图五、实验步骤：1、在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用41位数显万用表2kΩ电阻档测量所有2应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提振动台）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。以以下图1—6所示。图1—6观察应变片阻值变化情况表示图2、差动放大器调零点：按图1—7表示接线。将F／V表的量程切换开关切换到2V档，合上实验箱主电源开关，将差动放大器的拨动开关拨到“开”地址，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转终究后再逆向辗转半圈，调理调零电位器，使电压表显示电压为零。差动放大器的零点调理达成，关闭主电源。图1—7差放调零接线图3、应变片单臂电桥特点实验：⑴将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调理平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—8表示接线

(粗细曲线为连接线

)。图1—8应变片单臂电桥特点实验接线表示图⑵检查接线无误后合上主电源开关，在机头上应变梁的振动台无砝码时调理电桥的直流调理平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或凑近0(有小的初步电压也无所谓，不影响应变片特点与实验)。⑶在应变梁的振动台中心点上放置一只砝码(20g／只)，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，记下实验数据填入表1。表1应变片单臂电桥特点实验数据重量(g)单臂电压(mV)半桥电压(mV)全桥电压(mV)依照得的结果进行单臂、半桥和全桥输出的矫捷度和非线性度分析比较（注意：实验的放大器增益必定同样）。实验达成，关闭电源。实验二差动变压器的性能实验一、实验目的：认识差动变压器的工作原理和特点。二、基根源理：差动变压器的工作原理近似变压器的作用原理。差动变压器的结构如图12—1所示，由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个衔铁4组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的搬动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接（同名端相接），以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，平时简称差动变压器。当差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流耗费、磁滞耗费和分布电容等影响），它的等效电路如图

12—2

所示。图中

U1为一次绕组激励电压；

M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：

L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；

L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间地址时，图12—1差动变压器的结构表示图图12—2差动变压器的等效电路图两个二次绕组互感同样，所以由一次侧激励引起的感觉电动势同样。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，所以二次绕组L21内感觉电动势大于二次绕组L内感觉电动势，这时差动输出电动势不为零。在22传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边搬动差动输出电动势仍不为零，但由于搬动方向改变，所以输出电动势反相。所以经过差动变压器输出电动势的大小和相位能够知道衔铁位移量的大小和方向。由图12—2能够看出一次绕组的电流为：二次绕组的感觉动势为：由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：其有效值为：差动变压器的输出特点曲线如图感觉电动势，E2为差动输出电动势，

12—3所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出x表示衔铁偏离中心地址的距离。其中E2的实线表示理想的输出特点，而虚线部分表示实质的输出特点。Eo为零点节余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及断念地址等因素所造成的。零点节余电动势的存在，使得传感器的输出特点在零点周边不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。为了减小零点节余电动势可采取以下方法：图12—3差动变压器输出特点1、尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路的对称。磁性资料要经过办理，除掉内部的节余应力，使其性能平均坚固。2、采用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可鉴识衔铁搬动方向又可改进输出特点，减小零点节余电动势。3、采用补偿线路减小零点节余电动势。图12—4是其中典型的几种减小零点节余电动势的补偿电路。在差动变压器的线圈中串、并合适数值的电阻电容元件，当调整W1、W2时，可使零点节余电动势减小。(a)(b)(c)图12—4减小零点节余电动势电路三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、主板音频振荡器、电感输出口、双踪示波器(自备)。四、实验步骤：1、将差动变压器和测微头安装在机头的静态位移安装架上，以以下图12－5，Li为初级线圈(一次线圈)；Lo1、Lo2为次级线圈(二次线圈)；＊号为同名端。差动变压器的原理图参阅图12—2。2、按图12—5表示接线，差动变压器的原边Li的激励电压(绝对不能够用直流电压激励)必定从主板中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上主电源开关，调理音频振荡器的频率为3～5KHz（可输入到频率表10K档来监测或示波器上读出）的任一值；调理输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（示波器第一通道监测）。图12—5差动变压器性能实验安装、接线表示图3、差动变压器的性能实验：使用测微头时，当来回调理微分筒使测杆产生位移的过程中自己存在机械回程差，为除掉这种机械回差可用以下a、b两种方法实验(建议用b方法可以看到死区范围)。a、调理测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线。松开安装测微头的紧固螺钉，搬动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p(峰峰值)为较小值(越小越好，变压器铁芯大体处在中间地址)时，拧紧紧固螺钉。仔细调理测微头的微分筒使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小值(零点节余电压)并定为位移的相对零点。这时可假设其中一个方向为正位移，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取30点值)从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表4，再将测位头位移退回到Vp-p最小处开始反方向(也取30点值)做同样的位移实验。在实验过程中请注意：⑴从Vp-p最小处决定位移方向后，测微头只好按所定方向调理位移，中途不同样意回调，否则，由于测微头存在机械回差而引起位移误差；所以，实验时每点位移量须仔细调理，绝对不能够调理过分，如过分则只好剔除这一点粗大误差连续做下一点实验也许回到零点重新做实验。⑵当一个方向行程实验结束，做另一方向时，测微头回到Vp-p最小处时它的位移读数有变化(没有回到原来初步地址)是正常的，做实验时位移取相对变化量△X为定值，与测微头的初步点定在哪一根刻度线上没有关系，只要中途测微头微分筒不回调就不会引起机械回程误差。b、调理测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线。松开安装测微头的紧固螺钉，搬动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p(峰峰值)为较小值(越小越好，变压器铁芯大体处在中间地址)时，拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动测微头的微分筒12圈，记录此时的测微头读数和示波器第二通道显示的波形Vp-p(峰峰值)值为实验起点值。今后，反方向(逆时针方向)调理测微头的微分筒，每隔△X=0.2mm(可取60～70点值)从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表12(这样单行程位移方向做实验能够除掉测微头的机械回差)。4、依照表12数据画出X－Vp-p曲线并回答差动变压器的零点节余电压大小？实验达成，关闭电源。表12差动变压器性能实验数据X(mm)Vp-p(mV)五、思虑题：1、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？2、用直流电压激励会损坏传感器。为什么？3、如何理解差动变压器的零点节余电压？用什么方法能够减小零点节余电压？实验三激励频率对差动变压器特点的影响一、实验目的：认识初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。二、基根源理：Uo=(M1M2)Ui差动变压器的输出电压的有效值能够近似用关系式：Rp22L2p表示,式中Lp、Rp为初级线圈电感和耗费电阻，Ui、ω为激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数，由关系式能够看出，当初级线圈激励频率太低时，若222R＞ωL，则输PP出电压Uo受频率变动影响较大，且矫捷度较低，只有当222时输出Uo与ω没关，ωLP＞＞RP自然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能坚固不利。三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、主板音频振荡器、电感输出口、双踪示波器(自备)。四、实验步骤：1、差动变压器及测微头的安装、接线同实验十二、图12—5。2、检查接线无误后，合上主电源开关，调理音频振荡器LV输出频率为1KHz（用示波器，也可用F／V表的量程切换开关切到20K档监测频率），Vp-p＝2V(示波器监测)。调理测微头使差动变压器衔铁显然偏离位移中点地址，即差动变压器有某个较大的Vp-p输出。(示波器监测Vp-p最小时)的地址。3、在保持位移量不变的情况下改变激励电压(音频振荡器)的频率从1KHz-9KHz(激励电压幅值2V不变)时差动变压器的相应输出的Vp-p值填入表13。表13差动变压器幅频特点实验数据F(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHzVp-p4、依照表13数据作出幅频(Ｆ—V)特点曲线。实验达成，关闭主电源。p-p实验四差动变压器零点节余电压补偿实验一、实验目的：认识差动变压器零点节余电压看法及补偿方法。二、基根源理：由于差动变压器次级二线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不平均性，铁芯B－H特点的非线性等，造成铁芯(衔铁)无论处于线圈的什么地址其输出电压其实不为零，其最小输出值称为零点节余电压。在实验四(差动变压器的性能实验)中已经获得了零点节余电压，用差动变压器测量位移应用时一般要对其零点节余电压进行补偿。补偿方法阅读实验四（二、基根源理），本实验采用（c）补偿线路减小零点节余电压。三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、主板音频振荡器单元、电感输出口、电桥、双踪示波器(自备)。四、实验步骤：1、按以下图14表示接线，按实验十二（差动变压器的性能实验）步骤实验。图14零点节余电压补偿实验接线表示图2、比较二者（实验十二与实验十四）实验结果。实验达成，关闭电源。＊说明：实验箱主板上的电桥单元是通用单元，不是差变补偿专用单元，所以补偿电路中的r、c元件参数值不是最正确的。但学生只要经过实验理解补偿看法及方法就达到了目的。实验五电涡流传感器位移特点实验一、实验目的：认识电涡流传感器测量位移的工作原理和特点。二、基根源理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体—金属涡流片）组成，如下图。依照电磁感觉原理，当传感器线圈（一个扁平线圈）通以交变电流（频率较高，一般为1MHz～2MHz）I1时，线圈周围空间会产生交变磁场

H1，当线圈平面凑近某一导风光时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感觉出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有必然耦合的互感，最后原线圈反响一等效电感，从而以致传感器线圈的阻抗Z发生变化。我们能够把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样即可获得如图的等效电路。图中R1、L1为传感器线图电涡流传感器原理图图电涡流传感器等效电路图圈的电阻和电感。短路环能够认为是一匝短路线圈，其电阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的减小而增大。依照等效电路可列出电路方程组：经过解方程组，可得I1、I2。所以传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效Q值为：Q＝Q{[1-(Ｌ222222ωＭ)/(ＬＺ)]／［1+(RωＭ)/(RＺ)］}0212212式中：Q—无涡流影响下线圈的Ｑ值，Qω／R；00＝Ｌ1122222Ｚ2金属导体中产生电涡流部分的阻抗，Ｚ2L22由式Z、L和式Ｑ能够看出，线圈与金属导系通通的阻抗Z、电感L和质量因数Ｑ值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离x(H)的非线性函数。所以Z、L、Ｑ均是ｘ的非线性函数。诚然它整个函数是一非线性的，其函数特点为"S"型曲线，但能够采用它近似为线性的一段。其实Z、L、Ｑ的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。若是控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则只与距离x有关。于此，经过传感器的调理电路（前置器）办理，将线圈阻抗Z、、Ｑ的变化转变为电压或电流的变化输出。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是依照这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。为实现电涡流位移测量，必定有一个专用的测量电路。这一测量电路（称之为前置器，也称电涡流变换器）应包括拥有必然频率的坚固的震荡器和一个检波电路等。电涡流传感器位移测量实验框图如图17—2所示：图17—2电涡流位移特点实验原理框图依照电涡流传感器的基根源理，将传感器与被测体间的距离变换为传感器的Q值、等效阻抗Z和等效电感L三个参数，用相应的测量电路（前置器）来测量。本实验的涡流变换器为变频调幅式测量电路，

电路原理与面板如图

17—3所示。电路组成：⑴Q1、C1、C2、C3组成电容三点式振荡器，产生频率为

1MHz左右的正弦载波信号。电涡流传感器接在振荡回路中，

传感器线圈是振荡回路的一个电感元件。

振荡器作用是将位移变化引起的振荡回路的

Q值变化变换成高频载波信号的幅值变化。⑵

D1、C5、L2、C6组成了由二极管和LC形成的π形滤波的检波器。检波器的作用是将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出来。⑶Q2组成射极随从器。射极随从器的作用是输入、输出般配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。电涡流传感器是经过传感器端部线圈与被测物体

（导电体）间的缝隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，

它与被测物之间没有直接的机械接触，

拥有很宽的使用频率范围（从0～10Hz）。当无被测导体时，振荡器回路谐振于f0，传感器端部线圈Q0为定值且最高，对应的检波输出电压

Vo

最大。当被测导体凑近传感器线圈时，线圈

Q值发生变，振荡器的谐振频率发生变化，谐振曲线变得平坦，检波出的幅值

Vo变小。Vo变化反响了位移ｘ的变化。电涡流传感器在位移、振动、转速、探伤、厚度测量上获得应用。图17—3电涡流变换器原理图与面板三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、电涡流传感器、被测体(铁圆片)、测微头、主板F／V表、涡流变换器、示波器（自备）。四、实验步骤：1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。调理测微头初始地址的刻度值为5mm处，按图17—4安装测微头、被测体、电涡流传感器（注意安装序次：先将测微头的安装套插入安装架的安装孔内，再将被测体套在测微头的测杆上；其次在安装架上固定好电涡流传感器；最后平移测微头安装套使被测体与传感器端面相帖时拧紧测微头安装孔的紧固螺钉）并按图接线。17—4流感器安装、按表示2、将表（F／V表）量程切开关切到20V档，接无后将流器的开关到“开”地址，开启主源开关，下表数，尔后逆轻轻分筒每隔0.1mm一个数，直到出Vo化很小止并将数据列入表17。（在入端可接示波器振波形）表17流感器位移X与出数据X（mm）⋯⋯V(V)o3、依照表17数据，画出V－X曲，依照曲找出性地域算矫捷度和性度（可用最小二乘法或其余合直）。完，关所有源。实验六被测体材质对电涡流传感器特点影响一、实验目的：认识不同样的被体资料流感器性能的影响。二、基根源理：流感器在被体上生的流效与被体自己的阻率和磁率有关，所以不同样的资料就会有不同样的性能。基根源理参十七。三、需用器件与单元：机静位移安装架、流感器、被体(、、)、微、主板F／V表、流器。四、实验步骤：1、将被体片成和片，方法与步同十七。2、按十七，将数据列入表18－1～18－3。表18－1被体片的位移出数据X（mm）Vo(V)表18－2被体片的位移出数据X（mm）Vo(V)表18－3被体片的位移与出数据X（mm）Vo(V)3、依照上表的数据，在同一坐上画出曲行比，分算矫捷度和性度。完，关源。实验七被测风光积大小对电涡流传感器的特点影响实验一、实验目的：认识流感器位移特点与被体的形状和尺寸有关。二、基根源理：流感器的位移性能与被体的形状、大小有很大关系，当被风光小于圈平面会减弱甚至不生流效，所以流感器在使用，被风光必大于感器圈平面并行位移定后量。三、需用器件与单元：主机静位移安装架、流感器、端面不同样的二个材被体（被体1、被体2）、微、主板F／V表、流器。四、实验步骤：1、方法、步与十七同样，参十七。2、在微的杆上分用二种不同样面的被材行位移特点定，并分将数据列入表19。表19数据X（mm）⋯⋯被体1被体23、依照表19数据在同一坐上画出V—X曲，算二种被体的矫捷度与同样性范内的性度。完，关源。实验八Pt100铂电阻(热电阻)测温特点实验(实验时间需要3小时)一、实验目的：认识

Pt100热电阻—电压变换方法及

Pt100热电阻测温特点与应用。二、基根源理：利用导体电阻随温度变化的特点，能够制成热电阻，要求其资料电阻温度系数大，坚固性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻(500℃以内)和铜电阻(150℃以内)。铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷内组成，图24—1是铂热电阻的结构。在0～500℃以内，它的电阻

Rt

与温度

t

的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt

2)，式中：

Ro系温度为

0℃时的电阻

图24—1铂热电阻的结构值(本实验的铂电阻Ro＝100Ω)。A＝3.9684×10－3／℃，B＝－5.847×10－7／℃2。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量除掉引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计)。实质测量时将铂电阻随温度变化的阻值经过电桥变换成电压的变化量输出，再经差动放大器放大后直接用电压表显示，如图24—2所示。图24—2热电阻信号变换原理图图中△V=V-VV=［RR+R］VV=［RR+R］V12；1t/(t5)cc；2W/(W6)cc；V=V-V=｛［RR+R］－［RR+R］｝V△12t/(t5)W/(W6)cc；所以Vo=KV=K｛［RR+R］－［RR+R］｝V△t/(t5)W/(W6)cc。式中R随温度的变化而变化，其余参数都是常量，所以放大器的输出Vo与温度(R)有一一tt对应关系，经过测量Vo可计算出RRt=R［KRV+R+RV］／［KRV－R+RV］。t，5Wcc(W6)o6cc(W6)oPt100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上，合用于测量、控制＜600℃的温度。本实验由于碰到温度源及安全上的限制，所做的实验温度值＜100℃。三、需用器件与单元：机头温度源、Pt100热电阻(二支)；主板调理仪、F／V表、+4V电源、1.2—12V可调电压、电桥、温度变换、差动放大器、41位数显万用表（自备）。2四、温度变换单元介绍：温度变换单元：图

24—3

是温度变换单元，

Pt100热电阻的温度变换是一个不平衡电桥，将热电阻的变化量△Rt经电桥电路变换成电压的变化量△V输出，如上图原理图。左图为主板上的温度转换电路单元，电桥部分是热电阻的温度变换电路，

Pt100热电阻接到Rt桥臂上。图24—3温度变换单元五、实验步骤：1、差动放大器调零：按图24—4表示接线。将F／V表的量程切换开关切换到200mV档，将差动放大器的拨动开关拨到“开”地址，合上实验箱主电源开关。将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转终究后再逆向辗转半圈，调理调零电位器，使电压表显示为零并保持调零旋钮地址不变。关闭主电源。图24—4差动放大器调零接线图2、确定差动放大器增益

K为20

倍：⑴获得20mV信号：将1.2—12V可调电源的调理钮逆时针慢悠悠转终究，再按图24—5表示接线，将F／V表的量程切换开关切换到200mV档，检查接线无误后合上主电源开关。调理电桥单元中的W1电位器使F／V表显示20mV。图24—5调理20mV信号接线图⑵调理差动放大器增益K=20倍：将图24—5中F／V表的量程切换开关切换到2V档,并将它的输入引线改接到差动放大器的输出Vo端，如图24—6所示。再调理差动放大器的增益电位器旋钮(小心：不要误碰调零电位器旋钮)使放大器的输出电压为0.400V即K=20倍。差动放大器调试达成，保持差动放大器的调零、增益旋钮地址不变，关闭主电源。图24—6调理差放增益接线图3、用万用表200欧姆档测量并记录Pt100热电阻在室温时的电阻值(不要用手抓捏传感器测温端，放在桌面上)，三根引线中同色线为热电阻的一端，异色线为热电阻的另一端(估差大，按理用惠斯量，是了理解掌握原理，差稍大的无所)。4、Pt100阻量室温的出：按24—7表示接，接无后合上主源开关,待F／VF表示不再上升于定室温的出。24—7P

t100阻室温接5、把24—7中的感器Pt100阻插入温度源中，并按24—8接，接无后，将的控制开关打到温度地址上，再合上源开关。将温度源控制在40℃(参二十二)，待F／V表示上升到平衡点数据。温度源每增加t＝5℃(温度源在40℃～100℃范内)待F／V表示上升到平衡数据并填入表24中。24—8Pt100阻温接表24Pt100阻温数据t(℃)室温4045⋯⋯100V(V)⋯⋯oR(Ω)⋯⋯t6、表

24中的

Rt

数据值依照

Vo、Vcc值计算：Rt

=R5［

KRWVcc+(RW+R6)Vo］／［

KR6Vcc－(

RW+R6)Vo］式中：Ｋ=20；R5=2000Ω；R6=2000Ω；RW=100Ω；Vcc=4V；Vo为测量值。将计算值填4入表24中，画出t(℃)—Rt(Ω)实验曲线并计算其非线性误差。7、再依照以下附表2的Pt100热电阻与温度ｔ的对应表(Pt100—ｔ国际标准分度值表)比较实验结果。最后将调理器实验温度设置到40℃，待温度源回到40℃左右后实验结束，关闭所有电源。附表2：Pt100铂电阻分度表(t—Rt对应值)分度号：PR=100Ωα=0.003910t100o温度0123456789（℃）电阻值（Ω）0100.00100.40100.79101.19101.59101.98102.38102.78103.17103.5710103.96104.36104.75105.15105.54105.94106.33106.73107.12107.5220107.91108.31108.70109.10109.49109.88110.28110.67111.07111.4630111.85112.25112.64113.03113.43113.82114.21114.60115.00115.3940115.78116.17116.57116.96117.35117.74118.13118.52118.91119.3150119.70120.09120.48120.87121.26121.65122.04122.43122.82123.2160123.60123.99124.38124.77125.16125.55125.94126.33126.72127.1070127.49127.88128.27128.66129.05129.44129.82130.21130.60130.9980131.37131.76132.15132.54132.92133.31133.70134.08134.47134.8690135.24135.63136.02136.40136.79137.17137.56137.94138.33138.72100139.10139.49139.87140.26140.64141.02141.41141.79142.18142.66110142.95143.33143.71144.10144.48144.86145.25145.63146.10146.40120146.78147.16147.55147.93148.31148.69149.07149.46149.84150.22130150.60150.98151.37151.75152.13152.51152.89153.27153.65154.03140154.41154.79155.17155.55155.93156.31156.69157.07157.45157.83六、思虑题：实验误差有哪些因素造成？请考据一下：Rt计算公式中的R、R、R(它们的阻值在56W不接线的情况下用41位数显万用表测量cc用实质测量值代入计算可否会减小误差？2)、V实验九集成温度传感器(AD590)温度特点实验一、实验目的：认识常用的集成温度传感器基根源理、性能与应用。二、基根源理：集成温度传器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于－50℃～＋120℃之间温度测量。集成温度传感器有电压型和电流型二种。电流输出型集成温度传感器，在必然温度下，它相当于一个恒流源。所以它拥有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的搅乱。拥有很好的线性特点。本实验采用的是AD590电流型集成温度传感器，其输出电流与绝对温度(T)成正比，它的矫捷度为1μA/K，所以只要串接一只取样电阻Ｒ(1k)即可实现电流1μA到电压1mV的变换组成最基本的绝对温度(T)测量电路(1mV/K)。AD590工作电源为DC＋4V～＋30V，它拥有优异的互换性和线性。如图25—1为AD590测温特点实验原理图：图25—1集成温度传器AD590测温特点实验原理图绝对温度(T)是国际合用温标也称绝对温标，用符号T表示，单位是K(开尔文温度和摄氏温度的分度值同样，即温度间隔1K等于1℃。绝对温度T与摄氏温度

)。开氏t的关系是：T=273.16+t

≈273＋t

，显然，绝对零点即为摄氏零下

273.16℃(t

≈－273＋T

℃)。三、需用器件与单元：机头温度源、

Pt100

热电阻

(温度源温度控制传感器

)、集成温度传器AD590(温度特点实验传感器)；主板调理仪单元、F／V表、温度变换单元。四、实验步骤：1、测量室温值t0：按图25—2接线。将F／V表量程切换开关切到电压线无误后，在调理仪电源关闭情况下(保证是室温)合上主电源开关。记录

2V档，检查接F／V表显示值Vi=273.16+t

0，所以

t0≈Vi-273

。关闭主电源开关。图25—2室内环境温度测量接线图2、集成温度传器AD590温度特点实验：将调理仪的控制选择开关打到温度地址上，再合上调理仪电源开关。将温度源调理控制在40℃(参阅实验二十二

)，待

F／V表显示上升到平衡点时记录数据。温度源每增加

t＝5℃(温度源在

40℃～100℃范围内

)待

F／V表显示上升到平衡时记录数据并填入表

25。表25AD590

温度特点实验数据(℃)V(mV)3、依照表25数据值画出实验曲线并计算其非线性误差。实验结束，关闭所有电源。实验十开关式霍尔传感器测转速实验一、实验目的：认识开关式霍尔传感器测转速的应用。二、基根源理：开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大，再经施密特电路整形成矩形波（开关信号）输出的传感器。开关式霍尔传感器测转速的原理框图如图29—1所示。当被测圆盘上装上6只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化传感器就同频率f相应变化输出，再经频率表显示ｆ，转速n=10f。

6次，开关式霍尔图29—1开关式霍尔传感器测转速原理框图三、需用器件与单元：主板F／V表、+5V电源、1.2-12V电压调理、电机驱动、转速盘；霍尔转速传感器、传感器安装片、磁性座。四、实验步骤：1、霍尔转速传感器安装、接线：将磁性座吸合在转速盘周边的机箱边上，并经过传感器安装片装上霍尔转速传感器；传感器的端面对准转盘上的磁钢并调理起落杆使传感器端面与磁钢之间的缝隙大体为2～3ｍｍ。霍尔转速传感器有三根引线，1号线接+5V、2号线接F／V表的

Vi、3号线接

F／V表的地；

F／V表的地与

+5V的地相连。

1.2-12V

电压调理与电机驱动相应连接。如图

29—2所示。图29—2霍尔转速传感器实验安装、接线表示图2、转动频率

f测量：将

F／V表的量程切换开关切到频率

2KHz档，检查接线无误后合上主电源开关，调理

1.2-12V

电压调理旋钮，

F／V表就显示相对应的频率

f。3、转速

n计算：因转速盘上装有

6只小园磁钢，所以转速

n=10f。依照

F／V表显示的频率

f

即可计算转速

n=10f。实验达成，关闭主电源。五、思虑题：利用开关式霍尔传感器测转速有什么前提条件？实验十一磁电式传感器测转速实验一、实验目的：认识磁电式测量转速的原理。二、基根源理：磁电传感器是一种将被测物理量变换成为感觉电势的有源传感器，也称为电动式传感器或感觉式传感器。依照电磁感觉定律，一个匝数为Ｎ的线圈在磁场中切割磁力线时，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈两端就会产生出感觉电势，线圈中感觉电d势：eNdt。线圈感觉电势的大小在线圈匝数必然的情况下与穿过该线圈的磁通变化率成正比。当传感器的线圈匝数和永久磁钢选定(即磁场强度已定)后，使穿过线圈的磁通发生变化的方法平时有两种：一种是让线圈和磁力线作相对运动，即利用线圈切割磁力线而使线圈产生感觉电势；另一种则是把线圈和磁钢部固定，靠衔铁运动来改变磁路中的磁阻，从而改变经过线圈的磁通。所以，磁电式传感器可分成两大种类：动磁式及可动衔铁式(即可变磁阻式)。本实验应用动磁式磁电传感器，实验原理框图如图30—1所示。当转动盘上嵌入6个磁钢时，转动盘每转一周磁电传感器感觉电势e产生6次的变化，感觉电势e经过放大、整形由频率表显示ｆ，转速n。=10f图30—1磁电传感器测转速实验原理框图三、需用器件与单元：主板F／V表、+1.2-12V电压调理、电机驱动、转速盘；磁电传感器、传感器安装片、磁性座。四、实验步骤：实验十一电容式传感器的位移实验一、实验目的：认识电容式传感器结构及其特点。二、基根源理：1、原理简述：电容传感器是以各种种类的电容器为传感元件，将被测物理量变换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C＝εA／d关系式经过相应的结构和测量电路能够选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则能够有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其余的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它矫捷度高、线性范围宽、坚固性高。如图11—1所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=ε2ｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C=C1－C2=ε22?X／ln(R／r)，式中ε2、ln(R／r)为常数，说明?C与?X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。图11—1实验电容传感器结构1、测量电路(电容变换器)：如图11—2所示，测量电路的核心部分是图11—3的电路。图11—2电容测量电路图11—3二极管环形充放电电路在图11—3中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和CX1、CX2实验差动电容位移传感器组成。当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E跃到高电平E时，电容C和12X1CX2两端电压均由E充到E。充电电荷一路由ａ点经D到b点，再对CX1充电到O点(地)；123另一路由由ａ点经C到c点，再经D到d点对C充电到O点。此时，D和D由于反偏置55X246而截止。在t1充电时间内，由ａ到c点的电荷量为：Q1＝CX2(E2-E1)（11—1）当高频激励电压由高电平E返回到低电平E时，电容C和C均放电。C经b点、21X1X2X1D、c点、C、ａ点、L放电到O点；C经d点、D、L放电到O点。在t2放电时间内由451X261点到ａ点的电荷量为：QC(E-E)（11—2）2＝X121自然，（11—1）式和（11—2）式是在C电容值远远大于传感器的C和C电容值的5X1X2前提下获得的结果。电容C的充放电回路由图11—3中实线、虚线箭头所示。5在一个充放电周期内（Ｔ＝t＋t），由c点到ａQC(E-E)点的电荷量为：122＝X121Ｑ＝Q2-Q1＝(CX1-CX2)(E2-E1)＝△CX△E（11—3）式中：C与C的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式）。X1X2设激励电压频率f＝1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为：i＝fＱ＝fC△E（11—4）△X式中：△E—激励电压幅值；△CX—传感器的电容变化量。由（11—4）式可看出：f、△E一准时，输出平均电流i与C成正比，此输出平均电△X流i经电路中的电感L、电容C滤波变为直流I输出，再经R变换成电压输出V＝IR。26wo1w由传感器原理已知C与X位移成正比，所以经过测量电路的输出电压V即可知X位移。??o1?2、电容式位移传感器实验原理方块图如图11—4图11—4电容式位移传感器实验方块图三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、电容传感器、测微头、主板F／V表、电容输出口、电容变换器、差动放大器。四、实验步骤：附：测微头的组成与使用测微头组成和读数如图11—5所示。图11—5测位头组成与读数测微头组成：测微头由不能动部分中的安装套、轴套和可动部分中的测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(0.5ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50均分的刻线(0.01ｍｍ／格)。用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向搬动渺小位移0.01毫米，这也叫测微头的分度值。测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、能够估读1／10分度，如图11—5甲读数为3.678ｍｍ，不是3.178ｍｍ；碰到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值可否过零，如图11—5乙已过零则读2.514ｍｍ；如图11—5丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为1.980ｍｍ。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，第一转动微分筒到10ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，搬动测微头的安装套(测微头整体搬动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适地址(视详尽实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。1、差动放大器调零：按图11—6所示接线。将F／V表的量程切换开关切换到2V档，合上实验箱主电源开关，将差动放大器的拨动开关拨到“开”地址，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转终究后再逆向辗转半圈，调理调零电位器，使电压表显示电压为零。再关闭主电源。图11—6差动放大器调零接线图1、电容传感器的位移测量系统电路调整：将电容传感器安装在机头的静态位移安装架上

(传感器动极片连接杆的标记刻线向上方)并将引线插头插入传感器输入插座内，如图

11—7的机头部分所示。再按图

11—7主板部分的接线表示图接线，将

F／V表的量程切换开关切换到

20V档，检查接线无误后合上主电源开关，将电容变换器的拨动开关拨到“开”地址并将电容变换器的增益顺针方向慢慢转终究再反方向辗转半圈。拉出(向右慢慢拉)传感器动极片连接杆，使连接杆上的第二根标记刻线与夹紧螺母处的端口并齐，调理差动放大器的增益旋钮使电压表显示绝对值为

1V左右；推进

(向左慢慢推

)传感器动极片连接杆，

使连接杆上的第一根标记刻线与夹紧螺母处的端口并齐，

调理差动放大器的调零旋钮

(0

电平迁移

)使电压表反方向显示值为

1V左右。重复这一过程，最后使传感器的二条标记刻线

(传感器的位移行程范围

)对应于差动放大器的输出为±

1V左右。图11—7电容传感器位移测量系统电路调整安装、接线图3、安装测微头：第一调理测微头的微分筒，使微分筒的0刻度线对准轴套的20mm处，再将测微头的安装套插入静态位移安装架的测微头安装孔内并使测微头测杆与传感器的动极片连接杆吸合；尔后搬动测微头的安装套使传感器连杆上的第二根标记刻线与传感器夹紧螺母端口并齐后拧紧测微头安装孔上的紧固螺钉，如图11—8机头部分所示。4、传感器位移特点实验：安装好微后(微的微分筒0刻度准套的20mm)，取表示的初步点，再仔慢慢微的微分筒一圈△X=0.5mm(不能够量，否回会引起机械回程差)从F／V表上出出，填入下表11，直到感器杆上的第一根刻与感器螺母端口并止。表11容感器位移数据X(mm)⋯⋯⋯⋯V(V)11—8微的安装(机部分所示)5、依照表11数据作出△X—V曲，在曲上截取性比好的段作量范并算矫捷度S=△V／△X与性度。完，关所有源开关。实验二十一压电式传感器测振动实验一、实验目的：认识感器的原理和量振的方法。二、基根源理：式感器是一和典型的型感器，其感元件是资料，它以资料的效机理力到量的。式感器能够各种力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都获得广泛的应用。1、压电效应：拥有压电效应的资料称为压电资料，常有的压电资料有两类压电单晶体，如石英、酒石酸钾钠等；人工多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等。压电资料碰到外力作用时，在发生变形的同时内部产生极化现象，它表面会产生符号相反的电荷。当外力去掉时，又重新回复到原不带电状态，看作用力的方向改变后电荷的极性也随之改变，如图21—1(a)、(b)、(c)所示。这种现象称为压电效应。(a)

(b)

(c)图21—1

压电效应2、压电晶片及其等效电路多晶体压电陶瓷的矫捷度比压电单晶体要高很多，压电传感器的压电元件是在两个工作面上蒸镀有金属膜的压电晶片，金属膜组成两个电极，如图21—2(a)所示。当压电晶片碰到力的作用时，便有电荷齐聚在两极上，一面为正电荷，一面为等量的负电荷。这种情况和电容器十分相似，所不同样的是晶片表面上的电荷会随着时间的推移逐渐遗漏，由于压电晶片材料的绝缘电阻(也称漏电阻)诚然很大，但毕竟不是无量大，从信号变换角度来看，压电元件相当于一个电荷发生器。从结构上看，它又是一个电容器。所以平时将压电元件等效为一个电荷源与电容相并联的电路如21—2(b)所示。其中ea=Q/Ca。式中，所表现的电压，也称为极板上的开路电压；Q为压电晶片表面上的电荷；容。

ea

为压电晶片受力后Ca为压电晶片的电实质的压电传感器中，经常用两片或两片以上的压电晶片进行并联或串通。压电晶片并联时如图21—2(c)所示，两晶片正极集中在中间极板上，负电极在两侧的电极上，所以电容量大，输出电荷量大，时间常数大，宜于测量缓变信号并以电荷量作为输出。(a)压电晶片(b)等效电荷源(c)并联

(d)压电式加速度传感器图21—2压电晶片及等效电路压电传感器的输出，理论上应当是压电晶片表面上的电荷Q。依照图21—2(b)可知测试中也可取等效电容Ca上的电压值，作为压电传感器的输出。所以，压电式传感器就有电荷和电压两种输出形式。3、压电式加速度传感器图21—2(d)是压电式加速度传感器的结构图。图中，M是惯性质量块，K是压电晶片。压电式加速度传感器实质上是一个惯性力传感器。在压电晶片K上，放有质量块M。当壳体随被测振动体一起振动时，作用在压电晶体上的力F＝Ma。当质量M一准时，压电晶体上产生的电荷与加速度a成正比。4、压电式加速度传感器和放大器等效电路压电传感器的输出信号很渺小，必定进行放大，压电传感器所配接的放大器有两种结构形式：一种是带电阻反响的电压放大器，其输出电压与输入电压(即传感器的输出电压)成正比；另一种是带电容反响的电荷放大器，其输出电压与输入电荷量成正比。电压放大器测量系统的输出电压对电缆电容Cc敏感。当电缆长度变化时，Cc就变化，使得放大器输入电压ei变化，系统的电压矫捷度也将发生变化，这就增加了测量的困难。电荷放大器则战胜了上述电压放大器的缺点。它是一个高增益带电容反响的运算放大器。

当略图21—3是传感器-电缆-电荷放大器系统的等效电路图。去传感器的漏电阻Ra和电荷放大器的输入电阻Ri影响时，有Q=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf⋯⋯（21—1）。式中，ei为放大器输入端电压；ey为放大器输出端电压ey=-Kei；K为电荷放大器开环放大倍数；

Cf

为电荷放大器反响电容。将

ey=-Kei

代入式

(21—1)，可获得放大器输出端电压

ey与传感器电荷Q的关系式：设C=Ca+Cc+Ciey=-KQ/[(C+Cf)+KCf]⋯⋯（21—2）当放大器的开环增益足够大时，则有KC>>C+C）简化为ff（21—2ey=-Q/Cf⋯⋯（21—3）式（21—3）表示，在必然条件下，电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，而与电缆的分布电容没关，输出矫捷度取决于反响电容。所以，电荷放大器的矫捷度调理，都是采用切换运算放大器反响电容的方法。采用电荷放大器时，即使连接电缆长度达百米以上，其矫捷度也无显然变化，这是电荷放大器的主要优点。5、压电加速度传感器实验原理图压电加速度传感器实验原理、电荷放大器与实验面板图由图21—4(a)、(b)所示。图21—4(a)压电加速度传感器实验原理框图图21—4(b)电荷放大器原理图与实验面板图三、需用器件与单元：机头振动台、压电传感器；主板低频振荡器、激振、示波器(自备)。四、实验步骤：1、按图21—5所示将压电传感器放置在振动台面的中心点上(与振动台面中心的磁钢吸合)，并在主板上按图表示接线。图21—5压电传感器测振动实验安装、接线表示图2、将主板上的低频振荡器幅度旋钮逆时针转终究(低频输出幅度为零)，调理低频振荡器的频率在6～8Hz左右。检查接线无误后合上主电源开关并将电荷放大器、低通滤波器的拨动开关拨到“开”地址。再调理低频振荡器的幅度使振动台显然振动(如振动不显然可调频率)。3、用示波器的两个通道[正确选择双线（双踪）示波器的“触发”方式及其余(TIME/DIV：在50mS～20mS范围内选择；VOLTS/DIV：1V～0.1V范围内选择)设置]同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。实验达成，关闭所有电源开关。磁电转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外(传感器探头中心与转盘磁钢对准)，其余完好与实验二十六同样；请按图30—2安装传感器、接线并按实验二十九中的实验步骤2、3做实验。图30—2磁电转速传感器实验安装、接线表示图五、思虑题：磁电传感器测很低的转速时精度会降低，用什么方法保证测低速时的精度呢?（提示：转盘上做文章）能说明原由吗？实验十一电容式传感器的位移实验一、实验目的：认识电容式传感器结构及其特点。二、基根源理：1、原理简述：电容传感器是以各种种类的电容器为传感元件，将被测物理量变换成电容量的变化来实现测量的。

电容传感器的输出是电容的变化量。

利用电容

C＝εA／d关系式经过相应的结构和测量电路能够选择

ε、A、d

中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则能够有测干燥度（

ε变）、测位移（

d变）和测液位（

A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形，虽还有球面形和锯齿形等其余的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它矫捷度高、线性范围宽、坚固性高。如图11—1

所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为

R；圆柱的半径为

r；圆柱的长为

x，则电容量为

C=ε2

ｘ／ln(R

／r)

。图中

C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为

?C=C1－C2=ε22?X／ln(R

／r)

，式中ε2

、ln(R

／r)

为常数，说明?C与?X位移成正比，配上配套测量电路就能测量位移。3、测量电路

(电容变换器

图11—1实验电容传感器结构)：如图11—2所示，测量电路的核心部分是图

11—3的电路。图11—2电容测量电路图11—3二极管环形充放电电路在图11—3中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和CX1、CX2实验差动电容位移传感器组成。当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平CX2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由ａ点经D3到另一路由由ａ点经C5到c点，再经D5到d点对CX2充电到

E1跃到高电平E2时，电容CX1和b点，再对CX1充电到O点(地)；O点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。在

t1充电时间内，由ａ到

c点的电荷量为：Q1＝CX2(E2-E1)（11—1）当高频激励电压由高电平

E2返回到低电平E1时，电容CX1和

CX2均放电。CX1经b点、D4、c点、C5、ａ点、L1放电到O点；CX2经d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由点到ａ点的电荷量为：2＝X121（11—2）QC(E-E)自然，（11—1）式和（11—2）式是在C电容值远远大于传感器的C和C电容值的5X1X2前提下获得的结果。电容C的充放电回路由图11—3中实线、虚线箭头所示。5在一个充放电周期内（Ｔ＝t＋t），由c点到ａQC(E-E)点的电荷量为：122＝X121ＱQ-Q(C-C)(E2-E)C△E（11—3）＝21＝X1X21＝△X式中：CX1与CX2的变化趋势是相反的（传感器的结构决定的，是差动式）。设激励电压频率f＝1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为：i＝fＱ＝f△CX△E（11—4）式中：△E—激励电压幅值；△CX—传感器的电容变化量。由（11—4）式可看出：

f、△E一准时，输出平均电流

i与△CX成正比，此输出平均电流i经电路中的电感L2、电容C6滤波变为直流I输出，再经Rw变换成电压输出由传感器原理已知?C与?X位移成正比，所以经过测量电路的输出电压Vo1即可知4、电容式位移传感器实验原理方块图如图11—4

Vo1＝IRw。?X位移。图11—4电容式位移传感器实验方块图三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、电容传感器、测微头、主板F／V表、电容输出口、电容变换器、差动放大器。四、实验步骤：附：测微头的组成与使用测微头组成和读数如图11—5所示。图11—5测位头组成与读数测微头组成：测微头由不能动部分中的安装套、轴套和可动部分中的测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(0.5ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50均分的刻线(0.01ｍｍ／格)。用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向搬动渺小位移0.01毫米，这也叫测微头的分度值。测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、能够估读1／10分度，如图11—5甲读数为3.678ｍｍ，不是3.178ｍｍ；碰到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值可否过零，如图11—5乙已过零则读2.514ｍｍ；如图11—5丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为1.980ｍｍ。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。

一般测微头在使用前，第一转动微分筒到

10ｍｍ处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量

)，再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上，搬动测微头的安装套(测微头整体搬动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适地址(视详尽实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。1、差动放大器调零：按图

11—6所示接线。将

F／V表的量程切换开关切换到

2V档，合上实验箱主电源开关，

将差动放大器的拨动开关拨到“开”

地址，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转终究后再逆向辗转半圈，调理调零电位器，使电压表显示电压为零。再关闭主电源。图11—6差动放大器调零接线图2、电容传感器的位移测量系统电路调整：将电容传感器安装在机头的静态位移安装架上

(传感器动极片连接杆的标记刻线向上方)并将引线插头插入传感器输入插座内，如图

11—7的机头部分所示。再按图

11—7主板部分的接线表示图接线，将

F／V表的量程切换开关切换到

20V档，检查接线无误后合上主电源开关，将电容变换器的拨动开关拨到“开”地址并将电容变换器的增益顺针方向慢慢转终究再反方向辗转半圈。拉出(向右慢慢拉)传感器动极片连接杆，使连接杆上的第二根标记刻线与夹紧螺母处的端口并齐，调理差动放大器的增益旋钮使电压表显示绝对值为

1V左右；推进

(向左慢慢推

)传感器动极片连接杆，

使连接杆上的第一根标记刻线与夹紧螺母处的端口并齐，

调理差动放大器的调零旋钮

(0

电平迁移

)使电压表反方向显示值为

1V左右。重复这一过程，最后使传感器的二条标记刻线

(传感器的位移行程范围

)对应于差动放大器的输出为±

1V左右。11—7容感器位移量系路整安装、接3、安装微：第一微的微分筒，使微分筒的0刻度准套的20mm，再将微的安装套插入静位移安装架的微安装孔内并使微杆与感器的极片接杆吸合；尔后移微的安装套使感器杆上的第二根刻与感器螺母端口并后微安装孔上的固螺，如11—8机部分所示。4、感器位移特点：安装好微后(微的微分筒0刻度准套的20mm)，取表示的初步点，再仔慢慢微的微分筒一圈△X=0.5mm(不能够量，否回会引起机械回程差)从F／V表上出出，填入下表11，直到感器杆上的第一根刻与感器螺母端口并止。