实验一 (1)金属箔式应变片性能—单臂电桥.doc

传感器技术及应用实验指导书目录CSY传感器实验仪简介1实验一 金属应变片传感器4实验二 电容式传感器、压电式传感器实验7实验三 热电偶、热电阻、PN温度传感器实验10实验四 电感式、磁电式传感器实验16实验五 光纤位移式传感器实验27实验六 气敏、湿敏传感器实验31CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（2V10V档位调节）、FV数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-500mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、15V不可调稳压电源。实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。主要技术参数、性能及说明<一>传感器安装台部分： 双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。传感器：1、差动变压器量程:5mm 直流电阻：510由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体. 2、电涡流位移传感器量程:1mm直流电阻：12 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 3、霍尔式传感器量程: 2mm直流电阻：激励源端口：8001.5K 输出端口：300500 日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。 4、热电偶直流电阻：10左右由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。5、电容式传感器量程：2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。6、热敏电阻由半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25时为10K。7、光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。红外线发射、接收、直流电阻：5001.5k260股丫形、半圆分布。8、压阻式压力传感器量程：10Kpa(差压) 供电：6V 直流电阻：Vs+-Vs- ：350450 Vo+-Vo- ：3K3.5K美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器，具有温度自补偿功能，先进的X型工作片（带温补）。9、压电加速度计PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KHZ，电荷灵敏度：q20pc/g。10、应变式传感器箔式应变片阻值：350、应变系数：211、PN结温度传感器：利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/。12、磁电式传感器0 .211000直流电阻：3040 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s13、气敏传感器MQ3：酒精：测量范围：502000ppm。14、湿敏电阻高分子薄膜电阻型：RH：几兆几K 响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。湿度系数：0.5RH%/ 测量范围：1095 工作温度：050二、信号及变换：1、电桥： 用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2、差动放大器 通频带010kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。3、电容变换器 由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4、电压放大器增益约为5倍 同相输入 通频带010KHz5、移相器 允许最大输入电压10Vp-p移相范围20(5kHz时)6、相敏检波器 可检波电压频率010kHz允许最大输入电压10Vp-p 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路7、电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。8、低通滤波器 由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右9、涡流变换器 输出电压|8|V(探头离开被测物变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件10、光电变换座 由红外发射、接收组成。三、二套显示仪表数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围02V、020V，频率范围3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度50mV。指针式毫伏表：85c1表，分500mV、50mV、5mV三档，精度2.5%。四、二种振荡器音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，V-p-p值20V，180、0反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。低频振荡器：130Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。五、二套悬臂梁、测微头双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温。测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速实验。八二组稳压电稳直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。实验一 金属应变片传感器(1)金属箔式应变片性能单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。实验步骤：(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。(2)将差动放大器调零.(3)根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻，R4为应变片。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1使电桥平衡。 图(4)旋转测微头使得双平等梁的自由端与磁钢吸合，调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使FV表显示最小，再旋动测微头，使FV表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。(5)往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下FV表显示的值。建议每旋动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入表格1中：表格1位移（mm） 0 0.5mm1.0mm1.5mm电压（mv）(6)据所得结果计算灵敏度SVX（式中X为梁的自由端位移变化，V为相应FV表显示的电压相应变化）。注意事项：做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。问题：本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？ （2） 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、FV表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。实验步骤：单臂电桥性能测试如实验一（1）所示。半桥测量电路中，将图1电路中R3固定电阻换为与R4应变片状态相反的另一应变片，即取两片受力方向不同应变片，形成半桥。保持差动放大器增益不变，调零。调节测微头脱离双平衡梁，调节W1使电桥平衡重复实验一（1）中（4）-（5）步骤，数据记录在表格2中，根据测量结果计算半桥测量电路灵敏度SVX。 表格2位移（mm）00.5mm1.0mm1.5mm电压（mv）(6) 全桥测量电路中，将图1电路中R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成 ，R2换成 ，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出，这样接成一个直流全桥测量电路，(7) 重复实验一（1）中（4）-（5）步骤，数据记录在表格3中，根据测量结果计算全桥测量电路灵敏度SVX。表格3位移（mm）00.5mm1.0mm1.5mm电压（mv） (8) 在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种测量电路的灵敏度。注意事项：(1) 在更换应变片时应将电源关闭。(2) 在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。(3) 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。(4) 直流稳压电源4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。(5) 接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。实验二 电容式传感器、压电式传感器实验（1）差动变面积式电容传感的静态及动态特性实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。所需单元及部件：电容传感器、差动放大器、低通滤波器、V表、低频振荡器、示波器实验原理：电容式传感器有多种形式，本仪器是差动平行变面积式。传感器由两片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，与两组静片之间的重叠面积发生变化，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，桥路的输出电压量与电容量的变化有关，即于振动台的位移有关。实验内容：（1）静态特性测量电路如图1所示： 图1（2）差动放大器增益旋钮首先置于最大，调零后旋钮再置于中间。（3）FV表打到合适档位，磁棒吸合平台2，调节测微头，使FV表输出为零。此刻的测微头刻度为零位的相应刻度。（4）转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。X(mm)00.1mm0.2mmV(mv)退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。X(mm)0-0.1mm-0.2mmV(mv)（5）计算系统灵敏度。（式中为电压变化，为相应的梁端位移变化），并作出关系曲线。（6）动态特性测量电路如图2，卸下测微头，磁棒不吸合震动台2，断开电压表，接通激振器线圈1，使平台产生震动，用示波器观察输出波形。（7）固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，也可用示波器读出频率，用示波器读出峰峰值填入下表 F （ Hz ） 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 V （ P-P ） 注意事项：（1）注意差动电容器上下两个静片之间绝缘；两个静片与动片之间绝缘。 （2）理想情况下，差动变容器动态特性测量示波器输出正弦波。测量中注意去除环境周围对振动平台2的影响。（3）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。（2）压电式传感器的动态响应测试实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。所需单元及设备：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、压电传感器、双踪示波器、激振线圈、表、主、副电源、振动平台。实验步骤：（1）观察压电式传感器的结构，传感器由PZT-5锆钛酸铅压电晶片和铜质量块构成。根据图1的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。图1（2）将低频振荡信号接入振动台的激振线圈2。（3）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，也可用示波器读出频率，用示波器读出峰峰值填入下表：F(HZ)571215172025V(p-p)思考：根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致多少？试回答压电式传感器的特点。注意：由于双平衡梁结构，压电加速度传感器动态响应测试中，示波器输出正弦波中波峰和波谷均发生内凹现象。实验三 热电偶、热电阻、PN温度传感器实验（1）热电偶原理及现象 实验目的：了解热电偶的原理及现象所需单元及附件：15V不可调直流稳压电源、差动放大器、FV表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主副电源旋钮初始位置：FV表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。热电偶工作原理：二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点，如图（a）所示，环路电压VOUT为热结点结电压与冷结点（参考结点）结电压之差。因为VH和VC是由两个结的温度差产生的，也就是说VOUT是温差的函数。比例因数对应于电压差与温差之比，称为Seebeck系数。热电偶测温原理图（b）所示是一种最常见的热电偶应用。该配置中引入了第三种金属(中间金属)和两个额外的结点。本例中，每个开路结点与铜线电气连接，这些连线为系统增加了两个额外结点，只要这两个结点温度相同，中间金属(铜)不会影响输出电压。这种配置允许热电偶在没有独立参考结点的条件下使用。VOUT仍然是热结点与冷结点温差的函数，与Seebeck系数有关。然而，由于热电偶测量的是温度差，为了确定热结点的实际温度，冷结点温度必须是已知的。冷结点温度为0(冰点)时是一种最简单的情况，如果TC=0，则VOUT=VH。这种情况下，热结点测量电压是结点温度的直接转换值。不过，在实际应用中这是难以实现的。为此，美国国家标准局(NBS)提供了各种类型热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找表，所有数据均基于0冷结点温度。利用冰点作为参考点，通过查找适当表格中的VH可以确定热结点温度。实验步骤：（1）解热电偶在实验仪上的位置及符号，（参见附录）实验仪所配的热电偶是由铜康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。（2）按图1接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使FV表显示零，记录下自备温度计的室温。图1（3）将15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察FV表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下FV表显示的读数E。（4）用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。（5）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t -热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。 tn-热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。 to-01.热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100*2(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。2.热端温度为室温，冷端温度为0，铜康铜的热电势：Eab(tn,to):查以下所附的热电偶自由端为0时的热电势和温度的关系即铜康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。3.计算：热端温度为t，冷端温度为0时的热电势，Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。（6）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）。（7）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线）其它旋钮置原始位置。思考：（1）为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，为什么？（2） 热敏电阻演示实验(998型)热敏电阻特性： 热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC热敏电阻(负温度系数Negative Temperature Coefficient)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50+300。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。NTC热敏电阻器是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料，采用陶瓷工艺制造而成的。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。温度低时，这些氧化物材料的载流子（电子和孔穴）数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在10O1000000欧姆，温度系数-2%-6.5%。NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。实验原理热敏电阻测量温度一般使用的温度计，除了常用的水银或酒精制成的温度计外，还有用其他材料制成的温度计。如热电偶、光测高温计、定容气体温度计等。热敏电阻温度计也是一种常用的测温仪器，它是利用半导体制成感温元件，它的电阻称为热敏电阻。其阻值随温度升高而减小，具有负的温度系数。电阻变化的范围比一般具有正温度系数的金属电阻大。例如，当温度变化1时，热敏电阻的阻值变化范围可达3%6%。而且阻值可以很大，体积可以很小，灵敏度高，热惯性小，价格又低，这些特点使它在生产与科研中有了广泛的应用。热敏电阻的阻值与温度的关系是一条曲线，如上图所示。如用公式表示，近似为： 式中为某一绝对温度时的电阻值，为绝对温度T时的电阻值，B为制成该热敏电阻的材料常数；e为自然对数的底。热敏电阻的主要参数如下：（1） 标准阻值是指25C时的电阻值，又称冷电阻（2） 温度系数，是指当热敏电阻的温度改变时电阻变化的相对值。 值也是温度的函数。通常是指时的温度系数。（3） 时间常数J，是指将温度为时的热敏电阻放在温度为的介质中，其阻值减少量达到的63%所需的时间。式中是时的阻值，是100时的阻值。时间常数用来说明热敏电阻的热惯性，由于各种热敏电阻的材料与体积不同，其时间常数也不同，体积愈大，愈小，一般为10秒秒。实验目的：了解NTC热敏电阻现象。所需单元及部件：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、15V稳压电源、FV表、主副电源。实验步骤：（1）了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个兰色或棕色元件，封装在双平行振动梁上片梁的表面。（2）将FV表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置2V档（VS），按图接线，开启主副电源，调整W1(RD)电位器，使FV表指示为100mV左右。这时为室温时的Vi。图3（3）将-15V电源接入加热器，观察电压表的读数变化，电压表的输入电压：（4）由此可见，当温度 时，RT阻值 ，Vi 。思考题： 如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个050的温度测量电路，你认为该怎样来实现？（3）PN结温度传感器测温实验基本原理晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。它具有线性好、 时间常数小(0.22秒)，灵敏度高等优点，测温范围为-50+150。其不足之处是离散性大互换性较差。实验目的：了解PN结温度传感器的特性及工作情况。所需单元：主、副电源、可调直流稳压电源、15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V表、加热器、电桥、水银温度计 (自备)。旋钮初始位置：直流稳压电源6V档，差放增益最小逆时针到底(1倍)，电压放大器幅度最大4.5倍。实验步骤：(1)了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表“二级管”档，测量PN结正反向的结电压，得出其结果。(3)把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线(51K)与PN结传感器的正端相连，并按图2接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。图2(4) 开启主、副电源，调节RD(W1)电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值（t）。(5) 将-15V接入加热器（15V在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为 ：-2.1mV/。随着温度的升高，其PN结电压将下降V，该V电压经差动放大器隔离传递( 增益为1)，至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S10mV/。待电压表读数稳定后， 即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的 温度值(T)。此时该点的温度为T+t。注意事项：(1) 该实验仅作为一个演示性实验。(2) 加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V电源拆去，以免影响梁上的 应变片性能。问题；（1）分析一下该测温电路的误差来源。（2）如要将其作为一个0100的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件? 实验四 电感式、磁电式传感器实验（1）-1 差动变压器性能实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。实验步骤：根据图1接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈即音频振荡器激励信号峰峰值为2V。图1（1）转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头mm，使振动平台往上位移。（2）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度。（式中为电压变化，为相应振动平台的位移变化），作出关系曲线。（mm）5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p)思考：（1）根据实验结果，指出线性范围。（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？（1）-2 差动变压器零点残余电压的补偿实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。所需单元及部件：音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器（差动放大器的增益旋到最大）、双线示波器、振动平台、主、副电源。实验步骤：（1）接图2接线，音频振荡必须从LV插口输出，W1，W2，r,c,为电桥单元中调平衡网络。图2（2）开启主副电源，调整音频振荡器幅度，用示波器测量使音频振荡器激励信号峰峰值为2V。（3）调整测微头，使差动放大器输出电压最小。（4）依次调整W1，W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使输出电压最小。（5）将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比较。经过补偿后的残余电压波形：为 波形，这说明波形中有 分量。（6）经过补偿后的残余电压大小：残余p-p残余p-p/100与实验三 （1）-1未经补偿残余电压相比较。注意事项：由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。思考：本实验也可把电桥平衡网络搬到次级圈上进行零点残余电压补偿。（1）-3（螺管式）差动变压器标定（静态位移性能）实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、V/F表、示波器、主副电源。有关旋钮初始位置：音频振荡4kHzKHZ，差动放大器的增益打到最大，表置2V档，主、副电源关闭。实验步骤：（1）按图3接线图3（2）装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈的中段位置。（3）开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压峰峰值为2V。（4）利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。（5）给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形。（6）旋转测微头，每隔.mm读数记录实验数据，填入下表，作出V-X曲线，并求出灵敏度。X（mm）V（mv）（1）-4 差动变压器的应用振动测量实验目的：了解差动变压器的实际应用。所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、低通滤波器、表、低频振荡器、激振器、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。有关旋钮初始位置：音频振荡4kHzkHz之间，差动放大器增益最大，低频振荡器频率钮置最小，幅值钮置中。实验步骤：（1）测量线路如图3所示，调节测微头远离振动台（不用测微头），将低频振荡器输出0接入激振振动台线圈一端，线圈另一端接地，开启主副电源，调节低频振荡器幅度钮置中，频率从最小慢慢调大，让振动台起振并振动幅度适中（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）（2）将音频钮置KHZ，幅度钮置p-p。用示波器观察各单元即：差放、检波、低通输出的波形。（3）保持低频振荡器的幅度不变，调节低频振荡器的频率，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰峰电压值记下实验数据填入下表：F(Hz)34567810122025Vp-p(V)根据实验结果作出梁的振幅频率(幅频)特性曲线，指出振动平台自振频率（谐振频率）的大致值。注意事项：适当选择低频激振电压，以免振动平台在自振频率附近振幅过大。问题：如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？（2）-1电涡流式传感器的静态标定实验目的：了解电涡流式传感器的原理及工作性能所需单元及部件：涡流变换器、FV表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。实验步骤：装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至FV表，电压表置于档，线路如图4，开启主、副电源。图4（1）用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。可见，波形为 波形，示波器的时基为 us/cm，故振荡频率约为 。（2）适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种 。实验完毕关闭主、副电源。(mm)Vp-p(v)V(v)注意事项：被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。（2）-2电涡流式传感器的应用振幅测量实验目的：了解电涡流式传感器测量振动的原理和方法所需单元及部件：电涡流传感器、涡流变换器、差动放大器、电桥、铁测片、直流稳压电源、低频振荡器、激振线圈、FV表、示波器、主、副电源。有关旋钮的初始位置:差动放大器增益置最小（逆时针到底），直流稳压电源置档。实验步骤：（1）转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态），适当调节涡流传感器头的高低位置（目测），以实验三（2）-1的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。（2）根据图5接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、 FV表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于4档），FV表置20V档,开启主、副电源。图5（3）调节电桥网络，使电压表读数为零。（4）去除差动放大器与电压表连线，将差动放大器的输出与示波器连起来，将FV表置档，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。（5）固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动台振动时不碰撞其他部件为好），调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，关闭主、副电源。（）3HZ25HZ（）思考：（1）根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致为多少？（2）如果已知被测梁振幅为0.2mm，传感器是否一定要安装在最佳工作点？（3）如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？（3）-1 磁电式传感器的性能实验目的：了解磁电式传器的原理及性能所需单元及部件：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小，表置z档。实验步骤：（1）观察磁电式传感器的结构，根据图6的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连，开启主、副电源。图6（2）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：F(HZ)25V(p-p)（3）拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形（波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器的实验）并与磁电传感器的输出波形相比较。思考：（）试回答磁电式传感器的特点？（4）-1霍尔式传感器的特性直流激励实验目的： 了解霍尔式传感器的原理与特性。所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、FV表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置档，直流稳压电源置档，主、副电源关闭。实验步骤：（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭主电源，根据图7接线，、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。图7（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。（4）开启主、副电源调整使电压表指示为零。（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表：X(mm)V(V)X(mm)V(v)作出曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。（6）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。注意事项：（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。