检测与转换技术实验

1、1目 录实验一实验一 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.1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.4实验三实验三 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.6实验四实验四 谐波分析谐波分析实验实验.7实验五实验五 滤波器实验滤波器实验.11实验六实验六 直流全桥的应用直流全桥的应用电子秤实验电子秤实验.17实验七实验七 移相器实验移相器实验.18实验八实验八 相敏检波器实验相敏检波器实验.20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.22实验十实验十 压阻式压力传感器的压力测量实验压阻式压力传感器的压

2、力测量实验.25实验十一实验十一 差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验.27实验十二实验十二 激励频率对差动变压器特性的影响实验激励频率对差动变压器特性的影响实验.29实验十三实验十三 差动变压器零点残余电压补偿实验差动变压器零点残余电压补偿实验.31实验十四实验十四 差动变压器的应用差动变压器的应用振动测量实验振动测量实验.32实验十五实验十五 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.34实验十六实验十六 电容传感器动态特性实验电容传感器动态特性实验.36实验十七实验十七 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验.38实验十八实验十八 交流激

3、励时霍尔式传感器的位移特性实验交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验.39实验十九实验十九 霍尔测速实验霍尔测速实验*.40实验二十实验二十 磁电式传感器测速实验磁电式传感器测速实验.41实验二十一实验二十一 压电式传感器测量振动实验压电式传感器测量振动实验.42实验二十二实验二十二 电涡流传感器位移特性实验电涡流传感器位移特性实验.43实验二十三实验二十三 被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验.45实验二十四实验二十四 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验.46实验二十五实验二十五 电涡流传感器测量振动实验

4、电涡流传感器测量振动实验.47实验二十六实验二十六 电涡流传感器的应用电涡流传感器的应用电子秤实验电子秤实验.48实验二十七实验二十七 光纤传感器的位移特性实验光纤传感器的位移特性实验.49实验二十八实验二十八 光纤传感器测量振动实验光纤传感器测量振动实验.512实验二十九实验二十九 光纤传感器测速实验光纤传感器测速实验.52实验三十实验三十 光电转速传感器的转速测量实验光电转速传感器的转速测量实验.54实验三十一实验三十一 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.55实验三十二实验三十二 Pt100 热电阻测温特性实验热电阻测温特性实验 .57实验三十三实验三十三 热电偶

5、测温性能实验热电偶测温性能实验.59实验三十四实验三十四 气敏（酒精）传感器实验气敏（酒精）传感器实验.61实验三十五实验三十五 温度仪表温度仪表 PID 控制实验控制实验.62实验三十六实验三十六 多功能数据采集控制器的使用介绍多功能数据采集控制器的使用介绍.64实验三十七实验三十七 计算机温度计算机温度 PID 控制实验控制实验.67实验三十八实验三十八 转速转速 PID 控制系统控制系统.691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

6、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RR/Kll /长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工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O1U。4/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

7、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=350，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

8、传感器安装示意图 2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，就不能改变，一直到做完实验为止）3、电桥调零、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

9、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+4V -4V 接主控箱 电源输出 接主控箱

10、 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 接数显表 Vi 地 R1 加热 3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。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Wu /uW量变化量） ；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次ym/m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，此处为y500g 或 200g。五、思考题：五、思考题：单臂电桥时，作为桥臂

11、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）4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（

12、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 2-1 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 2-1，根据表 2-1 计算灵敏度 S=，非线性误Wu /差f2。接主控箱电源输出 接主控箱电源输出 接数显表Vi 地 图 2-1 应变式传感器半桥实验接线图 5表 2-1 半桥测

13、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。6实验三实验三 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KE高了一倍，非线性误差和温度误差均得

14、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：7图图 3-1 接线图接线图1、保持单臂、半桥实验中的 Rw3和 Rw4的当前位置不变。2、根据图 3-1 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 3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。表 3-1 全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）3、根据表 3-1 计算系统灵敏度 S，S=（输出电压变化量；Wu /u重量变化量） ；

15、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 谐波分析实验谐波分析实验一、实验目的一、实验目的1、了解分解、合成非正弦周期信号的物理过程。2、观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构，正确的幅值比例和初始相位关系。二、实验设备二、实验设备 TKSS-B 型信号与系统实验箱、双踪示波器三、实验原理三、实验原理 对某一个非正弦周期信号 X（t） ，若其周期为 T、频率为 f，则可以分解为无穷项谐波之和。即10)2sin()(nnntTnAatx8 (41)100)2sin(nnntnf

16、Aa上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率的整数倍。如果 f（t）是一0f个锯齿波，其波形如图所示，则其数学表达式为： )24()()(0,2)(txnTtxTtEtTEtx 对 f（t）进行谐波分析可知 nnnEAa,2, 00所以 101)2sin(2)2sin(2)(nntnfnEtTnnEtx )34(,.)2(2sin21)2sin(200tftfE即锯齿波可以分解成为基波的一次、二次n 次无数项谐波之和，其幅值分别为基波幅值的，且各次谐波之间初始相角差为零（基波幅值为） 。反过n12E来，用上述这些谐波可以合成为一个锯齿波。 同理，只要选择符合要求的不同频率成份和相应的幅值比例及相

17、位关系的谐波，便可近似地合成相应的方波、三角波等非正弦周期波形。1、一个非正弦周期信号可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的 2、3、4、n、等倍数分别称二次、三次、四次、n 次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期信号，反过来，一个非正弦周期信号也可以分解为无限多个不同频率的谐波成分。3、一个非正弦周期信号可用傅里叶级数来表示，级数各项系数之间的关系 x(t) E/2 t 图 1.1图 1.1 0-TT-E/29可用频谱来表示，不同的非正弦周期信号具有不同

18、的频谱图，方波的频谱图如图 4-1 所示。图 4-1 方波的幅度谱4、信号分解与合成电路框图如图 4-2 所示图 4-2 信号分解与合成电路框图其中，LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。BPF1BPF6 为调谐在基波和各次谐波上的带通滤波器，加法器用于信号的合成。四、实验内容及步骤四、实验内容及步骤1、调节函数信号发生器，使其输出 50Hz 的方波信号，并将其接至信号分解与合成实验模块的 BPF 输入端，然后细调函数信号发生器的输出频率，使模块中 50Hz 基波分量的 BPF 输出幅度为最大。2、将各带通滤波器的输出分别接至示波器，观测各次谐波的频率和幅值，10并记录。3、

19、将方波分解所得的基波和三次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测并记录加法器的输出波形。4、在步骤 3 的基础上，再将五次谐波分量加到加法器的输入端，观测并记录相加后的波形。五、思考题五、思考题1、什么样的周期函数没有直流分量和余弦项？2、分析理论合成的波形与实验观测到的合成波形之间误差产生的原因。六、实验报告六、实验报告 1、根椐实验测量所得的数据，在同一坐标纸上绘制出方波及其分解后所得的基波和各次谐波的波形，并画出其频谱图。 2、将实验步骤 3 中观察所得的基波和三次谐波及其合成波形一同绘制在同一坐标纸上。3、将实验步骤 4 所得的基波、三次谐波、五次谐波及三者合成的波形一同绘画在同一坐标纸

20、上。七、预习要求七、预习要求认真阅读实验指示书及其讲课有关内容。对将要合成的几种典型的非正弦周期信号（如锯齿波、方波、三角波）进行傅氏级数展开，确定出所含谐波分量及各高次谐波与基波之间的初始相位差和幅值比例关系(要求此项工作在课前完成)。 11 实验五实验五 滤波器实验滤波器实验一、实验目的实验目的1、了解 RC 低通和高通滤波器的种类、基本结构及其特性；2、分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性。二二、仪器设备仪器设备TKSS-B 型信号与系统实验箱、双踪示波器三、实验原理三、实验原理1、滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它

21、频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以是由 R、L、C 元件或 R、C 元件构成的无源滤波器，也可以是由R、C 元件和有源器件构成的有源滤波器。2、根据幅频特性，滤波器可以分为低通滤波器（LPF） 、高通滤波器（HPF） 、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）等。通常，把能够通过的信号频率范围定义为滤波器的“通带” ，把阻止通过或衰减的信号频率范围定义为滤波器的“阻带” ，通带与阻带的分界点频率 c称为截止频率或转折频率。123、滤波器的实验线路如图 5-1 所示。 (a)无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器 (c) 无源高通滤波器 (d)有源高通滤波器 图 5-1 滤波器的实验线路图四

22、、实验内容及步骤四、实验内容及步骤1、将滤波器实验模块的输入端接入正弦信号，输出端接示波器或交流数字毫伏表；2、测试低通滤波器和高通滤波器的幅频特性。五、思考题五、思考题1、试比较有源滤波器和无源滤波器的优缺点。2、各类滤波器参数的改变，对滤波器特性有何影响？六、注意事项六、注意事项 1、在实验测量过程中，必须始终保持滤波器的输入（即正弦波信号源的输出）电压 U1幅值不变，且输入信号幅度不宜过大。2、在进行有源滤波器实验时，输出端不可短路，以免损坏运算放大器。七七、实验报告实验报告1、根据实验测量所得的数据，绘制各类滤波器的幅频特性。对于同类型的无源和有源滤波器幅频特性，要求绘制在同一坐标纸上

23、，以便比较。2、比较分析各类无源和有源滤器的滤波特性。3、写出本实验的心得体会及意见。131.频谱分析clc;clear all;close all;ft=sym(Heaviside(t+10)-Heaviside(t-10);Fw=fourier(ft);subplot(211);ezplot(ft,-15,15);grid onaxis(-15,15,-1,2);subplot(212);ezplot(Fw);grid onaxis(-4,4,-20,40);142.频谱分析 Clc；clear all；close all；ft1=sym(heaviside(2*t+1/2)-Heavis

24、ide(2*t-1/2);subplot(321);ezplot(ft1,-1.5,1.5),grid onFw1=simplify(fourier(ft1);subplot(322)；ezplot(Fw1,-10*pi,10*pi),grid onaxis(-10*pi ，10*pi， -1， 1.5)；ft2=sym(heaviside(t+1/2)-Heaviside(t-1/2);subplot(323);ezplot(ft2,-1.5,1.5),grid onFw2=simplify(fourier(ft2);subplot(324)；ezplot(abs(Fw2),-10*pi,1

25、0*pi)；grid onaxis(-10*pi ，10*pi， -1， 1.5)；ft3=sym(heaviside(t/2+1/2)-Heaviside(t/2-1/2);15subplot(325);ezplot(ft3,-1.5,1.5)；grid onFw3=simplify(fourier(ft3);subplot(326)；ezplot(abs(Fw3),-10*pi,10*pi)；grid onaxis(-10*pi 10*pi -0.2 2.2)；3RC 低通滤波%RC 低通滤波器，在输入端加入矩形脉冲信号 x(t)，求输出端电压%低通滤波器频率响应函数 H(w)=a/(a+

26、jw)，其中 a=1/(RC)%输入信号为门信号，其傅里叶变换为：X(w)=(1-exp(-j*w)/(jw)clear all;close allclcw=-10*pi:0.01:10*pi;b=5;a=1,5;H1=freqs(b,a,w);plot(w,abs(H1),grid onaxis(-40， 40， 0 ，1.5)；xlabel(omega(rad/s),ylabel(|H(omega)|)16title(RC 低通滤波器电路的幅频特性)xt=sym(Heaviside(t)-Heaviside(t-1);Xw=simplify(fourier(xt);Figure；subpl

27、ot(221),ezplot(xt,-0.2,2),grid ontitle(矩形脉冲信号)xlabel(Time(sec),ylabel(x(t)；subplot(222),ezplot(abs(Xw),-6*pi ，6*pi),grid ontitle(矩形脉冲频谱)；xlabel(omega(rad/s),ylabel(X(omega)Yw=sym(5*(1-exp(-i*w)/(5*i*w-w2);yt=simplify(ifourier(Yw);subplot(223),ezplot(yt,-0.2 2),grid ontitle(响应的时域波形)xlabel(Time(sec),y

28、label(y(t)subplot(224),ezplot(abs(Yw),-6*pi 6*pi),grid ontitle(响应的频谱)xlabel(omega(rad/s),ylabel(Y(omega)17实验六实验六 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

29、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

30、（g）18电压（mv）6、根据上表计算灵敏度与非线性误差。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 7-1 为移相电路示意图，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

31、时有： 由正切三角函半角公式可得：221121212112222112211121)(WCWCWWCCWCWCWCCWtgjG1122221122122122CWWCWCCWarctgtgtgtg19从上式可以看出，调节电位器 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 5 移相器电路示意图2、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

32、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。1 2 移相器 移相 示波器 0(LV) 音频振荡器 移相器 1 2 20实验八实验八 相敏检波器实验相敏检波

33、器实验一、实验目的：一、实验目的：了解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图 8-1 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。图 7-2 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 21图 8-1 相敏检波模块示意图三、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

34、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。223、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 DC

35、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。图 8-24、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 为全波整流波形。图 8-3六、思考题：六、思考题：23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

36、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） 。2425图 9-12、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

37、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，同时将模块右上方拨段开关拨至“交流”档，检查接线无误后，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 Rw

38、1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，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，即显示如图 9-2 所示波形：图 9-24、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

39、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265ms/div 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。图 9-3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。此时接近图 9-4再观察此时低通滤波器输出端波形

40、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。图 9-56、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。27 五、思考题：五、思考题：1、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

41、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 压阻式压力传感器的压力测量实验压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的：一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。二、基本原理：二、基本原理： 扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出 P 型或N 型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生

42、很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：压力源（已在主控箱内） 、数字压力表、压力传感器实验模块、流量计、气源连接导管、数显单元、直流稳压源4V、15V。四、实验步骤：四、实验步骤：1、根据图连接管路和电路，主控箱内包含压缩泵、贮气箱、三通连接管等，流量计已接好。将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座的蓝色边缘，向内压，则硬管可轻松拉出） 。另一端软导管与压力传感器（已固定在压力传感器模块上）接通。这里选用的差压传感器两只气嘴中，一只为高压嘴，另一只为低压嘴。本实验模

43、块连接见图 10-2，压力传感器有 4 端：3 端接+4V 电源，1 端接地线，2 端为 Uo+，4 端为 Uo- 。1、2、3、4 端顺序排列见图 10-2。储气箱 压缩泵 220AC K3 调气阀 快速接头 三通 压力传感器 显示单元 处理电路 低压端 高压端 主控箱内部 外接部分 流 量 计 单相阀 图 10-1 压阻式压力传感器测量系统 压力显示282、实验模块上 Rw2用于调节零位，Rw1可调节放大倍数，按图 2-2 接线，模块的放大器输出 Vo2引到主控箱数显表的 Vi插座。将显示选择开关拨到 20V档，反复调节 Rw2（此时 Rw1顺时针旋转 1-2 圈，Rw3处于电位器中间位置

44、）使数显表显示为零。3、先顺时针旋转主控台面板的流量计旋钮到底（此时相当于主控箱内压力罐最大，即流量计阀门完全关断） 。4、打开主控箱电源，合上主控箱上的气源开关（启动压缩泵） ，此时主控台压力表同步显示当前的气源压力值，同时记录当前的 Vo2的输出电压值。接主控箱电源输出 Vi 地 接主控箱数显表 正 面 地 1 2 3 4 oV oV sV高压咀 低压咀 图 10-2 压力传感器压力实验接线图 295、逐步关小流量计旋钮（逆时针旋转流量计旋钮） ，使在 520KP 之间每下降 2KP 分别读取压力表读数，同步记录数据。6、记下相应的数显表值列于表 2-1。表 10-1 压力表数值与变换电路

45、输出电压值P（KP）VO（V）7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。8、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入 10KPa 气压，调节 Rw2（低限调节）使数显表显示 1.00V，当输入 20KPa气压，调节 Rw1（高限调节）使数显表显示 2.00V，这个过程反复调节直到足够的精度即可。实验十一实验十一 差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验一、实验目的：一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成（铁芯在可移动杆的一端） ，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结

46、构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接） ，就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：差动变压器实验模块、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器） 、直流电源、万用表。四、实验步骤：四、实验步骤：1、根据图 11-1，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。接第一通道示波器 接第二通道示波器 6 2 3 4 1 5 插座管脚编号 图 11-2 双线示波器与差动变压器连接示意图 图 11-1 差动

47、变压器电容传感器安装示意图 差动变压器、 模块 测量架 测微头 302、在模块上按照图 11-2 接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的 LV端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为 510KHz（可用主控箱的数显表的频率档 fi输入来监测，实验中可调节频率使波形不失真） 。调节幅度使输出幅度为峰-峰值 Vp-p=2V（可用示波器监测：X 轴为 0.2ms/div、Y 轴 CH1为1V/div、CH2为 0.2v/div） 。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈（1 和 2 实验插孔作为初级线圈） ，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图 3-2 接线。当铁芯左、右移动

48、时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点(即3 和 4 实验插孔)，而且相位与初级线圈波形（LV音频信号 Vp-p=2V 波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判断直到正确为止。图中（1） 、 （2） 、 （3） 、 （4）为模块中的实验插孔。 ）3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值 Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从 Vp-p最小开始旋动测微头，每隔 0.5mm 从示波器上读出输出电压 Vp-p值填入表 3-1。再从 Vp-p最

49、小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表 11-1 差动变压器位移 X 值与输出电压 Vp-p数据表X（mm） 0mm +V（mvVp-p 31）4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表 11-1 画出 Vop-p-X 曲线，作出量程为4mm、6mm 灵敏度和非线性误差。实验十二实验十二 激励频率对差动变压器特性的影响实验激励频率对差动变压器特性的影响实验一、实验目的：一、实验目的：了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。二、基本原理：二、基本原理：差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式：表示，式中 LP

50、、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、 为22221)(ppiOLRUMMU激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若，则输出电压 Uo受频率变动影响较222PPLR大，且灵敏度较低，只有当时输出 Uo与 无关，当然 过高会使222PPRL 线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：差动变压器实验模块、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器） 、直流电源、万用表。四、实验步骤：四、实验步骤：1、差动变压器安装同“差动变压器的性能实验” 。差动变压器实验模块接线图如图 12-1。32图 12-

51、1 差动变压器实验模块接线图2、检查连线无误后合上主控箱电源开关。选择音频信号输出频率为 1KHz 从LV输出。 （可用主控箱的数显表频率档显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节 Rw1、Rw2使输出变得更小。3、旋动测微头，每间隔 0.5mm 在示波器上读取一个 Vp-p数据（此时示波器档位设置为 X 轴为 0.2ms/div，Y 轴为 1v/div，其中位移数值越大，则 Vp-p数值变化越明显） 。4、分别改变激励频率为 3KHz、5KHz、7KHz、9KHz，重复实验步骤1、2 将测试结果记入表 12-1。表 12-1 不同激励频率时输出电压（峰-峰值）与位移 X 的关

52、系。 13579作出每一频率时的 V-X 曲线，并计算其灵敏度 Si，作出灵敏度与激励频率的关系曲线。X VO f(khz) 33实验十三实验十三 差动变压器零点残余电压补偿实验差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的：一、实验目的：了解差动变压器零点残余电压补偿方法。二、基本原理：二、基本原理：由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯 B-H 特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模块、示波器。

53、四、实验步骤：四、实验步骤：1、按图 13-1 接线，音频信号源从 LV插口输出，实验模块R1、C1、Rw1、Rw2为电桥单元中调平衡网络。34图 13-1 零点残余电压补偿电路 2、用示波器调整音频振荡器输出为 2V 峰-峰值。3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。4、依次调整 Rw1、Rw2，使输出电压降至最小。5、观察零点残余电压的波形，注意与激励电压比较。6、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰-峰值） 。 （注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压=V零点 P-P/K，K 为放大倍数）实验十四实验十四 差动变压器的应用差动变压器的应用振动测量实验振动测量实验一、实验

54、目的：一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。二、基本原理：二、基本原理：利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。三、需用器件与单元三、需用器件与单元：音频振荡器、差动变压器实验模块、移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源、振动源模块、差动变压器。四、实验步骤：四、实验步骤：1、将差动变压器按图 14-1，安装在振动源模块的振动源上，注意调整振动平台和差动传感器的位置，使振动平台振动的阻力最小，便于后期实验。352、按图 14-2 接线，并调整好有关部分。调整如下：图 14-2（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察 LV峰-峰

55、值，调整音频振荡器幅度旋钮使 Vop-p=8V，频率在 33.5KHz 之间。（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使相敏检波输出，示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节 Rw1和 Rw2使示波器（相敏检波输出）显示的波形幅值更小，基本为零点（电压档位在 0.2V 左右） 。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失，变为一条接近零点线（否则再调节 Rw1和Rw2） 。 （6）低频振荡器输出引入振动源的低频输入，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动台振荡较为明

56、显。用示波器观察差动模块放大器的输出 Vo波形为包络线。图工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图 14-1 差动变压器振动测量安装示意图 3614-3相敏检波器的输出端为：图 14-4及低通滤波器的 Vo波形图 14-53、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡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 14-1（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验十相同） 。表 14-1f（Hz）Vp-p(V)4、根据实验结果作出梁的 f Vp-p特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验，可得到振幅Vp-p

57、曲线（定性） 。注意事项：低频振荡器电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。实验十五实验十五 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dAC/构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。37接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 图 15-2 电容传感器位移实验接线图 三、需用器件与单元：三、需用器件与单元：电容传感器、

58、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 15-1 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。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，接线图如图 15-23、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 15-1 电容传感器位移与输出电压值图 15-1 电容传感器安装示意图 电容传感器

59、模块 测量架 测微头 38X（mm）V（mv）5、根据表 15-1 数据计算电容传感器的系统灵敏度 S 和非线性误差f。画出特性曲线 v=f(x)实验十六实验十六 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：391、传感器安装

60、图见图 16-1，接线参考“电容式传感器的位移特性实验” 。2、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