自动化与电气实验报告模板

1、目录目 录 1实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验. . 3实验二金属箔式应变片半桥性能实验. 6实验三金属箔式应变片全桥性能实验. 9实验四移相实验 12实验五相敏检波实验 . 14实验六交流全桥性能测试实验 . 18实验七扩散硅压阻式压力传感器压力实验. 21实验八差动电感性能实验 . 24实验九电容式传感器位移特性实验 . 27实验十电容传感器动态特性实验 . 30实验十一霍尔传感器位移特性实验 . 32实验十二磁电式传感器振动实验 . 34实验十三压电式传感器振动实验 . 36实验十四电涡流传感器位移特性实验 . 39实验十五电涡流传感器振动实验 . 42实验十六 光纤传感器位移特性实

2、验 . 44实验十七光电转速传感器转速测量实验. 47实验十八铂热电阻温度特性实验 . 49实验十九K 型热电偶温度特性实验 50实验二十正温度系数热敏电阻（PTC温度特性实验 54实验二一 负温度系数热敏电阻（NTC温度特性实验 55实验二十二PN结温度特性实验 57实验二十三气敏（酒精）传感器实验. 59实验二十四湿敏传感器实验 . 60实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、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、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、电压温度频率表、直流稳压电源（土4V）、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变

3、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上 k（ 1-1）R式中为电阻丝电阻相对变化；Rk为应变系数；Y为电阻丝长度相对变化。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。如图1-1所示，将四个金属箔应变片（R1、R2、R3 R4）分别贴 在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应 变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。图1-1双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。如图1-2信号调理电路所示，R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压uo 4-T豊

4、（1-2）12 RE为电桥电源电压;式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L= - 100%。2 R图1-2单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1 .悬臂梁上的各应变片已分别接到面板左上方的R1、R2、R3R4上，可用万用表测量判别， R仁R2=R3=R4=330。2. 按图1-2接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差 动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接电压 温度频率表（选择 U,开启直流电源开关。将“差动放大器”的增益调节电位器与“电压放大器”的增益调节电位器调至中间位置 （顺 时针旋转到底后逆时针旋转 5圈），调节调零电位器使电压温度频率 表显示为零。

5、关闭“直流电源”开关。（两个增益调节电位器的位置 确定后不能改动）3. 按图1-2接好所有连线，将应变式传感器 R1接入“电桥” 与R5 R6 R7构成一个单臂直流电桥。“电桥”输出接到“差动放 大器”的输入端，“电压放大器”的输出接电压温度频率表。预热两 分钟。（直流稳压电源的GND要与放大器共地）4. 将千分尺向下移动，使悬臂梁处于平直状态， 调节Rw1使电 压温度频率表显示为零（选择 U）。5. 移动千分尺向下移0.5mm读取数显表数值，依次移动千分尺向下移0.5mm读取相应的数显表值，直到向下移动5mm记录实验数据填入表1-1。表1-1位移（mm）0.511.522.533.544.5

6、5电压（mV）6.实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1. 根据实验所得数据绘制出电压一位移曲线，并计算其线性度。2. 根据实验内容试设计一种电子秤。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大， 以免造成应变传感器的损坏！ 实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二、实验仪器同实验一三、实验原理不同受力方向的两只应变片（R1、R2）接入电桥作为邻边，如 图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的 阻值相同、应变系数也

7、相同时，半桥的输出电压为UoE _R2 R(2-1)式中为电阻丝电阻相对变化;Rk为应变系数；f为电阻丝长度相对变化;E为电桥电源电压。式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图2-1半桥面板接线图四、实验内容与步骤1. 应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。2 .按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器”电路。 “差 动放大器”的调零，参考实验一步骤2。3. 按图2-1接好所有连线，将受力相反的两只应变片R1、R2接入电桥的邻边。4 .参考实验一步骤4。5.移动千分尺向下移0.5mm读取数显表数值，依次移动千分 尺向下移0.5mm和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm记

8、录 实验数据填入表2-1表2-1位移(mm)0.511.522.533.544.55电压(mV)6.实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1. 根据实验所得数据绘制出电压位移曲线， 并计算其线性度。2. 根据实验内容试设计一种电子秤。六、思考题半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项 实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较 小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的 损坏！实验三金属箔式应变片一一全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器同实验一三、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相

9、同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=E （ 3-1）R式中E为电桥电源电压。为电阻丝电阻相对变化；R式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误 差得到进一步改善。图3-1全桥面板接线图四、实验内容与步骤1. 应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2 R3 R4均为应变片， 可参考图1-1 o2. 按图3-1先接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，“差动放大器”的调零参照实验一步骤2o3. 按图3-1接好所有连线，将应变片接入电桥，参考实验一步 骤4。4. 移动千分尺向下移0.5mm读取数显表数值，依次移动千

10、分尺向下移0.5mm和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm记录实验数据填入表3-1 o表3-1位移(mm)0.51.01.522.533.544.55电压(mV)5.实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1 .根据实验所得数据绘制出电压一位移曲线，并计算其线性度。2 .根据实验内容试设计一种电子秤。3. 比较单臂、半桥、全桥三者的特性曲线，分析他们之间的差别。六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时， 即R1= R3, R2= R4,而R" R2时，是否可以组成全桥？七、注意事项 实验所采用的弹性体

11、为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较 小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的 损坏！实验四移相实验一、实验目的了解移相电路的原理和应用。二、实验仪器移相器、信号源、示波器（自备）三、实验原理由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示:通过调节Rw改变RC充放电时间常数，从而改变信号的相位。四、实验步骤1. 将“信号源”的UsiO0幅值调节为6V,频率调节电位器逆时 针旋到底，将UsiO0与“移相器”输入端相连接。2 .打开“直流电源”开关，“移相器”的输入端与输出端分别 接示波器的两个通道，调整示波器，观察两路波形。3. 调节“移相器”的相位调节电位器，观察两路波形的相位差。4.

12、 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验现象，对照移相器原理图分析其工作原理。六、注意事项 实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪 器故障。实验五相敏检波实验、实验目的了解相敏检波电路的原理和应用二、实验仪器移相器、相敏检波器、低通滤波器、信号源、示波器（自备）电压温度频率表三、实验原理UooDCAC图5-2检波器示意图图5-1中Ui为输入信号端，AC为交流参考电压输入端，Uo为 检波信号输出端，DC为直流参考电压输入端。当AC DC端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使一、二处于开或关的状态，从而把Ui端输入的正弦信号转换成全波整流信号。输入端信

13、号与AC参考输入端信号频率相同， 相位不同时，检波 输出的波形也不相同。当两者相位相同时，输出为正半周的全波信 号，反之，输出为负半周的全波信号。四、实验步骤1. 打开“直流电源”开关，将“信号源” Usi 00输出调节为1kHz, Vp-p = 8V的正弦信号（用示波器检测），然后接到“相敏检波器” 输入端Ui。2. 将直流稳压电源的波段开关打到“土4V”处，然后将“ U+” “GND1接“相敏检波器”的“ DC” “GND。3. 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入端Ui、输出端Uo, 观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。4. 改变DC端参考电压的极性（将直流稳压电源处的“U-”接 到

14、相敏检波器的“DC'端），观察输入、输出波形的相位和幅值关系。5. 由以上可以得出结论：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。6. 去掉DC端连线，将信号源US1 00接到“移相器”输入端Ui, “移相器”的输出端接到“相敏检波器”的AC端，同时将信号源US1 00输出接到“相敏检波器”的输入端 Ui。7. 用示波器两通道观察 二、二的波形。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。8. 将“相敏检波器”的输出端与“低通滤波器”的输入端连接， 如图5-4 （图5-3为低通滤波器的原理图），“

15、低通滤波器”输出端 接电压温度频率表（选择 U）o9. 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端。10 .调节移相器“相位调节”电位器，使电压表显示最大。11. 调节信号源US1 00幅度调节电位器，测出“相敏检波器”的 输入Vp-p值与输出直流电压UO的关系，将实验数据填入下表。12. 将“相敏检波器”的输入信号 Ui从US1 00转接到US1 1800o 得出“相敏检波器”的输入信号Vp-p值与输出直流电压UO1的关系， 并填入下表。表5-1输入 Vp-p(V)12345678910输出Uo (V )输出U01 (V)13 .实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。图5-3低通滤波

16、器原理图图5-4低通滤波器示意图Vp-p五、实验报告 根据实验所得的数据，作出相敏检波器输入输出曲线（Vo Vol）,对照移相器、相敏检波器原理图分析其工作原理。实验六交流全桥性能测试实验一、实验目的了解交流全桥电路的原理。二、实验仪器应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器（自备），电压温度频率表三、实验原理图6-1是交流全桥的一般形式。设各桥臂的阻抗为Z1Z4，当电桥平衡时，Z1 Z3= Z2 Z4，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化Z1/ Z1、 Z2/ Z2、 Z3/ Z3、 Z4/ Z4，则电桥的输出与桥 臂阻抗的相对变化成正比。交流电桥工作时

17、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。图6-1 交流全桥接线图四、实验步骤1 轻按住悬臂梁，向上调节千分尺，使千分尺远离悬臂梁2.打开“直流电源”，调节信号源使Usi 00输出1kHz, Vp-p = 8V 正弦信号。3 将“差动放大器”的输出接到“电压放大器”的输入，“电压放大器”输出接电压温度频率表（选择U）O调节“差动放大器”和“电压放大器”的增益调节电位器调到最大（顺时针旋到底）。将“差动放大器”输入短接，调节调零电位器，使电压温度频率表显 示为零。4. 取下“差动放大器”输入端的短接线。按图6-1

18、接好所有连线，将应变传感器接入电桥，GND3与放大器共地。将 Usi 00接到移相器的输入端，移相器输出端接相敏检波器的AC端。电压放大器的输出接相敏检波器的输入端， 相敏检波器输出端接滤波器的输入端， 滤波器的输出端接电压温度频率表（选择U）o5. 用手轻压悬臂梁到最低，调节“相位调节”电位器使“相敏 检波器”输出端波形成为首尾相接的全波整流波形，然后放手，调 节千分尺与悬臂梁相接触，并使悬臂梁恢复至水平位置，再调节电 桥中Rw1和Rw2电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度 最高。6. 移动千分尺向下移 0.5mm读取数显表数值，依次移动千分 尺向下移0.5mm和读取相应的数显表值，

19、直到向下移动5mm记录实 验数据填入下表：表6-1位移（mm）0.51.01.52.2.533.544.55电压（mV）5. 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1 .根据实验所得数据绘制出电压一位移曲线，并计算其线性度。2 .根据实验内容试设计一种电子秤。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的 损坏！实验七 扩散硅压阻式压力传感器压力实验一、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。二、实验仪器 压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压 温度频率表三、实验原理

20、在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，可以制 备各种压力传感器。摩托罗拉公司设计出X 形硅压力传感器，如图7-1 所示，在单晶硅膜片表面形成 4 个阻值相等的电阻条。将它们 连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的 方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。扩散硅压力传感器的工作原理如图 7-1，在 X 形硅压力传感器 的一个方向上加偏置电压形成电流i ，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时（本实验采用改变 气室内的压强的方法改变剪切力的大小） ，在垂直于电流方向将会产 生电场变化 E i ，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向 垂

21、直的两侧得到输出电压 Uo。U O d E d i（7-1）式中 d 为元件两端距离。实验接线图如图7-2所示，MPX1C有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+ 3脚接+5V电源、4脚为Uo-;当P1>P2时，输出为正;P1VP2时，输出为负（P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的 压强）。图7-1扩散硅压力传感器原理图6Ho图7-2扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1. 按图7-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大 器”输出端接电压温度频率表（选择 U, 20V档），打开直流电源开 关。（将“ 220V直流稳压电源”输出调为 5V）2 调节“差动放大器”与“电压放大

22、器”的增益调节电位器到 中间位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然 后调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。3. 取下短路导线，并按图7-2连接“压力传感器”。4. 气室的活塞退回到刻度“ 17”的小孔后，使气室的压力相对 大气压均为0,气压计指在“零”刻度处，调节调零电位器使电压温 度频率表显示为零。增大输入压力到0.005MPa,每隔0.005Mpa记下 “电压放大器”输出的电压值 U。直到压强达到O.IMpa;填入下表。表7-1P(kP)5101520253035404550U (V)P(kP)556065707580859095100U (V)5.实验结束后，关闭实验

23、台电源，整理好实验设备。五、实验报告1. 根据实验所得数据，计算压力传感器输入一输出（P- U）曲线，并计算其线性度。2. 根据实验内容，试设计电子气压计。实验八 差动电感性能实验一、实验目的 了解差动电感的工作原理和特性。二、实验仪器 差动电感、测微头、差动放大器、信号源、示波器（自备）三、实验原理 差动电感由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁 芯连接被测物体。移动线圈中的铁芯，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的感应电动势发生变化，一只次级 线圈的感应电动势增加，另一只次级线圈的感应电动势则减小，将 两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出，则输出的变

24、化反映了被测物体的移动量。四、实验内容与步骤1 差动电感已经根据图 8-1 安装在传感器固定架上。图8-1差动变压器安装图图8-2差动电感接线图2. 将“信号源”“ US1 0。”输出接至L1，打开“直流电源” 开关，调节Us的频率和幅度（用示波器监测），使输出信号频率为（4-5）kHz，幅度为V>p=2V,按图8-2接线。3. 将“差动放大器”的增益调到最大（增益调节电位器顺时针 旋到底）。4. 用示波器观测“差动放大器”的输出，旋动实验台中右侧的千分尺，用示波器观测到的波形峰-峰值 Vp-p为最小，这时可以上 下位移，假设向上移动为正位移，向下移动为负，从Vp-p最小开始 旋动测微头

25、，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压 Vp-p值，填入表8-1，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意上、 下位移时，初、次级波形的相位关系表8-1X(mm)-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Vp-p(V)5.实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1. 实验过程中注意差动电感输出的最小值即为差动电感的零点 残余电压大小。根据表 8 1画出Vp-p X曲线。2. 分析一下该测试电路的误差来源。六、注意事项实验过程中加在差动电感原边的音频信号幅值不能过大，以免 烧毁差动电感传感器。实验九电容式传感器位移特性实验一、实验目的了解电容传感器的结

26、构及特点。二、实验仪器电容传感器、电容变换器、测微头、电压温度频率表三、实验原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化 的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电 容器原理：C 卫 0 r S（ 9-1）d d式中，S为极板面积，d为极板间距离，E 0为真空介电常数，为介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或Er发生变化时，电容量 C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变 而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的 变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙 式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。这 里采用变面积式，如图 9-