液固界面接触角的测量实验(完整版)实用资料

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物质结构与性质分析--液固界面接触角测量实验报告液固界面接触角的测量实验（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）一、实验目的1、了解固体表面的润湿过程与接触角的含义与应用2、了解接触角的常用测量方法，掌握该实验中用到的量高法与量角法的原理3、掌握JC2000C1接触角测量仪的使用方法4、分析实验数据误差的来源与影响接触角的因素二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即：γSV-γSL=γLV·cosθ(1式中γSV，γLV，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在防腐、减阻、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同,可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率,可分为静态接触角、动态接触角(又分前进接触角和后退接触角和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。量高法的测量原理：当1滴液体的体积小于6µL时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部。如图3所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h以及与固体接触面的直径2r，就可用式(2计算出接触角。（2）图3量高法测接触角量角法的测量原理：1将等腰直角量角器的a、b两边下移，直到使角量角器的a、b两边分别和液滴相切；2然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C，从而确定液滴的最高点C的坐标；3最后绕着C点逆时针转动，转动δ角度，直到a边和液滴一气体一材料三相交点A相交时，如图4所示，即可求出θ。θ=2β，又因为β=δ+45º，所以有θ=90º+2δ，只要知道量角器AC边转过的角度，就可以计算出接触角θ。当接触角θ>90。时，量角器的AC边逆时针旋转，取正值，当接触角θ<90。时，量角器的AC边顺时针旋转，取负值。图3量角法测接触角本实验所用的仪器JC2000C1接触角测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。三、仪器与材料仪器：JC2000C1接触角测量仪实验材料：玻璃表面四、实验要求每个基底，在6个不同位置测量，每个位置测量1次，每次测量用直接测量法，量角法，量高法获得接触角数据。五、实验步骤(1开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。(2调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍～2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。(3加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测接触角一般用0.6μL～1.0μL的样品量最佳。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。(4接样。旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。(5冻结图象。点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Saveas将图象保存在文件夹中。接样后要在20s（最好10s）内冻结图像。(6量角法。点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上<和>键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。(7量高法。点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。六、结果与讨论1、通过JC2000C1接触角测量仪得到玻璃基底六个不同位置的六张冻结图像：图一图二图三图四图五图六2、同一个基底，不同位置和不同方法的接触角数据：玻璃基底测量方法θ1θ2θ3θ4θ5θ6θ平均直接测量法34.040.241.738.1量角法35.543.546.539.543．546.042.4量高法34.7538.8841.4536.5542.1741.9539.29从上述结果可知，几组数据间并无直接相关联系，数据的差异也无规律可循且相差较大。这是由于固体表面的润湿现象,受到多种难以控制,而对接触角又是十分敏感的因素的影响（如表面粘污、固体的前处理过程以及滞后现象等）,往往重现性不高，测量误差也比较大。固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等都会影响实验的结果。在实验操作过程中，液体在基底上形成的液滴的大小对接触角的测量有较大的影响。采用量高法和量角法测定接触角的操作过程中实验操作者在判断位置时也会产生误差。总之，0.6～1.0ul的样品量都是最佳的，液滴太小受挥发影响过大，液滴太大则重力因素显著；尽量保持一致。测试液滴不应自由落体滴落在固体表面，而应该上升样品平台，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。尽量采用不同的方法，多测几次取平均值。Cu/Mo/Cu轧制复合界面结合特性研究张兵1,孙院军2,王快社1,王莎3(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;2.金堆城钼业股份,西安710077;3.西部金属材料股份,西安710065摘要:界面是复合材料的重要特征,本文利用金相显微镜和扫描电镜对Cu/Mo/Cu复合材料的界面结合特性进行了研究。重点研究了Cu/Mo/Cu复合材料的界面、复合板的断裂特点和变形温度、变形量对结合强度的影响。研究结果表明:经750℃加热5-10min,道次变形量55-60%,复合材料的界面结合紧密,且较为平直;材料的界面结合强度随着变形温度和变形量增加,在变形温度为750℃、变形量55%时,剪切强度值最大77MPa。关键词:轧制;Cu/Mo/Cu;界面结合特性StudyonInterfacePropertyofCu/Mo/CuCladdingMetalMaterialsbyRollingZhangBing1,SunYuan-jun2,WangKuai-she1,WangSha3(1.SchoolofMetallurgyEngineering,Xi’anUnivercityofArchitecture&Technology,Xi’an,710055,China;2.JinduichengMolybdenumCo.,Ltd,Xi’an710077,China;3.WesternmetalmaterialsCo.,Ltd,Xi’an710065,ChinaAbstract:Interfaceistheimportantcharacteristicsofcompositematerials.Inthispaper,InterfacepropertyofCu/Cu/MocladdingmaterialswasstudiedbyopticalmicroscopeandSEM.ResearchingofCu/Cu/Mocompositeinterface,thefracturecharacteristics,andtheinfluenceofshearingstrengthwithbydeformationtemperatureandthedeformation.Theresultsshowthat:theinterfaceofcompositematerialsproducedbyrollingwith750℃×5-10minanddeformationabout55-60%,wasbondedtightnessandstraightness.Theshearingstrengthofcompositemateralswasincreasedwiththeincreasingofdeformationtemperatureanddeformation.,Themaxvalueofshearingstrengthwas77MPaafterrollingwith750℃,anddeformation55%.Keywords:Rolling;Cu/Mo/Cu;interfacepropertiesCu/Mo/Cu(CMC复合材料主要应用在电子封装领域。铜具有高的导电和导热性能,钼具有低的热膨胀系数、高温强度等优点,因此,利用两者优异性能制备的复合材料,具有高导电导热、可调的热膨胀系数和特殊的高温性能等优点而备受电子工程师的青睐[1-4]。特别是随着电子技术高速发展,半导体集成电路的密度越来越大,体积愈来愈小,使电子封装技术向着高密度、大功率、小型化和高性能、高可靠性方向发展,在HB-LED、多芯片组基板材料、热沉散热、雷达航空航天等领域有着广泛的应用前景[4,5]。目前,国内外生产Cu/Mo/Cu复合材料的方法主要有轧制、爆炸焊接与爆炸焊接+轧制组合法等[6-10]。相比而言,轧制方法以其成本低、效率高、设备少等优点,是一种极具潜力的大规模生产Cu/Mo/Cu复合材料的制备加工方法[7,11]。材料间良好的界面结合是轧制复合的关键,由于Cu和Mo的物理和机械性能差异较大,且在固态互不相溶,在制备过程中既要保证复合界面有牢固的结合,又要保证钼板不开裂,这一直是研究的难点[12,13],因此,本文研究了在轧制条件下Cu和Mo的界面结合特性,分析了界面结合的内在结合机理。1.试验材料和试验方法试验材料分别为:Mo-1钼板,规格为125mm×155mm×3.0mm;T2铜板,规格为150mm×200mm×3.0mm。其化学成分(wt,%如表1所示:表1材料化学成分Table1ChemicalConstituentsofMaterials牌号Grade化学成分ChemicalConstituents(wt,%,≤Mo_10.003C0.004O0.0021Si0.0034Fe0.002Al0.009Ni0.0016Ca0.002MgMo余量——T20.001Bi0.002Sb0.002As0.005Fe0.005Ni0.005Pb0.002Sn0.005S0.06O0.005ZnCu余量试验方法:将经过完全退火、表面打磨处理和清洗后的Mo板和Cu板叠合在一起,用铆钉将四角铆接,并将周边进行密封防止加热时内表面氧化,在电阻炉中750℃加热5min-10min,取出后在Φ450×550二辊轧机上进行轧制,轧辊转速20mm/s,道次变形量50-70%。轧后试样进行热处理,并在每个阶段留取分析试样。试样使用PLOVER-MET型金相显微镜观察材料的金相组织,用WDW100-10t型电子拉伸机电子拉伸机在室温下对材料的力学性能进行测试,加载速度为1.0mm·min-1,用东芝S-3400型扫描电镜对拉伸后的试样断口和剥离试样表面进行形貌观察。2.试验结果及分析2.1轧制后复合板的界面结合特性(a未腐蚀(b腐蚀后图1轧制后复合界面光学显微照片Fig.1Opticalmicrostructureofinterfaceafterrolling(a-beforecorrosion,b-aftercorrosion图1是Cu/Mo轧制后在光学显微镜下观察复合界面的结合照片。从图中可以看出,轧制后的结合界面较为平直,且结合紧密(如图1-a。在光学金相显微镜下观察,复合界面的结合缝隙很小;钼板材晶粒呈扁平纤维状,组织均匀;而铜板材的晶粒呈等轴状,组织不均匀,界面附近的晶粒较远离界面的晶粒小,局部出现孪晶。研究表明,铜和钼金属在机械性能方面存在差异,在复合轧制变形时,铜板先于钼板变形;又因为两种板材表面经过打磨后,表面粗糙度增加,界面间的摩擦系数增加,导致较软的铜金属表面硬化层在变形过程中受到较大摩擦力的作用而易破裂,新鲜金属挤出,镶嵌在钼金属表面层的空隙中,因此,铜表面层金属的变形程度较内部更为剧烈,晶粒在压应力和切向应力的共同作用下发生挤压、扭转,晶粒变的细小。同时,复合轧制变形温度(700℃在铜再结晶温度上进行,所以Cu在变形过程中发生动态再结晶,晶粒为等轴状。a钼板剥离形貌b铜板剥离形貌图2复合板结合面剥离后钼和铜表面的SEM照片Fig.2SEMphotographsofMoandCuinterfaceafterpeeling(a-Mosurface,b-Cusurface图2是复合材料沿界面剥离表面在扫描电镜下观察的形貌图。从图中可以看到钼板侧剥离表面呈断层状起伏(如图2-a,而与之相应的铜侧呈凹凸不平的表面,并存在横向细微裂缝和纵向裂口(如图2b-2箭头,接近钼板侧的基体特征。同时,两侧均存在沿轧制方向棱形条纹,这是板材表面打磨时留下的线性槽。研究表明,钼板变形困难,而铜板经过表面打磨后形成的表面硬化层,在轧制变形过程中在摩擦力和压应力的共同作用下,硬化层破碎(如图2b-1箭头,出现显微空隙,新鲜金属挤出并镶嵌到钼板表面的缝隙中,形成了机械啮合。同时,在剥离过程中,铜金属表面层塑性变形比钼金属的大。2.2Cu/Mo/Cu复合板的断裂特性(a(b(c(d图3拉伸断口形貌Fig.3SEMphotographsoftensilefracture(a-Macroside,b-PhotographoffractureCu/Mo/Cu复合材料的断裂特性对它的使用性能影响很大,室温下的拉伸断口形貌如图3所示。从图3-a、b中可以看出,Cu/Mo/Cu复合材料在拉伸过程中,两侧Cu发生了明显的颈缩现象,中间的Mo金属有分层断裂的现象,这与钼板在厚度方向由拉得很长的扁状晶粒组成有很大关系。在轧制变形过程中,晶粒在受到严重变形拉长的同时,大量的杂质和缺陷等汇聚到晶界处,形成细小的微裂纹,在拉伸试验中,微裂纹汇聚在一起沿晶界扩展,最终导致钼金属的分层。从界面处局部放大图中(如图3-c看到钼/铜界面结合密实,无明显缝隙,说明在本研究采取的轧制工艺条件下,复合板界面结合良好。铜层断口形貌是明显的韧性断裂,靠近结合面的区域比较平滑,呈纤维状(如图3-d的上部,是裂纹的快速扩展区;而远离界面的区域是断裂的纤维区,有很多的抛物线形状的韧窝,尺寸小,深度浅,是断裂裂纹的产生区(如图3-d下部。说明经过塑性变形后,产生加工硬化,材料的塑性下降。2.3变形温度和变形量对结合强度的影响界面是复合材料重要特征,其重要性能表征就是界面结合强度。图4是不同轧制工艺条件下的剪切强度。从图中可以看出,复合板的剪切强度随着变形温度(在750℃以下时的升高总体呈上升趋势,超过750℃后,结合强度开始下降;变形量在50-60%时,结合强度随着变形量的增加而升高,而当变形量为70%时,结合强度最低。其中变形温度750℃、变形量55%时,达到最大值图4变形温度、变形量和剪切强度的关系图Fig.4Relationalgraphoftemperatureanddeformationwithshearstrength77MPa。这是因为:在较低温度进行轧制时,铜层金属在轧制压力作用下,虽然能够嵌入钼板凹坑,但难以达到整个表面的紧密结合,大部分为原子间的点结合和机械啮合。随着温度的升高和变形量的增加,铜的变形抗力下降,表面硬化层在轧制压力的作用下破碎，新鲜金属挤出，容易镶嵌在钼金属表面的凹坑中，从而使剪切强度增加；但温度过高，钼板次表面层与表面硬化层的塑性相差加大，在轧制变形过程中，由于变形的不均匀性和剪切变形的作用，使钼板表面的硬化层和基体的结合性能下降，从而使结合强度降低。同时，当变形量较大时，由于受到铜金属表面层发生大变形量的拉应力作用下，钼板表面容易产生裂纹，因此，剪切强度较低。此外，界面结合强度的大小还与材料表面的清洁程度、应力分布、硬化程度和保温温度、时间等因素有关。3.结论⑴经750℃加热5min-10min，道次变形量55-60%，轧制后Cu/Mo/Cu复合材料的界面结合紧密，且较为平直。钼金属层晶粒呈扁平纤维状，组织均匀；铜金属层的晶粒呈等轴状，大小很不均匀。⑵轧制Cu/Mo/Cu复合材料的界面结合机理是表面硬化层破裂、新鲜铜金属挤出并镶嵌到钼板表面的缝隙中，形成机械啮合的机制。⑶Cu/Mo/Cu复合材料的拉伸断口为：中间钼金属层为分层断裂；两侧铜金属层是明显的韧性断裂，靠近结合面的区域比较平滑，呈纤维状，是裂纹的快速扩展区；远离界面的区域有很多的抛物线形状的韧窝，是断裂裂纹的产生区，对复合材料的强度有一定的影响。⑷界面的结合强度与变形温度和变形量有着密切的关系，随着变形温度和变形量的增加，剪切强度总体呈上升趋势，在变形温度为750℃、变形量55%时，剪切强度值最大77MPa。参考文献：[1]CarlZweben.Metal-MatrixCompositesforElectronicpackaging[J].JOM,1992,44(7:15-23.[2]RandallGerman.Powder.MetallurgyProcessingofThermalManagementMaterialsForMicroelectronicApplications[J].TheInternationalJournalofPowderMetallurgy,1994,30(2：205.[3]牟科强,邝用庚.Mo-Cu材料的性能和应用[J].金属功能材料,2002,9(2:26-29.[4]张兵,袁守谦,王训宏等,金属基电子封装复合材料的研究进展[J].稀有金属,2006,30(增刊:90-95.[5]吕大铭.钼铜材料的开发和应用[J].粉末冶金工业,2000,10(6:30-33.[6]DurstG.ANewDevelopmentinMetal[J].CladdingofMetals,1956,6(2:1-4.[7]朱爱辉,王快社,张兵.电子封装用Cu/Mo/Cu复合材料的工艺研究[J].稀有金属快报,2006,25(7:35-39.[8]魏伟,史庆南.铜/钢双金属板异步轧制复合原理研究[J].稀有金属,2001,25(4:307.[9]郑远谋.爆炸焊接和金属复合材料[J].复合材料学报,1996,16(1:14-21.[10]刘斌,白培康,程军,卜昭献.钼/铜复合材料快速成型制备工艺研究[J].中北大学学报（自然科学版）,2021,30(1:85-89.[11]王莎,王快社,张兵,郭韡.退火温度对Cu/Mo/Cu轧制复合板微观组织和力学性能的影响[J],北京：稀有金属，2021,3：447-450.[12]周俊,王志法,崔大田,吴化波.Cu/Mo/Cu电子封装材料中Mo的分层问题[J].中国钼业,2007,31(5:54-56.[13]姜国圣,王志法,何平,王海山.表面处理方式对铜钼铜复合材料界面结合效果的影响[J].稀有金属,2005,29(1:6-10.实验四光开关特性测量一.实验目的了解光开关的工作原理和内部结构。学习光开关的使用方法。二.实验原理光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。端口是指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用。根据其工作原理，光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关靠光纤或光学元件移动，使光路发生改变。它的优点是：插入损耗较低，一般不大于2dB；隔离度高，一般大于45dB；不受偏振和波长的影响。不足之处是：开关时间较长一般为毫秒数量级，有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。机械式光开关又可细分为移动光纤，移动反光镜，移动耦合器等种类。非机械式光开关则依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率，使光路发生改变。这类开关的优点是：开关时间短，达到毫微妙数量级甚至更低；体积小，便于集成。不足之处是插入损耗大，隔离度低。本实验所用的光开关属于机械式中的移动反射镜2X2类型。其外形如图4.1所示，结构示意图如图4.2所示。图4.1光开关的外形图球面镜光纤12球面镜光纤12341234DC5V（b）图4.2光开关的结构示意图这种光开关有四个输出端口，还有控制光路转换用的连接电源的正、负两个电极。在这种移动反射镜型光开关中，输入输出端口的光纤都是固定的，球面镜置于受外电场控制的旋转器上。它依靠旋转球面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。当光开关不接DC5V电压时，球面镜的位置如图4.2（a）中所示。此时，端口1与2、3与4接通。当光开关接上DC5V电压时，球面镜旋转90º，此时，端口1与3、2与4接通。因此，通过此光开关可以达到光路切换的目的。三.实验设备AV38124A1.55μm单模调制光源AV38121A1.31μm单模调制光源AV2498光纤多用表2X2光开关一条2kM的光纤链路和一条10kM的光纤链路光时域反射计（OTDR）直流稳压稳流电源四.实验步骤1.按图4.3将各设备连接起来。2kM的光纤链路和10kM的光纤链路分别通过光纤活动连接器与光开关的端口1、4连接起来。光开关的端口2也通过光纤活动连接器接入OTDR的光输出端。图4.3光开关与OTDR组合测试图光开关工作电压电流的调整。光开关的工作电压为DC4.6V～6.0V，工作电流为DC36mA～48mA。光开关的两电极先不接上稳压电源，调节稳压电源的输出电压：首先将稳流调节旋钮旋钮顺时针调到最大，然后打开稳压源的电源开关，调节电压调节旋钮，使输出直流电压到约5V左右。再反时针将稳流调节旋钮调到最小，光开关的正、负电极分别与直流稳压电源的正、负极相接，并顺时针调节稳流调节旋钮到约40mA左右。注意：供给电压、电流不能超过光开关要求的工作电压、电流范围。否则会损坏光开关。光开关的直流电源先不接通，打开OTDR的电源。调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见10kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口1、2是连通的，并且可以双向传输光信号。（为什么？）关闭“START/STOP”键，OTDR停止发出激光，接通光开关的直流电源，调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见2kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口4、2是连通的，并且可以双向传输光信号。将OTDR接到光开关的端口3，重复步骤（3）、（4）。类似可以证明光开关不接电源时，端口4、3接通；接上电源后，端口4、2通。因此，实验证明：光开关不接DC5V电源时，端口1和2、4和3相通；接上DC5V电源后，端口1和3，4和2相通。再测试光开关各通道对1.55μmLD光源和1.31μmLD光源的插入损耗，请将下面的测试数据填入表4-1中。用光纤多用表分别测出1.55μmLD光源和1.31μmLD光源的输出光功率P0。按图4.3将1.31μmLD光源、1.55μmLD光源、光开关、光纤多用表和直流稳压稳流电源连接起来。1.31μmLD光源接光开关的端口1，1.55μmLD光源接光开关的端口4。光开关先不接通DC5V电源，此时端口1和2、4和3相通，用光纤多用表在端口2和端口4分别测出输出光功率P1-2、P4-3，从而测出光开关端口1-2对1.31μmLD光源、光开关端口4-3对1.55μmLD光源的插入损耗A1-2、A4-3。光开关接上DC5V电源，此时端口1和3、4和2相通，类似用光纤多用表在端口2和端口4分别测出光开关端口1-3对1.31μmLD光源、光开关端口4-2对1.55μmLD光源的插入损耗A1-3、A1-4。10．断开光开关的DC5V电源，交换1.31μmLD光源、1.55μmLD光源的位置，即1.55μmLD光源接光开关的端口1，1.31μmLD光源接光开关的端口4，用类似方法测出光开关端口1-2、1-3对1.55μmLD光源、光开关端口4-2、4-3对1.31μmLD光源的插入损耗。五.实验报告1．测试光开关各通道的插入损耗时的相关结果填入表4-1中。2.为什么用OTDR测出光纤链路的特性曲线，就说明这两个端口可以双向传输光信号？如果要将一路光信号分时传输给两个不同的目标，或者一个探测器要分时检测两路光信号，应该将它们如何连接？对测试结果进行分析。图4.3光开关插入损耗测试图表4-1光开关各通道插入损耗测试数据表次数输出一次二次入口接1.31μm光源入口接1.55μm光源入口接1.55μm光源入口接1.31μm光源光功率的输出（dBm）P0P1-2P1-3P4-2P4-3插入损耗（dB）A1-2A1-3A4-2A4-3平均插入损耗(dB)1-21-34-24-31.31μm1.55μm物质结构与性质分析--液固界面接触角测量实验报告一、实验目的1、了解固体表面的润湿过程与接触角的含义与应用2、了解接触角的常用测量方法，掌握该实验中用到的量高法与量角法的原理3、掌握JC2000C1接触角测量仪的使用方法4、分析实验数据误差的来源与影响接触角的因素二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即：γSV-γSL=γLV·cosθ(1式中γSV，γLV，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在防腐、减阻、矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同,可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率,可分为静态接触角、动态接触角(又分前进接触角和后退接触角和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法、Wilhemly板法、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。量高法的测量原理：当1滴液体的体积小于6µL时，可忽略地球引力对其形状的影响，认为液滴呈标准圆的一部。如图3所示，只要测量液滴在固体表面上的高度h以及与固体接触面的直径2r，就可用式(2计算出接触角。（2）图3量高法测接触角量角法的测量原理：1将等腰直角量角器的a、b两边下移，直到使角量角器的a、b两边分别和液滴相切；2然后继续垂直下移等腰量角器，直到量角器的顶点和液滴边缘相交于点C，从而确定液滴的最高点C的坐标；3最后绕着C点逆时针转动，转动δ角度，直到a边和液滴一气体一材料三相交点A相交时，如图4所示，即可求出θ。θ=2β，又因为β=δ+45º，所以有θ=90º+2δ，只要知道量角器AC边转过的角度，就可以计算出接触角θ。当接触角θ>90。时，量角器的AC边逆时针旋转，取正值，当接触角θ<90。时，量角器的AC边顺时针旋转，取负值。图3量角法测接触角本实验所用的仪器JC2000C1接触角测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。三、仪器与材料仪器：JC2000C1接触角测量仪实验材料：玻璃表面四、实验要求每个基底，在6个不同位置测量，每个位置测量1次，每次测量用直接测量法，量角法，量高法获得接触角数据。五、实验步骤(1开机。将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。(2调焦。将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到0.7倍（测小液滴接触角时通常调到2倍～2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。(3加入样品。可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液体。测接触角一般用0.6μL～1.0μL的样品量最佳。这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。(4接样。旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。(5冻结图象。点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击File菜单中的Saveas将图象保存在文件夹中。接样后要在20s（最好10s）内冻结图像。(6量角法。点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。这时图象上出现一个由两直线交叉45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端，再利用键盘上<和>键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。(7量高法。点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。六、结果与讨论1、通过JC2000C1接触角测量仪得到玻璃基底六个不同位置的六张冻结图像：图一图二图三图四图五图六2、同一个基底，不同位置和不同方法的接触角数据：玻璃基底测量方法θ1θ2θ3θ4θ5θ6θ平均直接测量法34.040.241.738.1量角法35.543.546.539.543．546.042.4量高法34.7538.8841.4536.5542.1741.9539.29从上述结果可知，几组数据间并无直接相关联系，数据的差异也无规律可循且相差较大。这是由于固体表面的润湿现象,受到多种难以控制,而对接触角又是十分敏感的因素的影响（如表面粘污、固体的前处理过程以及滞后现象等）,往往重现性不高，测量误差也比较大。固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等都会影响实验的结果。在实验操作过程中，液体在基底上形成的液滴的大小对接触角的测量有较大的影响。采用量高法和量角法测定接触角的操作过程中实验操作者在判断位置时也会产生误差。总之，0.6～1.0ul的样品量都是最佳的，液滴太小受挥发影响过大，液滴太大则重力因素显著；尽量保持一致。测试液滴不应自由落体滴落在固体表面，而应该上升样品平台，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。尽量采用不同的方法，多测几次取平均值。实训十八晶体管开关特性、限幅器与箝位器一、实训目的二、实训电路三、实训设备与器件序号名称型号与规格数量备注双踪示波器1台自备直流稳压电源＋5V、＋12V各1路实训台直流可调稳压电源0～30V1路实训台信号发生器1个实训台频率计1个实训台直流电压表1只实训台二极管1N4007、1N4148各1只DDZ-21三极管3DG6、3DG12各1只DDZ-21电阻300、1k、1.5k、2k、4.7k、5.1k、10k各1个DDZ-21电阻1k1个电容0.1uF1只DDZ-21电容30pF、300pF各1只四、实训内容与步骤五、实训总结在二极管箝位器和限幅器中，若将二极管的极性及偏压的极性反接，输出波形会出现什么变化？实验四光开关特性测量一.实验目的了解光开关的工作原理和内部结构。学习光开关的使用方法。二.实验原理光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。端口是指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用。根据其工作原理，光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关靠光纤或光学元件移动，使光路发生改变。它的优点是：插入损耗较低，一般不大于2dB；隔离度高，一般大于45dB；不受偏振和波长的影响。不足之处是：开关时间较长一般为毫秒数量级，有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。机械式光开关又可细分为移动光纤，移动反光镜，移动耦合器等种类。非机械式光开关则依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率，使光路发生改变。这类开关的优点是：开关时间短，达到毫微妙数量级甚至更低；体积小，便于集成。不足之处是插入损耗大，隔离度低。本实验所用的光开关属于机械式中的移动反射镜2X2类型。其外形如图4.1所示，结构示意图如图4.2所示。图4.1光开关的外形图球面镜光纤12球面镜光纤12341234DC5V（b）图4.2光开关的结构示意图这种光开关有四个输出端口，还有控制光路转换用的连接电源的正、负两个电极。在这种移动反射镜型光开关中，输入输出端口的光纤都是固定的，球面镜置于受外电场控制的旋转器上。它依靠旋转球面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。当光开关不接DC5V电压时，球面镜的位置如图4.2（a）中所示。此时，端口1与2、3与4接通。当光开关接上DC5V电压时，球面镜旋转90º，此时，端口1与3、2与4接通。因此，通过此光开关可以达到光路切换的目的。三.实验设备AV38124A1.55μm单模调制光源AV38121A1.31μm单模调制光源AV2498光纤多用表2X2光开关一条2kM的光纤链路和一条10kM的光纤链路光时域反射计（OTDR）直流稳压稳流电源四.实验步骤1.按图4.3将各设备连接起来。2kM的光纤链路和10kM的光纤链路分别通过光纤活动连接器与光开关的端口1、4连接起来。光开关的端口2也通过光纤活动连接器接入OTDR的光输出端。图4.3光开关与OTDR组合测试图光开关工作电压电流的调整。光开关的工作电压为DC4.6V～6.0V，工作电流为DC36mA～48mA。光开关的两电极先不接上稳压电源，调节稳压电源的输出电压：首先将稳流调节旋钮旋钮顺时针调到最大，然后打开稳压源的电源开关，调节电压调节旋钮，使输出直流电压到约5V左右。再反时针将稳流调节旋钮调到最小，光开关的正、负电极分别与直流稳压电源的正、负极相接，并顺时针调节稳流调节旋钮到约40mA左右。注意：供给电压、电流不能超过光开关要求的工作电压、电流范围。否则会损坏光开关。光开关的直流电源先不接通，打开OTDR的电源。调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见10kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口1、2是连通的，并且可以双向传输光信号。（为什么？）关闭“START/STOP”键，OTDR停止发出激光，接通光开关的直流电源，调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见2kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口4、2是连通的，并且可以双向传输光信号。将OTDR接到光开关的端口3，重复步骤（3）、（4）。类似可以证明光开关不接电源时，端口4、3接通；接上电源后，端口4、2通。因此，实验证明：光开关不接DC5V电源时，端口1和2、4和3相通；接上DC5V电源后，端口1和3，4和2相通。再测试光开关各通道对1.55μmLD光源和1.31μmLD光源的插入损耗，请将下面的测试数据填入表4-1中。用光纤多用表分别测出1.55μmLD光源和1.31μmLD光源的输出光功率P0。按图4.3将1.31μmLD光源、1.55μmLD光源、光开关、光纤多用表和直流稳压稳流电源连接起来。1.31μmLD光源接光开关的端口1，1.55μmLD光源接光开关的端口4。光开关先不接通DC5V电源，此时端口1和2、4和3相通，用光纤多用表在端口2和端口4分别测出输出光功率P1-2、P4-3，从而测出光开关端口1-2对1.31μmLD光源、光开关端口4-3对1.55μmLD光源的插入损耗A1-2、A4-3。光开关接上DC5V电源，此时端口1和3、4和2相通，类似用光纤多用表在端口2和端口4分别测出光开关端口1-3对1.31μmLD光源、光开关端口4-2对1.55μmLD光源的插入损耗A1-3、A1-4。10．断开光开关的DC5V电源，交换1.31μmLD光源、1.55μmLD光源的位置，即1.55μmLD光源接光开关的端口1，1.31μmLD光源接光开关的端口4，用类似方法测出光开关端口1-2、1-3对1.55μmLD光源、光开关端口4-2、4-3对1.31μmLD光源的插入损耗。五.实验报告1．测试光开关各通道的插入损耗时的相关结果填入表4-1中。2.为什么用OTDR测出光纤链路的特性曲线，就说明这两个端口可以双向传输光信号？如果要将一路光信号分时传输给两个不同的目标，或者一个探测器要分时检测两路光信号，应该将它们如何连接？对测试结果进行分析。图4.3光开关插入损耗测试图表4-1光开关各通道插入损耗测试数据表次数输出一次二次入口接1.31μm光源入口接1.55μm光源入口接1.55μm光源入口接1.31μm光源光功率的输出（dBm）P0P1-2P1-3P4-2P4-3插入损耗（dB）A1-2A1-3A4-2A4-3平均插入损耗(dB)1-21-34-24-31.31μm1.55μm开关机械特性测试仪产品型号：GKC-B4BY2501BY2502主要用途：适用于进口、国产各厂家多油、少油、SF6、真空等高压断路器机械特性测试。亦适用于电磁动作类电器（如接触器、继电器等）的时间测试。主要特点：GKC-B4型高压开关测试仪是我公司为适应现场测试高压开关动作特性的需要，开发研制的专用仪器。它以单片机为核心进行采样，处理和输出，其主要特点是采用汉字提示以人机对话的方式操作，汉字显示结果并打印输出，具有智能化、功能多、数据准确、抗干扰性强、操作简单、体积小、重量轻、外观美等优点，适用于各种户内、户外少油、多油开关、真空开关、六氟化硫开关的动特性测试。仪器内置直流操作电源，并可灵活选用外操作电源或外同步触发。大屏幕液晶显示，可预置典型开关速度定义；可切换时间波形图显示1路分合命令，12路时间跳变；S-T图形显示分合闸运动曲线，并可动态分析、计算；V-S曲线直观观察运动速度；I-T曲线观察电磁铁动作过程。微机打印机打印数据留存。仪器可保存255条测试记录，并可与计算机通讯，数据管理软件可分析、校正、打印输出测试报告。附件箱配置0.1mm、1mm线性、1度角光电辅助接点等传感器，及测试线、测速安装架等全套附配件。技术参数：产品别称：GKC-B4高压开关机械特性测试仪、开关动特性测试仪、开关机械特性测试仪、高压开关综合测试仪、断路器动特性测试仪、断路器机械特性测试仪、断路器综合测试仪、高压开关时间特性测试仪、高压开关特性测试仪、开关特性测试仪、断路器测试仪、开关机械特性测试仪、开关参数测试仪技术参数： ●最大测量速度：10m/s测量误差：0.01m/s●最大行程：600mm测量误差：1mm或0.5mm●最大时间：999.0ms测量误差：0.1ms请关注我们的新产品动向.我们公司的新开关机械特性测试仪，都已经通过大部分电力公司的试用和检测.得到了他们的认可和信赖。请用户放心使用本公司产品。

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彭先生

网站:驻波比测试仪的使用天线输入阻抗和馈线的特性阻抗不一致时,产生的反射波和入射波(频率相同,方向相反在馈线上叠加形成驻波,其波峰值与波谷值之比就是电压驻波比,它是检验馈线传输效率的依据,要求电压驻波比小于1.4~1.5,在工作频点的电压驻波比小于1.2。电压驻波比过大,将缩短通信距离,而且反射功率将返回发射机功放部分,容易烧坏功放管,影响通信系统正常工作。入射行波反射行波驻波ViVoVi+VoVi-Vo驻波Visin(t+xVosin(-t+xVisin(t+x+Vosin(-t+x驻波Vi+VoVi-VoVisin(t+x+Vosin(-t+x=(Vi+Vocostsinx+(Vi-Vosintcosx为了便于分析,我们考虑特殊情况if:Vi=Vo=1;原式=2costsinx1、t为常量时,表示在馈线中某一刻的电压值按正弦分布2、x为常量时,表示在馈线中某一点的电压值按余弦变化3、驻波的包络线为±2sinx波峰为2,即:Vi+Vo,当x=(2n+1λ/4时波谷为0,即:Vi-Vo,当x=nλ/2时4、电压驻波比:(Vi+Vo/(Vi-Vo=2/0=无穷大BIRD驻波比测试仪基本组成a.电源:(包括充电器、电池等b.信源:(射频信号发生仪c.测量单元:(射频信号测量仪d.显示及操作系统:(显示屏和操作菜单、按键等2.BIRD驻波比测试仪原理(1电源信源测量单元显示及操作系统双工器天线Vi2.BIRD驻波比测试仪原理(2电源信源测量单元显示系统双工器天线2.BIRD驻波比测试仪原理(3电源信源测量单元显示系统双工器天线Vo2.BIRD驻波比测试仪原理(4电源信源测量单元显示系统双工器天线ViVo2.BIRD驻波比测试仪原理(4电源信源测量单元显示系统双工器天线Vi+VoVi-VoVSWR=ViVo3.影响测试结果的因素电源信源测量单元显示系统双工器天线Vi+VoVi-VoVSWR=ViVo3.影响测试结果的因素电源信源测量单元显示系统双工器天线ViVo信源的稳定:1、电源的稳定2、信源的预热Vi+VoVi-VoVSWR=3.影响测试结果的因素电源信源测量单元显示系统双工器天线ViVoVi+VoVi-VoVSWR=测量的精确:1、测量单元的灵敏度2、中间接头的匹配度3、馈线的损耗(驻波比可以表示为:SWR=(√Po+√Pr/(√Po-√Pr原本天线的驻波比为1.92(反射功率百分比为10%,现在加上一段cable衰减量为3dB。假设射频信号仪的发射功率为10W。则经由cable传到天线的输入端时只剩下5W。然后反射10%(即0.5W。再经由cable送回来,只剩下0.25W。所以驻波比仪量到的是:输入10W,反射0.25W。反射功率百分比为2.5%,即:SWR=1.03。驻波比测试仪的使用(1.BIRD驻波比测试仪自校准注:每次开机后都要自较准,自校准前测试仪要预热几分钟!A.按仪器右上角的开机键,自检过后进入主菜单屏幕。在MeasureMatch模式中,按Config键进入设置菜单后,按Freq对应的按键即可设置起始、截止频率值,按ENTER键确认。注意正确选择频率范围:GSM900为890-960MHz,GSM1800为1710-1880MHz,CDMA为825-880MHz。驻波比测试仪的使用(1.BIRD驻波比测试仪自校准B.确定校准频率范围后,按Calibrate键进入校准模式。a依次连接开路器,短路器和负载到测试口,分别按下“Open”、“Short”、“Load”对应的按键。在每次选择后,屏幕上出现“done”信息时才能进行下一项校准。b三项校准完成之后,按CalDone对应的按键结束本次校准。驻波比测试仪的使用(2.BIRD驻波比测试仪的测试进行驻波比值的测试a将被测试天馈系统的跳线头连接到自校准好的BIRD驻波比测试仪的测试口,观察所显示的波形。b按Mode键进入模式菜单后,可按MeasureMatch对应的按键进入MeasureMatch模式进行全频带测量。c在MeasureMatch模式下,按Marker键进入标记菜单。按任一标记所对应的按键激活该标记,即可按左右选择键得到对应于该标记参数的驻波比测量值,也可按上下选择键得到整个频率范围内驻波比的最大值和最小值。驻波比测试仪的使用(2.BIRD驻波比测试仪的测试进行驻波比值的测试d在MeasureMatch模式下,按Save/Recall标记所对应的按键激活该标记,即可保存/读取驻波比测量任务。e在MeasureMatch模式下,按AutoScale标记所对应的按键,可自动调整VSWR坐标轴的范围。f在MeasureMatch模式下,按Print标记所对应的按键可打印当前驻波比测量任务,此时测试仪要连接HPDeskJet340打印机。g按Mode键进入模式菜单后,可按FaultLocation对应的按键进入FaultLocation模式进行故障点定位。驻波比测试仪的校验设备名称:SiteAnalyzer型号规格:SA-2500A制造者:BIRD出厂编号:01352229证书编号:WD2006035检定时间:2006-03-09检定单位:中国电子科技集团公司第三十八研究所计量测试中心(信息产业部电子305计量站频率(MHz标准失配器S=1.10标准失配器S=1.50标准失配器S=2.00标准值测试值标准值测试值标准值测试值8001.0931.091.4941.501.9712.0010001.0921.091.4921.461.9671.9711001.0921.081.4921.491.9661.9012001.0911.081.4901.461.9631.9413001.0921.081.4901.481.9621.9414001.0911.081.4901.481.9601.9315001.0911.081.4891.471.9581.8916001.0911.081.4881.451.9561.9217001.0911.081.4871.471.9541.9418001.0911.091.4861.471.9511.9219001.0911.091.4861.471.9491.9720001.0911.091.4851.491.9481.9521001.0911.091.4851.481.9451.9422001.0921.091.4841.481.9441.9423001.0921.091.4841.481.9431.9424001.0921.091.4831.481.9401.9425001.0921.091.4831.481.9401.945.BIRD驻波比测试仪的校验检定结论：所检项目合格注意事项：1、失配器S=1.5，800MHz～1000MHz谷底：910MHZ，VSWR=1.45，标准值：1.492、失配器S=2.0，800MHz～1000MHz谷底：910MHZ，VSWR=1.89，标准值：1.971. 引言/Introduction此文件描述一般开关电源供应器的测试仪器及其特性。Thisdocumentdescribesgeneralequipmentusedinswitchingpowersupplytestingandtheircharacteristics.-示波器/Oscilloscope.-电压探头/Voltageprobe.-交流电流探头/ACcurrentprobe.-数字式电压表/DVM.-有效值表/RMSmeter.-功率表/Powermeter.-温度测量表/Temperaturemeasurement.-电子负载/Electronicload.-交流电源/ACsource.-台式直流电源/BenchtopDCpowersupply.2. 示波器/Oscilloscope是用来显示一个或多个随时间快速变化的电量的设备。这个电量通常是指开关电源测试中的电压或电流。大多数示波器是用CRT(阴极射线管)显示的﹐数字存储型示波器也有用液晶显示的。Aninstrumentthatproduceavisibleimageofoneormorerapidlyvaryingelectricalquantitieswithrespecttotime.Thequantitiesareusuallyavoltageorcurrentinswitchingpowersupplytesting.ThemostusualtypeofoscilloscopeuseCRT(cathoderaytube)display,LCDdisplayisalsoavailablefordigitalstoragetype.2.1 示波器类型/Typeofoscilloscope模拟示波器﹕不能存储。水平扫描是在示波器内部产生的(除用XY模式)。射线束在垂直方向的位置﹐随CH1或CH2的输入信号而变化。Analogscope:Nostorage.Thehorizontalsweepisgeneratedinternallyintheoscilloscope(exceptinXYmode).TheverticalpositionofbeamonthedisplaywillvaryaccordingtheinputsignaltoVERT(CH1orCH2).数字存储示波器﹐矢量显示(Tektronix2232)﹕对于非存储模式﹐类似仿真示波器。对于存储模式﹐首先﹐输入信号经模/数转换并存储在存储器中﹐存储后的信号再经数/模转换﹐然后调整光束的垂直位置。这种类型的示波器现在已经逐步被淘汰。Digitalstoragescope,vectordisplay,(Tektronix2232):﹐Innon-storemode,thiskindofscopeissameasananalogscope.Instoragemode,theinputsignaltoVERTisfirstconvertedwithA/Dandstoredinmemory,thenthecontentofthememorywillbeconvertedbacktoanalogsignalwithD/Aandmodulatetheverticalpositionofthebeam.Thistypeofscopeisphasingoutnow.数字存储示波器﹐监控显示(TektronixTDS3012)﹕这种显示是监控显示(类似计算机显示)。首先﹐输入信号必须由模/数转换并存储在存储器中。这类示波器没有类似仿真示波器的功能。Digitalstoragescope,monitordisplay(TektronixTDS3012):Thedisplayisamonitordisplay(similartocomputerdisplay).TheinputsignalmustbeconvertedwithA/Dandstoredinmemoryfirst.Thiskindofscopecannotfunctionasananalogscope.2.2 重要的控制/Importantcontrol垂直/Vertical.垂直增益(伏/格)/Verticalgain(V/div).垂直位置/Verticalposition直流耦合/DCcoupling交流耦合/ACcoupling水平/Horizontal时间/格/Time/div.水平位置/Horizontalposition.触发/Trigger为了使波形的起点在每个屏幕的位置相同﹐使用触发是必要的﹐否则不能显示稳定的波形。Tiggerisrequiredsothatthestartpointofthewaveformoneveryscreenisthesame,otherwisenostablewaveformcanbeseenonthedisplay.源﹕CH1,CH2,Line等。/Source:CH1,CH2,Line,Ext.电平/Level.沿﹕+-。/Slope:+-.偶合﹕直流﹐交流﹐高频滤除﹐TV。/Coupling:DC,AC,HFRej,TV.触发延迟时间。/Triggerholdtime.2.3 使用注意事项/Precautioninuse.接地问题/Earthingproblem.通常﹐示波器的地是与安全地相连﹐而测试电路中的地对于对安全地来说是必需浮动的。Ingeneral,thescopegroundisconnectedtosafetyearth,whilethegroundofcircuitundertestshallbefloatingwithrespecttosafetyearth.示波器的地不能接到任何高压变动的一端。Scopegroundshallnotbeconnectedtoanynodewithhighvoltageswing.测量两个变动端之间的电压波形(例如﹐前置转换整流器)﹐必须用相减的方法﹐例如CH1-CH2。Tomeasurethevoltagewaveformacross2swingingnode(e.g.forwardconverterrectifier),differentialmethodshallbeused,i.e.CH1-CH2.如果测试电路是浮动的﹐示波器的地也可以接到除地以外的其它直流电平处。然而﹐两个探头的地不可以接到两个非隔离的不同直流电平的地方。ScopegroundmaybeconnectedtootherDClevelinthecircuitotherthangroundprovidedthecircuitundertestisfloating.However,2probegroundmustnotbeconnectedto2differentnon-isolatedDClevel.数字示波器问题/Digitalscopeproblem数字示波器不是很适合测量纹波。模拟示波器的亮度调节可以让你区分100HZ的纹波﹐开关纹波及尖峰。对于数字示波器﹐如果尖峰很高﹕在取样模式中﹐尖峰会被显示成随机幅度的尖峰。在峰值检测模式中﹐其它纹波成份会被掩盖。Digitaloscilloscopeisnotverysuitableforripplemeasurement.Theintensitymodulationinanalogscopeletyoudistinguish100Hzripple,switchingripple,andspike.Indigitalscope,ifthespikeishigh:Insampleacquisitionmode,itwillbeshownasrandomamplitudespikes.Inpeak-detectmode,itwillmaskallotherripplecomponent.TDS340每个屏幕取500个样。很多细节会在取样模式中丢失。对于有尖峰的波形﹐尖峰的幅度是随机的﹐并且在连波中会不同的。TDS340captures500samplesperscreen.Manydetailsmaybelostinsampleacquisitionmode.Forwaveformwithspkies,themagnitudeofspikewillberandomanddifferentonconsecutivewaveform.TDS3012/3014每个屏幕取样10,000个。TDS340中对于有尖峰的波形﹐尖峰的幅度会更加稳定。如果尖峰幅度依然变化﹐尖峰的宽度必定很窄﹐水平时间/格必须设定很快才能得到其稳定的尖峰幅度。TDS3012/3014capture10,000samplesperscreen.Forwaveformwithspikes,themagnitudeofspikewillbemuchmoreconsistentthanwithTDS340.Ifthespikeamplitudeisstillvaryingbetweenwaveforms,thenthespikewidthmustbeverynarrow,thehorizontaltime/divshallbesetfastertoobtainconsistentspikeamplitude.3. 电压探头/Voltageprobe3.1 电压探头的类型/TypeofvoltageprobeX1探头﹕没有衰减﹐输入阻抗跟示波器输入阻抗一样(通常是1兆欧)。由于对测试电路有很大的负载影响﹐所以很少使用这种探头。X1probe:noattenuation,inputimpedancefollowthatofscopeinputimpedance(usually1Mohm).Thistypeofprobeisseldomusedbecauseofheavyloadingeffectoncircuitundertest.X10探头﹕衰减10倍﹐当使用的示波器的输入阻抗为1兆欧其输入阻抗为10兆欧﹐输入电容大约为13pF。对直流和低频输入电压的峰值上限为600伏。X10probe:attenuationof10:1,inputimpedance10Mohmwhenusedwithascopeof1Mohminputimpedance,inputcapacitancearound13pF.Inputvoltagepeaklimitedto600VforDCandlowfrequency.X100探头﹕例如TektronixP6009﹐衰减100倍﹐当使用的示波器的输入阻抗为1兆欧其输入阻抗为10兆欧﹐输入电容约为2.5pF。对直流和低频输入电压的峰值上限为1500伏。X100probe:e.g.TektronixP6009,attenuationof100:1,inputimpedance10Mohmwhenusedwit