杭州电子科技大学测试技术及传感器实验报告

测试技术与传感器试验报告班 级：学 号：姓 名：202312月日试验一试验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作状况。试验预备：预习试验仪器和设备：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、应变片、电压表。试验原理：当电桥平衡〔或调整到平衡〕时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。试验留意事项：4V2V过程中指示溢出则改为20V档，接线过程留意电源不能短接。试验时位移起始点不愿定在10mm处，可依据实际状况而定。为确保试验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个试验过程中不能转变。试验内容：观看双平行梁上的应变片、测微头的位置，每一应变片在传感器试验操作台上有引出插座。将差动放大器调零。方法是用导线将差动放大器正负输入端相连并与地端连接起来，头指为示零。关闭主副电源。RXRXRXRXR1R2rcW1 电桥 W2r10W1W222k+4VrR1RxAVW1RR-4V23图1 仪器上的电桥模块及单臂电桥接线图10mm微头上下移动至双平行梁处于水平位置〔目测〕，测微头与梁的接触严密。将直流稳压电源开关打到4V档，翻开主副电源，预热数分钟，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零。调零时逐步将电压表量程20V2V旋动测微头，登记梁端位移与电压表的数值，每一圈0.5mm记一个数值。依据所得结果计算系统灵敏度S，并作出V一X关系曲线。SV ，其中V为电压变化，X为相X应的梁端位移变化。按最小二乘法求出拟合直线，并求线性度误差，最终依据拟合直线求灵敏度。在最大位移处，以每0.5mm减至原始值，记录反行程下的示值，依据所得结果算出滞后误差r 。120100124120100124109124109/ 8094958081压电6066526753V1V240200392640271130130 2 4 6810121416位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5电压〔mV〕正行程013274053678195109124电压〔mV〕反行程113263952668094109124V-X140依据最小二乘法拟合，用matlabV27.76X276.9〔6〕由于图形呈线性关系，所以灵敏度S=(124-0)/(14.5-10)=2705mv/mm；〔8〕最大误差为1mm；所以滞后误差为r=1/124*100%=0.8%；思考题：1．本试验电路对直流稳压源、差动放大器有何要求？它们对输出结果影响怎样？直流稳压源输出稳定，差动放大器要调零。由于直流稳压源的输出和差动放大器都会影响电压表的示数，假设直流稳压源和差动放大器不符合要求，那么R 的变化将不能通过电压表的示数变化反映出来，起到了干扰试验4的作用。二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较试验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能。试验预备：预习试验仪器和设备：直流稳压电源、差动放大器、电桥、应变片、电压表、测微头试验原理：当电桥平衡〔或调整到平衡〕时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。试验留意事项：4V2V在连线和更换应变片时应将直流稳压电源关闭。在试验过程中如有觉察电压表过载，应将量程扩大。在本试验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。接全桥时请留意区分各应变片的工作状态与方向，不得接错。试验内容：〔1〕 按单臂电桥试验中的方法将差动放大器调零。+4V+4VrR1R4VW1R2R3–4V图2 全桥电路(2)2R4

r为应变片，其余为固定电阻，

及W为调平衡网络。1调整测微头使双平行梁处于水平位置〔目测〕，4V档。选择适当的放大增益。然后调整电桥平衡电位器，使电压表示零〔需预热几分钟表头才能稳定下来〕。位移〔mm〕1010.511位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5电压〔mV〕013274053678195109124位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5电压〔mV〕0275581107134160186210236位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.514位移〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5电压〔mV〕055109162215270321378425482在同一坐标纸上描出三根X一V曲线，比较三种接法的灵敏度，并分析试验结果：V-XV-X600500v400m300电482425378321270200215110236V1V2V3100010910349124162160024680124010 121416由图中的斜率可以知道V3的斜率最大，由灵敏度的定义可知道全桥的灵敏度最高，半桥的灵敏度次之，单臂电桥的灵敏度最低。五、思考题XV一种线性最好？对实际结果是否符合理论状况作出具体分析。4依据最小二乘法拟合直线，得到线性化方程：单臂〔R 为应变片〕：V27.76X276.94线性误差 L1

LmaxY

3.62100%=122100%=2.97%FS半桥〔RR为应变片〕：V49.467X493.4673 4线性误差L2

LY

max

1.34100%=224100%=0.60%全桥〔RRR1 2 3

FSR都为应变片〕：V99.694X996.1764线性误差L3

LY

max

1.76100%=450100%=0.39%FS通过上述比较所得，线性度：单臂<半桥<全桥，与理论上全都试验二应变片与沟通电桥、应变片电桥的应用一、相敏检波器、移相器试验试验目的：了解相敏检波器的原理和工作状况。试验预备：预习双踪示波器试验原理：相敏检波利用参考端电压的极性不同，导致输入输出相位发生转变的原理。试验留意事项：参考输入端1〔DC〕与参考输入端5〔AC〕不能同时接线。由于作为电子开3DJ7H试验内容：把音频振荡器的输出电压〔0°输出端〕接至相敏检波器的输入端4。1〔DC〕。参考输入端也称相敏检波器的把握端，把握信号是直流时，接1，沟通时接5。1〔DC〕。参考输入端也称相敏检波器的把握端，把握信号是直流时，接1，沟通时接5。R30K4W151K4R30KA13R2.2K6153IN5A2场效应管45ACOUT6R30K12R22KDC2123图3 相敏检波器把示波器的两根输入线分别接到相敏检波器的输入端和输出端，观看输入和输出波形的相位关系和幅值关系。转变参考输入端1的电压极性，观看输入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，输入与输出同 相，当参考电压为负时，输入与输出反 相，此电路的放大倍数为1 倍。从音频振荡器的0°输出插口输出信号再接一根线至移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端5〔AC〕之间连接起来，此时应断开参考输入端1的连线。保持原相敏检波器的信号输入端与音频振荡器0°输出插口的连接。将示波器的两根输入线分别连到相敏检波器输入端和参考输入端5，调整移相器，使两个信号同相位。再将接相敏检波器参考输入端5的示波器的探头移至相敏检波器输出端，观看示波器上的两个波形。由此得出：相敏检波器和移相器组合整形电路的作用是将输入的 全波转变成半波。将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接起来，低通滤器的输出端接至电压表的输入端〔20V〕。适当调整音频振荡器的幅度，认真观看示波器的波形和电压表读数变化，然后将相敏检波器的输入端接到音频振荡器的180°输出插口，保持移相器接0°不变，观看示器波的波形和电压表数字变化。由此可以看出当相敏捡波器的输入与把握信〔参考输入端5信号〕 〔同反〕相时输出为正极性的 半 波形电压表指示为 正 极性方向的最大值反之则输出为 负极性的 半波形电压表指示为 负极性的最 大值当音频振荡器的幅值增大时波形幅值变大 电压表读数变大 所以相敏检波器移相器、低通滤波器组合后可用来测量沟通信号的幅值。转变音频振荡器的频率，觉察信号间相位 移动 ，输出波形也发生移动 ，此时要重调整移相器才能使信号间相位全都。Vip-p〔V〕0．5Vip-p〔V〕0．5Vo〔V〕0.2710.5421.2442.4385.03Vip-pVip-p〔V〕0．5Vo〔V〕-0.261-0.532-1.254-2.448-5.02思考题1．当相敏检波器输入为直流时，输出波形如何？其平均值为多少？为直线，平均值就为波形的幅值。二、金属箔式应变片——沟通全桥试验目的：了解沟通供电的四臂应变片电桥的工作原理、特点及其应用。试验预备：预习试验仪器和设备：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、砝码、示波器。试验原理：工作原理同直流电桥，但供桥电源为沟通，差放的输出值也为沟通电压。试验留意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz左右，幅度适中，电压表打到2V档，差动放大器增益旋至中位。其它还须留意的事项有：本试验也可用示波器观看各环节的波形。组桥时应留意应变片的受力状态，使桥路正常工作。假设紧接着做后续的试验，则不要变动音频振荡器的幅度旋钮及差动放大器的增益旋钮。做电子称应用局部试验时，砖码应尽量放在应变梁端部的正中间。做电子称应用局部试验时，在悬壁梁系统的自由端部不得有与外部相碰擦的状况。试验内容：按试验一的方法将差动放大器调零。引出四片金属箔式应变片〔22〕，在电桥单元上组成全桥〔留意应变片的正确接入〕。按图4的电路搭成工作电桥，图中R1～R4为应变片，W,W

,Cr为调平衡网络，电1 2桥供桥电压必需从音频振荡器的LV插口输出〔负载力气强〕。将音频振荡器的幅度旋至中位。依据相敏检波、移相器试验方法调整好移相器〔使电压表的读数最大〕。如差放的输出偏小，可适当增加音频振荡器的幅度。10mm〔目4540393535v30 3125 27压4540393535v30 3125 27压20 23 V电15 191510 105 60 10 2 4 6 8 10 12 14 16位移/mm分析结果：由斜率可以看出逼前面半桥的灵敏度低。沟通全桥的应用——电子秤试验步骤：4将系统重调零〔调整WW〕。1 2在位移台上加不同重量的简易法码〔铁环〕进展标定，将结果填入下表：在位移台上加上一个重量未知的重〔如钥匙串记上电压表的读数： 0.041〔5〕依据试验结果，得出未知重物的重量 70 。思考题要将这个电子秤方案投入实际应用，你认为哪些局部需要改进？〔一〕电压表的量程应当调大试验三差动变压器性能、零残及补偿、标定试验1 2 1 2由此可见在沟通电桥中必需有2 个可调参数才能使电桥平衡这是由于电路存在 RC 而引起的。0.50mmX〔mm〕1010.51111.51212.51313.51414.5V〔mV〕161015192327313539V/依据所得数值，作出XV/W〔g〕20406080100120V〔V〕0.0450.0430.0410.0390.0370.034一、差动变压器性能试验目的：了解差动变压器的原理及工作状况。试验预备：预习试验仪器和设备：音频振荡器、测微头、双踪示波器、差动式电感。试验原理：沟通电通过偶合的线圈产生感应电势。试验留意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz～6KHz左右，幅度适中，双踪示波器第500mV/cm10mV／cm。其它还须留意的事项有：差动变压器的鼓舞源必需从音频振荡器的电源输出插口〔LV插口〕输出。差动变压器的两个次级线圈必需接成差动形式，即，两个同名端短接，另两个同名端则构成输出。差动变压器与鼓舞信号的连线应尽量短一些，以避开引入干扰。试验内容：5LVLV、GND接差动式电感的L2L构成差i 0动输出。LvLv：4KHz～6KHz左右，Vpp=2V；同时接示波器第一通道观测输入信号。〔灵敏度10mV／cm〕观测输出信号图5 差动变压器接线方式LV信号输入到初级线圈的电V＝2PP调整测微头，使衔铁处于中间位置M〔此时输出信号最小〕，登记此时测微头的刻度值填入下表旋动测微头，从示波器其次通道上读出次级差动输出电压的峰一峰值填入下表：X〔mm〕M-M-M-M-M(中间M+M+M+M+2.01.51.00.5位置)0.51.01.52.0Vopp〔mV〕-1601158044254285125136*假设其次通道的信号实在太弱，可先接差放再行观看。读数过程中应留意初、次级波形的相位关系：当铁芯从上至下过零位时,相位由 同 〔同、反〕相变为反 〔同、反〕相；再由下至上过零位时，相位由 反 相变为 同 相；认真调整测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到最高档，这个最小电压叫做零点剩余电压 ，可以看出它的基波与输入电压的相位差约为90度。(6)依据所得结果，画出〔Vop-p一X〕曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度：Vop-p18016014012010080806042160136115160136115125压电85Vop-p20025-3-2-10123SV 70.12mV/mmX

，更一般地，由于灵敏度还与鼓舞电压有关，因此：S V/V1 X

＝ 17.53mV/mm 。二、差动变压器零点剩余电压的补偿试验目的：了解零点剩余电压的补偿及其方法。试验预备：预习试验仪器和设备：音频振荡器、测微头、电桥、差动放大器、双踪示波器。试验留意事项：LV4KHz～6KHz500mV/cm1V/cm，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到适中。试验内容：利用示波器，调整音频振荡器的输出为2伏峰一峰值。观看差动变压器的构造6LVW1,W2,r,C为电桥单元中的调平衡网络。调整测微头，使差动放大器输出电压最小〔此时对应的输出是零点剩余电压〕。依次调整W1,W2使输出电压进一步减小，必要时重调整测微头。将其次通道的灵敏度提高，观看零点剩余电压的波形，留意与鼓舞电压波形相比较。经过补偿后的剩余电压波形：为一 单脉冲 波形，这说明波形中有 高频 重量。LV接第一通道5kHzLV接第一通道5kHz，Vpp=2VrCWW12接其次通道图6 零点剩余电压的补偿LVLVC接第一通道4kHz，Vpp=2VW接其次通道1W2r图7 零点剩余电压的补偿的另一种方法思考题1．