自动化与电气实验报告模板Word格式文档下载.docx
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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
（1-2）
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=
。
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、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
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。
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GND1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）
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
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—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
比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。
同实验一
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、应变系数也相同时，半桥的输出电压为
（2-1）
为电阻丝长度相对变化；
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
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，记录实验数据填入表2-1。
表2-1
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。
实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验
了解全桥测量电路的优点。
全桥测量电路中，将受力性质相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=
（3-1）
式中
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
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。
2．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2。
3．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。
表3-1
1.0
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。
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。
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。
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R1≠R2时，是否可以组成全桥？
实验四 移相实验
了解移相电路的原理和应用。
移相器、信号源、示波器（自备）
由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示：
图4-1移相器原理图
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US100幅值调节为6V，频率调节电位器逆时针旋到底，将US100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．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
根据实验现象，对照移相器原理图分析其工作原理。
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
了解相敏检波电路的原理和应用。
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
开关相敏检波器原理图如图5-1所示，示意图如图5-2所示：
图5-1检波器原理图
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
、
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。
1．打开“直流电源”开关，将“信号源”US100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“±
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US100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US100输出接到“相敏检波器”的输入端Ui。
7．用示波器两通道观察
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），“低通滤波器”输出端接电压温度频率表（选择U）。
9．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US100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US100转接到US11800。
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）
6
7
8
9
10
输出UO（V）
输出UO1（V）
13．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。
图5-3低通滤波器原理图图5-4低通滤波器示意图
根据实验所得的数据，作出相敏检波器输入—输出曲线（Vp-p—Vo、Vo1），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
了解交流全桥电路的原理。
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
图6-1是交流全桥的一般形式。
设各桥臂的阻抗为Z1~Z4，当电桥平衡时，Z1Z3=Z2Z4，电桥输出为零。
若桥臂阻抗相对变化为△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。
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