YL998C实验指南杭州英联Word文件下载.docx
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注意事项：
1、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
3、电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。
六、思考题：
1、本实验电路对直流稳压电源和放大器有何要求？
2、根据所给的差动放大器电路原理图（见附表一），分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。
实验二金属箔式应变片：
单臂、半桥、全桥比较
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
说明实际使用的应变电桥的性能和原理。
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为：
ΔR/R、2ΔR/R、4ΔR/R。
根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于
·E·∑R，电桥灵敏度Ku=V/ΔR/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。
由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。
1、按实验一的方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。
2、按图1接线，图中Rx=R4为工作片，r及W1为电桥平衡网络。
3、调整测微头，使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到±
4V档。
选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
4、旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得的数值填入下表，然后关闭主、副电源：
5、保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节测微头，使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：
6、保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成↕，R2换成
，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使F/V表显示零。
重复（4）过程将读出数据填入下表：
7、在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。
1、在更换应变片时应将电源关闭。
2、在实验过程中如发现电压表发生过载，应将电压量扩大。
3、在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
4、直流稳压电源±
4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
实验三金属箔式应变片温度效应及补偿
了解温度对应变测式系统的影响。
温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试件材料的线膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。
用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图3所示。
在电桥中，R1为工作片，R2为补偿片，R1=R2。
当温度变化时两应变片的电阻变化，ΔR1与ΔR2相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R1R4=R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片位置相差90˚，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。
可调直流稳压电源、-15V不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、F/V表、测微头、加热器、双平行梁、液晶温度表、主、副电源。
主、副电源关闭、直流稳压电源置±
4V档，F/V表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大。
1、了解加热器在实验仪中的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的（+）（-）输入端与地短接，输出端插口与F/V表的输入插口Vi相连。
3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V表显示零，再把F/V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F/V表显示为零。
关闭主、副电源，F/V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F/V表显示零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W1电位器，使F/V表显示为零。
5、在双平衡梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头。
使F/V表显示为零。
6、将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；
F/V表的显示在变化，待F/V表显示稳定后，记下显示数值，并用液晶温度表测出温度，记下温度值。
关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将F/V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成→应变片（补偿片），重复4-6过程。
8、比较两种情况的F/V表数值：
在相同温度下，补偿后的输出变化小很多。
9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
为什么不能完全补偿？
（提示：
从补偿应变片和受力应变片所贴的位置点、梁的温度梯度考虑。
实验四热电偶原理及分度表的应用
了解热电偶的原理及分度表的应用。
热电偶的基本工作原理是热电效应，两种不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。
通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教材）。
即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。
如固定某一端温度（一般固定冷端温度为室温或零摄氏度）。
则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。
本仪器中热电偶为镍铬-考铜热电偶。
-15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、液晶温度表、主副电源。
F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。
1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由镍铬-考铜组成的简易热电偶，分度号为E。
实验仪有两个热电偶，它封装在双平行梁上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，两个热电偶串联在一起产生的热电势为两者的总和。
2、按图4接线，开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V表显示零，记录下液晶温度表的室温。
3、将-15V直流电源或可调直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。
4、用液晶温度表测出上片梁表面热电偶处的温度t并记录下来。
（注意：
温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。
5、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：
Eab（t,t0）=Eab（t,tn）+Eab（tn,t0）
其中：
t——热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn——热电偶的冷端（自由端）温度，也就是室温。
t0——0˚C（tn=t0）
（1）热端温度为t，冷端温度为室温时热电势：
Eab（t,tn）=（F/V表显示E）/100*2（100为差动放大器的放大倍数，2为两个热电偶串联）。
（2）热端温度为室温，冷端温度为0˚C，镍铬−考铜的热电势：
Eab（tn,t0）：
查以下所附的热电偶自由端为0˚C时的热电势和温度的关系即镍铬−考铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时的热电势。
（3）计算：
热端温度为t，冷端温度为0˚C时的热电势Eab（t,t0），根据计算结果，查分度表得到温度t。
镍铬−考铜热电偶分度表（自由端温度为0˚C）
分度号：
E
工作端温度˚C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
热电动势（mv）
-10
-0.64
-0.70
-0.77
-0.83
-0.89
-0.96
-1.02
-1.08
-1.14
-1.21
-0
-0.00
-0.06
-0.13
-0.19
-0.26
-0.32
-0.38
-0.45
-0.51
-0.58
0.00
0.07
0.13
0.20
0.26
0.33
0.39
0.46
0.52
0.59
10
0.65
0.72
0.78
0.85
0.91
0.98
1.05
1.11
1.18
1.24
20
1.31
1.38
1.44
1.51
1.577
1.64
1.70
1.77
1.84
1.91
30
1.98
2.05
2.12
2.18
2.25
2.32
2.38
2.45
2.52
2.59
40
2.66
2.73
2.80
2.87
2.94
3.00
3.07
3.14
3.21
3.28
50
3.35
3.42
3.49
3.56
3.62
3.70
3.77
3.84
3.91
3.98
60
4.05
4.12
4.19
4.26
4.33
4.41
4.48
4.55
4.62
4.69
70
4.76
4.83
4.90
4.98
5.05
5.12
5.20
5.27
5.34
5.41
80
5.48
5.56
5.63
5.70
5.78
5.85
5.92
5.99
6.07
6.14
90
6.21
6.29
6.36
6.43
6.51
6.58
6.65
6.73
6.80
6.87
100
6.96
7.03
7.10
7.17
7.25
7.32
7.40
7.47
7.54
7.62
6、热电偶测得温度值与液晶温度表测的温度值相比较。
本实验仪所配的热电偶为简易热电偶，并非标准热电偶，只是为了帮助了解热电势现象）。
7、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器-15V电源（液晶温度表测出温度后马上拆去-15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。
1、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？
1、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有较大误差，为什么？
实验五移相器实验
了解运算放大器构成的移相电路和它的原理及工作情况。
图5为移相电路示意图，由移相器原理图可求得该电路的闭环增益G（s）
则
当R1=R2=W1=R4=R5=10K时有：
由正切三角函半角公式可得：
从上式可以看出，调节电位器W2将产生相应的相位变化。
移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器（自备）、主、副电源。
四、实验步骤：
1、
了解移相器在实验仪所在的位置及电路原理（见图5，电路原理见附录）。
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），开启主、副电源。
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：
1、根据电路原理图，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。
2、如果将双踪滤波器改为单踪示波器，两路信号分别从Y轴和X轴送入，根据李萨育图形是否可以完成此实验？
本实验仪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。
实验六相敏检波器实验
了解相敏检波器的原理及工作情况。
相敏检波器电路如图（6A）（及所附原理图）所示，图中
为输入信号端，
为输出端，
为交流参考电压输入端，
为直流参考电压输入。
当
端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。
从而把
输入的正弦信号转换成半波整流信号。
相敏检波器、移相器、音频振荡器、双踪示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。
F/V表置20K档，音频振荡器频率为4KHz，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出置于±
2V档，主、副电源关闭。
1、了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。
2、根据图6A的电路接线，将音频振荡器的信号0˚输出端输出至相敏检波器输入端
，把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端
，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端
和输出端
组成一个测量线路。
3、调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压为峰-峰值4V，观察输入和输出波形的相位和幅度值的关系。
4、改变参考电压的极性，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。
5、关闭主、副电源，根据图6B重新接线，将音频振荡器的信号从0˚输出至相敏检波器的输入端
，并同时接相敏检波器的参考输入端
，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端
，将相敏检波器的输出端
同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一个测量线路（此时，F/V表置于20V档）。
6、开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。
ViP-P（V）
0.5
16
VO（V）
7、关闭主、副电源，根据图6C的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0˚端输出至相敏检波器的输入端
，将从180˚输出端输出接至移相器的输入端，把移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端
，同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。
8、开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器的显示波形及电压表的读数，使得输出最大。
9、调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。
VP-P（V）
VO
1、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）
2、在完成第五步骤后，将示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端
和附加观察端
和
，观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波，相位如何？
起什么作用？
3、当相敏检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的最大值？
实验七金属箔式应变片——交流全桥
了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。
图7是交流全桥的一般形式，当电桥平衡时，Z1Z3=Z2Z4，电桥输出为零，若桥臂阻抗相对变化为：
ΔZ1/Z1、ΔZ2/Z2、ΔZ3/Z3、ΔZ4/Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成线性关系。
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。
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、F/V表、双平行梁、应变片、测微头、主、副电源、示波器（自备）。
音频振荡器5KHz，幅度关至最小，F/V表打到20V档，差动放大器增益旋至最大。
1、差动放大器调整为零：
将差动放大器（+）、（-）输入端与地短接，输出端与F/V输入端Vi相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零，再将F/V表切换开关置2V档，细调差放调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。
2、按图7接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；
W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的Lv输出口引入，音频振荡器幅度旋钮置中间位置。
3、用手按住振动梁（双平行梁）的自由端。
旋转测微头脱离振动梁自由端并远离。
将F/V表的切换开关置20V档。
示波器X轴扫描时间切换到0.1~0.5ms（以合适为宜），Y轴CH1或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间幅度。
开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使F/V表和示波器显示最小，再把F/V表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使F/V表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（F/V表显示值与示波器图形不完全相符时，两者兼顾即可）。
再用手按住梁的自由端产生一个大位移。
调节移相器和移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。
放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线。
4、在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使F/V表显示为零，以后每转动测微头一周即0.5mm，把F/V表显示记录于下表：
Xmm
1.5
2.5
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
根据所得数据，作出V-X曲线，计算灵敏度S=ΔV/ΔX，并与以前直流全桥实验结果相比较。
5、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。
在交流电桥中必须有两个可调参数才能使电桥平衡，这是由于电路存
在而引起的。
实验八激励频率对交流全桥的影响
通过实验了解激励频率对交流全桥的影响。
由于交流电桥中存在各种阻抗的影响，改变激励频率可以提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性。
电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头。
1、接线、操作均按实验七进行。
2、音频振荡器0˚端输出信号，频率从0.4KHz~10KHz，接交流全桥，分别测出系统输出电压，列表填好V、X值，在同一坐标上做出V-X曲线，比较灵敏度，并得出结论，该交流全桥工作在哪个频率时较为合适。
做上述实验时频率改变，应保持音频振荡器幅值不变，否则无可比性。
V2K（V）
V5K（V）
V8K（V）
V10K（V）
实验九交流全桥应用——振幅测量之一
了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。
当梁受到不同的频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。
若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。
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、低频振荡器、电压表、示波器（自备）、主、副电源、激振线圈。
音频振荡器5KHz，低频振荡器频率旋钮置5Hz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主、副电源关闭。
1、按图7接线，并且保持试验
（1）、
（2）、（3）的步骤。
2、关闭主、副电源，将低频振荡器的输出Vo引入激振线圈的一端，激振线圈的另一端接地，低频振荡器的幅度旋钮置中间位置，开启主、副电源，双平行梁在振动，慢慢调节低频振荡器频率旋钮，使梁振动比较明显，如梁振动幅度不够大，可调大低频振荡器的幅度。
3、将示波器的X轴扫描旋钮切换到10ms/div级档，Y轴切换到50mv/div
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