传感器实验指导书.docx

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传感器实验指导书

实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥型

实验目的：

了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。



所需单元及部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。



旋钮初始位置：

直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。



实验步骤：

（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。

上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。



（1）将差动放大器调零：

用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。

将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。

（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。

调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，然后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。

图１

（3）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F／V表显示最小，再旋动测微头，使F／V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。



（4）——往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F／V表显示的值。

建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：



位移（mm）

电压（mv）

（5）据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应F／V表显示的电压相应变化）。

（6）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。



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）为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小

差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。



（3）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。



（4）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。



问题：

（1）本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

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（2）根据所给的差动放大器电路原理图，（见附录图一），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。

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实验二金属箔式应变片：

单臂、半桥、全桥比较型

实验目的：

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

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所需单元和部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、F／V表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、主、副电源。



有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源打到±2V档，F／V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。

实验步骤：

（1）按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。

（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，F／V表置20V档。

开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。

（3）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二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使F／V表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：

重量（g）

电压（mV）



（4）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，，调节电桥W1同样使F／V表显示零。

重复（3）过程将读出数据填入下表：



重量（g）

电压（mV）

（5）在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。



注意事项：



（1）在更换应变片时应将电源关闭。



（2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。



（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。

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（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。

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实验三移相器实验

实验目的：

了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况

所需单元及部件：

移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、主、副电源

实验步骤：

（1）了解移相器在实验仪所在位置及电路原理（见图3）。

图3

（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的输入和输出端，调整示波器，观察示波器的波形。

（4）旋动移相器上的电位器，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。

问题：

（１）根据图11，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。

提示：

A1、R1、R2、R3、C超前移相，在R3＝R1时，KF1（jω）=Vm/Vλ=-（1-jωRwC2）/（1+jωR2C1）,KF1（ω）=1,ΦF1（ω）=-π-2tg-1ωR2C1。

A2、R4、R5、RW、C2滞后移相，在R5＝R4时，KF2（jω）=V/Vm=（1-jωRwC2）/（1+jωC2）,KF2（ω）=1,ΦF2（ω）=-2tg-1ωRwC1，ω＝2πf。

分析：

f一定时Rw=0－10KΩ相移Δφ，及Rw一定时，f变化相移Δφ。

（2）如果将双线示波器改为单踪示波器，两路信号分别从Ｙ轴和Ｘ轴送入，根据李沙育图形是否可完成此实验？

实验四相敏检波器实验

实验目的：

了解相敏检波器的原理和工作情况。

所需单元和部件：

相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、Ｆ／V表、主、副电源。

有关旋钮的初始位置:

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。

实验步骤：

（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4A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的输入端

（1），把直流稳压电源＋2V输出接至相敏检波器的参考输入端（5），把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端

（1）和输出端（3）组成一个测量线路。

图4A

（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。

观察输入和输出波的相位和幅值关系。

（4）改变参考电压的极性（除去直流稳压电源＋2V输出端与相敏检波器参考输入端（5）的连线，把直流稳压电源的－2V输出接至相敏检波器的参考输入端（5）），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，输入和输出相，当参考电压为负时，输入和输出相，此电路的放大倍数为倍。

（5）关闭主、副电源，根据图4B电路重新接线，将音频振荡器的信号从０°输出端输出至相敏检波器的输入端

（1），将从0°输出端输出接至相敏检波器的参考输入端

（2），把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入

（1）和输出端（3），将相敏检波器输出端（3）同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低能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Ｖ表２０Ｖ档）。

图4B

（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。

单位：

Ｖ

Vip-p

0.5

1

2

4

8

16

Vo

（7）关闭主、副电源，根据图4C的电路重新接线，将音频振荡器的信号从０°输出端输出至相敏检波器的输入端

（1），将人１８０°输出端输出接至移相器的输入端，将从移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端

（2），把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端

（1）和输出端（3），将相敏检波器输出端（3）同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。

图4C

（8）开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波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。

单位：

Ｖ

Vip-p

0.5

1

2

4

6

8

16

Vo

思考：

（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，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端

（1）和附加观察端（6）和

（2），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。

实验五差动变压器性能

实验目的：

了解差动变压器原理及工作情况。

所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮初始位置：

音频振荡器４ＫＨＺ－８ＫＨＺ之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。

实验步骤：

（1）根据图5接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。

开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。

图5

（2）转动测微头使测微头与振动平台吸合。

再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。

（3）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。

每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度Ｓ。

Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应振动平台的位移变化），作出Ｖ－Ｘ关系曲线。

Ｘ（mm）

5mm

4.8mm

4.6mm

…

0.2mm

0mm

-0.2mm

…

-4.8mm

-5mm

Vo（p-p）

思考：

（1）根据实验结果，指出线性范围。

（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？

（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？

由于什么原因造成？

实验六差动变压器零点残余电压的补偿

实验目的：

说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。



所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双线示波器、振动平台、主、副电源。

有关旋钮的初始位置：



音频振荡器4kHz－８KHZ之间，双线示波器第一通道灵敏度500mV/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。



实验步骤：



（1）接图6接线，音频振荡必须从LV插口输出