东华大学自动检测技术实验答案实验报告附上实验指导书实验报告.docx

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东华大学自动检测技术实验答案实验报告附上实验指导书实验报告

东华大学自动检测技术实验答案实验报告附上实验指导书实验报告

前面是是我自己做的实验报告和数据，大家能够参考。

后面是实验指导书。

——何足道

实验要有两次的。

。

。

好好做吧，加油哦。

楼主来自东华。

这年头就业压力大，自动化一定要学好数电模电单片机arm。

。

。

知道了吗。

加油！

！

！

下面是实验指导书

前言：

随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近20年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术中主要技术之一，在国民经济建设中占据有极其重要的地位。

在工农业生产领域，工厂的自动流水生产线，全自动加工设备，许多智能化的检测仪器设备，都大量地采用了各种各样的传感器，它们在合理化地进行生产，减轻人们的劳动强度，避免有害的作业发挥了巨大的作用。

在家用电器领域，象全自动洗衣机、电饭褒和微波炉都离不开传感器。

医疗卫生领域，电子脉博仪、体温计、医用呼吸机、超声波诊断仪、断层扫描（CT）及核磁共振诊断设备，都大量地使用了各种各样的传感技术。

这些对改进人们的生活水平，提高生活质量和健康水平起到了重要的作用。

在军事国防领域，各种侦测设备，红外夜视探测，雷达跟踪、武器的精确制导，没有传感器是难以实现的。

在航空航天领域，空中管制、导航、飞机的飞行管理和自动驾驶，仪表着陆盲降系统，都需要传感器。

人造卫星的遥感遥测都与传感器紧密相关。

没有传感器，要实现这样的功能那是不可能的。

QSCGQ-ZX1系列传感器与检测技术实验台主要用于各大、中专院校及职业院校开设的“传感器原理与技术”“自动化检测技术”“非电量电测技术”“工业自动化仪表与控制”“机械量电测”等课程的实验教学。

QSCGQ-ZX1型系列传感器与检测技术实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，经过实验能够帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中，经过信号的拾取，转换，分析，掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。

实验一（A）金属箔式应变片性能—单臂电桥型

一、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。

二、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、电压表、电源。

三、旋钮初始位置：

直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大增益最大。

四、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，能够上、下、前、后、左、右调节。

2．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电压表的输入插口Ui相连；开启电源；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电压表显示为零，关闭电源。

根据图接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压置20V挡。

调节测微头脱离双平行梁，开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，电压表显示为零，然后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

图１原理图及接线参考图

3．将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（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）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（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，考图使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的值。

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）

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为相应电压表显示的电压相应变化）。

5．实验完毕，关闭电源，所有旋钮转到初始位置。

五、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。

六、问题：

本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

实验一（B）金属箔式应变片性能—单臂电桥

一、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。

二、所需单元及部件：

直流稳压电源、电桥、差动放大器、砝码、一片应变片、电压表、电源。

三、旋钮初始位置：

直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大增益最大。

四、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。

2．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电压表的输入插口Ui相连；开启电源；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电压表显示为零，关闭电源。

根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压表置20V挡。

开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

3．在上振动梁连接块上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。

根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。

重量（g）

电压（mV）

五、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。

实验二（A）金属箔式应变片：

单臂、半桥、全桥比较

一、实验目的：

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

二、所需单元和部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、测微头、双平行梁、应变片、电源。

三、有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大器增益打到最大。

四、实验步骤：

1．按实验一方法将差动放大器调零后，关闭电源。

2．按A,B,C接线，图中Rx为工作片，r及W1为调平衡网络。

A.单臂电桥参考接线图

3．调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源调到±4V。

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，将测得数值填入下表，然后关闭电源：

位移（mm）

电压（mV）

B.半桥参考接线图

C.全桥实验参考图

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，即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使电压表显示表显

示为零，重复“4”过程同样测得读数，填入下表：

位移（mm）

电压（mV）

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同样使电压表显示零。

重复“4”过程将读出数据填入下表：

位移（mm）

电压（mV）

7．在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。

五、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。

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应变片子的工作状态方向。

实验二（B）金属箔式应变片：

单臂、半桥、全桥比较

一、实验目的：

验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

二、所需单元和部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、应变片、砝码、电源。

三、有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大器增益打到最大。

四、实验步骤：

1．按实验一方法将差动放大器调零后，关闭电源。

2．根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。

Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压表置20V挡。

开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

3．在上振动梁连接块放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。

根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。

重量（g）

电压（mV）

4．保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与Rx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使电压表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：

重量（g）

电压（mV）

5．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同样使电压表显示零。

重复（3）过程将读出数据填入下表：

重量（g）

电压（mV）

6．在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。

五、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。

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。

实验三应变片的温度影响

一、实验目的：

了解温度对应变测试系统的影响。

二、所需单元和部件：

可调直流稳压电源、+5V不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、加热器、应变片、砝码、水银温度计（自备）、电源。

三、有关旋钮的初始位置：

电源关闭、直流稳压电源调置±4V挡，电压表置20V挡，差动放大器增益旋钮置最大。

四、实验步骤：

1．了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双孔悬臂梁下片梁的表面，结构为电阻丝。

2．将差动放大器的（＋）、（－）输入端与地短接，输出端插口与电压表的输入插口Vi相连。

开启电源，调节差放零点旋钮，使电压表显示零。

再把电压表的切换开关置2V挡，细调差放零点，使电压表显示零。

关闭电源，电压表的切换开关置20V挡，拆去差动放大器输入端的连线。

3．按图1接线，开启电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使电压表显示零，然后将电压表的切换开关置2V挡,调W1电位器，使电压表显示零。

4．按照实验一进行实验，记下此时的电压数值。

将+5V电源连到加热器的一端插口，

加热器另一端插口接地；电压表的显示在变化，待电压表显示稳定后，记下显示数值。

比较二种情况的电压表数值，即为温度对应变电桥的影响。

5．实验完毕，关闭电源，所有旋钮转至初始位置。

实验四热电偶原理及现象

一、实验目的：

了解热电偶的原理及现象

二、所需单元及附件：

15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、电源

三、旋钮初始位置：

电压表切换开关置2V挡，差动放大器增益最大。

四、实验步骤：

1．了解热电偶原理：

两种不同的金属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。

一般把两种不同金属的这种组合称为热电偶。

具体热电偶原理参考教课书。

2．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铜——康铜组成的简易热电偶，分度号为T。

实验仪有两个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（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，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。

3．按图2接线，开启电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备

温度计的室温。

图2热电偶实验接线参考图

4．将15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E。

5．用自备的温度计测出上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）。

6．根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：

Eab（t,to）=Eab（t,tn）+Eab（tn,to）

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（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

to------0℃

热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。

Eab（t,tn）=（f/v显示表E）/100*2（100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联）。

热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：

Eab（tn,to）:

查附表的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。

计算：

热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab（t,to）,根据计算结果，查分度表得到温度t。

７．热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。

（注意：

本实验仪所配的热电偶为简易热电偶，并非标准热电偶，只要了解热电势现象）。

8．实验完毕，关闭电源，特别是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。

五、思考：

1．为什么差动放大器接入热电偶后需再调节差动放大器零点？

2．即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？

实验五移相器实验

一、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

二、所需单元及部件：

移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、电源

三、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3参考接线图

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。

旋动移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。

改变音频振荡器的频率,观察不同频率的最大移相范围。

四、思考：

１．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=0KΩ～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？

实验六相敏检波器实验

一、实验目的：

了解相敏检波器的原理和工作情况。

二、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、转速/频率表、电源。

三、有关旋钮的初始位置:

音频振荡器频率为４KHz，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出调置于±2V，电源关闭。

四、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。

图4B

6．开启电源，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．关闭电源，根据图６C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，将从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。

单位：

Ｖ

Vip-p

0.5

1

2

4

6

8

16

Vo

五、思考：

根据实验结果，能够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）

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？

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。

实验七交流全桥的应用―振幅测量

一、实验目的：

本实验了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。

二、所需单元及部件：

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、电源、激振线圈。

三、有关旋钮的初始位置：

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，电源关闭。

四、实验步骤：

8．按图5接线，而且保持实验七1、2、3的步骤。

图5A参考接线图

9．关闭电源，将低频振荡器的输出U0引入激振线圈的一端，激振线圈的另一端接地，如图5B所示，低频振荡器的幅度旋钮置中间位置，开启电源，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，如梁振幅不够大，可调大低频振荡器的幅度。

图5B低频接线参考图

3．将示波器的Ｘ轴扫描旋钮切换到ms/div级挡，Ｙ轴切换到50mv/div或0.1v/div，分别观察差放输出端、相敏检波输出端、低通输出端波形。

并描出。

做完以上实验，可重复调节线路中的各旋钮，用示波器观察各输出环节波形的变化，加深实验体会并了解各旋钮的作用。

4．实验完毕关闭电源，各旋钮置初始位置。

实验八直流全桥的应用―电子秤之一

一、实验目的：

了解直流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。

二、所需单元及部件：

电桥、差动放大器、电压表、砝码、电源、双平行梁、应变片。

三、实验步骤：

1．将差动放大器调整为零：

将差动放大（＋）、（－）输入端与地短接，输出端与电压表输入端Ui相连，开启电源后调差放的调零旋钮使电压表显示为零，再将电压表切换开关置2V挡，再细调差放调零旋钮使电压表显示为零，然后关闭电源。

2．按图5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。

3．在传感器托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。

根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。

4．在梁的自由端加所有砝码，调节差放增益旋钮，使电压表显示对应的量值，去除所有砝码，调W1使电压表显示零，这样重复几次即可。

5．在梁自由端（磁钢处）逐一加上砝码，把电压表的显示值填入下表。

并计算灵敏度。

W（g）

V（v）

6．梁自由端放上一个重量未知的重物，记录电压表的显示值，得出未知重物的重量

四、注意事项：

砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。

五、思考：

要将这个电子秤方案投入实际应用，应如何改进？

实验九差动变压器性能

一、实验目的：

了解差动变压器原理及工作情况。

二、所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、示波器、电源、差动变压器、振动平台。

三、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，电源关闭。

四、实验步骤：

图6参考接线图

1．根据图6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。

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。

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