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实验一电阻应变片及电桥特性实验

适用于机械类各专业

《机械工程检测技术》

实验指导书

编写朱红瑜宋啸

河南工业大学机电工程学院

2007年9月

实验一电阻应变片及电桥特性实验

一、实验目的

1、了解电阻应变片的结构。

2、观察应变效应，掌握应变片的作用。

3、熟悉应变片电桥的各种接法及其输出特性。

二、实验仪器及设备

1、ZCY-1型综合传感器实验仪

所需单元及部件：

①直流稳压电源；②差动放大器；③电桥；④V/F表；

2、附件

①测微头；②导线若干。

三、有关旋钮的初始位置

直流稳压电源打到0V档。

V/F表打到V±200mv档。

差动放大器增益打到最大。

四、实验原理

本实验以金属应变梁作为产生应变的弹性体，应变采用双平行梁结构，梁上贴有受力方

向不同的六片箔式应变片（其中两片为补偿片），两片半导体应变片，即上下面各三片处于

受力状态，各一片补偿，梁的顶端装有一位移平台，位移平台上方装有一测微头，旋动测微头，可使位移平台上下位移，使应变梁弯曲变形，粘贴在梁上的电阻应变片也随之变形，使电阻应变片的电阻值产生变化，若将这些应变片组成电桥，就可测得应变片的电阻值产生的

变化，就可测得应变桥路的输出特性，即电桥输出电压V（mv）与位移X（mm）的函数关

系：

V=f（x）

五、实验内容及其步骤

1、观察梁上的应变片，接通总电源及差动放大器电源。

2、将差动放大器调零，方法是用导线正负输入端与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口，调整差动放大器上的调零旋钮使表头指示为零。

3、根据图1-1的电路结构，利用电桥单元上的接线柱和导线，连接好测量线（差动放大器接成同相反相均可）图中R4为工作片，r及W1为调平衡网络。

4、调整测微头使双行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到翌V档，选择适当的放大增益，预热数分钟，调整电桥平衡电位器，使表头指示为零。

图17

5、向上旋转测微头，记下梁端位移与表头显示电压的数值，每0.5mm记录一个数，将

测得数值填入下表。

X（mm）

V（mv）

6、保持放大器增益不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片，形成半桥，调好零点，同样测出读数，填写下表：

X（mm）

V（mv）

7、保持差动放大器增益不变，将Ri，R2两个电阻换成两片工作片，接成一直流电桥,调好零点，同样测出读数，填入下表：

X（mm）

V（mv）

8、在同一标纸上描出X—V曲线，比较三种接法灵敏度。

六、注意事项

1、做此实验时应将低频振荡器的幅值关至最小，以减小其对直流电桥的影响。

2、在更换应变片时应将直流稳压电源打到0V档。

3、在实验过程中如有发现电压表过载，应将量程扩大。

4、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。

5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态与方向，不得接错。

七、思考题

1、为什么电阻应变片Ri和R3或R2和R4不能作为电桥的相邻两臂构成电桥?

2、为什么在应用应变片传感器时经常采用半桥或全桥形式？

3、电阻应变片的灵敏度与哪些因素有关？

八、实验报告要求

1、绘出三种实验线路图，并加以分析说明。

2、绘出三种输入一一输出（X—V）特性曲线。

实验二电感传感器特性及相敏电路特性实验

一、实验目的

1、进一步了解差动变压器与差动螺管式电感传感器的原理和组成。

2、测定电感式传感器输出特性。

3、比较差动变压器式传感器与差动螺管式电感传感器的异同。

二、实验仪器及设备

ZCY-1型综合传感器实验仪

（1）其中所需单元及部件：

①音频振荡器；②差动放大器；③移相器；④相敏检波器；

⑤电桥；⑥V/F表；⑦低通滤波器。

（2）附件

①测微头；②双踪示波器；③导线。

三、有关旋钮的初始位置

音频振荡器4KHZ、差动放大器的增益打到量大，V/F表打到V±2V档。

音频振荡器幅度旋到适中位置。

四、实验原理

电感传感器实验是进行差动变压器和差动电感传感器的特性实验，两种实验的内容及原

理基本相同，区别仅在于信号输入源加入的位置不同，当激励电压加入时随着铁芯中点附近

的移动，输出电压变发生变化，根据输出电压的变化就可以得到位移量的大小及方向。

五、实验内容及步骤

1、差动变压器实验

（1）按图2-1接好线路

製——

图2-1

（2）转动测微头，调整铁芯到中间位置，方法是：

断开调平衡的W1、W2电位器，旋动测微头使输出最小。

（3）利用示波器调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压幅值为峰值1.5V。

（4）调整各平衡及调零旋钮，使电压表读数为零。

（5）给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波的输出波形。

（6）旋转测头，每隔0.5mm读数记录实验数据，填入下表

X（mm）

V（mv）

（7）作出V—X曲线，并求出灵敏度。

2、差动螺管式电传感试验

W2电位器，旋动

（1）按图2-2接线，组成一个电感电桥的测量系统。

w0°

测微头使输出最小。

（3）调整各平衡及调零旋钮，使电压表读数为零。

（6）作出V-X曲线，计算出灵敏度。

六、注意事项

（1）此实验只用原差变压器的两个次级线圈，注意接法；

（2）音频振荡器必须从LV插口输出。

七、思考题

1、差动电感传感器与变压器式电感传感器有何区别？

2、电感传感器可有哪些应用？

八、实验报告基本要求

1、熟悉实验线路，能分析说明。

2、绘出两种输入一一输出曲线，计算灵敏度并加以比较。

3、回答思考题。

实验三电容传感器特性及相敏电路特性实验

一、实验目的

了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

二、实验原理

平行板组成的电容器的电容量

通过改变两板的耦合面积A可以改变电容器的电容量，通过检测变换电路，转变成电信号的变化，并将电信号放大，检波，可测得V=f（x）的输出特性。

三、实验仪器及设备

ZCY—1型综合传感实验仪

（1）所需单元及部件：

①电容传感器；②差动放大器；③V/F表；④激振器

（2）附件

①示波器；②导线；③测微头。

四、实验步骤

1、差动放大器调零（方法见实验一）按图3-1接线

■OUT

33-1

2、差动放大器增益旋钮到中间，V/F表打到戈OOmv档，调节测微头，使输出为零。

3、旋动测微头，每隔0.5mm记录一下电压表的读数直到电容动片与静片覆盖面积最大为止。

X（mm）

V（mv）

4、退回测微器至初始位置，并开始以相反方向旋转，同上法，记下X（mm）及V（mv）值。

X（mm）

V（mv）

5、计算系统灵敏度S=V/△X并作出V—X曲线。

6、卸下测微头，断开电压表，按下激振器按钮，用示波器观察出波形。

五、思考题

1、电容传感器的原理与应用？

2、电容传感器在应用中有哪些形式？

哪种形式比较好？

为什么？

3、电容传感器在应用中应注意哪些问题？

六、实验报告基本要求

1、绘出输出特性曲线，计算S值。

2、通过实验，对变面积式电容传感器写出几点结论。

5几",1沁腆

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盹範捕座,

灯源保険址

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电源开天

捉动产外棉界电E11调W器掘功子侑号

遥控接线钳揀/时标输入输出捕

实验四记录仪频率特性测试

、实验目的

1、了解光线示波器的基本结构、工作原理，学习光线示波器安全，正确的使用方法。

2、测定光线示波器振子幅频特性和相频特性，掌握如何根据不失真条件选择振子固有频率和调整阻尼比。

电源电压指示衣

二、实验原理及实验装置

光线示波器利用细光束在感光纸上记录被测信号，

一种广泛应用的记录仪器。

光线示波器是由机械系统、复杂仪器，必须正确掌握使用方法，现以线示波器旋钮如图4-1所示。

光线示波器振子以FC6型为例。

它是一个单自由度二阶扭振系统，其幅频和相频特性为

A（厂

J（1」2）2+4岛2G

为测A（n）,可将输入到振子的电压恒定，而改变电压频率f，获得一系列n=f/n值,

并记下光线示波器相应记录的幅值。

用两个固有频率相差很大的振子对比试验。

如为测试FC6-30振子的相频特性，可选一

支FC61200振子对比试验，在低频范围内FC6-1200的相移很小，并且可以相应计算，实验

方法是将某一频率的正弦信号电压输入到两个振子中（FC6-30的输入电压应衰减，为什

么？

），记录两信号的相位差咖，再计算FC6-1200在此频率时的相移如，则FC6-30在相应

频率下的相移为$=©+©2，不断改变输入弦信号电压的频率，则可求出FC6-30的相频特性。

某频率时的记录波形如图4-2所示。

FC6-1200记录波形

FC6-3O址誠浪形

为计算FC6-1200的相移咖，可按式（2.2）计算。

因FC6-1200为油阴尼振子，出厂时

应按临界阻尼比E=0.707调整好，按n=f/n计算的结果列表4-1。

表4-1©（y）,fn=1200Hz,E=0.707（FC6-1200）

f（Hz）

100

120

—

n=f/fn为

〔8.（3

16.67

41.56

125

166.6

208

250

291.6

330

416.6

833

1000

—

0.067

0.135

0.203

0.267

0.338

0.67

1.01

1.35

1.69

2.03

2.36

2.67

3.38

6.76

8.13

—

、实验内容及步骤

1、SC16操作练习

（1）熟悉SC16光线示波器各旋钮的作用，并开机空操作，可装入一段废纸，练习各种走纸速度，时标选取等操作。

（2）装入记录纸，用XD22信号发生器输出20Hz正弦信号，输入光线示波FC6-1200

振子内，调整衰减器或XD22输出衰减，使光点双振幅在60mm之内（注意从小到大输入信号，避免烧毁振子）。

用毫伏表监视输入电压。

以1m/s的走纸速度拍摄一段波形，经二次曝

光后观察记录的波形。

（3）从XD22输出20Hz的方法信号送至FC6-1200振子，重复上述操作，观察波形有

无失真。

2、振子幅频和相频特性测试

（1）选用FC6-1200振子插入光线示波器中，调整光点处于记录纸的中点。

其固有频率为fn。

（2）用XD22信号发生器调整信号频率f，使f/fn=0.01,0.1,0.2,0.3,1.0,……。

并月毫伏表监测输入到振子的电压值恒定（约30mv），用最低的走纸速度各拍摄一段（约走1cm,不必把波形拉开，以节约用纸），记下光点幅度。

经二次曝光后，测量其在各频率下的幅值，

数据列入表4-2中，并作归一化处理，绘出振子FC6-1200的近似归一化的幅频特性曲线A

（n）。

表4-2

n=f/n

0.01

0.1

0.2

0.3

0.4

1.0

波形记录幅值1（mn）

归一化值11/12

L1/L1=1

L2/L2

（3）选用FC6-30振子测试其相频特性$（n）。

根据所选定的实验方法选择仪器并接成系统，因FC6-30为电阻尼振子，必须注意匹配

FC6-30所要求的外电阻，以保证其阻尼比Sd=0.707左右，根据测试数据绘出相频特性（n）,测试数据列入表4-3中。

表4-3FC6-30振子，fn=30Hz

F（Hz）

n=f/fm

$1（0）

若采用FC6-1200对比实验法，则FC6-30的相移$珂+靱，慨在表4-1中选取或自行计

算。

若采用过零触发器实验法，则直接从测出的$1，求了相频特性$（n。

四、实验报告基本要求

1、作出被测振动子的幅度频特性曲线及相频特性曲线。

2、分析当阻尼因素为常数时，振幅与频率的关系。

实验五滤波器滤波特性实验

一、实验目的

1、了解低通滤波器的基本结构，工作原理及其作用。

2、掌握低通滤波器的幅频特性及其使用方法。

二、实验原理

低通滤波器可以看作是一个一阶惯性环节，在截止频率以下时，其幅频特性平直，它可

以使信号中低于截止频率的成分几乎不受衰减地通过，而高于截止频率的成分将受到极大地

衰减。

低通滤波器的幅频特性如图5-1所示。

为了能够得到这一特性，可采用信号发生器产生一定频率的正弦波信号，把该信号输入低通滤波器，然后用示波器观察其波形，同时用光线示波器记录下信号的波形，在保持信号幅值不变的情况下不断增大信号频率，直至输出波形的幅值为零时止。

分别求出不同频率所对应的输出与输入波形的幅值比，在坐标纸上可得到一系列的对应点，把这些点用光滑曲线连接起来，就是幅频特性曲线。

三、实验仪器和设备

1、XD2型信号发生器一台；

2、DT—2A型低通滤波器一台；

3、SC7型四踪示波器一台；

4、SC—16型光线示波器一台；

5、万用表一台。

仪器连接框图见图5-2所示。

图"2仪器连接框图

四、实验步骤

1、将信号发生器与低通滤器用信号线相连。

2、在滤波器输出插头上，并接一直流电压表，旋动零位电位器使其输出为零（调零）<调整完毕后撤去电表。

调零时应在静态情况下进行，输入衰减开关和增益变动后，应重复一次调零。

3、将滤波器输入调整开关旋至1位置上，将增益调整旋钮旋至最小。

将滤波截止频率旋至所需位置（如10HZ）。

4、将滤波器输出接到四踪示波器Y轴通道之一，在开启电源之前，示波器各主要控制旋钮应置于下列位置：

亮度”旋钮：

置于中心位置；

触发一一连续”旋钮：

置于连续”位置；

“X轴通道显示”按键：

置于按下”位置；

“Y”通道位移旋钮：

置于中心位置。

5、开启示波器电源，等1~2分钟后调节亮度”旋钮，使光点度适当。

6、调节该Y轴通道的位移旋钮，把光点置于屏幕上所需位置上。

7、将信号发生器电压调节旋钮调至最小，将输出衰减旋钮调至10，将各频率选择旋钮调至最低，将信号发生器与低通滤波器用信号线相连，开启电源预热5分钟，调节电压旋钮将电压调至2V（输入信号幅值X=2V）。

8、调节频率选择旋钮，将频率调至一适当值，（注意要小于滤波器所调的截止频率），

观察示波器波形，并调整示波器衰减旋钮将波形幅值调至适当位置。

9、调节信号发生器频率选择旋钮，使频率从零逐渐增大，同时从示波器上观察滤波器

的输出波形变化情况，直至输出波形幅值为零逐渐增大，同时从示波器上观察滤波器的输出

波形变化情况，直至输出波形幅值为零时止。

10、撤去电子示波器，将滤波器输出接至光线示波器输入端，（光线示波器应由指导教师事先调整好并予以标定），调节信号发生器的频率，使其从1Hz开始，逐渐增加，每次增加1Hz，同时用光线示波器记录下滤波器的输出波形，直至波形幅值为零时止。

频率f

输出Y

五、实验报告基本要求

1、作出低通滤波器的幅频特性曲线A（f）-f。

2、通过实验，对低通滤波器有哪些认识，可得出哪些结论。

实验六虚拟仪器振动测试实验

一、实验目的

1、了解振动与控制实验中实验台的组成、安装和调试方法。

2、了解虚拟测试仪系统的组成和使用。

3、学会激振器、传感器与测振仪器的操作、使用方法。

4、研究振动振型与振动控制。

二、实验操作

1、打开电脑主机与显示器，调出虚拟仪器中的示波器。

连接好传感器线路，打开测振仪，调节示波器各旋钮，使波形正常，便于观察。

仪器联接参考图1和图2.

图6-1实验装置框图

2、测定简支梁一阶固有频率

（1）调节测振仪的频率调节旋钮，观察波形，当波形高度为最高时的频率即为简支梁

一阶固有频率。

记下测振仪显示的简支梁某点的振幅，作好数据记录。

根据实研数据作幅频

特性图，幅值为最大时的信号频率即为简支梁一阶固有频。

此法为共振法。

频率应由

小到大逐次增大。

（2）用“李萨如图法”测量，点击“X-Y”键，使信号合成一个椭园，记下此数值，此数值即为一阶固有频率。

此法为椭园法。

并观察欠共振，共振，过共振。

3•测定简支梁的=阶固有频率。

把两个传感器置于简支梁梁中点两侧的各自中点上，分别用共振法和椭园法求出简支梁的=阶固有频。

并从示波器上观察简支梁中点两边的相位差。

作出振型图。

图实验装置框图

4、悬臂梁固有频率的测定

把测振仪的激振器选择开关由A扳向B,调节好非接触式激振器。

测量悬臂梁的一阶

固有频率和二阶固有频率，并观察悬臂梁节点的振动情况，作好数据记录。

5、园盘各阶固有频率的测定

测量园盘各阶固有频率（调整到五阶为止），并观察各阶节线的形成。

作好数据记录。

作出振型图（作到五阶为止）。

6•减振器振幅测定。

已知减振器的固有频率fo=15HZ,将减振器置于梁的中点，在减振

器上放置传感器。

设该点振幅为A1,将另一传感器放在梁上（尽量靠近梁的中点）。

该点振

幅为A2,调整激振频率，测出A1,A2,比较减振效果，进行理论分析。

F0=15HZ

105

120

7•用频谱分析仪分析实验结果

（1）,点击“单”，调出单通道频谱分析仪，在简支梁一阶固有频率下采集数据，观察并打印时域波形，特征值，直方图，概率分布曲线，幅频特性和功率谱。

（2）,点击“双”，调出双通道频谱分析仪，在简支梁=阶固有频率下采集数据，观察X-Y显示，奈奎斯特图，A相关，B相关，互相关。

并打印之。

分析实验结果。

二，完成实验报告

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