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1、测感技术实验指导册 测感技术实验指导书 二零一一年三月实验一 常用电子仪器的使用一、实验目的掌握电子线路实验中常用电子仪器(函数信号发生器、交流毫伏表、稳压电源、示波器等仪器)的一般使用方法。二、实验设备、部件与器件1.函数信号发生器2.交流毫伏表3.双踪示波器4.稳压电源三、仪器的基本组成及使用方法1.函数信号发生器函数信号发生器主要由信号产生电路、信号放大电路等部分组成。可输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出信号电压幅度可由输出幅度调节旋钮进行调节，输出信号频率可通过频段选择及调频旋钮进行调节。使用方法：首先打开电源开关，通过“波形选择”开关选择所需信号波形，通过“频段选择”找到所需

2、信号频率所在的频段，配合“调频”旋钮，找到所需信号频率。通过“调幅”旋钮得到所需信号幅度。2.交流毫伏表交流毫伏表是一种用于测量正弦电压有效值的电子仪器。主要由分压器、交流放大器、检波器等主要部分组成。电压测量范围为1mV至300V，分十个量程。使用方法：将“测量范围”开关放到最大量程档(300V)接通电源；将输入端短路，使“测量范围”开关置于最小档(10mV)，调节“零点校准”使电表指示为0；去掉短路线接入被测信号电压，根据被测电压的数值，选择适当的量程，若事先不知被测电压的范围，应先将量程放到最大档，再根据读数逐步减小量程，直到合适的量程为止；用完后，应将选择“测量范围”开关放到最大量程档

3、，然后关掉电源。注意事项：接短路线时，应先接地线后接另一根线，取下短路线时，应先取另一根线后取地线；测量时，仪器的地线应与被测电路的地线接在一起。3.示波器示波器是一种用来观测各种周期性变化电压波形的电子仪器，可用来测量其幅度、频率、相位等等。一个示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、锯齿波发生器、衰减器等部分组成。使用方法：打开电源开关，适当调节垂直()和水平()移位旋钮，将光点或亮线移至荧光屏的中心位置。观测波形时，将被观测信号通过专用电缆线与Y1(或Y2)输入插口接通，将触发方式开关置于“自动”位置，触发源选择开关置于“内”，改变示波器扫速开关及Y轴灵敏度开关，在荧光屏上显示出一个

4、或数个稳定的信号波形。四、实验内容1.从函数信号发生器输出频率分别为：200Hz、1KHz、2KHz、10KHz、20KHz、100KHz(峰峰值为1V)的正弦波、方波、三角波信号，用示波器观察并画出波形。2.从函数信号发生器输出频率分别为200Hz、1KHz、2KHz、10KHz，幅值分别为100mV和200mV(有效值)的正弦波信号。用示波器和交流毫伏表进行参数的测量并填入表11。表11信号频率信号电压毫伏表读数示波器测量值示波器测量值峰峰值有效值周期（mS）频率（Hz）200Hz100mV200mV1KHz100mV200mV2KHz100mV200mV10KHz100mV200mV五、

5、实验报告整理实验数据，并进行分析。实验二 电阻应变片特性实验一、实验目的 （1）了解金属箔式应变片的特性，掌握传感器的工作原理。 （2）明确掌握应变片在直流电桥中的几种接法，并通过每种接法的输入输出特性，分析应变式传感器和应变片的灵敏度与线性度。(3 ) 了解温度对应变测试系统的影响。二、实验设备 CSY910传感器系统实验仪三、实验原理 应变片电阻式传感器采用悬臂梁，在梁的正反面贴有应变片电阻如图1所示。利用这四个应变片电阻可构成一个测量桥路。当在应变梁的自由端加载时，梁产生弯曲变形。粘贴在表面的电阻应变片也随之图1 金属等强度悬臂梁实验架 图2 直流电桥接线板变形，从而阻值也偏离初始值。若

6、将应变片电阻构成不同的桥路，电桥的输出电压与所加载荷之间的关系就是应变特性。图2所示电阻检测电路上的虚线是供使用者接上应变电阻或固定电阻值的电阻，并构成电桥，本身没接电阻。以单臂电桥为例，直流电桥的输出表达式为当R1感受应变产生电阻增量R1时，电桥输出为由此可见，应变片电阻发生变化时，电桥的输出电压也随着变化，当面RR时，电桥的输出与应变成线性关系四、实验内容（一）金属箔式应变片性能单臂电桥 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、FV表、主副电源。 旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，FV表打到2V档，差动放大增益最大。 实验步骤：(1）了解所需单元、

7、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。 （2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（）负（一）、地短接。将差动放大器的输出端与FV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FV表显示为零，关闭主、副电源。 （3）根据图 1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；RXR4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，FV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

8、平衡网络中的WI，使FV表显示为零，然后将FV表置2V档，再调电桥W1(慢慢地调)，使FV表显示为零。 图 1 （4）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FV表显示最小，再旋动测微头，使FV表显示为零（细调零）这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 （5）往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下FV表显示的值。建议每旋动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入下表：位 移（mm）电 压（mV）（6）据所得结果计算灵敏度（式中为梁的自由端位移变化，为相应FV表显示的电压相应变化）（7）实验完毕，关闭主、副电源，所

9、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。 （二）金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥FV表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到2V档，FV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）按图 1接线，图中 R4Rx为工作片，r及 WI为电桥平衡

10、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土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0.5 mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。位 移（mm）电 压（mV）（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FV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

11、阻换成另两片受力应变片（即R1换成应变片，R2换成 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FV表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表：位 移（mm）电 压（mV）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）直流稳压电源土 4V不能打得过大，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。 思考题：1、 本实

12、验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？对比电桥的三种方式，电桥输出电压与应变量之间的关系怎样？ 实验三 差动变压器式传感器特性一、实验目的1、 通过实验进一步了解差动变压器式传感器的基本结构、工作原理及其所配用的测量电路。2、 通过实验研究该传感器的输出特性，并对交、直流输出特性进行比较。3、 通过实验观察零点残余电压对传感器输出特性的影响，并掌握减小零点残余电压的一个方法。二、实验设备 CSY910传感器系统实验仪 双踪示波器等三、实验原理（一） 差动变压器式传感器特性实验的测试系统下图（一）为差动变压器式传感器特性实验的测试系统框图。图中直流稳压电源给激励信号源提供一个稳定的直流电压；激

13、励信号源为差动变压器的初级提供一个幅值为35伏、频率为05kHz的方波激励信号；差动变压器的输出信号既可以用交流毫伏表进行测试，又可以经相敏检波后由双向直流毫伏表进行测试，以便实现传感器的交、直流特性实验。 图（一）测试系统原理框图（二）差动变压器式传感器的基本结构 本实验选用三节螺线管式差动变压器，其结构示意图如图（二）所示。由图可知，其主要由线圈组合及活动铁芯两部分组成。初级绕组是差动变压器的激励线圈，相当于变压器的原边。次级绕组是由两个结构对称、尺寸相同、参数相等的线圈反相串联而成，相当于变压的副边，其原理图如图（三）所示。 1 图（二） 三节螺线管式差动变压器 结构 图（三）差动变压器

14、式传感器原理图 1 初级绕组 2 铁芯 3次级绕组（三）差动变压器式传感器的工作原理由图（三）可知，当差动变压器式传感器的初级绕组加上一个激励电压时，由于互感M1和M2的作用，在两个次级绕组中将分别产生感应电势和,根据两次级绕组反相串联，得 （1）下面就活动铁芯处于三种不同位置时进行分析。1、当活动铁芯处于初始平衡位置 由于初级绕组与两个次级绕组间的互感系数因而，两次级绕组的感应电势由（1）式可得： （2）上式说明，当差动变压器式传感器的活动铁芯处于初始平衡位置（此位置对应铁芯位移为零）时，差动变压器输出电压等于零。2、当活动铁芯由初始平衡位置向右移动（定义为正向位移）时由图3可知，因为活动铁芯向右移动，导致互感系数M1增加、M2减小，所以两个次级绕组的感应电势中的增加、减小。由于差动变压器式传感器在结构上完全对称，两个互感系数与两个次级绕组感应电势变化量的绝对值分别相等，即根据（2）式得 3、当活动铁芯由初始平衡位置向左移动即反向位移时，同理可得综上可得 上式说明，差动变压器式传感器输出电压的大小正比于活动铁芯位移量的大小，输出电压的极性反映了活动铁芯位移的方向，