7实验验七 应变差动变压器等基本传感器型物理设计性实验.docx

1、7实验验七 应变差动变压器等基本传感器型物理设计性实验应变、差动变压器等DH-SJ2基本传感器型物理设计性实验（选做其中部分实验）实验一 金属箔式应变片性能单臂电桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。所需模块及仪器设备： 直流恒压源DH-VC2、电桥模块（只提供器件）、差动放大器（含调零模块）、测微头及连接件、应变片、万用表、九孔板接口平台和传感器实验台一。旋钮初始位置： 直流恒压源DH-VC24V档，万用表打到2V档，差动放大增益中间位置。实验步骤： 1、了解所需模块、器件设备等，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、。测微头在双平行梁后面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。安装测微头时，应注意是否可以到达磁钢中心位置； 2、差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的GND与差动放大器模块的GND相连，VREF与VREF相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端VP（）、反相端VN（）与地短接。用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节调零旋钮使万用表显示为零； 3、根据图1接线R1、R2、R3为电桥模块的固定电阻，R4则为应变片；将直流恒压源的打至4V档，万用表置20V档。开启直流恒压源，调节电桥平衡网络中的电位器W1，使万用表显示为零；图1

3、 4、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）使万用表显示最小，再旋动测微头，使万用表显示为零（细调零），并记下此时测微头上的刻度值（要准确无误地读出测微头上的刻度值）。 5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移(X)记下万用表显示的值。建议每旋动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入下表：X（mm）U（mv） 6、据所得结果计算灵敏度SUX（式中X为梁的自由端位移变化，U为相应万用表显示的电压相应变化）。 7、在托盘未放砝码之前，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

4、结果计算系统灵敏度S=UW，并作出U-W关系曲线，U为电压变化率，W为相应的重量变化率。(重量用W表示，电压用U表示，后面所用，与此相同，不再另作说明。)W（g）20406080100120U（mv）问题： (1) 本实验电路对直流恒压源和放大器有何要求？(2) 根据原理图，简要分析差动放大器的工作原理。注意事项：(1)在记录数据之前，请将测微头调至一个合适位置。合适位置：指的是测微头螺杆最长及最短时，万用表示数的范围要足够大。调节方法：通过调整测微头支杆座的高度来实现；(2)在旋转旋钮时，请不要转动测微头支杆。实验二 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

5、相互之间关系。所需模块及仪器设备： 直流恒压源DH-VC2、差动放大器、电桥模块、万用表、测微头及连接件、传感器实验台一、应变片和九孔板接口平台。旋钮初始位置：直流恒压源4V档，万用表打到2V档，差动放大器增益中间位置。实验步骤： 1、差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的GND与差动放大器模块的GND相连，VREF与VREF相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端VP（）、反相端VN（）与地短接。用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节调零旋钮使万用表显示为零。2、按图2接线，图中RX为应变片，r及W1为可调平衡网络。图2 3

6、、安装和调整测微头到磁钢中心位置并使双平行梁处于水平位置(目测)，记下该刻度值，再将直流恒压源打到4V档。选择适当的放大增益，然后调节电桥平衡电位器W1，使万用表显示为零。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，然后关闭直流恒压源：X（mm）U（mv）5、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，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使万用表显示表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：X（mm）U（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

7、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同样使万用表显示为零。重复（4）过程将读出数据填入下表： X（mm）U（mv） 7、在同一坐标纸上描出X-U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直流恒压源关闭。(2) 在实验过程中如有发现万用表发生过载，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) 直流恒压源为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

8、。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模块及仪器设备： 移相器、频率振荡器DH-WG2（音频振荡器）、直流恒压源、双踪示波器和九孔板接口平台实验步骤：1、 按图3接线。 图32、将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0o、180o插口输出均可）；3、打开恒压源，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、旋动移相器上的移相电位器，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、试分析本移相器的工作原理及观察到的现象。提示：A2、R3、R4、R5、C2超前移相，在R3R4

9、=R5时，KF1（j）=Vo1/Vi1=-(1-j R3C2)/(1+jR3C2), =1, F1()= -tg-12R3C2。A3、R6、R7、Rw、C3滞后移相，在R6R7时，KF2（j）=Vo2/Vi2=(1-jRwC3)/(1+jRwC3), =1, F2()=- tg-12 RWC3，2f。分析：f一定时Rw=010K相移，及Rw一定时，f变化相移。2、如果将双踪示波器改为单踪示波器，两路信号分别从轴和轴送入，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。所需模块及仪器设备： 相敏检波器、移相器、频率振荡器DH-WG2（音频振荡器）、

10、双踪示波器、直流恒压源DH-VC2、低通滤波器、万用表和九孔板接口平台。旋钮初始位置: 音频振荡器频率为4KHz，幅度置最小，直流恒压源输出置于2V档。实验步骤：1、根据图4A的电路接线，相敏检波器的V+、V-分别接至DH-VC2的+15V、-15V，GND接GND ,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Vi，把直流恒压源2V输出接至相敏检波器的参考输入端DC，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端Vi和输出端V0组成一个测量线路。图4A2、调整好示波器，开启恒压源，调整音频振荡器的幅度峰峰值为4V。观察输入和输出波的相位和幅值关系。3、改变参考电压的极性（除去直流恒压源2

11、V输出端与相敏检波器参考输入端DC的连线，把直流恒压源的2V输出接至相敏检波器的参考输入端DC），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。图4B4、关闭恒压源，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Vi，将从0输出端输出接至相敏检波器的参考输入端Vr，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入Vi和输出端V0，将相敏检波器输出端V0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万用表连接起来，组成一个测量线路。（此时，万用表置于20V档）。

12、5、开启恒压源，调整音频振荡器的输出幅度Vip-p，同时记录万用表的读数Vo，填入下表。单位：VVip-pVo6、关闭恒压源，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Vi，将180输出端输出接至移相器的输入端，移相器的输出端接至相敏检波器的参考输入端Vr，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端Vi和输出端V0，将相敏检波器输出端V0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万用表连接起来，组成一测量线路。图4C 7、开启恒压源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器上显示的波形及万用表上的读数，使得输出最大。8、调整音频振荡器的输出幅度，

13、同时记录万用表的读数，填入下表。单位：VVip-pV0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、在完成第四步后，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端Vi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，万用表的读数是什么极性的最大值。实验五 金属箔式应变片交流全桥实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、电桥模块、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通

14、滤波器、万用表、传感器实验台一、应变片、测微头及连接件、直流恒压源、九孔板接口平台和双踪示波器。旋钮初始位置：音频振荡器幅度拧至中间位置，万用表打到20V档，差动放大器增益旋至最大。实验步骤： 1、差动放大器调零：V+接至直流恒压源的+15V,V-接至-15V,调零模块的GND与差动放大器模块的GND相连，VREF与VREF相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端VP（）、反相端VN（）与地短接。用万用表测差动放大器输出端的电压；开启直流恒压源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调节差动放大器的调零旋钮使万用表显示为零。2、按图5接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1

15、、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口引入。图53、用手按住振动梁（双平行梁）的自由端。旋转测微头使测微头脱离振动梁自由端并远离。将万用表打至20V档，示波器轴扫描时间切换到0.10.5ms（以合适为宜），Y轴CH1或CH2打至5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启恒压源，调节电桥网络中的W1和W2，使万用表和示波器显示最小，再把万用表和示波器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，使万用表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（万用表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可

16、）。再用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，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，旋转测微头使万用表显示为零，以后每转动测微头一周即0.5mm，万用表显示值记录下表：X（mm）Uo（v） 根据所得数据，作出Uo-X曲线，找出线性范围，计算灵敏度SUX，并与以前直流全桥实验结果相比较。5、实验完毕，关闭恒压源。思考：在交流电桥中，必须有 两个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路存在 而引起的。实验六 交流全桥的应用振幅测量实验目的：本实验了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、电

17、桥模块、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、万用表、传感器实验台一、应变片、直流恒压源、频率计、九孔板接口平台和双踪示波器。旋钮初始位置：低频振荡器频率置合适位置，幅度为最小，差放增益置合适位置。实验步骤：1、按图5接线，并且保持实验(1)、(2)、(3)的步骤。2、将低频振荡器的输出端接至激振输入端，低频振荡器的幅度旋钮置合适位置，并用频率计监测低频振荡器的输出端，开启直流恒压源，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。3、将音频振荡器的频率调至1KHz左右，幅度为10Vp-p.(频率用频率计监测，幅度用示波器监测)4、将

18、示波器的X轴扫描旋钮切换到ms/div级档，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。并描出各级波形，改变低频振荡器频率，可测得相应的电压峰峰值（低通滤波器输出端VoP-P）,填入下表，并作出幅频曲线：f(Hz)VoP-P(mv)做完以上实验，可反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。实验七 交流全桥的应用电子秤实验目的：了解交流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、电桥模块、差动放大器、移相器、低通滤波器、万用表、砝码、直流恒压源、应变片、九孔板接口平台和

19、传感器实验台一。实验步骤： 1、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。图72、将万用表的打至20V档，示波器轴扫描时间切换到0.10.5ms，Y轴CH1或CH2打至5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启恒压源，调节电桥网络中的W1和W2，使万用表和示波器,显示最小，再把万用表和示波器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，使万用表的显示值最小，示波器的波形为一条水平线（万用表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。

20、现用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相电位器，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。 3、在梁的自由端加上砝码，调节差放增益旋钮，使万用表显示对应的量值，去除所有砝码，调W1使万用表显示为零，这样重复几次即可。4、在梁自由端（磁钢处同一个点上）逐一加上砝码，把万用表的显示值填入下表。并计算灵敏度SU/W。W(g)U(v)5、梁自由端放一个重量未知的重物，记录万用表的显示值，得出未知重物的重量注意事项： 砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。设计：要将这个电子秤方案投入实际应用，应如何改进？实验八 差动变压器（互感式）的性能实验目的：了解差动变压

21、器原理及工作情况。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、测微头及连接件、示波器、九孔板接口平台、传感器实验台一和差动线圈与铁芯连接件等。旋钮初始位置：音频振荡器4KHz8KHz之间。实验步骤： 1、先将差动线圈及其铁芯连接件安装在传感器实验台一的振动盘上，再按图8接线,音频振荡器（必须Lv输出）、示波器连接起来，组成一个测量线路。打开直流恒压源，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。通过观察CH2波形，并调节铁芯上下的位置使CH2的波形幅度为最小。 图8 2、转动测微头使测微头与传感器实验台一的磁钢吸合，并使示波器上的波形输出幅度为最

22、小，记下测微头上的刻度值。3、往下旋动测微头，使传感器实验台一产生位移。每位移0.5mm，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。SUX（式中U为电压变化，X为相应传感器实验台一的位移变化），作出U-X关系曲线。X(mm)Uop-p(mv)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，双踪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？是什么原因造成的？实验九 差动变压器（互感式）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

23、对残余电压进行补偿。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、测微头及连接件、电桥模块、差动线圈与铁芯连接件、差动放大器、示波器、传感器实验台一、直流恒压源和九孔板接口平台。旋钮初始位置：差动放大器的增益中间位置。实验步骤：图91、先把线圈与铁芯连接件的位置调整好，使铁芯处于线圈的中间位置，后将差动放大器调零，再按图9接线，音频振荡必须从LV口输出，W1(22k)，W2(22k)，r(1k),c(0.1F),为电桥模块中调平衡网络； 2、利用示波器，调整音频振荡器幅度使示波器CH1为2VP-P。调节音频振荡器频率，使示波器CH2波形不失真；3、将CH2的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电

24、压波形相比较。经过补偿后的残余电压波形：为 波形，这说明波形中有 分量； 4、这时的零点残余电压经放大后V零点p-p100，100为放大倍数与实验十四未经补偿残余电压相比较； 5、实验完毕后，关闭直流恒压源，拆除导线。注意事项：(1) 由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。(2) 音频信号必须从LV口引出。思考：本实验也可把电桥模块搬到次级圈上进行零点残余电压补偿。实验十 差动变压器（互感式）的标定实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法所需模块及仪器设备： 频率振荡器、差动放大器、差动线圈与差动棒连接

25、件、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头及连接件、电桥模块、万用表、示波器、传感器实验台一、九孔板接口平台和直流恒压源。旋钮初始位置： 差动放大器的增益中间位置，万用表置2V档。实验步骤： (1)按图10接线；图10 （2） 装上测微头，调整使铁芯处于差动线圈的中间位置；（3） 打开直流恒压源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮为2VP-P；（4） 利用示波器和万用表，调整差动放大器的增益及电桥平衡网络电位器，使万用表指示为零；（5） 给梁一个较大的位移，调整移相器，使万用表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形； （6）旋转测微头，使万用表的显示为0，记下测微头的刻度值，每隔0

26、.5mm读数记录实验数据，填入下表，作出U-X曲线，并求出灵敏度SUX。X（mm）U（mv）注意事项：如果接着做下一个实验则各旋钮及接线无须变动。实验十一 差动变压器（互感式）的应用振动测量实验目的：了解差动变压器的实际应用。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥模块、低通滤波器、频率计、示波器、差动线圈与铁芯连接件、九孔板接口平台和传感器实验台一。旋钮初始位置：差动放大器增益最大，低频振荡器频率、幅度置中。实验步骤：1、先把铁芯与线圈的位置调整好，使铁芯处于线圈的中间位置，保持图10接线，将低频振荡器输出V0接入激振一端，另一端接地，打开直流恒压源，调节低频振

27、荡器幅度置中，频率慢慢调大，让振动盘起振并使振动幅度适中（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）。2、将音频振荡器的幅度调到2VP-P，频率调至适中位置。用示波器观察各单元即：差放、检波、低通输出的波形。3、保持低频振荡器的幅度不变，并用频率计监测，调节低频振荡器的频率，用示波器观察低通滤波器的输出，如果波形不好，可以适当减小差放的增益，读出峰峰值记下实验数据，填入下表：f(Hz)Vp-p(v)根据实验结果作出梁的振幅频率(幅频)特性曲线，指出传感器实验台一自振频率（谐振频率）的大致值，并与用应变片测出实验（实验六）的结果相比较。实验完毕，关闭直流恒压源，再拆除导线。注意事项： 选择合适的低频激振信号

28、，以免传感器实验台一在自振频率附近振幅过大。问题：如果用直流万用表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？实验十二 差动变压器（互感式）的应用电子秤实验目的：了解差动变压器的实际应用。所需模块及仪器设备： 频率振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、万用表、电桥模块、砝码、直流恒压源、传感器实验台一和九孔板接口平台。旋钮初始位置：万用表置2V档。实验步骤： 1、先把差动线圈与铁芯连接件的位置调整好，使铁芯处于线圈的中间位置，后将差动放大器调零，再按图10接线；2、打开直流恒压源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度,使其输出为2VP-P；3、将测量系统调零（与实验七相同）（万用表始终调不到零，说明差动变压器的铁芯不处在中间位置。）； 4、适当调节差动放大器的放大倍数，使在秤重平台上放上数量的砝码时万用表指示不溢出。5、去掉砝码后，必要的话可以将系统重新调零，再逐个加砝码，记下万用表的电压值，填入下表：W(g)U(v)6、去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物，记下万用表读数。关闭直流恒压源。7、利用所得数据，求得系统灵敏度SU/W及重物的重量。注意事项： (1) 砝码不宜太重，以免平行