实验一电阻应变片及电桥特性实验.docx

1、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：直流稳压电源；差动放大器；电桥； V/F表；2、 附件测微头；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V200mv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

2、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

3、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175、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

4、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

5、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：音频振荡器；差动放大器；移相器；相敏检波器；电桥；V/F表；低通滤波器。（2） 附件

6、测微头；双踪示波器；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V2V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

7、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VX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。w 0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

8、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6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：电容传感器；差动放大器

9、； V/F表；激振器(2)附件示波器；导线；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 OUT3 3-12、 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

10、？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1摆按钿/标记拶钗 记就紙完指朋灯盹範捕座,灯源保険址-7J触点捕廛箱克接线林时标綸入输山开电激保检甦肿电渕刨氐训肖开典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

11、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KA(厂J(12)2 +4岛2 G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 FC6-1

12、200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wt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) , f

13、 n =1200Hz, E =0.707 ( FC6-1200)f(Hz)123451015202530354050100120n =f/fn 为8.(316.67253341.5683125166.6208250291.6330416.683310002( )0.0670.1350.2030.2670.3380.671.011.351.692.032.362.673.386.768.13、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，

14、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20H z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

15、)，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4-2n = f / n0.010.10.20.30.41.0波形记录幅值1(mn)L1L2归一化值11 / 12L1/L1=1L2/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 S d=0.707左右，根据测试数据绘出相频特性

16、(n), 测试数据列入表4-3中。表 4-3 FC6-30 振子，f n =30HzF(Hz)24681012141618202224262830323436n =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

17、。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

18、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、 SC16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

19、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 12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

20、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，

21、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

22、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

23、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=15HZf1115213045607590105120A1A27 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