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使用说明CSY系列传感器系统实验仪是用于检测仪表类课程教学实验的多功能教学仪器其特点是集被测体、各种传感器、信号激励激、处理电路和显示器于一体,可以组成一个完整的测试系统通过实验指导书所提供的数十种实验举例,能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验通过这些实验,实验者可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识,并可在本仪器上举一反三开发出新的实验内容实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成
一、位于仪器顶部的实验工作台部分,左边是一副平行式悬臂梁,梁上装有应变式、热敏式、P-N结温度式、热电式和压电加速度五种传感器平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片,受力工作片分别用符号和表示其中六片为金属箔式片(BHF-350)横向所贴的两片为温度补偿片,用符号和表示片上标有“BY”字样的为半导体式应变片,灵敏系数130热电式(热电偶)串接工作的两个铜一康铜热电偶分别装在上、下梁表面,冷端温度为环境温度分度表见实验指导书热敏式上梁表面装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51,负温度系数,25℃时阻值为8~10KP-N结温度式根据半导体P-N结温度特性所制成的具有良好线性范围的温度传感器压电加速度式位于悬臂梁右部,由PZT-5双压电晶片,铜质量块和压簧组成,装在透明外壳中实验工作台左边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台圆盘周围一圈所安装有(依逆时针方向)电感式(差动变压器)、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式五种传感器电感式(差动变压器)由初级线圈Li和两个次级线圈L绕制而成的空心线圈,圆柱形铁氧体铁芯置于线圈中间,测量范围10mm电容式由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容,线性范围≥3mm磁电式由一组线圈和动铁(永久磁钢)组成,灵敏度
0.4V/m/s霍尔式HZ-1半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中,线性范围≥3mm电涡流式多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器,线性范围1mm光电式传感器装于电机侧旁两副平行式悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢,右边圆盘式工作台由“激振I”带动,左边平行式悬臂梁由“激振II”带动为进行温度实验,左边悬臂梁之间装有电加热器一组,加热电源取自15V直流电源,工作时能获得高于温度30℃左右的升温以上传感器以及加热器、激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排实验工作台上还装有测速电机一组及控制、调速开关两只测微头分别装在左、右两边的支架上
二、信号及显示部分位于仪器上部面板低频振荡器1~30Hz输出连续可调,Vp-p值20V,最大输出电流
0.5A,Vi端插口可提供用作电流放大器音频振荡器
0.4KHz~10KHz输出连续可调,Vp-p值20V,180°、0°为反相输出,Lv端最大功率输出
0.5A直流稳压电源±15V,提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源,最大输出
1.5A±2V~±10V,档距2V,分五档输出,提供直流信号源,最大输出电流
1.5A数字式电压/频率表3位显示,分2V、20V、2KHz、20KHz四档,灵敏度≥50mV,频率显示5Hz~20KHz指针式直流毫伏表测量范围500Mv、50mV、5mV三档,精度
2.5%
三、处理电路位于仪器下部面板电桥用于组成应变电桥,面板上虚线所示电阻为虚设,仅为组桥提供插座R
1、R
2、R3为350Ω标准电阻,WD为直流调节电位器,WA为交流调节电位器差动放大器增益可调比例直流放大器,可接成同相、反相、差动结构,增益1-100倍光电变换器提供红外发射、接收、稳幅、变换,输出模拟信号电压与频率变换方波信号四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤(一根接收,一根发射)组成的光强型光纤传感器电容变换器由高频振荡、放大和双T电桥组成移相器允许输入电压20Vp-p,移相范围±40°(随频率有所变化)相敏检波器极性反转电路构成,所需最小参考电压
0.5Vp-p,允许最大输入电压20Vp-p电荷放大器电容反馈式放大器,用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号电压放大器增益5倍的高阻放大器涡流变换器变频式调幅变换电路,传感器线圈是三点式振荡电路中的一个元件温度变换器根据输入端热敏电阻值及P-N结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变换电路低通滤波器由50Hz陷波器和RC滤波器组成,转折频率35Hz左右使用仪器时打开电源开关,检查交、直流信号源及显示仪表是否正常仪器下部面板左下角处的开关控制处理电路的±15V工作电源,进行实验时请勿关掉指针式毫伏表工作前需对地短路调零,取掉短路线后指针有所偏转是正常现象,不影响测试请用户注意,本仪器是实验性仪器,各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证,而非工程应用型的传感器定量测试各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常1.应变片及差动放大器,参考附图2进行单臂、半桥和全桥实验,各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量各接线图两个节点间即为一实验接插线,接插线可多根迭插,为保证接触良好插入插孔后请将插头稍许旋转2.半导体应变片,进行半导体应变片直流半桥实验3.热电偶,按附图4接线,加热器接15V电源,另一端接地,观察随温度升高热电势的变化4.热敏式,按附图5接线,进行“热敏传感器实验”,电热器加热升温,观察随温度升高“V0”端输出电压变化情况,注意热敏电阻是负温度系数5.P-N结温度式,进行P-N结温度传感器测温实验,注意电压表2V档显示值为绝对温度T6.进行“移相器实验”,用双踪示波器观察两通道波形7.进行“相敏检波器实验”,相敏检波端口序数请参照附图6,其中4端为参考电压输入端8.进行“电容式传感器特性”实验,接线参照附图7当振动圆盘带动动片上下移动时,电容变换器V0端电压应正负过零变化9.进行“光纤传感器——位移测量”,光纤探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定,端面垂直于镀铬反射片,旋动测微头带动反射片位置变化,从“V0”端读出电压变化值光电变换器“F0”端输出频率变化方波信号测频率变化时可参照“光纤传感器——转速测试”步骤进行10.进行光电式传感器测速实验,VF端输出的是频率信号11.将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端、输出端用示波器观察,注意根据低通输出幅值调节输入信号大小12.进行“差动变压器性能”实验,检查电感式传感器性能,实验前要找出次级线圈同名端,次级所接示波器为悬浮工作状态13.进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验,接线参照附图9,直流激励信号绝对不能大于±2V,否则一定会造成霍尔元件烧坏14.进行“磁电式传感器”实验,磁电传感器两端接差动放大器输入端,用示波器观察输出波形,参见附图1215.进行“压电加速度传感器”实验,接线参见附图13此实验与上述第12项内容均无定量要求16.进行“电涡流传感器的静态标定”实验,接线参照图11,其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方,即接电涡流线圈处,右上端端口为输出经整流后的直流电压17.如果仪器是带微机接口和实验软件的,请参阅数据采集及处理说明数据采集卡已装入仪器中,其中A/D转换是12位转换器,无漏码最大分辨率1/2048(即
0.05%),在此范围内的电压值可视为容许误差所以建议在做小信号实验(如应变电桥单臂实验)时选用合适的量程,以正确选取信号仪器后部的RS232接口请接计算机COM2口串行工作否则计算机将收不到信号仪器工作时需良好的接地,以减小干扰信号,并尽量远离电磁干扰源仪器的型号不同,传感器种类不同,则检查项目也会有所不同上述检查及实验能够完成则整台仪器各部分均为正常实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”,要在确认接线无误的情况下开启电源,要尽量避免电源短路情况的发生,加热时“15V”电源不能直接接入应变片、热敏电阻和热电偶实验工作台上各传感器部分如位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整,以按下振动梁松手,各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜附件中的称重平台是在实验工作台左边的悬臂梁旁的测微头取开后装于顶端的永久磁钢上方,环形圆片代替砝码做称重实验实验开始前请检查实验连接线是否完好,以保证实验顺利进行本实验仪需防尘,以保证实验接触良好,仪器正常工作温度0℃~40℃目录使用说明实验内容(各型传感器实验仪按需选用)实验一箔式应变片性能――单臂电桥实验二箔式应变片三种桥路性能比较实验三箔式应变片的温度效应实验四应变电路的温度补偿实验五半导体应变片性能实验六半导体应变片直流半桥测试系统实验七箔式应变片与半导体应变片性能比较实验八移相器实验实验九相敏检波器实验实验十箔式应变片组成的交流全桥实验十一激励频率对交流全桥的影响实验十二交流全桥的应用――振幅测量实验十三交流全桥组成的电子秤实验十四差动变压器性能实验十五差动变压器零残电压的补偿实验十六差动变压器的标定实验十七差动变压器的振动测量实验十八差动螺管式电感传感器位移测量实验十九差动螺管式电感传感器振幅测量实验二十激励频率对电感传感器的影响实验二十一热电式传感器――热电偶实验二十二热敏式温度传感器测温实验实验二十三P-N温度传感器实验二十四光纤位移传感器――位移测量实验二十五光纤传感器-转速测量实验二十六光电传感器的应用――光电转速测试实验二十七霍尔式传感器的直流激励特性实验二十八霍尔式传感器的交流激励特性实验二十九霍尔传感器的应用――振幅测量实验三十霍尔传感器的应用――电子秤实验三十一电涡流式传感器的静态标定实验三十二被测材料对电涡流传感器特性的影响实验三十三电涡流式传感器的振幅测量实验三十四电涡流传感器的称重实验实验三十五电涡流传感器电机测速实验实验三十六磁电式传感器实验三十七压电加速度传感器实验三十八电容式传感器特性实验三十九力平衡式传感器实验四十双平行梁的动态特性――正弦稳态响应实验四十一微机检测与转换――数据采集处理实验一箔式应变片性能――单臂电桥
一、实验目地1.观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式2.测试应变梁变形的应变输出3.比较各桥路间的输出关系
二、实验原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况应变片是最常用的测力传感元件当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体表面,当测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化通过测量电路,转换成电信号输出显示电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种,当电桥平衡时,桥路对臂电阻乘积相等,电桥输出为零,在桥臂四个电阻R
1、R
2、R
3、R4中,电阻的相对变化率分别为△R1/R
1、△R2/R
2、△R3/R
3、△R4/R4,当使用一个应变片时,;当二个应变片组成差动状态工作,则有;用四个应变片组成二个差动对工作,且R1=R2=R3=R4=R,由此可知,单臂,半桥,全桥电路的灵敏度依次增大
三、实验所需部件直流稳压电源(±4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、(或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表
四、实验步骤1.调零开启仪器电源,差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底),“+、-”输入端用实验线对地短路输出端接数字电压表,用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实验线调零后电位器位置不要变化如需使用毫伏表,则将毫伏表输入端对地短路,调整“调零”电位器,使指针居“零”位拔掉短路线,指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况调零后关闭仪器电源2.按图
(1)将实验部件用实验线连接成测试桥路桥路中R
1、R
2、R
3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器,R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)直流激励电源为±4V图
(1)测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状态3.确认接线无误后开启仪器电源,并预热数分钟调整电桥WD电位器,使测试系统输出为零4.旋动测微头,带动悬臂梁分别作向上和向下的运动,以水平状态下输出电压为零,向上和向下移动各5mm,测微头每移动
0.5mm记录一个差动放大器输出电压值,并列表(或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码,进行上述实验)位移mm电压V根据表中所测数据计算灵敏度S,S=△X/△V,并在坐标图上做出V-X关系曲线
五、注意事项1.实验前应检查实验接插线是否完好,连接电路时应尽量使用较短的接插线,以避免引入干扰2.接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动,以保证接触良好,拔出时也轻轻地转动一下拔出,切忌用力拉扯接插线尾部,以免造成线内导线断裂3.稳压电源不要对地短路实验二箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验原理说明实际使用的应变电桥的性能和原理已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R/R、4△R/R根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R,电桥灵敏度Ku=V/△R/R,于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.由此可知,当E和电阻相对变化一定时,电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关
二、实验所需部件直流稳压电源(±4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、(或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表
三、实验步骤1.在完成实验一的基础上,不变动差动放大器增益和调零电位器,依次将图
(1)中电桥固定电阻R
1、R
2、R3换成箔式应变片,分别接成半桥和全桥测试系统2.重复实验一中3-4步骤,测出半桥和全桥输出电压并列表,计算灵敏度3.在同一坐标上描出V-X曲线,比较三种桥路的灵敏度,并做出定性的结论
四、注意事项1.应变片接入电桥时注意其受力方向,一定要接成差动形式2.直流激励电压不能过大,以免造成应变片自热损坏3.由于进行位移测量时测微头要从零-→正的最大值,又回复到零,再-→负的最大值,因此容易造成零点偏移,因此计算灵敏度时可将正△X的灵敏度与负的△X的灵敏度分开计算再求平均值,以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法实验三箔式应变片的温度效应
一、实验目的说明温度变化对应变测试系统的影响
二、实验原理温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同由此引起测试系统输出电压发生变化
三、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)
四、实验步骤1.按图
(1)接线,开启电源,调整系统输出为零2.记录加热前测试系统感受的温度,点温计可插入二片应变梁之间的加热器当中3.开启“加热”电源,观察测试系统输出电压随温度计升高而发生的变化待电压读数基本稳定后记下电压值4.求出温度漂移值△V/△T
五、注意事项由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能,因此温度系数还是比较小的实验四应变电路的温度补偿
一、实验目的由于温度变化引入了测量误差,因此实用测试电路中必须进行温度补偿
二、实验原理用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种,如图
(2)所示在电桥中,R1为工作片,R2为补偿片,R1=R2当温度变化时两应变片的电阻变化△R1与△R2符号相同,数量相等,桥路如原来是平衡的,则温度变化后R1R4=R2R3,电桥仍满足平衡条件,无漂移电压输出,由于补偿片所贴位置与工作片成90°,所以只感受温度变化,而不感受悬臂梁的应变图
(2)图
(3)
三、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)
四、实验步骤1.按图
(3)接好线路,图中R′和R″分别为箔式工作片和补偿片2.重复实验三1-4步骤,求出接入补偿片后系统的温度漂移,并与实验三的结果进行比较
五、注意事项应正确选择补偿片在面板的应变片接线端中,从左至右1-8对接线端分别是1-上梁半导体应变片,2-下梁半导体应变片
3.5-上梁箔式应变工作片,
4.6-下梁应变工作片,
7.8-上、下梁温度补偿片电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上实验五半导体应变计性能
一、实验目的说明半导体应变计的灵敏度和温度效应
二、实验原理由于材料的阻值,则当应变,灵敏度;对于箔式应变片,K箔≈1+2μ,主要是由形变引起对于半导体应变计,K半≈(△ρ/ρ)/∑主要由电阻率变化引起由于半导体材料的“压阻效应”特别明显,可以反映出很微小的形变,所以K半要大于K箔,但是受温度影响大图
(4)
三、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)
四、实验步骤1.按图
(4)接线,R′是半导体应变计,另一臂电阻是电桥上固定电阻开启电源后预热数分钟2.按单臂电桥实验步骤调整悬臂梁位置,调整系统输出,用测微头进行位移,记录V,X数据,作出V-X曲线,求出灵敏度3.重新调整测试系统输出为零用点温计记录加温前的工作温度T4.打开“加热”,观察随温度升高系统输出电压温漂情况待电压稳定后测得温升,求出系统的温漂△V/△T
五、注意事项此实验中直流激励电压只能用±2V,以免引起半导体自热实验六半导体应变计直流半桥测试系统
一、实验目的通过实际运用的半导体半桥电路,与实验五的半导体单臂电路进行性能比较
二、实验所需部件直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)、加热器
三、实验步骤1.按图
(5)接线,电桥中R′和R″为半导体应变计2.按实验五步骤测出V,X值,画出V-X曲线,求出灵敏度,测出温度变化时的温漂图
(5)
四、注意事项此实验的测试条件应与实验五一致实验七箔式应变片与半导体应变片性能比较
一、实验目的通过实验比较两种应变电路的灵敏度与温度特性
二、实验所需部件直流稳压电源、差动放大器、箔式应变片、半导体应变片、测微头、电压表、加热器、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)
三、实验步骤1.分别做箔式单臂电桥和半导体式单臂电桥实验,接线如图
(1)所示,直流激励源为±2V,差动放大器增益为100倍调整系统,在相同的外部环境下分别测得两组数据填入表格,求出灵敏度位移Xmm灵敏度V半导体单臂V箔式单臂V半导体半桥V箔式半桥2.将电桥中一固定电阻换成应变片,做箔式半桥和半导体半桥实验,将测得的两组数据分别填入表格,求出灵敏度3.在同一坐标上画出四条V-X曲线以作比较4.分别对箔式变片和半导体应变片加热,测出两种测试电路的温漂,并进行比较实验结果以证实实验五中对半导体应变片性能的分析
四、注意事项进行上述实验时激励电压,差动放大器增益、测微头起始点位置等外部环境必须一致,否则就无可比性实验八移相器实验
一、实验目的说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理移相器电路图
(6)
二、实验原理图
(6)为移相电路示意图该电路的团环增益把拉普拉氏算符换成频率域的参数,则得到又改写为在实验电路中,常设定幅频特性︱G(jω)︱=1为此选择参数R1=RF=10KΩ由上R=20KΩ则输出幅度与频率无关,闭路增益可简化为当R=2R1=2RRF时,︱G(jω)︱=1由上式可以得到相频特性表达式由tgΨ表达式和正切三角函数半角公式可以得到因此可以得到相移ψ为电阻R可以在很宽的范围内变化,当WRC很大时,相移ψ-→O,式中负号表示相位超前,如将电路中R和C互换位置,则可得到相位滞后的情况如果阻容网络Rc不变,则相移将随输入信号的频率而改变
三、实验所需部件移相器、音频振荡器、双线示波器
四、实验步骤1.音频振荡器频率、幅值旋钮居中,将信号(0°或180°均可)送入移相器输入端2.将双线示波器两测试线分别接移相器输入输出端,调整示波器,观察波形3.调节移相器“移相”旋钮,观察两路波形的相位变化4.改变音频振荡器频率,观察不同频率时移相器的移相范围5.根据移相器实际电路图分析其工作原理
五、注意事项因为本实验仪中音频信号由函数发生器产生,所以通过移相器后波形局部有些畸变,这不是仪器故障实验九相敏检波器实验
一、实验目的说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理
二、实验原理相敏检波电路如图
(7)所示图中
①为输入信号端,
③为输出端,
②为交流参考电压电输入端,
④为直流参考电压输入当
②、
④端输入控制电压信号时,通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态,从而把
①端输入的正弦信号转换成半波整流信号图
(7)
三、实验所需部件相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器
四、实验步骤1.将音频振荡器频率、幅度旋钮居中,输出信号(0°或180°均可)接相敏检波器输入端2.将直流稳压电源2V档输出电压(正或负均可)接相敏检波器
④端3.示波器两通道分别接相敏输入、输出端,观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系4.改变
④端参考电压的极性,观察输入、输出波形的相位和幅值关系由此可以得出结论当参考电压为正时,输入与输出同相,当参考电压为负时,输入与输出反相5.将音频振荡器0°端输出信号送入移相器输入端,移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端
②连接,相敏检波器的信号输入端接音频0°输出6.用示波器两通道观察附加观察插口
⑤、
⑥的波形可以看出,相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波,使相敏检波器中的电子开关能正常工作7.将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接,低通输出端接数字电压表20V档8.示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端9.适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮,观察示波器中波形变化和电压表电压值变化,然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口,观察示波器和电压表的变化由上可以看出,当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时,输出为正极性的全波整流信号,电压表指示正极性方向最大值,反之,则输出负极性的全波整流波形,电压表指示负极性的最大值10.调节移相器“移相”旋钮,利用示波器和电压表,测出相敏检波器的输入VP-P值与输出直流电压的关系11.使输入信号与参考信号的相位改变180°,测出上述关系输入VP-P(V)输出Vo(V)
五、注意事项检敏检波器最大输入电压VP-P值为20V实验十箔式应变片组成的交流全桥
一、实验目的本实验说明交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情况图
(8)
二、实验原理图
(8)是交流全桥的一般形式当电桥平衡时,Z1Z4=Z2Z3,电桥输出为零若桥臂阻抗相对变化为△Z1/Z
1、△Z2/Z
2、△Z3/Z
3、△Z4/Z4,则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度,传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡
三、实验所需部件电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器
四、实验步骤1.按图
(8)接线,确认无误后开启电源,音频振荡器输出幅度和频率居中2.调节测微头使梁处于水平位置,调节电桥直流调平衡电位器WD,使系统输出基本为零仔细调节交流调平衡电位器WA,使系统输出为零3.用示波器观察各环节波形,测量读数,列表填入V、X值,作出V-X曲线,求出灵敏度
五、注意事项1.欲提高交流全桥的灵敏度,可用示波器观察相敏检波器输出端波形,若相敏检波器输出端波形脉动成份较大,则系统虽然可以调零,但灵敏度较低,提高灵敏度的方法是当系统初步调零后,再调节电桥中的WD电位器,使相敏检波器输出波形尽量平直,然后再调节移相器“移相”旋钮和电桥中WA旋钮,使系统为零,这样系统灵敏度会最高2.做交流全桥实验时用指针式毫伏表可以比较直观地看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压的变化情况实验十一激励频率对交流全桥的影响
一、实验原理由于交流电桥中的各种阻抗的影响,改变激励频率可以提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性
二、实验所需部件电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头
三、实验步骤1.接线、操作均按实验十进行2.音频振荡器0°端输出信号,频率从2KHZ-10KHZ,接交流全桥,分别测出系统输出电压,列表填好V,X值,在同一坐标上做出V-X曲线,比较灵敏度,并得出结论,该交流全桥工作在哪个频率时较为合适
四、注意事项做上实验时频率改变音频振荡器幅值不变,否则无可此性XmmV2K(V)V5K(V)V8K(V)V10K(V)实验十二交流全桥的应用――振幅测量
一、实验目的说明交流激励的交流全桥的应用
二、实验原理当梁受到不同的频率信号激励时,振幅不同,带给应变片的应力不同,电桥输出也不同若激励频率和梁的固有频率相同时,产生共振,此时电桥输出为最大,根据这一原理可以找出梁的固有频率
三、实验所需部件电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器
四、实验步骤1.根据实验十的电路接线,移开测微头,调节电桥,使系统输出为零,并使系统灵敏度最大2.将低频振荡器输出端接至“激振II”端,此时悬臂梁开始振动3.用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形,注意调节示波器的扫描时间,差动放大器输出的是调幅波4.固定低频振荡器幅值旋钮不变,电压/频率表放2KHZ档,接低频振荡器输出端调节低频振荡频率,用示波器读出系统最大振幅值,此时频率表所示即为梁的固有频率
五、注意事项悬臂梁激振时振幅不宜太大,否则易造成应变片受损实验十三交流全桥组成的电子秤
一、实验目的本实验说明交流激励的应变全桥的实际应用
二、实验所需部件音频振荡器、电桥、箔式应变片、差动放大器、移相器、相敏检波器,低通滤波器,环形砝码,称重平台
三、实验步骤1.按实验十接好线路,在悬臂梁顶端磁钢上放好称重平台,调节系统为零2.在称重平台上逐步加上砝码进行标定,并将结果填入表格W(g)V(V)3.取走砝码,在平台上加一未知重量的物品,记下电压表读数4.根据坐标上W-V曲线得知物品的大致重量实验十四差动变压器性能
一、实验目的了解差动变压器的基本结构及原理,通过实验验证差动变压器的基本特性
二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成初级线圈做为差动变压器激励用,相当于变压器的原边,次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成,相当于变压器的副边差动变压器是开磁路,工作是建立在互感基础上的其原理及输出特性见图
(9)图
(9)图
(10)
三、实验所需部件差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器
四、实验步骤1.按图
(10)接线,差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出,双线示波器第一通道灵敏度500mv/格,第二通道10mv/格2.音频振荡器输出频率4KHZ,输出值VP-P2V3.用手提压变压器磁芯,观察示波器第二通道波形是否能过零翻转,如不能则改变两个次级线圈的串接端4.旋动测微头,带动差动变压器衔铁在线圈中移动,从示波器中读出次级输出电压VP-P值,读数过程中应注意初、次级波形的相位关系位移mm电压V5.仔细调节测微头使次级线圈的输出波形为最小,这就是零点残余电压可以看出它与输入电压的相位差约为π/2,是基频分量6.根据表格所列结果,画出Vop-p-X曲线,指出线性工作范围
五、注意事项示波器第二通道为悬浮工作状态实验十五差动变压器零残电压的补偿
一、实验目的由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区,如此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和,影响电路正常工作,因此必须采用适当的方法进行补偿
二、实验原理零残电压中主要包含两种波形成份1.基波分量这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数(M、L、R)不同,线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损,线圈中线间电容的存在,都使得激励电流与所产生的磁通不同相2.高次谐波主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起,由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响,使激励电流与磁通波形不一致,产生了非正弦波(主要是三次谐波)磁通,从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势减少零残电压的办法有
(1)从设计和工艺制做上尽量保证线路和磁路的对称
(2)采用相敏检波电路
(3)选用补偿电路
三、实验所需部件差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器图
(11)
四、实验步骤1.根据图
(11)接线示波器第一通道500mv/格,第二通道1V/格,差动放大器增益100倍,音频LV端输出VP-P值2V2.调节测微头带动衔铁在线圈中运动,使差动放大器输出电压最小,调整电桥网络,使输出更趋减小如果补偿效果不好则可在电桥交流插口另并联一个数μf的电容3.提高示波器第二通道灵敏度,将零残电压波形与激励电压波形比较
五、注意事项由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮,所以需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出,以便示波器观察实验十六差动变压器的标定
一、实验目的说明差动变器测试系统的组成和标定方法
二、实验所需部件差动变压器、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、电压表、示波表、测微头图
(12)
三、实验步骤1.按图
(12)接线,差动放大器增益适度,音频振荡器LV端输出5KHZ,VP-P值2V2.调节电桥WD、WA电位器,调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置,使系统输出为零3.旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移,用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器,做到正负输出对称4.旋动测微头,带动衔铁向上5mm,向下5mm位移,每旋一周(
0.5mm)记录一电压值并填入表格位移mm电压V
四、注意事项系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置,需反复调节才能做到系统输出为零并正负对称实验十七差动变压器的振动测量
一、实验目的了解差动变压器的实际应用
二、实验所需部件差动变压器、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、电压表、示波器
三、实验步骤1.按图
(12)接线,调节好系统各部分2.低频振荡器接入“激振I”,使振动圆盘保持适当振幅3.维持低频振荡器输出幅度不变,用示波器观察低通滤波器的输出,电压/频率表2KHZ档接低频输出端,改变振荡频率从5HZ~30HZ,读出Vop-p值,填入下表fHZ56789101112131415182030Vop-p4.根据实验结果做出振动台的振幅――频率特性曲线,指出自振频率,并与实验十二应变电桥所测结果做比较
四、注意事项1.仪器中两副悬臂梁的固有频率因尺寸不同而不同2.衔铁位置可松开支架上小螺丝稍做上、下调节实验十八差动螺管式电感传感器位移测量
一、实验原理利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化次级二个线圈必须呈差动状态连接,当衔铁移动时将使一个线圈电感增加,而另一线圈的电感减小
二、实验所需部件差动变压器、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、电压表、示波器、测微头
三、实验步骤1.差动变压器二个次级线圈组成差动状态,按图
(13)接线,音频振荡器LV端做为恒流源供电,差动放大器增益适度差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂,电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出2.旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中,此时Lo′=Lo″,系统输出为零3.当衔铁上、下移动时,Lo′≠Lo″,电桥失衡就有输出,大小与衔铁位移量成比例,相位则与衔铁移动方向有关,衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约180°,由于电桥输出是一个调幅波,因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性,以衔铁位置居中为起点,分别向上、向下各位移5mm,记录V,X值,做出V-X曲线,求出灵敏度图
(13)实验十九差动螺管式电感传感器振幅测量
一、实验目的通过实验说明利用差动螺管式电感传感器可以进行较大动态范围的测试
二、实验所需部件差动变压器、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、电压表、示波器
三、实验步骤1.紧接实验十八,移开测微头,微调衔铁在支架上的位置,调节电桥电路,使系统输出为零2.将低频振荡器输出接到“激振I”上,给振动台加一交变力,使振动台能上下振动,用示波器观察系统输出波形是否对称,如不对称则需对电桥、移相器作些调整3.保持低频振荡器输出幅值不变,改变激振频率f,便可得到它的动态测试结果VP-P――f曲线如图
(14)图
(14)
四、注意事项振动台振动时的幅度可尽量大,但以与周围各部件不发生碰擦为宜,以免产生非正弦振动实验二十激励频率对电感传感器的影响
一、实验目的说明在不同的激励频率影响下差动螺管式电感传感器的不同特性
二、实验所需部件差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、双线示波器、测微头图
(15)
三、实验步骤1.按图
(15)接线,音频振荡器5KHZ幅值居中,差动放大器增益100倍2.装上测微头,调整衔铁处于线圈中间位置,调节电桥使系统输出为最小3.旋动测微头,移动衔铁,每隔1mm从示波器读出VP-P值,填入表格XmmVP-PV4.改变音频振荡器频率,并重新调好零位,重复2-3步骤,将结果填入下表X(mm)VP-PVfHz1000200040006000800010K5.根据所测数据在同一坐标上做出V-X曲线,计算灵敏度,并做出灵敏度与频率的关系曲线由此可以看出,差动螺管式电感传感器的灵敏度与频率特性密切相关,在某一个特定频率时,传感器最为灵敏,在其两边,灵敏度都有所下降,故测试系统中应选用这个激励频率实验二十一热电式传感器――热电偶
一、实验目的观察了解热电偶的结构,熟悉热电偶的工作特性,学会查阅热电偶分度表
二、实验原理热电偶的基本工作原理是热电效应,当其热端和冷端的温度不同时,即产生热电动势通过测量此电动势即可知道两端温差如固定某一端温度(一般固定冷端为室温或0℃),则另一端的温度就可知,从而实现温度的测量本仪器中热电偶为铜一康铜热电偶
三、实验所需部件热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计(自备)
四、实验步骤1.差动放大器双端输入接入热电偶,打开电源,差动放大器增益放100倍,调节调零电位器,使差放增益为零2.打开加热器,差动放大器输出如有微小变化,马上调节调零电位器再度调零3.随加热器温度上升,观察差动放大器的输出电压的变化,待加热温度不再上升时,记录电压表读数4.本仪器上热电偶是由两只铜-康铜热电偶串接而成,(CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶),热电偶的冷端温度为室温,放大器的增益为100倍,计算热电势时均应考虑进去用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1E(tto)=E(tt1)+E(t1to)实际电动势测量所得电势温度修止电动势式中E为热电偶的电动势,t为热电偶热端温度,to为热电偶参考端温度为0℃,t1为热电偶参考端所处的温度查阅铜-康铜热电偶分度表,求出加热端温度t
五、注意事项因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍,所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确,因此查表所得到的热端温度也为近似值铜―康热电偶分度(自由端温度0℃)工作端温度0123456789de/dt(vu)
00.
00000.
0390.
0780.
1160.
1550.
1940.
2340.
2730.
3120.
35238.
6100.
3910.
4310.
4710.
5100.
5500.
5900.
6300.
6710.
7110.
75139.
5200.
7920.
8320.
8730.
9140.
9540.
9951.
0361.
0771.
1181.
15940.
4301.
2011.
2421.
2841.
3251.
3671.
4081.
4501.
4921.
5341.
57641.
3401.
6181.
6611.
7031.
7451.
7881.
8301.
8731.
9161.
9582.
00142.
4502.
0442.
0872.
1302.
1742.
2172.
2602.
3042.
3472.
3912.
43543.
0602.
4782.
5222.
5662.
6102.
6542.
6982.
7432.
7872.
8312.
87649.
8703.
9202.
9653.
0103.
0543.
0993.
1443.
1893.
2343.
2793.
32544.
5803.
3703.
4153.
4913.
5063.
5523.
5973.
6433.
6893.
7353.
78145.
3903.
8273.
8733.
9193.
9654.
0124.
0584.
1054.
1514.
1984.
24446.
01004.
2914.
3384.
3854.
4324.
4794.
5294.
5734.
6214.
6684.
71546.8实验二十二热敏式温度传感器测温实验
一、实验原理应用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高,可以应用于各领域的优点,热电偶一般测高温线性较好,热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便,本实验中所用热敏电阻为负温度系数热敏电阻温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的变换电路的输出电压发生相应变化
二、实验所需部件热敏电阻、温度变换器、电压表、温度计(可用仪器中的P-N结温度传感器或热电偶作测温参考)
三、实验步骤1.观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻,将热敏电阻接入温度变换器Rt端口,调节“增益”旋钮,使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和用温度计测出环境温度To并记录2.将半导体点温计探头放入两片应变梁之间的电加热器上,打开加热器,观察点温计的温升和温度变换器Vo端的输出电压的变化情况,每升温1℃记录一下电压值,待电压稳定后记下最终温度TTo℃VoV根据表中数据作出V-T曲线,求出灵敏度SS=△V/△T3.负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为Rt=RtoexpBn1/T–1/To式中Rt、Rto分别为温度T、To时的阻值,Bn为电阻常数,它与材料激活能有关,一般情况下,Bn=2000~6000K,在高温时使用,Bn值将增大实验二十三P-N结温度传感器
一、实验原理半导体P-N结具有非常良好的温度线性根据P-N结特性表达公式可知,当一个P-N结制成后,其反向饱和电流基本上只与温度有关,根据这一原理制成的P-N结温度传感器,可以直接显示绝对温度K,并且具有良好的线性精度
二、实验所需部件P-N结温度传感器、温度变换器、加热器、电压表、温度计(自备)
三、实验步骤1.将P-N结温度传感器接入温度传感器端,VT端接电压表,开启电源,电压表2V档显示室温的绝对温度T,室温℃=T-273与温度计显示温度进行比较2.打开加热器,观察随温度上升电压表所示绝对温度变化,与放在加热器上的温度计所显示的温度进行比较(温度计因在塑套外与传感器感受到的温度是有差别的,实验时请注意这一点)
四、注意事项位数字电压表必须2V档,VT端输出的小数点后三位数字即为绝对温度值实验二十四光纤位移传感器――位移测量
一、实验原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图
(16)所示,光纤采用Y型结构,两束多模光纤一端合并组成光纤探头,另一端分为两束,分别作为接收光纤和光源光纤,光纤只起传输信号的作用当光发射器发生的红外光,经光源光纤照射至反射体,被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离,通过对光强的检测而得到位移量图
(16)反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线
二、实验所需部件光纤、光电转换器、光电变换器、低频振荡器、示波器、电压表、支架、反射片、测微头
三、实验步骤1.观察光纤结构本仪器中光纤探头为半圆型结构,由数百根光导纤维组成,一半为光源光纤,一半为接收光纤2.将原装电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下,装上光纤探头,探头对准镀铬反射片(即电涡流片)3.振动台上装上测微头,开启电源,光电变换器Vo端接电压表旋动测微头,带动振动平台,使光纤探头端面紧贴反射镜面,此时Vo输出为最小然后旋动测微头,使反射镜面离开探头,每隔
0.25mm取一Vo电压值填入下表,作出V-X曲线X
00.
250.
50.
751.
01.
251.
51.
752.
02.
252.
52.
753.
03.
253.
53.
754.0V得出输出电压特性曲线如图16所示,分前坡和后坡,通常测量是采用线性较好的前坡4.振动实验将测微头移开,振动台处于自由状态,根据V-X曲线选取前坡中点位置装好光纤探头将低频振荡器输出接“激振I”,调节激振频率和幅度,使振动台保持适当幅度的振动(以不碰到光纤探头为宜)用示波器观察Vo端电压波形并用电压/频率表读出振动频率
四、注意事项1.光电变换器工作时Vo最大输出电压以2V左右为好,可通过调节增益电位器控制2.实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度3.工作时光纤端面不宜长时间直照强光,以免内部电路受损4.注意背景光对实验的影响光纤勿成锐角曲折5.每台仪器的光电转换器都是与仪器单独调配的,请勿互换使用,光电转换器应与仪器编号配对,以保证仪器正常使用实验二十五光纤传感器―转速测量
一、实验原理当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化;光电变换器输出电量也发生相应的变化,经V/F电路变换,成方波频率信号输出
二、实验所需部件光纤、光电变换器、测速电机及转盘、电压/频率表、示波器
三、实验步骤1.继实验二十四,将光纤探头转一角度置于测速电机上方,并调整探头高度使其距转盘面1mm左右,光纤探头以对准转盘边缘内3mm处为宜2.光电变换器Fo端分别接电压/频率表2KHZ档和示波器DC档开启电机开关,调节转盘转速,用示波器观察输出波形并读出频率电机转速=Fo端方波频率除以2(每周两个方波信号)
四、注意事项1.光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行,切不可相擦,以免使光纤端面受损2.电机开关平时应倒向左侧,以保证稳压电源正常工作3.实验时应避免强光直接照射转盘盘面,以免造成测试误差实验二十六光电传感器的应用―光电转速测试
一、实验目的了解光电开关的原理和应用
二、实验原理光电开关由红外发射、接收及整形电路组成,为遮断式工作方式
三、实验所需部件光电传感器、光电变换器、测速电机及转盘、电压/频率表2KHZ档、示波器
四、实验步骤1.光电传感器“光电”端接光电变换器端,VF端接示波器和电压/频率表2KHZ2.安装好光电传感器位置,勿与转盘盘面相擦3.开启电源,打开电机开关,调节电机转速用示波器观察光电转换器VF端,并读出波形频率,与频率表所示频率比较4.电机转速=方波频率÷25.将一较强光源照射仪器转盘上方,观察测试方波是否正常6.由此可以得出结论,光电开关受外界影响较小,工作可靠性较高实验二十七霍尔式传感器的直流激励特性
一、实验目的了解霍尔式传感器的结构、工作原理,学会用霍尔传感器做静态位移测试
二、实验原理霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成当霍尔元件通以恒定电流时,霍尔元件就有电势输出霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时,输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X,所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移
三、实验所需部件直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头图
(17)
四、实验步骤1.按图
(17)接线,装上测微头,调节振动圆盘上、下位置,使霍尔元件位于梯度磁场中间位置开启电源,调节测微头和电桥WD,使差放输出为零上、下移动振动台,使差放正负电压输出对称2.上、下移动测微头各
3.5mm,每变化
0.5mm读取相应的电压值并记入下表,作出V-X曲线,求出灵敏度及线性XmmVv
五、注意事项直流激励电压须严格限定在2V,绝对不能任意加大,以免损坏霍尔元件实验二十八霍尔式传感器的交流激励特性
一、实验目的了解霍尔传感器在交流信号激励下的特性
二、实验所需部件霍尔式传感器、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、电压表、测微头、示波器图
(18)
三、实验步骤1.按图
(18)接线组成测试系统,差动放大器增益适中装上测微头,调整霍尔元件至梯度磁场中部音频振荡器从180°端口输出1KHZ,幅度严格限定在Vρ-ρ值5V以下,以免损坏霍尔元件2.调整电桥WD、WA使系统输出最小用示波器观察相敏检波器输出端波形,调节“移相”旋钮和电桥上、下移动振动台,使输出达最大值3.调节测微头使霍尔元件回到磁路中间位置,调节测微头±
3.5mm,每隔
0.5mm读出相应电压值列表并作出V-X曲线,求出灵敏度和线性度,并将其结果与直流激励系统相比较
四、注意事项交流激励信号应从音频电压180°端口输出,幅度严格限定VP-P5V以下,以免损坏霍尔片实验二十九霍尔传感器的应用――振幅测量
一、实验目的通过本实验了解霍尔式传感器在振动测量中的作用
二、实验所需部件霍尔传感器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、音频振荡器、直流稳压电源、双线示波器
三、实验步骤1.按实验二十七直流激励接线,将系统调零2.低频振荡器接“激振I”,保持适当振幅,用示波器观察差动放大器输出波形3.进一步提高低频振幅,用示波器观察差动放大器输出波形,当波形出现顶部削顶时,说明霍尔元件已进入均匀磁场,霍尔电压已不再随位移量的增加而线性增加4.再按实验二十八交流激励接线,调节电桥与移相器,提压振动圆盘,使低通滤波器输出电压正负对称5.接通低频振荡器,保持适当振幅,用示波器观察差动放大器和低通滤波器的波形,并加以描绘解释在激励源为交流且信号变化也是交变时需采用相敏检波器的原因实验三十霍尔传感器的应用―电子秤
一、实验目的说明线性霍尔传感器的实际应用
二、实验所需部件霍尔式传感器、直流稳压电源、差动放大器、振动圆盘、环形砝码、电桥、电压表
三、实验步骤1.移开测微头,按实验二十七直流激励接好系统,使输出为零系统灵敏度尽量大2.以振动圆盘作为称重平台,逐步放上砝码,依次记下表头读数,填入下图,并做出V-W曲线WgVv3.移走称重砝码,在平台上另放置一未知重量之物品,根据表头读数从V-W曲线中求得其重量
四、注意事项1.霍尔式传感器在做称重时只能工作在梯度磁场中,所以砝码和被称重物都不应太重2.环形砝码应置于平台的中间部分,避免平台倾斜实验三十一电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性
二、实验原理电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成,当线圈中通以高频交变电流后,与其平行的金属片上产生电涡流,电涡流的大小影响线圈的阻抗Z,而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关当平面线圈、被测体(涡流片)、激励源已确定,并保持环境温度不变,阻抗Z只与X距离有关将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出,则输出电压是距离X的单值函数
三、实验所需部件电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表
四、实验步骤1.安装好电涡流线圈和金属涡流片,注意两者必须保持平行安装好测微头,将电涡流线圈接入涡流变换器输入端涡流变换器输出端接电压表20V档2.开启仪器电源,用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离,此时输出端有一电压值输出用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形,信号频率约为1MHZ3.用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片,此时涡流变换器输出电压为零涡流变换器中的振荡电路停振4.旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片,从电压表开始有读数起每位移
0.25mm记录一个读数,并用示波器观察变换器的高频振荡波形将V、X数据填入下表,作出V-X曲线,指出线性范围,求出灵敏度
五、注意事项当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时,接入示波器会影响线圈的阻抗,使变换器的输出电压减小或是使传感器在初始状态有一死区实验三十二被测材料对电涡流传感器特性的影响
一、实验目的通过实验说明不同的材料使电涡流传感器特性的影响
二、实验所需部件电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表、铜、铝涡流片
三、实验步骤1.按实验三十一方法安装好传感,开启电源2.分别对铁、铜、铝被测体进行测量,记录数据,在同一坐标直作出V-X曲线3.分别找出各被测体的线性范围、灵敏度、最佳工作点(双向或单向),并进行比较4.从实验得出结论被测材料不同时灵敏度与线性范围都不同,必须分别进行标定实验三十三电涡流式传感器的振幅测量
一、实验目的通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法
二、实验所需部件电涡流传感器、涡流变换器、直流稳压电源、电桥、差动放大器、示波器、激振器、低频振荡器图
(19)
三、实验步骤1.按图
(19)接线,根据实验三十二结果,将平面线圈安装在最佳工作点,直流稳压电源置±10V档,差动放大器在这里仅作为一个电平移动电路,增益置最小处(1倍)调节电桥WD,使系统输出为零2.接通激振器I,调节低频振荡器频率,使其在15~30Hz范围内变化,用示波器观察涡流变换器输出波形,记下VP-P值,同时利用实验三十一的结果求出距离变化范围XP-P值3.可同时用双线示波器另一通道观察涡流变换器输入端的调幅波4.变化低频振荡器频率和幅值,提高振动圆盘振幅,用示波器可以看到变换器输出波形有失真现象,这说明电涡流式传感器的振幅测量范围是很小的
四、注意事项直流稳压电源-10V和接地端接电桥直流调平衡电位器WD两端实验三十四电涡流传感器的称重实验
一、实验目的说明电涡流传感器在静态测量中的应用
二、实验所需部件涡流传感器、涡流变换器、差动放大器、电桥、电压表、砝码
三、实验步骤1.按图
(19)接线,差放增益为1,输出接电压表20V档,利用实验三十二的结果,将平面线圈安装在线性工作范围的起始点2.调整电桥WD,使系统输出为零3.在平台中间逐步加上砝码,记录V、W值,并做出V—W曲线,计算灵敏度4.取下砝码,放上一未知重量之物品,根据实验三十二标定曲线大致求出被称物的重量实验三十五电涡流传感器电机测试实验
一、实验目的了解电涡流式传感器的实际应用
二、实验原理当平面线圈与金属被测体的相对位置发生周期性变化时,涡流量及线圈阻抗的变化经涡流变换器转换为周期性的电压信号变化
三、实验所需部件电涡流传感器、电涡流变换器、测速电机及转盘、电压/频率表、示波器
四、实验步骤1.电涡流线圈支架转一角度,安装于电机转盘上方,线圈与转盘面平行,在不碰擦的情况下相距越近越好2.电涡流线圈与涡流变换器相接,涡流变换器输出端接示波器,开启电机开关,调节转速,调整平面线圈在转盘上方的位置,用示波器观察,使变换器输出的脉动波较为对称3.仔细观察示波器中两相邻波形的峰值是否一样,如有差异则说明线圈与转盘面或是不平行,或是电机有振动现象,利用实验三十二中铁涡流片的特性曲线大致判断转盘面与线圈的不平行度4.将电压/频率表2KHz档接入涡流变换器输出端读取得脉动波形值,并与示波器读取的频率作比较转盘的转速=脉动波形数÷2实验三十六磁电式传感器
一、实验目的通过实验说明磁电式传感器的结构、原理、应用
二、实验原理磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器,所以也称为感应式传感器根据电磁感应定律,ω匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通的变化率e=-ω仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成,永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场,当动铁与线圈有相对运动时,线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势,e与磁通变化率成正比,是一种动态传感器
三、实验所需部件磁电式传感器、低频振荡器、激振器、涡流式传感器、涡流变换器、双线示波器、差动放大器
四、实验步骤1.低频振荡器接“激振I”,磁电式端口接差动放大器两输入端,差动放大器输出端接示波器开启电源,调节振荡频率和幅度,观察输出波形2.安装好电涡流式传感器,因为不要求进行位置测量,所以平面线圈与金属涡流片的相对位置可以高些,以振动时不相碰为宜3.双线示波器的通道1和通道2分别接差动放大器输出端和涡流变换器的输出端,调节低频振荡器的振动频率和振幅,观察比较两波形通过观察,可以得出结论磁电式传感器对速度敏感,电涡流式传感器则对位置敏感,速度的变化对它影响不大4.将“激振I”与“磁电”端接线互换,接通低频振荡器,观察差动放大器的输出波形与原磁电式传感器波形比较可以得出结论,磁电式传感器是一种磁电、电磁转换的双向式传感器实验三十七压电加速度式传感器
一、实验目的了解压电加速度计的结构、原理和应用
二、实验原理压电式传感器是一种典型的有源传感器(发电型传感器)压电传感元件是力敏感元件,在压力、应力、加速度等外力作用下,在电介质表面产生电荷,从而实现非电量的电测
三、实验所需部件压电式传感器、电荷放大器(电压放大器)、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器图
(20)
四、实验步骤1.观察了解压电式加速度传感器的结构由双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中2.按图
(20)接线,低频振荡器输出接“激振II”端,开启电源,调节振动频率与振幅,用示波器观察低通滤波器输出波形3.当悬臂梁处于谐振状态时振幅最大,此时示波器所观察到的波形VP-P也最大,由此可以得出结论压电加速度传感器是一种对外力作用敏感的传感器
五、注意事项做此实验时,悬臂梁振动频率不能过低,否则电荷放大器将无输出实验三十八电容式传感器特性
一、实验目的掌握电容式传感器的工作原理和测量方法
二、实验原理电容式传感器有多种型式,本仪器中是差动变面积式传感器由两组定片和一组动片组成当安装于振动台上的动片上、下改变位置,与两组静片之间的重叠面积发生变化,极间电容也发生相应变化,成为差动电容如将上层定片与动片形成的电容定为CX1,下层定片与动片形成的电容定为CX2,当将CX1和CX2接入桥路作为相邻两臂时,桥路的输出电压与电容量的变化有关,即与振动台的位移有关
三、实验所需部件电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头图
(21)
四、实验步骤1.按图
(21)接线,电容变换器和差动放大器的增益适中2.装上测微头,带动振动台位移,使电容动片位于两静片中,此时差动放大器输出应为零3.以此为起点,向上和向下位移动片,每次
0.5mm,直至动片与一组静片全部重合为止记录数据,并作出V—X曲线,求得灵敏度Xmm0Vv4.低频振荡器输出接“激振I”端,移开测微头,适当调节频率和振幅,使差放输出波形较大但不失真,用示波器观察波形
五、注意事项1.电容动片与两定片之间的片间距离须相等,必要时可稍做调整位移和振动时均不可有擦片现象,否则会造成输出信号突变2.如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波,请将电容变换器增益进一步减小实验三十九力平衡式传感器
一、实验目的掌握利用多种传感器和电路单元组成测试系统的原理
二、实验原理图
(22)是一带有反馈的闭环系统传感器,它与一般传感器的区别在于它有一个“反向传感器”的反馈回路,把系统的输出信号反馈到系统输入端进行比较和平衡由于在此系统中所用的传感器主要是力或力矩平衡的方式,所以称为力平衡传感器力平衡式传感器主要用于能将被测量转换成敏感元件的微小位移的场合,如力、压力、加速度、振动等图
(22)图
(23)
三、实验所需部件电涡流传感器、涡流变换器、电桥、稳压电路、差动放大器、低频振荡器(作为电流放大器使用)、激振I线圈、电压表、测微头
四、实验步骤1.图
(23)是系统示意图在此系统中用电涡流传感器、差动放大器、电流放大器和激振器组成一个负反馈测量系统2.按实验三十三的方法安装和调试好电涡流传感器,使差动放大器输出为零差动放大器还是作为电平移动单元使用差动放大器输出用所提供的带
3.5mm插头的实验线的芯线接出,
3.5mm插头插入低频振荡器Vi
3.5mm插座,另一头连接屏蔽层的插头接地电流放大器的输出端即低频振荡器的输出端V0,V0端分别接电压表和“激振I”线圈的一端,“激振I”线圈另一端接地3.确认接线无误后开启电源,如发现振动平台偏向一边或形成正反馈振荡,可将“激振I”两线端接线对换,使其形成负反馈4.用手提压振动台,如系统输出电压能正负两方向过零变化,则说明系统接线正确,此时可装上测微头带动振动台作测试实验5.调节系统(电桥、测微头)使输出为零且正负变化对称分别向上、下各移动
1.5mm,每隔
0.2mm记录一数据并填入下表,做出V—X曲线,求出灵敏度和线性度XmmVV6.将力平衡式传感器与前述几种传感器做性能比较
五、注意事项差动放大器不能和激振I直接连接,因为差动放大器无电流放大作用实验四十双平行梁的动态特性——正弦稳态响应
一、实验目的本实验说明如何用传感器测量系统的动态特性
二、实验所需单元低频振荡器、激振线圈、示波器、前述实验用过的适当的传感器系统
三、实验步骤1.低频振荡器接通激振线圈,使双平行梁振动、幅度适中用合适的传感器测量系统,作出梁的幅频和相频特性曲线2.由于双平行梁的振幅变化很大,因此为了提高测量准确度,不同的振幅应选用不同的传感器测量3.相位差可用双线示波器测量4.输出电压幅值可用示波器测量,也可选用低频交流电压表5.比较在测量双平行梁动态特性的实验中哪些可测振动范围最大?哪此灵敏度最高?实验四十一微机检测与转换——数据采集处理
一、实验目的微机检测与转换课程中,数据采集和分析处理是最重要的两部分,通过实验仪用A/D采集卡和实验软件对传感器测试系统测量到的电信号进行分析处理,可以得到这方面的初步知识
二、实验说明1.数据采集卡数据采集卡已安装于仪器内部,其信号输入端即为仪器上电压/频率表的VI端十二位A/D转换,精度为1/2048,量程分200Mv、1V、10V三档,可以根据实验采集电压范围选择量程,以获得较高精度采集速度分单次和连续两种模式,连续采集主要是对动态信号,速度1-7档从25000次/秒—100次/秒,用户可以根据动态信号的频率选定采集速度2.通讯约定(串行口RS232)波特率2400,1位停止位,无奇偶校验3.安装数据采集卡使用计算机的COM2口进行通讯,故计算机上的其他串行设备的安装必须做到
①BIOS中的设置正确,中断号不能和COM2所占用的中断号相冲突;
②COM2口不能被占用;
③建议将鼠标和Modem分别放在COM1口及COM3口上,以减小设备冲突的可能性实验软件为二张软盘,首先安装1号盘,点击安装图标,即进入自动安装程序按程序提示选项,即可进行自动安装,安装完二张软盘后,执行程序CSY即位于Windows“程序”栏中的子程序中,可用快捷方式放与桌面上4.实验软件使用说明
①先查看帮助信息
②在“设置”界面中根据实验项目的各个参数进行正确有效的设置,并输入实验者称呼和实验项目名称,否则实验结果将不被承认
③点击“开始”栏目进入数据采集,数据采集分单次采和连续采两种模式,单次采每次最多采30个点在坐标上显示,坐标右边排列为采集数值坐标上最多可同时容纳四条曲线,数据分析仅对其中第一条(红色线),蓝色线为拟合曲线,其余三条坐标曲线仅作为与第一条曲线进行比较之用,例如实验中电桥测试系统中单臂电桥与半桥、全桥性能比较;电涡流传感器中测试材料不同时的特性曲线之比较;电感式传感器测试电路交流激励频率不同时特性及灵敏度的比较连续采集每帧坐标上采集点数为100点用户要根据交变信号的频率选定合适的采集速度,以其获得完整的信号频率最高采集频率为1K左右,连续采集每帧坐标上同样最多也可容4条曲线,但频谱曲线只是针对第一条而言“转速”测试最低转速为
7.62转/秒,信号频率(脉冲信号)均要通过“转速”插口送入采集卡中“清除”键可以清除不需要的坐标曲线,建议进行数据采集之前按此键,以保证所采集到的数据为正确值“打印”键功能是将实验报告打印出来在此之前应保证计算机中打印机的正确设置,打印纸的设置应和用户使用的打印纸一致(在“属性”选项中)采集故障分析1.不能进入主画面请检查是否按要求将随仪器附带的软件正确地拷入指定的目录2.按“开始”键不能进入采集画面,或不能进行采集,请检查Windows“调制解调器”选项中的“诊断”栏目,检查COM2是否存在或已被占用,或COM4口的中断号是否和COM2相冲突3.若能进入采集画面,但不能进行正常采集(“BUSY”不能变成“OK”),则检查实验仪与计算机的通讯线是否连接正常或看实验仪是否开机12+4VRR2-4VR3R1WD+-V+4VR′R-4VRR″WD-+V差放电压表R1R2R3R4V+2VR′R″WD-+VR-2V+2VR′R-2VRR″WD-+V差放RR110KR410KR62KR510KR310KR210KV入V出C18800PWC222365231723533V出R222KC1104R130KW51KR52K2R430KR330KV入765JD1
①②③④⑤⑥低通VΦ1Φ2-+差放相敏检波器电压表0°5HKZ移相Lv5KHZRRRRWAWDR1LK1R3R2LoLoMaMbLv4KHZ示波器第一通道第二通道5KHZ第一通道WDWAVρ-ρ2VR-+移相器Φ1Φ2-+差放相敏低通电压表音频振荡器WALVWDR移相器Φ1Φ2-+差放音频振荡器LVR2低通检波电压表WDR3WALoLoFoF-+差放R2R3LVLoLo示波器输出电压(V)位移01234567mm光源光纤接收光纤△X反射体X-+WDR2V差放电压表移相器Φ1Φ2-+差放相敏检波WDR180°WA1KHZ180°低通电压表-10VWD电涡流传感器-+变换器差放示波器ddt压电电荷放大器电荷放大器低通示波器CX2电容变换器低通差放电压表CX1-+差值传感器放大测量值F-非电量电量反向传感器F+激振器I涡流变换器差放电流放大器F1F2II。