CSY 9XX 浙江省優(yōu)秀科技成果獎 “世行 ” 浙 江 大 學 浙江高聯(lián)科技開發(fā)有限公司 杭州高聯(lián)信息技術有限公司 前 言 感謝您使用本公司的產(chǎn)品。您能成為我們的用戶，是我們莫大的榮幸。 浙江高聯(lián)科技開發(fā)有限公司是經(jīng)工商管理部門登記、注冊、擁有生產(chǎn)、經(jīng)營許可證的獨立法人企業(yè)。本公司是專業(yè)生產(chǎn)教學儀器的高新技術企業(yè)。企業(yè)擁有一支高水平的技術隊伍，教授、高級工程師 、工程師 、技術員占一半 以上比例。本公司不斷向用戶提供更好，更新的產(chǎn)品。 CSY 傳感器實驗儀是本公司開發(fā)研制生產(chǎn)的，已經(jīng)有近十五年歷史。該儀器獲省優(yōu)秀科技成果獎； 1991 年全國火炬高新技術優(yōu)秀獎， 1994 年浙江大學科技成果二等獎。 CSY 傳感器實驗儀主要用于各大、中專、院校及職業(yè)、師范院校開設的“自動檢測技術”“傳感器原理與技術”“工業(yè)自動化控制”“非電量電測技術”等課程的實驗教學。 本實驗指導書是在原實驗指南的基礎上廣泛征求了全國許多師生的意見后改編的。在編寫上我們力求有較大的適應面便于學生獨立操作而深入思考。 CSY 傳感器系統(tǒng) 實驗儀上采用的大部分傳感器雖是教學傳感器（透明結(jié)構便于教學）但其結(jié)構與線路是工業(yè)應用的基礎。希望通過實驗幫助廣大學生加深理解課本知識，從實驗得到的結(jié)果、現(xiàn)象分析中學會作為一個科技工作者應具有的動手能力與操作技能，加強動手能力培養(yǎng)。當然，由于編寫者時間、水平、精力所限，難免有疏漏謬誤之處，熱切期望您的賜教！ 本實驗實驗指導書第二章每個實驗中都有注意事項。希望學生認真閱讀，謹慎操作，否則容易引起器件損壞。如果您在 CSY 實驗儀使用中發(fā)現(xiàn)問題，請打我們的服務熱線：謝謝您的合作！ 目 第一章 產(chǎn)品說明書 第二章 實驗指導 一、 應變片性能 單臂電橋 二、 三、 四、 五、 六、 相敏檢波器實驗 七、 應變片 -交流全橋 八、 交流全橋的應用 九、 交流全橋的應用 電子稱之一 十、 差動變壓器（互感式）的性能 十一、 差動變壓器 (互感式 )零點殘余電壓的補償 十二、 差動變壓器 (互感式 )的標定 十三、 差動變壓器 (互感式 )的應用 振動測量 十四、 差動變壓器 (互感式 )的應用 電子秤之二 十五、 差動螺管式 (自感式 )傳感器的靜態(tài)位移性能 十六、 差動螺管式 (自感式 )傳感器的動態(tài)位移性能 十七、 電渦流 式傳感器的靜態(tài)標定 十八、 被測體材料對電渦流傳感器特性的影響 十九、 電渦流傳感器的應用 振幅測量 二十、 電渦流傳感器的應用 電子秤之三 二十一、 霍爾傳感器的直流激勵靜態(tài)位移特性 二十二、 霍爾傳感器的應用 電子秤之四 二十三、 霍爾傳感器的交流激勵靜態(tài)位移特性 二十四、 霍爾傳感器的應用 振幅測量 二十五、 磁電式傳感器的性能 二十六、 壓電傳感器的動態(tài)響應實驗 二十七、 壓電傳感器引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器 二十八、 差動面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性 二十九、 雙平行梁的動態(tài)特性 正弦穩(wěn)態(tài)影響 三十、 擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗 (998 型 ) 三十一、 光纖位移傳感器靜態(tài)實驗 (998 型 ) 三十二、 光纖位移傳感器動態(tài)實 驗 (一 )(998 型 ) 三十三、 光纖位移傳感器動態(tài)實驗 (二 )(998 型 ) 三十四、 PN 結(jié)溫度傳感器測溫實驗 (998 型 ) 三十五、 熱敏電阻測溫演示實驗 (998 型 ) 三十六、 氣敏傳感器（ MQ3）實驗 三十七、 濕敏電阻（ RH）實驗 三十八、 光電傳感器（反射型）測轉(zhuǎn)速實驗（ 998 選配） 第三章 附錄 附錄一、電路原理圖 附錄二、傳感器安裝示意圖及面板示意圖 附錄三、 PC 數(shù)據(jù)采集卡說明 附錄四、部分問題提示 第一章 產(chǎn)品說明書 一、 CSY傳感器實驗儀簡介 實驗儀主要由四部分組成：傳感器安裝臺、顯示與激勵源、傳感器符號及引線單元、處理電路單元。 傳感器 安裝臺部分：裝有雙平行振動梁（應變片、熱電偶、 PN 結(jié)、熱敏電阻、加熱器、壓電傳感器、梁自由端的磁鋼）、激振線圈、雙平行梁測微頭、光纖傳感器的光電變換座、光纖及探頭小機電、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線 3.5 插孔、霍爾傳感器的二個半圓磁鋼、振動平臺（圓盤）測微頭及支架、振動圓盤（圓盤磁鋼、激振線圈、霍爾片、電渦流檢測片、差動變壓器的可動芯子、電容傳感器的動片組、磁電傳感器的可動芯子）、擴散硅壓阻式傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒，具體安裝部位參看附錄三。 備注： CSY 系列傳感器實驗儀的傳感器具體配置 根據(jù)需方的合同安裝。 顯示及激勵源部分：電機控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源（ 2V 10V 檔位調(diào)節(jié)）、 F V數(shù)字顯示表（可作為電壓表和頻率表）、動圈毫伏表（ 5mV-500mV）及調(diào)零、音頻振蕩器、低頻振蕩器、 15V 不可調(diào)穩(wěn)壓電源。 實驗主面板上傳感器符號單元：所有傳感器（包括激振線圈）的引線都從內(nèi)部引到這個單元上的相應符號中，實驗時傳感器的輸出信號（包括激勵線圈引入低頻激振器信號）按符號從這個單元插孔引線。 處理電路單元：電橋單元、差動放大器、電容放大器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器 、低通濾波器、渦流變換器等單元組成。 CSY 實驗儀配上一臺雙線（雙蹤）通用示波器可做幾十種實驗。教師也可以利用傳感器及處理電路開發(fā)實驗項目。 二、主要技術參數(shù)、性能及說明 傳感器安裝臺部分： 雙平行振動梁的自由端及振動圓盤下面各裝有磁鋼，通過各自測微頭或激振線圈接入低頻激振器 VO可做靜態(tài)或動態(tài)測量。 應變梁： 應變梁采用不銹鋼片，雙梁結(jié)構端部有較好的線性位移。 傳感器： 1、差動變壓器 量程 : 5mm 直流電阻： 5 10 由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體 . 2 量程 : 1mm 1 2 多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成。 3、霍 爾 量程 : 2mm 800 1.5K 輸出端口： 300 500 日本 JVC 公司生產(chǎn)的線性半導體霍爾片，它置于環(huán)形磁鋼構成的梯度磁場中。 4 直流電阻： 10左右 由兩個銅一康銅熱電偶串接而成，分度號為 T 冷端溫度為環(huán)境溫度。 5 量程： 2mm 由兩組定片和一組動片組成的差動變面積式電容。 6 由半導 體熱敏電阻 NTC：溫度系數(shù)為負， 25時為 10K 。 7、光纖傳感器 由多模光纖、發(fā)射、接收電路組成的導光型傳感器，線性范圍 2mm。 紅外線發(fā)射、接收、直流電阻： 500 1.5k 2 60 股丫形、半圓分布。 8 量程： 10Kpa(差壓 ) 供電： 6V 直流電阻： Vs+-Vs- ： 350 450 Vo+-Vo- ： 3K 3.5K 美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的 MPX 型壓阻式差壓傳感器，具有溫度自補償功能，先進的 X 型工作片（帶溫補）。 9 PZT-5 雙壓電晶片和銅質(zhì)量塊構成。諧振頻率： 10KHZ，電荷靈敏度： q 20pc/g。 10、應變式傳感器 箔式應變片阻值： 350、應變系數(shù)： 2 11、 PN 利用半導體 P-N 結(jié)良好的線性溫度電壓特性制成的測溫傳感器，能直接顯示被測溫度。靈敏度：-2.1mV/。 12 0 .21 1000 30 40 由線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度： 0.5v/m/s 13、氣敏傳感器 MQ3：酒精 ：測量范圍： 50 2000ppm。 14、濕敏電阻 高分子薄膜 電阻型： RH：幾兆幾 K 響應時間：吸濕、脫濕小于 10 秒。 濕度系數(shù)： 0.5RH%/ 測量范圍： 10 95 工作溫度： 0 50 二、信號及變換： 1、 電橋 ： 用于組成應變電橋，提供組橋插座，標準電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡。 2 通頻帶 0 10kHz 可接成同相、反相，差動結(jié)構，增益為 1-100 倍的直流放大器。 3、 電容變換器 由高頻振蕩，放大和雙 T 電橋組成的處理電路。 4 增益約為 5 倍 同相輸入 通頻帶 010KHz 5 允許最大輸入電壓 10Vp-p 20(5kHz 時 ) 6 可檢波電壓頻率 0 10kHz 10Vp-p 極性反轉(zhuǎn)整形電路與電子開關構成的檢波電路 7、 電荷放大器 電容反饋型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號。 8 由 50Hz 陷波器和 RC 濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率 35Hz 左右 9 輸出電壓 |8|V(探頭離開被測物 變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件 10、 光電變換座 由紅外發(fā)射、接收組成。 三、 二套顯示儀表 1、 數(shù)字式電壓 /頻率表 ： 3 位半顯示，電壓范圍 0 2V、 0 20V，頻率范圍 3Hz 2KHz、 10Hz 20KHz，靈敏度 50mV。 2、 指針式毫伏表 ： 85c1 表，分 500mV、 50mV、 5mV 三檔，精度 2.5%。 四、 二種振蕩器 1、 音頻振蕩器 ： 0.4KHz 10KHz 輸出連續(xù)可調(diào)， V-p-p 值 20V， 180 、 0 反相輸出， Lv 端最大功率輸出電流 0.5A。 2、 低頻振蕩器： 1 30Hz 輸出連續(xù)可調(diào)， Vp-p 值 20V，最大輸出電流 0.5A， Vi 端可提供用做電流放大器。 五、 二套懸臂梁、測微頭 雙平行式懸臂梁二副（其中一副為應變梁，另一副裝在內(nèi)部與振動圓盤相連），梁端裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭，可進行壓力位移與振動實驗。 六 電加熱器二組 電熱絲組成，加熱時可獲得高于環(huán)境溫度 30 左右的升溫。 七 測速電機一組 由可調(diào)的低噪聲高速軸流風扇組成，與光電、光纖、渦流傳感器配合進行測速實驗。 八 二 組穩(wěn)壓電穩(wěn) 直流 15V，主要提供溫度實驗時的加熱電源，最大激勵 1.5A。 2V 10V 分五檔輸出，最大輸出電流 1.5A。提供直流激勵源。 九 計算機聯(lián)接與處理 數(shù)據(jù)采 集卡：十二位 A/D 轉(zhuǎn)換，采樣頻率 20 25000 次 /秒，采樣速度可控制，分單次采樣與連續(xù)采樣。標準 RS-232 接口，與計算機串行工作。 良好的計算機顯示界面與方便實用處理軟件，實驗項目的選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形分析與比較、文件存取打印。 第二章 實驗指導 實驗一 金屬箔式應變片性能 單臂電橋 ( ) 實驗目的 所需單元及部件 ： 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁測微頭、一片應變片、 F/V 表、主、旋鈕初始位置 ： 2V 檔， F/V 表打到 2V 實驗步驟 (1)了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，應變片為棕色襯底箔式結(jié)構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片和一片補償應變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，(1) 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（）、負（）、地短接。將差動放大器的輸出端與 F V 表的輸入插口 Vi 相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使 F V 表顯示為零，關閉主、副電源。 (2) 根據(jù)圖接線 R1、 R2、 R3 為電橋單元的固定電阻。 R4 為應變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關置 4V檔， F V 表置 20V 檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的 W1，使 F V 表顯示為零，然后將 F V 表置 2V 檔，再調(diào)電橋 W1（慢慢地調(diào)），使 F V 表顯示為零。 （ 3）將測微頭轉(zhuǎn)動到 10mm 刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使 F V 表顯示最小，再旋動測微頭，使 F V 表顯示為零（細調(diào)零），（ 4） 往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下 F V 表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即 X 0.5mm 位移（ mm） 電壓（ mv） （ 5） 據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度 S V X（式中 X 為梁的自由端位移變化， V 為相應 F V 表顯 示的電壓相應變化）。 （ 6） 注意事項 (1) 電橋上端 虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓學生組橋容易。 (2) 為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當減小 (3) (4) 電位器 W1、 W2，在有的型號儀器中標為 RD、 RA 問題： (1) (2) 根據(jù)所給的差動放大器電路原理圖， (見附錄圖 一 )，分析其工作原理，說明它既能作差動放 大，又可作同相 *實驗一 金屬箔式應變片性能 單臂電橋 ( ) 實驗目的 所需單元及部件 ： 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應變片、F/V 旋鈕初始位置 ： 2V 檔， F/V 表打到 2V 實驗步驟 (1) 了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，應變片為棕色襯底箔式結(jié)構小(2) 將差動放大 器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（）、負（）、地短接。將差動放大器的輸出端與 F V 表的輸入插口 Vi 相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使 F V 表顯示為零，關閉主、副電源。 (3) 根據(jù)圖接線 R1、 R2、 R3 為電橋單元的固定電阻。 R4 為應變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關置 4V檔， F V 表置 20V 檔。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的 W1，使 F V 表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將 F V 表置 2V 檔，再調(diào)電橋 W1（慢慢地調(diào)），使 F V 表顯示為零。 (4) 在傳感器托盤上放上一只砝碼，記下 此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計算系統(tǒng)靈敏度 S= V W，并作出 V-W 關系曲線， V 為電壓變化率， W 為相應的重量變化率。 重量（ g） 電壓（ mV） 注意事項 (1) 電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓學生組橋容易。 (2) 為確保實驗過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當減小 (3) 做此實驗時應將低頻振蕩器的幅度關至最小，以減小其 (4) 電位器 W1、 W2，在有的型號儀器中標為 RD、 RA 問題： (1) (2) 根據(jù)所給的差動放大器電路原理圖， (見附錄圖 一 )，分析其工作原理，說明它既能作差動放大，實驗二 ( ) 實驗目的 所需單元和部件 直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、 F V 表、測微頭、雙平行梁、應變片、主、有關旋鈕 的初始位置 ： 2V 檔， F V 表打到 2V 檔，差動放大器增益打到最大。實驗步驟： (1) (2) 按圖 1 接線，圖中 R4 為工作片， r 及 W1 (3) 調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置 (目測 )，將直流穩(wěn)壓電源打到 4V 檔。選擇適當?shù)姆糯笤鲆妫缓笳{(diào)整電橋平衡電位器 W1，使表頭顯示零 (需預熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來 ) (4) 旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔 0 .5mm 讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關閉主、副電源： 位 移（ mm） 電壓（ mv） (5) 保持放大器增益不變，將 R3 固定電阻換為與 R4 工作狀態(tài)相反的另一應變片即取二片受力方向不同應變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋 W1 使 F V 表顯示表顯示為零，重復（ 4）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表： 位移（ mm） 電壓（ mv） (6) 保持差動放大器增益不變，將 R1， R2 兩個固定電阻換成另兩片受力應變片（即 R1 換成 ， R2換成 ，）組橋時只要掌握對臂應 變片的受力方向相同，鄰臂應變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋 W1 同樣使 F V 表顯示零。重復（ 4 (7) 在同一坐標紙上描出 X-V 注意事項 ： (1) (2) (3) (4) 直流穩(wěn)壓電源 4V 不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效 (5) 接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。 *實驗二 ( ) 實驗目的 所需單元和部件 直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、 F V 表、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應變片、有關旋鈕的初始位置 ： 2V 檔， F V 表打到 2V 檔，差動放大器增益打到最大。 實驗步驟： (1) 按實驗一方法將差動放大器調(diào)零后，關閉主、副電源。 (2) 根據(jù)圖接線 R1、 R2、 R3 為電橋單元的固定電阻。 R4 為應變片；將穩(wěn)壓 電源的切換開關置 4V檔， F V 表置 20V 檔。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的 W1，使 F V 表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將 F V 表置 2V 檔，再調(diào)電橋 W1（慢慢地調(diào)），使 F V 表顯示為零。 (3) 在傳感器托盤上放上一只砝碼，記下此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計算系統(tǒng)靈敏度 S= V W，并作出 V-W 關系曲線， V 為電壓變化率， W 為相應的重量變化率。 重量（ g） 電壓（ mV） (4)保持放大器增益不變，將 R3 固定電阻換為與 R4 工作狀態(tài)相反的 另一應變片即取二片受力方向不同應變片，形成半橋，調(diào)節(jié)電橋 W1 使 F V 表顯示表顯示為零，重復（ 3）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表： 重量（ g） 電壓（ mV） （ 5）保持差動放大器增益不變，將 R1， R2 兩個固定電阻換成另兩片受力應變片組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調(diào)節(jié)電橋 W1 同樣使 F V 表顯示零。重復（ 3）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表： 重量（ g） 電壓（ mV） (6) 在同一坐標紙上描出 X-V 注意事項 ： (1) (2) (3) (4) 直流穩(wěn)壓電源 4V (5) 實驗三 應變片的溫度效應及補償 ( )型 實驗目的 ： 了解溫度對應變測試系統(tǒng)的影響。 所需單元 和部件 ：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、 15V 不可調(diào)直流穩(wěn)電源、電橋、差動放大器、 F V 表、測微頭、加熱器、雙平行梁、水銀溫度計（自備）、主、副電源。 有關旋鈕的初始位置 ： 主、副電源關閉、直流穩(wěn)壓電源置 4V 檔， F V 表置 20V 檔，差動放大器增益旋鈕置最大。 實驗步驟 ： （ 1） 了解加熱器在實驗儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構為電阻絲。 （ 2） 將差動放大器的（）、（）輸入端與地短接，輸出端插口與 F V 表的輸入插口 Vi 相連。 （ 3） 開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點旋鈕，使 F V 表顯示零。再把 F V 表的切換 開關置 2V檔，細調(diào)差放零點，使 F V 表顯示零。關閉主、副電源， F V 表的切換開關置 20V 檔，拆去差動放大器輸入端的連線。 （ 4） 按圖接線，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡的 W1電位器，使 F V 表顯示零，然后將F V 表的切換開關置 2V 檔 ,調(diào) W1 電位器，使 F V 表顯示零。 （ 5） 在雙平行梁的自由端（可動端）裝上測微頭，并調(diào)節(jié)測微頭，使 F V 表顯示零。 （ 6） 將 15V 電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地； F V 表的顯示在變化，待 F V 表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計（自備）測出溫度，記下溫度值。（注意：溫度計探頭不 要觸在應變片上，只要觸及應變片附近的梁體即可。）關閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫。 （ 7） 將 F V 表的切換開關置 20V 檔，把圖中的 R3換成 應變片（補償片），重復 4 6 過程。 （ 8） 比較二種情況的 F V 表數(shù)值：在相同溫度下，補償后的數(shù)值小很多。 （ 9） 實驗完畢，關閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置， 思考 ：為什么不能完全補償。 提示 ：從補償應變片和受力應變片所貼的位置點，梁的溫度梯度考慮。 *實驗三 應變片的溫度影響 ( )型 實驗目的 ： 了解溫度對應變測試系統(tǒng)的影響。 所需單元和部件 ： 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、 15V 不可調(diào)直流穩(wěn)電源、電橋、差動放大器、 F V 表、加熱器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應變片、砝碼、水銀溫度計（自備）、主、副電源。 有關旋鈕的初始位置 ： 主、副電源關閉、直流穩(wěn)壓電源置 4V 檔， F V 表置 20V 檔，差動放大器增益旋鈕置最大。 實驗步驟 ： （ 1） 解加熱器在實驗儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙孔懸臂梁下片梁的表面，結(jié)構為電阻絲。 （ 2） 將差動放大器的（）、（）輸入端與地短接，輸出端插口與 F V 表的輸入插口 Vi 相連。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點旋鈕，使 F V 表顯示零。再把 F V 表的切 換開關置 2V檔，細調(diào)差放零點，使 F V 表顯示零。關閉主、副電源， F V 表的切換開關置 20V 檔，拆去差動放大器輸入端的連線。 （ 3） 按圖 1 接線，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡的 W1 電位器，使 F V 表顯示零，然后將 F V 表的切換開關置 2V 檔 ,調(diào) W1 電位器，使 F V 表顯示零。 （ 4） 在傳感器托盤上放上所有砝碼，記下此時的電壓數(shù)值。將 -15V 電源連到加熱器的一端插口，加熱器另一端插口接地； F V 表的顯示在變化，待 F V 表顯示穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值。比較二種情況的 F V 表數(shù)值，即為溫度對應變電橋的影響。 （ 5） 實驗完畢，關閉主、副電源，所 有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置， 實驗四 熱電偶原理及現(xiàn)象 ( )型 實驗目的 ：了解熱電偶的原理及現(xiàn)象 所需單元及附件： 15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、 F V 表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源 旋鈕初始位置 ： F V 表切換開關置 2V 檔，差動放大器增益最大。 實驗步驟 ： （ 1） 了解熱電偶原理：二種不同的金屬導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書。 （ 2） 解熱 電偶在實驗儀上的位置及符號，（參見附錄）實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為 T。實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者的總和。 （ 3） 按圖接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使 F V 表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。 圖 （ 4）將 15V 直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察 F V 表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下 F V 表顯示的讀數(shù) E。 （ 5）用自備的溫度計測出上梁表面熱電偶處的溫度 t 并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸 到應變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。 （ 6）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關系式： Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to) 其中： t -熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn-熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。 to-0 1 熱端溫度為 t,冷端溫度為室溫時熱電勢。 Eab(t,tn)=(f/v 顯示表 E)/100*2(100 為差動放大器的放大倍數(shù)， 2 為二個熱電偶串聯(lián) )。 2 熱端溫度為室溫，冷端溫度為 0，銅康銅的熱電勢： Eab(tn,to):查以下所附的熱電偶自由端為 0時的熱電勢和溫度的關系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。 3 計算：熱端溫度為 t，冷端溫度為 0時的熱電勢， Eab(t,to),根據(jù)計算結(jié)果，查分度表得到溫度 t。 （）熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象）。 （ 8）實驗完畢 關閉主、副電源，尤其是加熱器 15V 電源（自備溫度計測出溫度后馬上拆去 15V 電源連接線）其它旋鈕置原始位置。 思考 ： （） 為什么差動放器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點？ （） 即使采用標準熱電偶按本實驗方法測量溫度也了會有很大誤差，為什么？ *實驗四 熱電偶原理及現(xiàn)象 ( )型 實驗目的 ：了解熱電偶的原理及現(xiàn)象 所需單元及附件： 15V 不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、 F V 表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源 旋鈕初始位置 ： F V 表切換開關置 2V 檔，差動放大器增益最大。 實驗步驟 ： （） 解 熱電偶原理：二種不同的金屬導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書。 （） 了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，（參見附錄）實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為 T。它封裝在雙孔懸臂梁的下片梁的加熱器里面（不可見）。 （） 按圖接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使 F V 表顯示零，記錄下自備溫度計的室溫。 （） 將 15V 直流電源接 入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察 F V 表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下 F V 表顯示的讀數(shù) E。 （） 用自備的溫度計測出下梁表面加熱器處的溫度 t 并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。 （） 根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關系式： Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to) 其中： t -熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn-熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。 to-0 1 熱端溫度為 t,冷端溫度為 室溫時熱電勢： Eab(t,tn)=(f/v 顯示表 E)/100， 100 為差動放大器的放大倍數(shù)。 2 熱端溫度為室溫，冷端溫度為 0，銅康銅的熱電勢： Eab(tn,to):查以下所附的熱電偶自由端為 0時的熱電勢和溫度的關系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。 3 計算：熱端溫度為 t，冷端溫度為 0時的熱電勢： Eab(t,to),根據(jù)計算結(jié)果，查分度表得到溫度 t。 （）熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶 、并非標準熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象）。 （ 8）實驗完畢關閉主、副電源，尤其是加熱器 15V 電源（自備溫度計測出溫度后馬上拆去 15V 電源連接線）其它旋鈕置原始位置。 思考 ： （ 1）為什么差動放器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點？ （ 2）即使采用標準熱電偶按本實驗方法測量溫度也了會有很大誤差，為什么？ 實驗五 移相器實驗 實驗目的 ： 了解運算放大器構成的移相電路的原理及工作情況 所需單元及部件 ： 移相器、音頻振蕩器、雙線（雙蹤）示波器、主、副電源 實驗步驟 ： （） 了解移相器在實驗儀所在位置及 電路原理（見圖）。 圖 （） 將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從、插口輸出均可），開啟主、副電源。 （） 將示波器的兩根線分別接到移相的輸入和輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。 （） 旋動移相器上的電位器，觀察兩個波形間相位的變化。 （） 改變音頻振蕩器的頻率 ,觀察不同頻率的最大移相范圍。 問題： （）根據(jù)圖 11，分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的現(xiàn)象。提示： A1、 R1、 R2、 R3、 C 超前移相，在 R3 R1 時， KF1（ j ） =Vm/V =-(1-j RwC2)/(1+j R2C1),KF1( )=1, F1( )=- -2tg-1 R2C1。 A2、 R4、 R5、 RW、 C2 滯后移相，在 R5 R4 時， KF2（ j ） =V/Vm=(1-j RwC2)/(1+j C2),KF2( )=1, F2( )=-2tg-1 RwC1， 2 f 。分析： f 一定時 Rw=0 10K相移，及 Rw 一定時， f 變化相移。 (2)如果將雙線示波器改為單蹤示波器，兩路信號分別從軸和軸送入，根據(jù)李沙育圖形是否可完成此實驗？ 實驗六 相敏檢波器實驗 實驗目的 ：了解相敏檢波器的原理和工作情況。 所需單元和部件 ：相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、雙線示波器（自備）、直流穩(wěn)壓電源、低通濾 波器、 V 表、主、副電源。 有關旋鈕的初始位置 : V 表置檔。音頻振蕩器頻率為 Hz，幅度置最小（逆時針到底），直流穩(wěn)壓電源輸出置于 檔，主、副電源關閉。 實驗步驟 ： （） 了解相敏檢波器和低通濾波器在實驗儀面板上的符號。 （） 根據(jù)圖 A 的電路接線，將音頻振蕩器的信號輸出端輸出至相敏檢波器的輸入端（ 1），把直流穩(wěn)壓電源 2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端（ 5），把示波器 兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端（ 1）和輸出端（ 3）組成一個測量線路。 圖 A （） 調(diào)整好示波器，開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰峰值 4V。觀察輸入和輸出波的相位和幅值關系。 （） 改變參考電壓的極性（除去直流穩(wěn)壓電源 2V 輸出端與相敏檢波器參考輸入端（ 5）的連線，把直流穩(wěn)壓電源的 2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端（ 5），觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關系。由此可得出結(jié)論，當參考電壓為正時，輸入和輸出 相，當參考電壓為負時，輸入和輸 出 相，此電路的放大倍數(shù)為 倍。 （） 關閉主、副電源，根據(jù)圖 B 電路重新接線，將音頻振蕩器的信號從輸出端輸出至相敏檢波器的輸入端（ 1），將從 0輸出端輸出接至相敏檢波器的參考輸入端（ 2），把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入（ 1）和輸出端（ 3），將相敏檢波器輸出端（ 3）同時與低通濾波器的輸入端連接起來，將低能濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來，組成一個測量線路。（此時， V 表置于表檔）。 圖 B （） 開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表 。 單位： Vip-p 0.5 1 2 4 8 16 Vo （） 關閉主、副電源，根據(jù)圖 C 的電路重新接線，將音頻振蕩器的信號從輸出端輸出至相 敏檢波器的輸入端（ 1），將人輸出端輸出接至移相器的輸入端，將從移相器輸出端接至相敏檢波器的參考輸入端（ 2），把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端（ 1）和輸出端（ 3），將相敏檢波器輸出端（ 3）同時與低通濾波器輸入端連接起來，將低通濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來，組成一測量線路。 圖 C （） 開啟主、副電源，轉(zhuǎn)動移相器上的移相電位器 ，觀察示波的顯示波形及電壓表的讀數(shù)，使得輸出最大。 （） 調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。單位： Vip-p 0.5 1 2 4 6 8 16 Vo 思考 ： （） 根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么 ?移相器在實驗線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用） （） 在完成第五步驟后，將示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端（ 1）和附加觀察端（ 6）和（ 2），觀察波形來回答相敏檢波器中的整形電路是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波，相位如何？起什么作用？ （） 當相敏檢波器的輸入與開關 信號同相時，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。 實驗七 金屬箔式應變片交流全橋 （ ）型 實驗目的： 了解交流供電的四臂應變電橋的原理和工作情況。 所需單元及部件 ： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、 F V 表、雙平行梁、應變片、測微頭、主、副電源、示波器。 有關旋鈕的初始位置 ：音頻振蕩器，幅度關至最小， F V 表打到檔，差動放大器增益旋至最大。 實驗步驟： （） 差動放大器調(diào)整為零：將差動放大（）、（）輸入端與地短接，輸出端與 表輸入 端Vi 相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使表顯示為零，再將表切換開關置檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使表顯示為零，然后關閉主、副電源。 （） 按圖接線，圖中、為應變片；、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平 衡網(wǎng)絡，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的輸出口引入。 圖 （） 用手按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭使測微頭脫離振動梁自由端并遠離。將表的切換開關置檔，示波器軸掃描時間切換到 0.1-0.5ms（以合適為宜），軸或 2 切換開關置 /div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置，幅度旋鈕置幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡中的和，使表和示波器顯示最小，再把表和示波器軸的切換開關分別置檔和 50mv/div，細調(diào)和及差動放大器調(diào)零旋鈕，使表的顯示值最小，示波器的波形大致為一條水平線（表顯示值與示波器圖形不完全相符時二者兼顧即可）。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形：放手后，梁復原，示波器圖形基本成一條直線。 （） 在雙平行梁的自由端裝上測微頭，旋轉(zhuǎn)測微頭 使表顯示為零，以后每轉(zhuǎn)動測微頭一周即0.5mm，表顯示值記錄下表： Xmm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 Vo 根據(jù)所得數(shù)據(jù)，作出曲線，找出線性范圍，計算靈敏度，并與以前直流全橋?qū)嶒灲Y(jié)果相比較。 （） 實驗完畢，關閉主、副電源，所有旋鈕置初始位置。 思考 ：在交流電橋中，必須有 兩個可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡，這是因為電路存在 而引起的。 * 實驗七 金屬箔式應變片交流全橋 （ ）型 實驗目的： 了解交流供電的四臂應變電橋的原理和工作情況。 所需單元及部件 ： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、 F V 表、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應變片、砝碼、主、副電源、示波器。 有關旋鈕的初始位置 ：音頻振蕩器，幅度關至最小， F V 表打到檔，差動放大器增益旋至最大。 實驗步驟： （） 動放大器調(diào)整為零：將差動放大（）、（）輸入端與地短接，輸出端與 表輸入端Vi 相連，開啟主 、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使表顯示為零，再將表切換開關置檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使表顯示為零，然后關閉主、副電源。 （） 按圖 7 接線，圖中、為應變片；、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的輸出口引入。 圖 7 （） 將表的切換開關置檔，示波器軸掃描時間切換到 0.1-0.5ms（以合適為宜），軸或 2 切換開關置 /div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置，幅度旋鈕置幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡 中的和，使表和示波器顯示最小，再把表和示波器軸的切換開關分別置檔和 50mv/div，細調(diào)和及差動放大器調(diào)零旋鈕，使表的顯示值最小，示波器的波形大致為一條水平線（表顯示值與示波器圖形不完全相符時二者兼顧即可）。再用手按住雙孔懸臂梁稱重傳感器托盤的中間產(chǎn)生一個位移，。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形：放手后，梁復原，示波器圖形基本成一條直線。 （） 在傳感器托盤上放上一只砝碼，記下此時的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得 結(jié)果計算系統(tǒng)靈敏度 S= V W，并作出 V-W 關系曲線， V 為電壓變化率， W 為相應的重量變化率。 重量（ g） 電壓（ mV） （） 實驗完畢，關閉主、副電源，所有旋鈕置初始位置。 思考 ：在交流電橋中，必須有 兩個可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡，這是因為電路存在 而引起的。 實驗八 交流全橋的應用振幅測量（ ）型 實驗目的 ：本實驗了解交流激勵的金屬箔式應變片電橋的應用。 所需單元及部件 ： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通 濾波器、低頻振蕩器、電壓表、示波器、主、副電源、激振線圈。 有關旋鈕的初始位置 ：音頻振蕩器 z，低頻振蕩器頻率旋鈕置 z 左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副電源關閉。 實驗步驟 ： （） 按圖接線，并且保持實驗（）、（）、（）的步驟。 （） 關閉主副電源，將低頻振蕩器的輸出 0 引入激振線圈的一端，激振線圈的另一端接地，低頻振蕩器的幅度旋鈕置中間位置，開啟主副電源，雙平行梁在振動，慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率 旋鈕，使梁振動比較明顯，如梁振幅不夠大，可調(diào)大低頻振蕩器的幅度。 （） 將示波器的軸掃描旋鈕切換到 ms/div 級檔，軸切換到 50mv/div 或 0.1v/div，分別觀察差放輸出端相敏檢波輸出端，低通輸出端波形。并描出： 做完以上實驗，可反復調(diào)節(jié)線路中的各旋鈕 ,用示波器觀察各輸出環(huán)節(jié)波形的變化，加深實驗體會并了解各旋鈕的作用。 （ 4）實驗完畢關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。 實驗九 交流全橋的應用電子秤之一 （ ）型 實驗目的 ：了解交流供電的金屬箔式應變片電橋的實際應用。 所需單元及部件 ： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、表、砝碼、主副電源、雙平行梁、應變片。 實驗步驟： （） 差動放 大器調(diào)整為零，將差動放大（）、（）輸入端與地短接，輸出端與表 輸入端Vi 相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使表顯示為零，再將表切換開關置檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使表顯示為零，然后關閉主、副電源。 （） 按圖 7 接線，圖中、為應變片；、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的輸出口引入。 （） 按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭使測微頭振動梁自由端并遠離。將表的切換開關置檔，示波器軸掃描時間切換到 0.1-0.5ms，軸或（）切換開關置 /div，音頻振蕩器的頻率旋鈕置，幅度旋鈕置幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡中的和，使表和示波器 ,顯示最小，再把表和示波器軸的切換開關分別置檔和 50mv/div，細調(diào)和及差動放大器調(diào)零旋鈕，使表的顯示值最小，示波器的波形為一條水平線（表顯示值與示波器圖形不完全相符時二者兼顧即可）?，F(xiàn)用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形：放手后，梁復原，示波器圖形基本成一條直線， 否則調(diào)節(jié) W1 和 W2。 （） 在梁的自由端加所有砝碼，調(diào)節(jié)差放增益旋鈕，使 F V 表顯示對應的量值，去除所有砝碼，調(diào) W1 使 F V 表顯示零，這樣重復幾次即可。 （） 在梁自由端（磁鋼處）逐一加上砝碼，把 F V 表的顯示值填入下表。并計算靈敏度。 W(g) V(v) （） 梁自由端放上一個重量未知的重物，記錄表的顯示值，得出未知重物的重量 注意事項 ： 砝碼和重物應放在梁自由端的磁鋼上的同一點。 思考：要將這個電子秤方案投入實際應用，應如何改進？ *實驗九 交流全橋的應用電子秤之一 （ ）型 實驗目 的 ：了解交流供電的金屬箔式應變片電橋的實際應用。 所需單元及部件 ： 音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、表、砝碼、雙孔懸臂梁稱重傳感器、應變片、主副電源。 實驗步驟： （） 動放大器調(diào)整為零，將差動放大（）、（）輸入端與地短接，輸出端與表 輸入端 Vi相連，開啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使表顯示為零，再將表切換開關置檔，再細調(diào)差放調(diào)零旋鈕使表顯示為零，然后關閉主、副電源。 （） 按圖接線，圖中、為應變片；、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡，電 橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的