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实验一箔式应变片性能—应变电桥一、实验目的１.观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。２.了解金属箔式应变片的平衡电桥直流电桥的工作原理和工作情况。３.了解金属箔式应变片的实际应用—测力；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，应变片要牢固粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感柵随同变形，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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/R1、△R2/R2、△R3/R3、△R4/R4，当使用一个应变片时，∑R=△R/R；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑R=2△R/R；当四个应变片组成两个差动对工作，则有∑R=4△R/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、双孔悬臂梁、称重砝码、电压表。+4V-4V-+-15V+15V4V67238151K51K51K10K2K680K6.8K51KWDR2RR3R1+4V-4V图1-1四、实验步骤1.调零。开启仪器电源，差动放大器增益置为１００倍（差动调零旋钮顺时针旋到底），差动放大器“＋、-”输入端对地短路。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，然后拔掉试验线。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（1-1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3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。直流激励电源为±４Ｖ。装上传感器称重托盘。3.确认接线无误后开启仪器电源，并且预热几分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4.为保证实验中输出指示不溢出，可先将10只20克的砝码全部放到托盘上，如果指示溢出，适当减小差动放大器增益直至不溢出。5.在传感器托盘上依次放上砝码，每放上一个砝码，记录一个差动放大器输出电压值，并将数据记录到表（1-1）。6.依次将图（1）中电桥固定电阻R1换成箔式应变片，接成半桥测试系统。7.重复步骤3-4，测出半桥电压并列表，计算灵敏度S。WVS，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。将数据记录到表（1-2）。8.在同一坐标上描出V-X曲线，比较两种桥路的灵敏度，并作出定性结论。砝码（个）12345678910电压（V）表1-1砝码（个）12345678910电压（V）表1-2五、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，以免引入干扰。2.接插线插入插孔时轻轻地做一个小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻转动一下拔出，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。4.应变片介入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。5.直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。实验二差动螺管式电感传感器位移、振幅测量一、实验原理位移测量原理：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线圈电感值的变化。次级两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。通过振幅测量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、测微仪。三、实验步骤1.差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图（3-1）接线，音频振荡器LV端作为恒流源供电，差动放大器增益适中。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。旋动测微仪使衔铁在线圈中的位置居中，此时'ooLL，系统输出为零。2.当衔铁上、下移动时，'ooLL，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、向下各移动5mm，记录V、X值，做出V-X曲线，求出灵敏度。3．移开测微仪，微调衔铁在支架上的位置，调节电桥电路，使系统输出为零。4.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。5.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ppV--f曲线如图（3-2）差放相敏检波器低通电压表移相器音频振荡器LVL0L0R2R3WDWA图3-1F0FVp-p图3-2四、注意事项振动台振动时的幅度尽可能大，但以与周围各部件不发生碰擦为宜，以免产生非正弦振动。实验三热电式传感器—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°C），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-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。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，使差放输出为零。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，待加热器温度不再上升时，记录电压表读数。4.本仪器上热电偶是一直K分度热电偶，热电偶冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电动势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温0t。0110(,)(,)(,)EttEttEtt其中0(,)Ett为实际电动势，1(,)Ett为测量所得电动势，10(,)Ett10(,)Ett为温度修正电动势。E为热电偶电动势，t为热电偶热端温度，0t为热电偶参考端温度为0°C，1t为热电偶参考端所处的温度。查阅K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约等于100倍，所以用差动放大器放大后的热电动势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。实验四光纤传感器位移测量、转速测量一、实验原理1.位移测量原理反射式光纤位移传感器的工作原理如图（7-1）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。2.转速测量原理当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性的变化，光电变换器输出电量也发生相应变化，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、光电转换器、光电变换器、低频振荡器、示波器、电压表/频率表、支架、反射片、测微仪、测速电机及转盘。接收光纤光源光纤XX反射体图7-1反射式光纤位移传感器原理图图7-2反射式光纤位移传感器输出特性曲线三、实验步骤1.观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆形结构，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.振动台上装上测微仪，开启电源，光电变换器0V端接电压表。旋动测微仪，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时0V输出为最小。然后旋动测微仪，使反射镜面离开探头，每隔0.25mm取一0V电压值填入表（7-1），作出V-X曲线。X00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.7533.253.53.754V表7-14.得出输出电压特性曲线如图（7-2）所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。5.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1mm左右，光纤探头以对准转盘边缘内3mm为宜。6.光电转换器的0V端（光纤0V与光电0V）接“转速”端、示波器接“0F”端，开启电机开关，调节转盘转速，观察0F端波形并用频率表2KHz档读出频率。电机转速=0F端放波数/2四、注意事项1.光电变换器工作时0V最大输出电压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，并保护光纤端面不受损伤。5.每台仪器的光电传感器都是与仪器单独调配，请勿互换使用，光电传感器与仪器编号配对，以保证仪器正常使用。6.光纤探头在支架上固定时应保持与转盘平行，切不可相擦，以免使光纤端面受损。7.电机开关平时应倒向左侧，以保证稳压电源正常工作。8.实验时应避免强光直接照射转盘盘面，以免造成测试误差。实验五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距离相关。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、测微仪、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的输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。2.开启仪器电源，用测微仪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1MHz。3.用测微仪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.旋动测微仪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。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，工作电压范围变小。实验六电容式传感器的特性一、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1XC，下层定片与动片形成的电容定为2XC，当将1XC和2XC接入电桥作为相邻两臂时，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、测微仪。图11-1四、实验步骤1.按图（11-1）接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。2.装上测微仪，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中间，此时差动放大器的输出应为零。3.以此为起点，向上和向下移动静片，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。X（mm）0V(v)4.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