杭州电子科技大学测试技术及传感器实验报告讲解

《杭州电子科技大学测试技术及传感器实验报告讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《杭州电子科技大学测试技术及传感器实验报告讲解（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、班 级：学 号：姓 名：2012年12月 日实验一一、金属箔式应变片性能单臂单桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 实验准备：预习实验仪器和设备：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、应变片、电压表。 实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应 输出。实验注意事项：直流稳压电源打到4V档，接线过程应关闭电源，电压表打到2V档，如实验 过程中指示溢出则改为 20V 档，接线过程注意电源不能短接。实验时位移起始点不一定在 10mm 处，可根据实际情况而定。为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过 大，可先置中间位置，如测得

2、的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验过 程中不能改变。实验内容：（1）观察双平行梁上的应变片、测微头的位置，每一应变片在传感器实验操作台上有引出 插座。（2）将差动放大器调零。方法是用导线将差动放大器正负输入端相连并与地端连接起来， 然后将输出端接到电压表的输入插口。接通主、副电源。调整差动放大器上的调零旋钮使表 头指为示零。关闭主副电源。（3）根据图1 的电路结构，利用电桥单元上的接线座用导线连接好测量线路（差动放大器 接成同相反相均可）。（4）检查测微头安装是否牢固，转动测微头至 10mm 刻度处，并调整旋紧固定螺钉，使测微 头上下移动至双平行梁处于水平位置（目测），测微头

3、与梁的接触紧密。（5）将直流稳压电源开关打到 4V 档，打开主副电源，预热数分钟，调整电桥平衡电位器 W,使电压表指示为零。调零时逐步将电压表量程20V档转换到2V档。（6）旋动测微头，记下梁端位移与电压表的数值，每一圈0.5mm记一个数值。根据所得结 果计算系统灵敏度S，并作出V X关系曲线。S 旦，其中AV为电压变化，AX为相AX应的梁端位移变化。（7）按最小二乘法求出拟合直线，并求线性度误差，最后根据拟合直线求灵敏度。（8）在最大位移处，以每0.5mm减至原始值，记录反行程下的示值，根据所得结果算出滞后误差 r 。H位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5

4、电压（mV） 正行程013274053678195109124电压（mV） 反行程113263952668094109124按照最小二乘法拟合，用matlab编程得直线表达式为：V = 27.76X - 276.9（6）因为图形呈线性关系，所以灵敏度 S=（124-0）/（14.5-10）=2705mv/mm；（8）最大误差为1mm；所以滞后误差为r=l/124*100%=0.8%；思考题：1本实验电路对直流稳压源、差动放大器有何要求？它们对输出结果影响怎样？直流稳压源输出稳定，差动放大器要调零。由于直流稳压源的输出和差动放大器都会影响电压表的示数，如果直流稳压源和差动放 大器不符合要求，那么

5、R4的变化将不能通过电压表的示数变化反映出来，起到了干扰实验的作用。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。实验准备：预习 实验仪器和设备：直流稳压电源、差动放大器、电桥、应变片、电压表、测微头 实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应 输出。实验注意事项：直流稳压电源打到4V档，电压表打到2V档，实验过程还须注意的事项：（1）在连线和更换应变片时应将直流稳压电源关闭。（2）在实验过程中如有发现电压表过载，应将量程扩大。（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）接全桥时请注意区别各应变片的

6、工作状态与方向，不得接错。实验内容：（2）按图2接线，图中R为应变片，其余为固定电阻，r及W为调平衡网络。41（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到士4V档。选择适当的放大增益。然后调整电桥平衡电位器，使电压表示零（需预热几分钟表头才能稳定下 来）。（4）向上旋转测微头，使梁向上移动每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表：位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5电压（mV）013274053678195109124（5）保持差动放大器增益不变，将R 3换为与R 4工作状态相反的另一应变片（一片为拉时,另一片为压），形成半桥，调好零

7、点，同样测出读数，填入下表:位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5电压（mV）0275581107134160186210236（6）保持差动放大器增益不变，将R, R2两个电阻换成另两片相反工作的应变片，接成 一个直流全桥，调好零点，将读出数据填人下表：位移（mm）1010.51111.51212.51313.51414.5电压（mV）055109162215270321378425482（7）在同一坐标纸上描出三根X 一 V曲线，比较三种接法的灵敏度，并分析实验结果:vxVIV2V3由图中的斜率可以知道V3的斜率最大，由灵敏度的定义可知道全桥的灵敏度最高，

8、半桥的 灵敏度次之，单臂电桥的灵敏度最低。五、思考题1.如用最小二乘法拟合三根X V曲线，写出各自的线性化方程。理论上三种接法中哪 一种线性最好？对实际结果是否符合理论情况作出具体分析。根据最小二乘法拟合直线，得到线性化方程： 单臂（Ra 为应变片）：V = 27.76X 276.9TO 伍线性误差差li亠叶 X100% =X100% = 2.97%Y122FS半桥（R 和 R 为应变片）：V = 49.467X 493.46734线性误差丫 =ma X 100% =X 100% = 0.60%L2Y224FS全桥（仆R2、R3和R4都为应变片）V 二 99.694X 996.176L1.76

9、线性误差丫 l3-ma X 100% =X 100% = 0.39%Y450FS通过上述比较所得，线性度：单臂半桥全桥，与理论上一致实验二 应变片与交流电桥、应变片电桥的应用一、相敏检波器、移相器实验实验目的：了解相敏检波器的原理和工作情况。实验准备：预习 实验仪器和设备：相敏检波器、音频振荡器、移相器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、 双踪示波器 实验原理：相敏检波利用参考端电压的极性不同，导致输入输出相位发生改变的原理。实验注意事项：参考输入端1 (DC)与参考输入端5 (AC)不能同时接线。由于作为电子开 关的场效应管3DJ7H性能所限，相敏检波器输出有两个半波不一样的现象。实验内容：

10、(1) 把音频振荡器的输出电压(0输出端)接至相敏检波器的输入端4。(2)将直流稳压电源打到2V档，把输出电压(正或负均可)接到相敏检波器的参考输入端1 (DC)。参考输入端也称相敏检波器的控制端，控制信R4 30K戶.旦号是2Ri 30KR3 30KR2 22K-I Io rR5 2.2K场效应管图3相敏检波器是直流时，接1,交流时接5。W1 51KIN5 ACOUToo4 LA6ODC_n123O丄(3) 把示波器的两根输入线分别接到相敏检波器的输入端和输出端，观察输入和输出波形 的相位关系和幅值关系。(4) 改变参考输入端1的电压极性，观察输入输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结论，当

11、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，此电路的放大倍数为倍。(5) 从音频振荡器的0输出插口输出信号再接一根线至移相器输入端，移相器的输出端 与相敏检波器的参考输入端5 (AC)之间连接起来，此时应断开参考输入端1的连线。保持 原相敏检波器的信号输入端与音频振荡器0输出插口的连接。(6) 将示波器的两根输入线分别连到相敏检波器输入端和参考输入端5，调整移相器，使 两个信号同相位。再将接相敏检波器参考输入端5的示波器的探头移至相敏检波器输出端， 观察示波器上的两个波形。由此得出：相敏检波器和移相器组合整形电路的作用是将输入白全波转变成 波。(7) 将相敏检波器的输出端

12、与低通滤波器的输入端连接起来，低通滤器的输出端接至电压 表的输入端(20V档)。(8) 适当调整音频振荡器的幅度，仔细观察示波器的波形和电压表读数变化，然后将相敏 检波器的输入端接到音频振荡器的180输出插口，保持移相器接0不变，观察示器波的 波形和电压表数字变化。由此可以看出：当相敏捡波器的输入与控制信号（参考输入端5信号） 一（同、反） 相时，输出为正极性的波形，电压表指示为.卫极性方向的最大值，反之则输 出为d极性的半 波形,电压表指示为负 极性的值。当音频振荡 器的幅值增大时，波形幅值变大，电压表读数变大 。所以，相敏检波器、移相器、 低通滤波器组合后可用来测量交流信号的幅值。（9）改

13、变音频振荡器的频率，发现信号间相彳移动，输出波形也发生.移动 此时要重新调整移相器才能使信号间相位一致。（10）调整移相器，使电压表输出最大，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入电压 峰峰值与输出直流电压的关系。（注意应置示波器探头衰减为XI,对应的通道VAR为最大）输入 Vip-p (V)0. 51248输出Vo (V)0.270.541.242.435.03（11）使输入信号与参考信号的相位差改为180，测出上述关系数据:输入 Vip-p (V)0. 51248输出Vo (V)-0.26-0.53-1.25-2.44-5.02思考题1当相敏检波器输入为直流时，输出波形如何？其平均值为多

14、少？ 为直线，平均值就为波形的幅值。二、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片电桥的工作原理、特点及其应用。实验准备：预习实验仪器和设备：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、砝码、示波器。实验原理：工作原理同直流电桥，但供桥电源为交流，差放的输出值也为交流电压。实验注意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz左右，幅度适中，电压表打到2V档，差 动放大器增益旋至中位。其它还须注意的事项有：（1）本实验也可用示波器观察各环节的波形。（2）组桥时应注意应变片的受力状态，使桥路正常工作。（3）如果紧接着做后续的实验，则不要变动音频振荡器的

15、幅度旋钮及差动放大器的增益旋 钮。（4）做电子称应用部分实验时，砖码应尽量放在应变梁端部的正中间。（5）做电子称应用部分实验时，在悬壁梁系统的自由端部不得有与外部相碰擦的情况。实验内容：（1）按实验一的方法将差动放大器调零。（2）引出四片金属箔式应变片（2个正片、 2个负片） ，在电桥单元上组成全桥（注意应变 片的正确接入）。（3）按图4的电路搭成工作电桥，图中R1R4为应变片，W,W ,C,r为调平衡网络，电12桥供桥电压必须从音频振荡器的LV插口输出（负载能力强）。（4）将音频振荡器的幅度旋至中位。根据相敏检波、移相器实验方法调整好移相器（使电 压表的读数最大）。如差放的输出偏小，可适当增

16、加音频振荡器的幅度。（5）确认测微头安装到位，调整旋紧固定螺钉，旋动测微头至 10mm 处使梁处于水平位置（目测）。调整W与W2使电压表指零。（W与W2须交互反复调整）由此可见：在交流电桥中，必须名 个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路 存在 R C 而引起的。（6）旋转测微头，每隔0.50mm读数，并填入下表:X (mm)1010.51111.51212.51313.51414.5V (mV)161015192327313539根据所得数值，作出X V曲线，并与前面直流电桥的结果相比较。分析结果：由斜率可以看出逼前面半桥的灵敏度低。交流全桥的应用电子秤实验步骤：（1）按图4接线，调好移相器

17、，去掉测微头。（2）将系统重新调零（调整叫、W2）。（3）在位移台上加不同重量的简易法码（铁环）进行标定，将结果填入下表:W (g)20406080100120V(V)0.0450.0430.0410.0390.0370.034（4）在位移台上加上一个重量未知的重物（如：钥匙串），记上电压表的读数：0.041（5）根据实验结果，得出未知重物的重 70。思考题要将这个电子秤方案投入实际应用，你认为哪些部分需要改进？（一）电压表的量程应该调大实验三 差动变压器性能、零残及补偿、标定实验一、差动变压器性能实验目的：了解差动变压器的原理及工作情况。实验准备：预习 实验仪器和设备：音频振荡器、测微头、双

18、踪示波器、差动式电感。 实验原理：交流电通过偶合的线圈产生感应电势。实验注意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz6 KHz左右，幅度适中，双踪示波器第 一通道灵敏度500mV/cm,第二通道灵敏度10mV/cm。其它还须注意的事项有：（1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电源输出插口（LV插口）输出。（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式，即，两个同名端短接，另两个同名端则构成输出。3）差动变压器与激励信号的连线应尽量短一些，以避免引入干扰。实验内容：动输出。图5差动变压器接线方式接示波器第二通道（灵敏度10mV / cm）观测输出信号（1）按图5接线，音频振荡器必须从LV接出

19、，LV、GND接差动式电感的L, 2个L构成差 i0接Lv： 4KHz6 KHz左右,Vpp=2V ；同时接示波器第一 通道观测输入信号。（2）调整音频振荡器幅度旋钮，观察第一通道示波器，使音频LV信号输入到初级线圈的电 压为V =2伏。PP（3）调整测微头，使衔铁处于中间位置M （此时输出信号最小），记下此时测微头的刻度 值填入下表（4）旋动测微头，从示波器第二通道上读出次级差动输出电压的峰一峰值填入下表：X (mm)M-2.0M-1.5M-1.0M-0.5M（中间 位置）M+0.5M+1.0M+1.5M+2.0Vop p (mV)1601158044254285125136*如果第二通道的

20、信号实在太弱，可先接差放再行观察。读数过程中应注意初、次级波形的相位关系：当铁芯从上至下过零位时,相位由同（同、反）相变为 反 （同、反）相；再由下至上过零位时，相位由反相变为同 相；（5）仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到最高档，这个最小电压叫做，可以看出它的基波与输入电压的相位差约为 90度。（6）根据所得结果，画出（Vop卫一 X）曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度：位置/mm180160160、140严136、75120100/Q580-60-4020v-2-1压-36)根据所得结果，画出(Vop-p X)曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度:S -

21、A - 土 70.12mV / mm AX，更一般地，由于灵敏度还与激励电压有关，因此:S _ AV /v =土 17.53mV / mm1 一 AX 九二、差动变压器零点残余电压的补偿实验目的:了解零点残余电压的补偿及其方法。 实验准备:预习 实验仪器和设备:音频振荡器、测微头、电桥、差动放大器、双踪示波器。实验注意事项：音频信号必须从LV插口引出。旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz6 KHz 左右，双踪示波器第一通道灵敏度500mV/cm，第二通道灵敏度lV/cm,触发选择打到第一通 道，差动放大器的增益旋到适中。实验内容:(1) 利用示波器，调整音频振荡器的输出为2伏峰一峰值。(2) 观

22、察差动变压器的结构。按图6接好线，音频振荡器必须从LV插口输出，W 1, W 2, r, C 为电桥单元中的调平衡网络。(3) 调整测微头，使差动放大器输出电压最小(此时对应的输出是零点残余电压)。(4) 依次调整W 1, W 2,使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头。(5) 将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比较。LV接第一通道W4kHz, Vpp=2V卜W2图6零点残余电压的补偿图7零点残余电压的补偿的另一种方法思考题1本实验也可用附图7 所示线路,试解释原因。图7和图6样，差动放大器的+,两端的电压都和wl, w2的阻值有关，调节w1,w2 的阻值

23、可以补偿零点残余电压。三、差动变压器的标定实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。实验准备：预习 实验仪器和设备：音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头 电桥、电压表、示波器。实验注意事项：旋钮初始位置是，音频振荡4KHz,差动放大器的增益打到最大，电压表打 到 2V 档。实验内容：（1）按图8接好线路（2）装上测微头，上下调整，使差动变压器铁芯处于线圈的中段位置（差动放大器输出最 小）。（3）利用示波器和电压表，调整W1、W2电位器，使电压表指示最小，再调整差放的调零旋 钮，使电压表指示为零。（4）给测微头一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时

24、可用示波器观察 相敏检波器的输出波形（全半波为正常）。（5）电压表在 20V 档，旋转测微头，使电压表读数为零（此时铁芯又回到中间位置），记四、试验数据及处理X (mm)9.7110.2110.7111.2111.7212.2112.7113.21V（V）1.342.513.694.836.077.20&479.53X (mm)13.2112.7112.2111.7111.2110.7110.219.71V（V）9.538.287.105.914.753.532.361.15五、思考题1.作出V X曲线，给出你认为较好的线性工作区间，分析产生非线性误差的原因是什么？ 求出灵敏度由图可得：传感器较好的线性工作区间为9.7111.21mm,灵敏度S=2.34V/mm。 产生非线性误差的原因是：1 、在实验的过程中电源幅值和频率的不稳定导致输出的随机波动。 2、差动变压器存在零点残余电压，引起非线性误差