《仪表与检测》实验指导书Word格式.docx
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Ø
了解金属箔片式应片及应变电桥的原理和性能;
验证单臂、半桥、全桥的性能及相互间的关系;
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度,得出相应的结论。
二所需单元和部件
直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
三实验原理
本实验的传感元件是金属箔式应变片,双平行梁的自由端因受测微头的作用力而产生弯曲变形,粘贴在梁上,下两面的电阻应变片也随之变形,引起应变片的电阻值发生变化,现将应变片组成适当的电桥,则电桥输出端的输出电压大小反应了应变电阻的变化大小,电桥输出电压V被放大,最后由数字电压表测出此电压,电压表示值反映了平行梁形变的大小。
在测试技术中,一般根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为:
半桥单臂式、半桥双臂式和全桥连接式联接:
四实验步骤
1、将差动放大器调零:
用线将差动放大器的正(+)、负(-)、地短接。
将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连;
开启主关闭主、副电源。
调节差动放大器的增益到最大位置,然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零,关闭主、副电源;
2、按图2接线(接成单臂),图中R4=Rx为工作片,r及W1为电桥平衡网络
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±
4V档。
然后调整电位器W1,使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来);
4、以水平状态输出电压为零作基准,旋转测微头,带动悬臂梁分别作向上、向下的移动各6次,以每次位移增量为0.5mm(测微头旋转一圈)读一个数,将测得电压值填入相应表中;
5、移走测微头,改用砝码测量。
每砝码重20g(共5个),将测得电压值填入相应表中
6、保持放大器增益不变,按图2接线(接成半桥),即将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片,重复3、4、5步同样测得读数,填入相应表中;
7、持差动放大器增益不变,按图2接线(接成全桥),将R1,R2两个固定电阻换成另两片受力应变片(即R1换成↑,R2换成↓,)组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同,邻臂应变片的受力方向相反即可,否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥,重复3、4、5步将读出数据填入相应表中;
8、同一坐标纸上描出三种桥路的X—V曲线,同一坐标纸上描出三种桥路的X—g曲线,计算各灵敏度S=△V/△X,并比较三种接法的灵敏度。
五注意事项
电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在,仅作为一标记,让学生组桥容易;
在更换应变片时应将电源关闭;
在实验过程中如有发现电压表发生过载,应将电压量程扩大;
在本实验中只能将放大器接成并动形式,否则系统不能正常工作;
直流稳压电源±
4V不能打的过大,以免损坏应变片或造成严重自热
效应;
接全桥时请注意区别各片子的工作方向。
实验二相敏检波器实验
一实验目的:
了解相敏检波器的原理和工作情况。
二实验原理:
相敏检波电路如图1A所示,图中①为输入信号端,③为输出端,②为交流参考电压输入端,⑤为直流参考电压输入端。
当②⑤端输入控制电压信号时,通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。
从而把①输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三所需单元和部件:
相敏检波器、移相器、音频振荡器、双踪示波器、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。
有关旋钮的初始位置:
F/V表置20K档。
音频振荡器频率为4KHz,幅度置最小(逆时针到底),直流稳压电源输出置于±
2V档,主、副电源关闭。
四实验步骤:
(1)了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上符号。
(2)根据图1A的电路接线,将音频振荡器的信号0°
输出端输出至相敏检波器输入端①,把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端⑤,把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③组成一个测量线路。
(3)调整好示波器,开启主、副电源,调整音频振荡器的幅度旋钮,示波器输出电压为峰峰值4V,观察输入和输出波形的相位和幅度值关系。
(4)改变参考电压的极性,观察输入和输出波形的相位和幅值关系。
由此可得出结论,当参考电压为正时,输入和输出同相,当参考电压为负时,输入和输出相反。
(5)关闭主、副电源,根据图1B重新接线,将音频振荡器的信号从0°
输出至相敏检波器的输入端①,并同时接相敏检波器的参考输入端②,把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入①和输出③,将相敏检波器输出端③同时与低通滤波器的输入端连接起来,将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来,组成一个测量线路。
(此时,F/V表置于20V档)。
(6)开启主、副电源,调整音频振荡器的输出幅度,同时记录电压表的读数,填入下表。
单位:
V
Vip-p
0.5
1
2
3
4
8
16
Vo
(7)
关闭主、副电源,根据图1C的电路重新接线,将音频振荡器的信号从0°
端输出至相敏检波器的输入端①,将从180°
输出端输出接至移相器的输入端,把移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端②把示波器的两根输入端分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③同时与低通滤波器输入端连接起来,将低通滤波器输出端与直流电压表连接起来,组成一个测量电路。
(8)开启主、副电源,转动移相器上的移相电位器,观察示波器的显示波形及电压表的读数,使得输出最大。
(9)调整音频振荡器的输出幅度,同时记录电压表的读数,填入下表。
Vp-p
思考:
(1)根据实验结果,可以知道相敏检波器的作用是什么?
移相器在实验线路中的作用是什么?
(即参考端输入波形相位的作用)
(2)在完成第五步骤后,将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端①和附加观察端⑥和⑦,观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波形转换成什么波,相位如何?
起什么作用?
(3)当相敏检波器的输入与开关信号同相时,输出是什么极性的什么波,电压表的读数是什么极性的最大值?
实验三差动变压器的性能
了解差动变压器原理及工作情况;
进一步理解差动变压器式传感器零点残余电压的有关概念。
二所需单元和部件
音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
变压器由初级线圈Li、两个次级线圈L0组成。
线圈中插入圆柱形铁芯P,次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反极性串联连接(同名端相连)。
当初级线圈加上交流电压时,两次级线圈分别产生感应电动势E1、E2,其大小与铁芯位置有关。
当铁芯处于中间位置时,输出电压E0=E1-E2=0;
铁芯向上运动时,E1›E2;
铁芯向下运动时,E1‹E2。
随着铁芯偏离中心位置,E0逐渐增大。
1、有关旋钮初始位置:
音频振荡器4KHZ-8KHZ之间,双线示波器第一能道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div,触发选择打到第一通道,主、副电源关闭;
2、根据图13接线,将差动变压器、音频振荡器(必须LV输出)、双线示波器连接起来,组成一个测量线路。
开启主、副电源,将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端,观察变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V;
3、用手提压变压器铁芯,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、转动测微头使测微头与振动平台吸合。
仔细调节测微头,使次级线圈的输出波形为为最小,这就是零点残余电压;
5、分别往上、往下旋动测微头,使振动平台产生位移。
每位移0.2mm,用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入相应表中,根据所得数据计算灵敏度S。
S=△V/△X(式中△V为电压变化,△X为相应振动平台的位移变化),作出V—X关系曲线。
◆差动变压器的激励电压必须接音频振荡器的LV端;
◆差动变压器的两个副边绕组必须接成差动形式,既同名端相连;
◆差动变压器与示波器的连线不能太长,否则会引入过大的干扰,影响测量结果。
实验四霍尔传感器的特性试验
一实验目的
了解霍尔式传感器的原理与特性;
掌握这种传感器在直流及交流两种不同激励状态下的输出特性情况。
二直流激励所需单元和部件
霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表,直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
三交流激励所需单元和部件
直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
四实验原理
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器。
本实验所用的霍尔传感器,由两个产生梯度磁场的环形磁钢和霍尔元件组成的。
霍尔电势UH=KHIB,霍尔元件通以恒定电流时,霍尔电势的大小正比于磁场强度,当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。
五直流激励实验步骤
差动放大器增益旋钮打到最小,电压表置20V档,直流稳压电源置2V档,主、副电源关闭;
2、开启主、副电源将差动放大器调零后,增益置最小,关闭主电源,根据图17接线,W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
一定注意:
激励电压必须≤±
2V,否则霍尔片易损坏;
3、开启主、副电源,装好测微头,调节测微头与振动台吸合,并反复调节测微头及电位器W1,使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置;
4、调整W1使电压表指示为零;
5、从中点开始,上下旋动测头各1㎜,每变化0.1mm读相应的电压值。
将读数填入下表;
并作出V—X曲线指出线性范围,求出灵敏度;
六交流激励实验步骤
音频振荡器1KHZ,差动放大器增益旋钮打到最适中,主、副电源关闭;
2、差动放大器调零;
3、按图18接线,激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ,开启主、副电源,将音频振荡器的输出幅度调到4VP-P值,注意,要严格限定值为5V以下,以免损坏霍尔元件;
4、装好测微头,调节测微头与振动台吸合,并反复调节测微头及电位器W1、W2,使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置;
将读数填入下表:
作出V—X曲线指出线性范围,求出灵敏度。
七注意事项
由于磁路系统的气隙较大,应使霍尔片尽量靠近极靴,以提高灵敏度;
一旦调整好后,测量过程中不能移动磁路系统;
激励电压不能过大,以免损坏霍尔片。
实验五电子称的设计
v通过设计使同学们更好地理解传感器的实际应用;
v通通过本次设计使同学们更全面地掌握各种测量电路的具体应用特点;
v通过本次设计使同学们在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能,充分调动他们的学习主动性,培养他们的创新能力。
二实验要求
从给定的传感器、激励源及处理电路中选择所需部件,设计一重量测量电路,自己设计实验方案,并要求进行实验调试,指出称重范围,写出实验报告。
可供选择的传感器:
应变式传感器、差动变压器式传感器、电涡流传感器、霍尔传感器。
显示及激励部件:
电机控制单元、主电源、直流稳压电源、F/V数字显示表、调零、音频振荡器、低频振荡器。
实验六硅光电池和光敏电阻
v了解硅光电池的院里结构、性能
v了解光敏电阻的工作原理、性能
二硅光电池实验原理
在光照作用下,由于元件内部产生的势垒作用,在结合部使光激发的电子-空穴分离,电子与空穴分别向相反方向移动而产生电势的现象,称为光伏效应。
硅光电池就是利用这一效应制成的光电探测器件。
三硅光电池实验所需单元及元件
硅光电池、直流稳压电源、数字电压表
四硅光电池实验步骤
1、按下图接线
2、电压表置2V档,直流稳压电源±
4V档;
3、将+4V接入仪器顶部光敏类传感器盒+4V端口;
4、将光强调节旋钮关至最小。
记录下此时电压表读数,这是外界自然光对硅光电池的影响;
5、慢慢调节光强旋钮,发光二极管亮度增加,注意观察电压表数字变化;
6、电位器每旋转20°
记录一个数据;
7、根据数据表格,作出实验曲线:
光强
5
6
7
9
10
输出
五光敏电阻实验原理
入射光子使物质的导电率发生变化的现象,称为光电导效应。
硫化镉(Cds)光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。
根据制造方法,其光敏面大致可分为单结晶性、烧结型、蒸空镀膜型。
其结构如图19A所示,就是将(Cds)粉末烧结于陶瓷基片上,并在基片上作蛇形电极。
通过这样的方法,可增加电极和光敏面的结合部分的长度,从而可以得到大电流。
另外,其封装也有多种方法,可根据其可靠性和价格来分类。
六光敏电阻实验所需单元及元件
光敏电阻、直流稳压电源、电桥平衡网络中W1电位器、F/V表
七光敏电池实验步骤
1、按下图B接线
2、将直流稳压电源±
4V接入仪器顶部光敏类传感器盒+4V端口;
3、将光强调节旋钮置最小位,F/V置2V档,调节W1电位使F/V示值最小;
4、慢慢调节光强旋钮,发光二极管亮度增加,注意观察F/V数字变化;
5、电位器每旋转约20°
记录一个数据:
八注意事项
1、因外界光对光敏元件也会产生影响,实验时应尽量避免外界光干扰;
2、如果实验数据不稳,应检查周围是否有人员走动、物体移动产生影响所造成。
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