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1、目目 录录使用说明实验一 金属箔式应变片性能实验实验二 箔式应变片的温度效应实验三 移相器、相敏检波器实验实验四 箔式应变片组成的交流全桥实验五 交流全桥的应用振幅测量、电子秤实验六 差动变压器的标定实验七 差动变压器的振动测量实验八 差动螺管式电感传感器位移测量实验九 热电式传感器热电偶实验十 光纤传感器位移、转速测量实验十一 霍尔式传感器的直流激励特性实验十二 电涡流式传感器的静态标定实验十三 被测材料对电涡流传感器特性的影响实验十四 电涡流式传感器的振幅测量实验十五 磁电式传感器实验十六 压电加速度式传感器实验十七 电容式传感器特性实验十八 力平衡式传感器实验十九 微机检测与转换-数据采
2、集处理-1使用说明使用说明作为一种检测仪表课程教学实验的多功教学仪器，CSY 系列感器系统实验仪集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成了一个完整的测试系统，能够完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验。通过这些实验，实验者将对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有较直观的感性认识，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。应变式：应变式：平行梁上梁的上表面和下梁的下
3、表面对应地贴有八片应变片。其中六片为金属箔式片（BHF-350）：纵向所贴的四片为受力工作片，用符号和表示。横向所贴的两片为温度补偿片，用符号和表示。另外两片应变标有“BY”字样，为半导体式应变片，灵敏系数 130。热电式（热电偶）：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：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 810K。P-N 结温度式：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：压电加速度式：位于悬臂梁右部，由 PZT-5
4、双压电晶片，铜质量块和压簧组成，装在透外壳中。实验工作台右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）：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，圆柱铁氧体铁芯置于线圈中间，测量范围10mm。电容式：电容式：由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组成平面积式差动电容，线性范围3mm。-2磁电式：磁电式：由一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏 0.4v/m/s.霍尔式：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
5、中，线性范围3mm.电涡流式：电涡流式：由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1。光电式传感器：光电式传感器：装于电机侧旁。两副平行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”带动，左边平行式悬臂梁由“激振”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：低频振荡器：130H
6、z 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：音频振荡器：0.4KHz10KHz 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；2V10V，档距 2V，分五档输出，提供直流信号源，最大输出电流 1.5A。数字式电压数字式电压/频率表：频率表：3 位显示，分 2V、20V、2KHz、20 KHz 四档，灵敏度50mV，频率显示 5Hz20KHz。指针式直流毫伏表：指针式直流毫伏表：测量范围 50
7、0 mV、50mV、5mV 三档，精度 25。三、处理电路：位于仪器下部面板电桥：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、R、R 为 350 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：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 1100倍。光电变换器：光电变换器：提供红外发射、接收、稳幅、交换，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。-3电容变换器：电容变换器：由高频振荡、放大和双 T 电桥组成。移相器：移相器：允许输入电压 2
8、0Vp-p，移相范围40（随频率有所变化） 。相敏检波器：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：电压放大器：增益 5 倍的高阻放大器。涡流变换器：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元件。温度变换器：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化电路。低通滤波器：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
9、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，进行实验时勿关掉。指针式直流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。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。仪器工作时需良好接地，以减小干扰信号，并尽量远离电磁干扰源。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。本实验仪需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作温度 040。-4实
10、验一实验一 金属箔式应变片性能实验金属箔式应变片性能实验单臂、半桥、全桥电路性能比较一、实验目的：一、实验目的：1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁形变的应变输出。3 比较各种桥路的性能（灵敏度） 。二、实验原理：二、实验原理：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。电桥电路是最常见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，当使
11、用一个应变片时，；当二个应变片44332211RRRRRRRR、RR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RRR2。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近RRRRRRRR4,4321似等于 1/4 E E RR，电桥灵敏度，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压RRVKu/灵敏度分别为 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，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验所需部件：三、实验所需部件：直流稳压电源（档） 、电桥、差动放大器、金属箔式应变片、测微头、电压表。V4四、实验接线图：四、实验接线图：-5
12、图（1）五、实验步骤：五、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，单臂桥路中 R2、R3、R4和 WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片） 。直流激励电源
13、为4V；半桥桥路中 R1和 R2为箔式应变片，R3、R4仍为固定电阻；全桥桥路中 R1、R2、R3、R4全部使用箔式应变片。在接半桥、全桥桥路时应特别注意其应变片的受力方向，一定要接成差动形式。3、调节测微头，使悬臂梁处于基本水平状态。4、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。5、调整电桥电位器 WD，使测试系统输出为零。6、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。根据表中所测数据计算灵敏度 S，S = VX ，并在一个坐标图上做出 V-X 关系曲线。比较三种桥路的灵敏
14、度，并作出定性的结论。vWD+4V-4VR3R2R1R4-6位移mm电压 V（单臂）电压（半桥）电压（全桥）位移mm电压V（单臂）电压（半桥）电压（全桥）六、注意事项：六、注意事项：1 稳压电源不要对地短路。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，再从零+ 负的最大值，因此容易造成零点偏移，计算灵敏度时可将正 X 的灵敏度分开计算，再求平均值。-7实验二实验二 箔式应变片的温度效应箔式应变片的温度效应 一、实验目的：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：二、实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因
15、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：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、万用表测温计。四、实验步骤：四、实验步骤：1 1、按图（1）接成单臂桥测试系统，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。3、开启“加热”电源，观察测试系统输出电源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、求出温度偏移值V/T。五、注意事项：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。-8实验三实验三 移相器、相敏检波器实验移相器、相敏检波器实验 一、实验目的：一、实验目的：1了解由运算放大器构成的移相电路的工作原理。2了解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：二、实验原理：1 移相电路工作原理图（2）该电路的闭环增益 G(S)= )RRF(1RCS1SRC RRFG(S)11把拉普拉氏算符换成频率域的参数，则得到：)1 (1)G(j12222221RRF CRWRCjCRW RRF-9又改写为 )1 (1)1 (1)G(j1222 12222221RRF CRWWRCjRRF CRWCRW RRF在实验电路中，常设定幅频特性|G(j)|= 1，为此选择参数 R1 = RF =
