传感器是机电一体化中各种设备和装置的“感觉器官”，它将各种各样形态各异的信息量转换成能够被直接检测的信号。在当今信息社会的时代，如果没有传感器，现代科学技术将无法发展。传感器在机电一体化系统乃至整个现代科学技术领域占有极其重要的地位。为了适应这一时代发展的需要，全国各大中专院校及各类职业技术学校都相继将传感器教学纳入教学任务，作为电子、电器、测控以及工业自动化类专业的一门必修课。
ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪是我司根据传感器的教学大纲，综合多所院校老师的教学意见开发的传感器系列实验系统。主要用于各大、中专院校及职业院校开设的《传感器原理及技术》、《自动化检测技术》、《非电量电测技术》、《工业自动化仪表及控制》、《机械量电测》等课程的实验教学。
ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识及实验原理的理解，并在实验进行的过程中通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。
ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪内含15种传感器，基本涵盖了高校教学大纲中要求掌握的所有传感器。各单元部件及变换处理电路的多种组合可以进行几十种传感器的实验；在外配双线示波器的情况下可以进行多种动态演示实验。实验编排的层次从易到难、从静态到动态、从验证型到应用型，力求做到通俗易懂，贴近人的认知过程。学生在实验之前应对相应实验内容进行预习，实验完成后根据原始记录进一步加深对实验原理的理解，力求完成实验后对所有的传感器能有全面的认识！
本实验指导书适合于湖北众友科技实业股份有限公司传感器实验仪系列产品。
由于编者水平的有限，本实验指导书难免存在错误和不足之处，热切希望广大师生多提宝贵意见！我们一定会再接再厉，尽我们所能的不断完善实验设备！希望能得到广大师生的支持与批评指正！
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传感器实验仪教师参考书
目 录
前 言...................................................................I 目 录..................................................................II 第一章 传感器实验仪介绍...................................................1
第一节 传感器实验仪台体简介..........................................................1 第二节 传感器参数性能说明............................................................1 第三节 变换电路原理简介..............................................................2 第四节 其它部分简介..................................................................3
第二章 使用说明.........................................................3
第三章 实验指导..........................................................5
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥.................................................5 *实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥 ...............................................7 实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较.........................................9 *实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较........................................11 实验三 应变片的温度效应及补偿......................................................13 实验四 热电偶原理及现象............................................................15 实验五 移相器实验..................................................................18 实验六 相敏检波实验................................................................21 实验七 金属箔式应变片―交流全桥....................................................24 实验八 交流全桥的应用―振幅测量....................................................26 实验九 交流全桥的应用―电子秤之一..................................................28 实验十 差动变压器性能..............................................................30 实验十一 差动变压器零点残余电压的补偿 .............................................33 实验十二 差动变压器的标定...........................................................35 实验十三 差动变压器的应用—振动测量 ...............................................37 实验十四 差动变压器的作用—电子秤之二...............................................38 实验十五 差动螺管式电感传感器的静态位移性能 .......................................39 实验十六 差动螺管式电感传感器振动时的动态性能.......................................41 实验十七 电涡流式传感器的静态标定...................................................43 实验十八 被测体材料对电涡流传感器特性的影响.........................................45 实验十九 电涡流式传感器的应用－振幅测量.............................................47 实验二十 电涡传感器应用－电子秤之三.................................................49 实验二十一 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性.......................................50 实验二十二 霍尔式传感器的应用—电子秤之四...........................................52 实验二十三 霍尔式传感器的交流激励静态位移特性.......................................53 实验二十四 霍尔式传感器的应用—振幅测量.............................................55 实验二十五 磁电式传感器的性能.......................................................57 实验二十六 压电传感器的动态响应实验.................................................59 实验二十七 压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响.........................61 实验二十八 差动变面积式电容传感的静态及动态特性.....................................63 实验二十九 双平行梁的动态特性—正弦稳态影响.........................................65 实验三十 扩散硅压阻式压力传感器实验.................................................66
-II-
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实验三十一 光纤位移传感器静态实验...................................................68 实验三十二 光纤位移传感器的动态测量一 .............................................70 实验三十三 光纤位移传感器的动态测量二...............................................72 实验三十四 PN结温度传感器测温实验 .................................................74 实验三十五 热敏电阻演示实验.........................................................76 实验三十六 气敏传感器（MQ3）实验....................................................78 实验三十七 湿敏电阻（RH）实验.......................................................80 实验三十八 光电传感器（反射型）测转速实验...........................错误！未定义书签。
第四章 原理图...........................................................82
-III-
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第一章 传感器实验仪介绍
第一节 传感器实验仪台体简介
实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。 一、传感器安装台部分
装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小电机、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线插孔、霍尔传感器的四个方形磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动磁芯、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动磁芯）、扩散硅压阻式压力传感器、气敏传感器及湿敏元件。 二、显示及激励源部分
包括电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V－±10V档位调节）、电压数字显示表、频率数字显示表、音频振荡器、低频振荡器、＋15V不可调稳压电源。 三、实验主面板上传感器符号单元
所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。 四、处理电路单元
由电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。
ZY13Sens12BB实验仪共有15种传感器，配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。
第二节 传感器参数性能说明
双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。（注：激振线圈Ⅰ控制振动盘，激振线圈Ⅱ控制振动双平衡梁。做实验时注意正确接线。）
一、差动变压器
量程:≥5mm 直流电阻：5Ω－10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
二、电涡流位移传感器
量程:≥1mm 直流电阻：1Ω－2Ω 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 三、霍尔式传感器
量程:≥±2mm 直流电阻：激励源端口：500Ω－1.5KΩ 输出端口：300Ω－500Ω 日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于方形磁钢构成的梯度磁场中。 四、热电偶
直流电阻：10Ω左右 由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。 五、电容式传感器
量程：≥±2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。 六、热敏电阻
半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25℃时为10KΩ。 七、光纤传感器
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由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围≥2mm。
红外线发射、接收、直流电阻：500Ω－1.5kΩ 2×60股Y形、半圆分布。 八、压阻式压力传感器
+- +-
量程：10Kpa(差压) 供电：≤6V 直流电阻：Vs---Vs ：350Ω－450Ω Vo---Vo：3KΩ－3.5KΩ；美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器，具有温度自补偿功能，先进的X型工作片（带温补）。
九、压电加速度计
PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：≥10KHz，电荷灵敏度：q≥20pc/g。 十、应变式传感器
箔式应变片阻值：350Ω、应变系数：2 十一、PN结温度传感器：
利用半导体PN结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/℃。
十二、磁电式传感器
0.21×1000 直流电阻：30Ω－40Ω 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s 十三、气敏传感器
MQ3型对酒精敏感的气敏传感器；测量范围：50－2000ppm。 十四、湿敏电阻
高分子薄膜电阻型：RH：几兆Ω－几千Ω 响应时间：吸湿、脱湿时间小于10秒。 湿度系数：0.5RH%/℃ 测量范围：10％－95％ 工作温度：0℃－50℃
第三节 变换电路原理简介
传感器实验仪共有九种变换电路，其实验插孔均从面板上引出，按实验指导搭建电路可完成所有的实验。 一、电桥
用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。 二、差动放大器
通频带0～10KHz。可接成同相、反相、差动结构，增益为1-100倍直流放大器。 三、电容变换器
由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。 四、电压放大器
增益约为5倍；同相输入；通频带0～10KHz。 五、移相器
允许最大输入电压10Vp-p；移相范围≥±20º(5KHz时)。 六、相敏检波器
可检波电压频率0～10KHz；允许最大输入电压10Vp-p。 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。 七、电荷放大器
电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 八、低通滤波器
由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。 九、涡流变换器
输出电压≥|8|V(探头离开被测物)
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变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件。 十、光电变换座
由红外发射、接收组成。
第四节 其它部分简介
一、二套显示仪表
1、数字式电压表
三位半数显，电压范围0－200mV、0—2V、0—20V。 2、数字式频率表
五位数显，频率范围1HZ～10KHZ。
二、二种振荡器
1、音频振荡器
1KHz—10KHz输出连续可调，Vp-p值20V输出连续可调，180、0°反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。
2、低频振荡器
1—30Hz输出连续可调，Vp-p值20V输出连续可调，最大输出电流0.5A。
三、二套悬臂梁、测微头
双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验。
四、电加热器二组
电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温(注意加热时间不要超过2分钟)。
五、测速电机一组
由可调的低噪声高速直流风扇组成，与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速实验。
六、二组稳压电源
直流＋15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。 ±2V—±10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。
第二章 使用说明
一、使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动结构的工作范围做到心中有数。
二、了解测试系统的基本组成：合适的信号激励源→传感器→处理电路（传感器状态调节机构）→仪表显示（或图象显示）
三、实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，变换电路电源的引入尤要注意标志端对准后插入；如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。
四、实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，为延长使用
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寿命，请捏住插头插拔。
五、实验指导中的“注意事项”不可忽略。传感器的激励信号不准随意加大，否则会造成传感器永久性的损坏。
六、本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。
七、本仪器的工作环境温度≤40℃，需防尘。 八、本实验仪器在仪表面板上安装的电机转动调节下方的开关是控制光纤实验时的光源的，在进行光纤实验时请打开，不用时请关闭。
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第三章 实验指导
实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥
一、 实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。
二、 实验内容：
了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现）
三、 实验仪器：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。
四、 实验原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
∆R∆R∆l
=Ku式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数, u=为电阻丝长度RRl
相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力
状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 UO1=
EKu
。 4
五、 实验注意事项：
1、直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大增益最大。
2、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。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。
六、 实验步骤：
1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、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电压表显示为零，关闭主、副电源。
3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。RX=R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，电压表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
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图 1
4、将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平衡梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下电压表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表： 位移（mm） 电压（mv）
6、根据所得结果计算灵敏度S=
∆V
（式中∆X为梁的自由端位移变化，∆V为相应电压表显示∆X
的电压相应变化）。
7、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
七、 实验报告：
在实验报告中填写《实验报告一》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、 实验思考题：
本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？
答：直流电源要稳定；放大器零漂要小。
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*实验一 金属箔式应变片性能—单臂电桥
一、 实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。
二、 实验内容：
了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用砝码实现）
三、 实验仪器：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、砝码、一片应变片、电压表、主、副电源。
四、 实验原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
∆R∆R∆l
=Ku式中为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数, u=为电阻丝长度RRl
相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力
状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 UO1=
EKu
。 4
五、 实验注意事项：
1、直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大增益最大。
2、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。
3、为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重新调零。
4、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。
六、 实验步骤：
1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。
2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、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电压表显示为零，关闭主、副电源。
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图 1
3、根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，电压表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
4、在传感器双平行梁的磁铁上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=电压变化率，∆W为相应的重量变化率。
重量（g） 电压（mV）
∆V
，并作出V-W关系曲线，∆V为∆W
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实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
一、实验目的：
1、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度并得出相应的结论。
二、实验内容：
金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较。（用测微头实现）
三、实验仪器：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
四、实验原理：
∆R∆R∆R
、2、4。根据戴维南定理可以得出单臂电RRR
EKuEKu
桥的输出电压近似等于UO1=，于是对应半桥和全桥的电压灵敏度分别为和EKu。由此可
42
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为
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。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 2、在更换应变片时应将电源关闭。
3、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。 4、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 5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
六、实验步骤：
1、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、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电压表显示为零，关闭主、副电源。
2、按图1接线，图中R4为应变片，r及W1为调平衡网络。 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。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示为零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
4、旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。
位移（mm） 电压（mv）
5、保持放大器增益不变，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，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复4过程同样测得读数，填入下表。
位移（mm） 电压（mv）
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6、保持差动放大器增益不变，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，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使电压表显示为零。重复4过程将读出数据填入下表。
位移（mm） 电压（mv）
7、在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度有何关系？ 答：近似于1：2：4
单臂工作情况：只有一只应变片接入电桥，设R1为接入的应变片，测量时的变化为△R。其输出端电压为U0=
R×∆RE∆R
E；通常情况下△R≤R，所以U0=×；由电阻应变效应则上式可写
2R(2R+∆R)4R
成
U0＝
EKµ。 4
半桥工作：有两只应变片接入电桥的相邻两支桥臂。并且两只桥臂的应变片的电阻变化大小相同而方向相反。则其输出端电压为U0＝
E
Kµ。 2
全桥工作：有4只应变片接入电桥。并且差动工作，则有U0＝EKµ。
结论：对比电桥的三种工作方式可见，用直流电桥做应变片的测量电路时，电桥输出电压与被测应变量成线性关系；而在相同条件下，全桥工作时输出的电压最大，检测的灵敏度最高。三种电桥的灵敏度比为
EE
Kµ：Kµ： EKµ＝1：2：4。 42
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*实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
一、实验目的：
1、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度并得出相应的结论。
二、实验内容：
金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较。（用砝码实现）
三、实验仪器：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、应变片、砝码、主、副电源。
四、实验原理：
∆R∆R∆R
、2、4。根据戴维南定理可以得出单臂电RRR
EKuEKu
桥的输出电压近似等于UO1=，于是对应半桥和全桥的电压灵敏度分别为和EKu。由此可
42
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为
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。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源打到±2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大。 2、在更换应变片时应将电源关闭。
3、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。 4、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。 5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
六、实验步骤：
1、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、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电压表显示为零，关闭主、副电源。
2、根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，电压表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
3、在传感器双平行梁的磁铁上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=电压变化率，∆W为相应的重量变化率。
重量（g） 电压（mV）
∆V
，并作出V-W关系曲线，∆V为∆W
4、保持放大器增益不变，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，形成半桥，调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：
重量（g） 电压（mV）
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5、保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片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，调节电桥W1同样使电压表显示零。重复（3）过程将读出数据填入下表：
重量（g） 电压（mV）
6、在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。
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实验三 应变片的温度效应及补偿
一、实验目的：
了解温度对应变测试系统的影响。
二、实验内容：
应变片的温度效应及补偿。
三、实验仪器：
可调直流稳压电源、＋15V不可调直流稳电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、双平行梁、水银温度计（自备）、主、副电源。
四、实验原理：
电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。
五、实验注意事项：
1、主、副电源关闭、直流稳压电源置±4V档，电压表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大。
2、加热时间不要超过2分钟。
3、温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
六、实验步骤：
1、了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的（＋）、（－）输入端与地短接，输出端插口与电压表的输入插口Vi相连。 3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使电压表显示零。再把电压表的切换开关置2V档，细调差放零点，使电压表显示零。关闭主、副电源，电压表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使电压表显示零，然后将电压表的切换开关置2V档,调电位器W1，使电压表显示零。
5、在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使电压表显示零。
6、将＋15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；电压表的显示值在变化，待电压表显示稳定后，记下显示数值，并用温度计（自备）测出温度，记下温度值。（注意：1.加热时间不要超过2分钟。2.温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。）关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将电压表的切换开关置20V档，把图中的R3换成 应变片（补偿片），重复4－6过程。 8、比较二种情况的电压表数值：在相同温度下，补偿后的数值小很多。 9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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八、实验思考题：
为什么不能完全补偿？（提示：从补偿应变片和受力应变片所贴的位置点、梁的温度梯度考虑。） 答：为达到完全补偿，需满足下列三个条件：
1、工作应变片和补偿应变片需属于同一批号的，即它们的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏系数都相同，两片的初始电阻值也要求相同。
2、用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者的材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等。 3、两应变片应处于同一温度环境中。
上面三个条件不易满足，尤其是条件3。由于工作应变片和补偿应变片粘贴的位置不同，加热时梁的温度梯度较大，导致两应变片所处的温度值不相同。故不能完全补偿。
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实验四 热电偶原理及现象
一、实验目的：
1、观察了解热电偶的结构。 2、熟悉热电偶的工作特性。 3、学会查阅热电偶分度表。
二、实验内容：
通过观察热电偶的现象了解热电偶的工作原理和特性。
三、预备知识：
热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to) 其中： t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。 to------0℃ 1、热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。Eab(t,tn)=大倍数，2为二个热电偶串联)。
2、热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：Eab(tn,to):查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。 工作端温度℃
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
电压表显示E
(100为差动放大器的放
100*2
热 电 动 势（mv）
-10 -0.383 -0.421 -0.459 -0.496 -0.534 -0.571 -0.608 -0.6 -0.683 -0.720
-0.000 -0.039 -0.077 -0.116 -0.1 -0.193 -0.231 -0.269 -0.307 -0.345 0.000 0.391 0.7 1.196 1.611 2.035 2.467 2.908 3.357 3.827 4.291
0.039 0.430 0.830 1.237 1.653 2.078 2.511 2.953 3.402 3.873 4.338
0.078 0.470 0.870 1.279 1.695 2.121 2.555 2.997 3.447 3.919 4.385
0.147 0.510 0.911 1.320 1.738 2.1 2.599 3.042 3.483 3.965 4.432
0.156 0.9 0.951 1.361 1.780 2.207 2.3 3.087 3.538 4.012 4.479
0.195 0.5 0.992 1.403 1.822 2.250 2.687 3.131 3.584 4.058 4.529
0.234 0.629 1.032 1.444 1.865 2.294 2.731 3.176 3.630 4.105 4.573
0.273 0.669 1.073 1.486 1.907 2.337 2.775 3.221 3.676 4.151 4.621
0.312 -0.351 0.709 1.114 1.528 1.950 2.380 2.819 3.266 3.721 4.198 4.668
0.749 1.155 1.569 1.992 2.424 2.8 3.312 3.767 4.244 4.715
四、实验仪器：
＋15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主、副电源。
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五、实验原理：
二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。
六、实验注意事项：
1、电压表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。 2、加热时间不要超过两分钟。
3、温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
七、实验步骤：
1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜－康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
2、按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备温度计的室温（此时的温度为冷端温度）。
图 4
3、将＋15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地（加热时间不要超过2分钟）。观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E。
4、用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。
5、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to) 计算热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。
6、热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）
7、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器＋15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去＋15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。
八、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告四》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
九、实验思考题：
1、为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？ 答：热电偶的自由端与工作端处在室温。
2、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？ 答：热电偶测量温度时，其冷端保持温度恒定（冰点温度），热端接触待测物体，此时产生温差电
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动势。但由于冷端处于室温环境中，热端与冷端温差并非热端与冰点的温差，因此必须加入冷端补偿电路，此时测得的电动势才与摄氏温度一一对应。但由于本实验中冷端温度为室温且没有用冷端补偿器，所以导致测量温度有很大误差。
结论：自由端（冷端）与放大器的连接没有用补偿导线（或者说没有用冷端补偿器）。
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实验五 移相器实验
一、实验目的：
了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况。
二、实验内容：
了解由运算放大器构成的移相电路的工作原理。
三、实验仪器：
移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、主、副电源。
四、实验原理：
G(S)=−
该电路的闭环增益
RFSRCRF
(1+)+
R11+RCSR1
把拉普拉氏算符换成频率域的参数，则得到：
RFW2R2C2+jωRCRF
G(jω(1+))=−+222
R1R1 1+WRC
RFW2R2C2RFWRCRFG(jω+++j+)=−(1)(1)222222
R11+WRCR1R1 1+WRC又改写为
在实验电路中，常设定幅频特性︱G（jω）︱＝1,为此选择参数R1=RF=10KΩ由上, R=20KΩ,则输出幅
度与频率无关，闭路增益可简化为：
1−W2R2C2WRC
G(jω)=−+j
1+W2R2C21+W2R2C2
当R=2R1=2RRF时，︱G（jω）︱＝1。由上式可以得到相频特性表达式：
2W2Rc
tgψ=−
1−W2R2C2
由tgΨ表达式和正切三角函数半角公式可以得到：
ψψ2tg()2tg(1−)2=2=2WRCtgψ=
ψ1−W2R2C22ψ2
1−tg()1−tg(−)22
因此可以得到相移ψ为：
ψ=−2arctg
1
=−2arctg−1(WRC)WRC
电阻R可以在很宽的范围内变化，当WRC很大时，相移ψ－→O，式中负号表示相位超前，如将电路中
R和C互换位置，则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络Rc不变，则相移将随输入信号的频率而改变。
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五、实验注意事项：
1、实验过程中，音频振荡器的调幅旋钮不能过大，以免引起输出失真。
2、音频振荡器的频率调节是按对数型调节的，故调节时频率的低端变化较小而高端变化较大。
六、实验步骤：
1、了解移相器在实验仪所在位置及电路原理（见图５），将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0°、180°插口输出均可），开启主、副电源。
2、将示波器的两根线分别接到移相的输入和输出端，调整示波器，观察示波器的波形。 3、旋动移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。 4、改变音频振荡器的频率,观察不同频率的最大移相范围。
图 ５
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
移相器的放大倍数大致为多少？
答：移相器改变的只是输入信号的相位，并不改变其幅值的大小。故移相器的放大倍数为1，但考
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虑到实验中有一定的温差，故放大倍数大致为1。
结论：大致为1。
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实验六 相敏检波实验
一、实验目的：
了解相敏检波器电路的原理和工作情况。
二、实验内容：
说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。
三、实验仪器：
相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、频率表、主、副电源。
四、实验原理：
相敏检波电路如图（7）所示：图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压电输入端，
④为直流参考电压输入。
当②、④端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把①端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
五、实验注意事项：
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。
六、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的符号。
2、根据图6A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的输入端（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。
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图 6C
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。（单位：Ｖ）
Vip-p Vo
0.5
1
2
4
6
8
16
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告六》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
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）
答：检波器输出电压U的变化规律可以全面反映被测量位移△X的变化规律。即电压U的值反映了位移△X的大小，而电压U的极性反映了位移△X的方向。而移相器是匹配相敏检波器参考电压的相位。
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转换成什么波，相位如何？起什么作用？
答：相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
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?
答：当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。
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实验七 金属箔式应变片―交流全桥
一、实验目的：
了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。
二、实验内容：
验证交流全桥的组成和工作原理。
三、实验仪器：
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、双平行梁、应变片、测微头、主、副电源、示波器。
四、实验原理：
图7为交流全桥的一般形式。当电桥平衡时，Z1Z4=Z2Z3，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为
∆Z1∆Z2∆Z3∆Z4
、、、，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化。 Z1Z2Z3Z4
交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。
五、实验注意事项：
音频振荡器5KHz，幅度旋至最小，电压表打到20V档，差动放大器增益旋至最大。
六、实验步骤：
1、差动放大器调整为零：将差动放大（＋）、（－）输入端与地短接，输出端与电压表输入端Vi相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使电压表显示为零，再将电压表切换开关置2V档，再细调差放调零旋钮使电压表显示为零，然后关闭主、副电源。
2、按图７接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、Ｃ、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的LV输出口引入。音频振荡器幅度旋钮置中间位置。
3、用手按住振动梁（双平行梁）的自由端。旋转测微头使测微头脱离振动梁自由端并远离。将电压表的切换开关置20V档，示波器Ｘ轴扫描时间切换到0.1—0.5ms（以合适为宜），Ｙ轴CH1或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使电压表和示波器显示最小，再把电压表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调Ｗ１和Ｗ２及差动放大器调零旋钮，使电压表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（电压表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。再用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形：放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线。
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图 7
4、在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使电压表显示为零，以后每转动测微头一周即0.5mm，电压表显示值记录下表：
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 Vo
根据所得数据，作出Ｖ－Ｘ曲线，找出线性范围，计算灵敏度S=结果相比较。
5、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。
∆V
，并与以前直流全桥实验∆X
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
在交流电桥中，必须有 R，C 两个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路存在 杂散分布电容 而引起的。
答：采用交流供桥载波放大时，应变电桥也需交流电源供电。应变电桥各臂一般是由应变片或无感精密电阻组成，是纯电阻电桥。但在交流电源供电时，需要考虑分布电容的影响，这就相当于应变片并联一个电容，此时的桥臂已不是纯电阻性的，这就需要分析各桥臂为复阻抗时一般形式的交流电桥。（Z1,Z4为对臂）。平衡条件为Z1Z4−Z2Z3=0。进一步可推得1、
z1z3
=，2、θ1+θ4＝θ2＋θ3。上z2z4
面两个式子说明：交流电桥的平衡条件与直流电桥的不同，需要满足两个方程式，而阻抗又是阻容性的，所以需要R，C两个可调参数才能使电桥平衡。主要是因为杂散电容C的存在而引起的。
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实验八 交流全桥的应用―振幅测量
一、实验目的：
了解交流激励的金属箔式应变片电桥振动时的工作性能及其应用。
二、实验内容：
验证交流激励的金属箔式应变片电桥振动时的工作性能及其应用。
三、实验仪器：
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、低频振荡器、电压表、示波器、主、副电源、激振线圈Ⅱ。
四、实验原理：
当梁受到不同的频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。若激励频率和梁的固有频率相同时，产生谐振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器5KHz，低频振荡器频率旋钮置5Hz左右，幅度置最小，差放增益置最大，主、副电源关闭。
2、实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2的调整是配合调节的。 3、四臂全桥的四片应变片注意工作状态及方向，不能接错。
六、实验步骤：
1、按图７接线，并且保持实验1、2、3的步骤。
2、关闭主、副电源，将低频振荡器的输出Ｖ0引入面板丝印激振线圈Ⅱ的一端，激振线圈Ⅱ的另一端接地，低频振荡器的幅度旋钮置中间位置，开启主、副电源，双平行梁在振动，慢慢调节低频振荡器频率旋钮，使梁振动比较明显，如梁振幅不够大，可调大低频振荡器的幅度。
3、将示波器的Ｘ轴扫描旋钮切换到ms/div级档，Ｙ轴切换到50mv/div或0.1v/div，分别观察差放输出端相敏检波输出端，低通输出端波形。并描出各级波形。改变低频器频率f(3—20HZ)，测得相应的电压峰峰值（低通滤波器输出VP－P），填入下表：画出幅频f－VP－P曲线。 f(HZ) Vp-p(mV)
3
5
7
10
12
15
17
20
做完以上实验，可反复调节线路中的各旋钮,用示波器观察各输出环节波形的变化，加深实验体会并了解各旋钮的作用。
4、实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告八》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
根据实验结果，可以知道双平衡梁的自振频率大致为多少？
答：在实验步骤（3）中，在调节低频振荡器频率时，使双平衡梁振动最剧烈的对应低频振荡器的
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那个频率点即为自振频率。根据实验现象，考虑到实验中可能出现到的误差，5Hz——8Hz均有可能。
结论：共振（谐振点）时的频率5——8Hz（具体频率点根据实验得到）。
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实验九 交流全桥的应用―电子秤之一
一、实验目的：
了解交流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。
二、实验内容：
金属箔式应变片用于电子秤的应用。
三、实验仪器：
音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、电压表、砝码、主、副电源、双平行梁、应变片。
四、实验原理：
电子秤实验原理为实验七，即交流全桥测量原理。通过对电路调节使电路输出的电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即可成为一台原始电子秤。
五、实验注意事项：
1、砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。 2、双平行梁的自由端在加减砝码时不能与其它相碰。
3、四臂全桥的四片应变片注意工作状态及方向，不能接错。
4、由于梁的弹性恢复滞后，造成减去砝码时电压表读数不为原来的读数，有一定的误差。
六、实验步骤：
1、差动放大器调整为零，将差动放大（＋）、（－）输入端与地短接，输出端与电压表输入端Vi相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使电压表显示为零，再将电压表切换开关置2V档，再细调差放调零旋钮使电压表显示为零，然后关闭主、副电源。
2、按图7接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的LV输出口引入,音频振荡器旋钮置中间位置。
3、按住振动梁（双平行梁）的自由端。旋转测微头使测微头振动梁自由端并远离。将电压表的切换开关置20V档，示波器Ｘ轴扫描时间切换到0.1-0.5ms，Ｙ轴CH1或CH(2)切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使电压表和示波器,显示最小，再把电压表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使电压表的显示值最小，示波器的波形为一条水平线（电压表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。现用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形：放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线，否则调节W1和W2。
4、在梁的自由端加所有砝码，调节差放增益旋钮，使电压表显示对应的量值，去除所有砝码，调W1使电压表显示零，这样重复几次即可。
5、在梁自由端（磁钢处）逐一加上砝码，把电压表的显示值填入下表。并计算灵敏度。
W(g) V(v)
6、梁自由端放上一个重量未知的重物，记录电压表的显示值，得出未知重物的重量。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告九》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结
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合原始记录进一步理解实验原理。
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实验十 差动变压器性能
一、实验目的：
了解差动变压器原理及工作特性。
二、实验内容：
验证变压器式电感传感器的原理和工作特性。
三、实验仪器：
音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器（两副边L0的下端为同名端）、振动平台。
四、实验原理：
差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器４KHz-8KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度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、差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。 3、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
六、实验步骤：
1、根据图10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，观察差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
2、转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。
3、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下表，根据所得数据计算灵敏度Ｓ。S=位移变化），作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
X(mm)
5mm
4.8mm 4.6mm
…
0.2mm 0mm
-0.2mm
…
-4.8mm -5mm
Vo(p-p)
∆V
（式中∆V为电压变化，∆X为相应振动平台的∆X
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图 10
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双踪示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？ 用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？
答：最小电压被称为零点残余电压。当活动衔铁向上移动时，同于磁阻的影响，ω2a中磁通将大于ω2b，使M1>M2，因而E2增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小，因为U2＝E2a-E2b，所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，U2也必将随x变化。下图给出了变压器输出电压U2与活动衔铁位移x的关系曲线。实际上，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作Ux，它的存在使传感器的输出特性曲线不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。零点残余电压的产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要是基波和高次谐波组成。基波的产生主要是传感器的两次级绕组的电器参数，几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁带）。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小，否则将会影响传感器的测量结果。
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r1i1差动变压器等效电路E2aL2aU2bU2RLU0u2=u2a-u2bE2br2bL2b△x差动变压器的输出电压特性曲线
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实验十一 差动变压器零点残余电压的补偿
一、实验目的：
了解如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。
二、实验内容：
由于零点残余电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。
三、实验仪器：
音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双线示波器、振动平台、主、副电源。
四、实验原理：
由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器4KHz－８KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度500mV/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。
2、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
3、由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。
4、差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。
六、实验步骤：
1、接图11接线，音频振荡必须从LV插口输出，W1，W2，r,c,为电桥单元中调平衡网络。
图11
2、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示出为2V峰—峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。
3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。
4、依次调整W1，W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使输出电压最小。 5、将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。经过补偿后的残余电压波形：为 不规划 波形，这说明波形中有 高次谐波 分量。
6、经过补偿后的残余电压大小：Ｖ残余p-p＝Ｖ残余p-p/100与实验十六未经补偿残余电压相比
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较。
7、实验完毕后，关闭主、副电源。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十一》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
1、本实验可否把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿？ 答：本实验采用的是初级线圈调电桥平衡网络进行零点残余电压补偿，也可以将电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。 音频振荡器的输出直接接到差动变压器的初级线圈，两个次级线圈接W1，W2，r,c,为电桥单元中调平衡网络后再接差动放大器、差动放大器的输出接示波器即可（可参考图11设计本题连线）。
2、通过实验现象观察零点残余电压主要包含什么波形成分？ 答：主要包含两种波形成分。
1．基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。2．高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
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实验十二 差动变压器的标定
一、实验目的：
了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。
二、实验内容：
学习差动变压器测量系统的组成和标定方法。
U0=
ω(M1−M2)Ui
22
R2P+ωLP
音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、电压表、示波器、主、副电源。
三、实验仪器：
四、实验原理：
差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式： 表示,式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω为激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若RP2＞ω2LP2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当ω2LP2＞＞RP2时输出Uo与ω无关，当然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。
五、实验注意事项：
1、如果接着做下一个实验则各旋钮及接线不得变动。
2、差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。 3、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
六、实验步骤：
1、按图12接好线路。
图 12
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。
3、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压的峰峰值为2V。 4、利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。
5、给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形。
6、旋转测微头，每隔0.1mm读数记录实验数据，填入下表，作出V-X曲线，并求出灵敏度。
X(mm) V(mV)
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七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十二》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
在实验步骤（5）中，移相器在这里起什么作用？
答：由于机械和电路的原因使两个次级线圈中的感应电势不仅数值不等，相位也存在误差。因相位温差所产生的零点残余电压，无法通过调整衔铁的位移来消除。而移相器的作用是补偿相位温差来提高电路测量的准确性。
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实验十三 差动变压器的应用—振动测量
一、实验目的：
了解差动变压器的实际应用。
二、实验内容：
通过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。
三、实验仪器：
音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、低通滤波器、电压表、低频振荡器、激振线圈Ⅰ、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
四、实验原理：
利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。
五、实验注意事项：
1、音频振荡4KHz－8KHz之间，差动放大器增益最大，低频振荡器频率旋钮置最小，幅值旋钮置中。
2、差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。 3、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
4、适当选择低频激振电压，以免振动平台在自振频率附近振幅过大。
六、实验步骤：
1、保持实验12的接线，调节测微头远离振动台（不用测微头）将低频振荡器输出ＶO接入激振线圈Ⅰ的一端，激振线圈Ⅰ另一端接地，开启主、副电源，调节低频振荡器幅度钮置中，频率从最小慢慢调大，让振动台起振并振动幅度适中。（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）
2、将音频旋钮置５KHz，幅度钮置2Ｖp-p。用示波器观察各单元即：差放、检波、低通输出的波形（示波器Ｘ轴扫描为5－10ms/div，Ｙ轴CH1或CH2旋钮打到0.2-2V）。
3、保持低频振荡器的幅度不变，调节低频振荡器的频率，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值记下实验数据填入下表：
F(Hz) Vp-p(V)
3
4
5
6
7
8
10
12
20
25
根据实验结果作出梁的振幅——频率(幅频)特性曲线，指出振动平台自振频率（谐振频率）的大致值，并与用应变片测出实验（实验13）的结果相比较。
4、实验完毕，关闭主、副电源。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十三》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
利用差动变压器测量振动，在应用上有什么？
答：过高的激振频率会影响灵敏度、线性度，且存在交流零位信号，所以差动变压器不适宜高频动态测量。
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实验十四 差动变压器的作用—电子秤之二
一、实验目的：
了解差动变压器的实际应用。
二、实验内容：
了解差动变压器式电感传感器用于电子秤的应用。
三、实验仪器：
音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、电桥、砝码、振动平台、主、副电源。
四、实验原理：
电子秤的原理为实验十二，差动变压器的静态位移性能。通过对电路调节使电路输出的电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即可成为一台原始电子秤。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器5KHz、电压表打到2V档。
2、砝码放在双平行梁的磁铁上；平行梁在加减砝码时不能与其它相碰。
3、差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。 4、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
六、实验步骤：
1、按图12接线，开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度钮,使音频振荡器的输出为峰一峰值2V。
2、按住振动梁（双平行梁）的自由端。旋转测微头使测微头振动梁自由端并远离。将电压表的切换开关置20V档，示波器Ｘ轴扫描时间切换到0.1-0.5ms，Ｙ轴CH1或CH(2)切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置1/4幅度。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使电压表和示波器显示最小，再把电压表和示波器Ｙ轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使电压表的显示值最小，示波器的波形为一条水平线（电压表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。现用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形：放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线，否则调节W1和W2。
3、适当调整差动放大器的放大倍数，使在称重平台上放上数量的砝码时电压表指示不溢出。
4、去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数 ，记下实验数据，
填入下表：
Wq Vp-p(V)
5、去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物，记下电压表读数。关闭主、副电源。 6、利用所得数据，求得系统灵敏度及重物的重量。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十四》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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实验十五 差动螺管式电感传感器的静态位移性能
一、实验目的：
了解差动螺管式传感器的原理。
二、实验内容：
了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况。
三、实验仪器：
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、测微头、示波器、差动变压器与铁芯、主、副电源。
四、实验原理：
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螺管线圈电感值的变化。次级二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。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器5KHz，幅度旋到适中位置，差动放大器增益适当，主、副电源关闭。 2、此实验只用原差动变压器的两次级线圈，注意接法。 3、音频振荡器必须从LV插口输出。
六、实验步骤：
1、按图15接线，组成一个电感电桥测量系统。
图15
2、装上测微头，调整铁芯到中间位置。
3、开启主、副电源，音频振荡器频率置5－8KHz之间，以差放输出波形不失真为好，音频幅度为峰峰值2V。用类似于实验十三的方法，利用示波器和电压表，调整各平衡及调零旋钮，使电压表读数为零（若电压表始终调不到零，说明差动变压器的铁芯不处在中间位置，可适当调节测微头）。
4、转动测微头，同时记下实验数据，填入下表： 位移(mm) 电压（mV）
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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八、实验思考题：
试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
答：差动变压器的工作原理和一般变压器基本相同。不同点是：一般变压器是闭合磁路，而差动变压器是开磁路；一般变压器原、副边间的互感是常数（即有确定的磁路尺寸），而差动变压器原、副边之间的互感随衔铁移动做相应变化。
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实验十六 差动螺管式电感传感器振动时的动态性能
一、实验目的：
了解差动螺管式电感传感器振动时幅频性能和工作情况。
二、实验内容：
说明在不同的激励频率影响下差动螺管式电感传感器的不同特性。
三、实验仪器：
差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、频率表、低频振荡器、双线示波器、振动平台。
四、实验原理：
利用差动传感器测量动态参数与测量位移的原理相同。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器频率为5KHz，LV输出幅度为峰峰值2V，差动放大器的增益旋钮旋至中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。
2、音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。
3、差动螺管式电感的两个线圈注意接法。
4、实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2是配合调整的。 5、实验中为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。
六、实验步骤：
1、根据图15的结构，将差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥平衡网络、差动放大器、相敏检波器、移相、低通滤波器连接起来，组成一个测量电路。将示波器探头分别接至差动放大器的输出端和相敏检波器的输出端。
2、转动测微头，脱离振动平台并远离（使振动台振动时不至于再被吸住，这时振动平台处于自由静止状态），开启主、副电源。
3、调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号最小，这时差动放大器的增益旋钮旋至最大。（如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置）
4、为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调整差动放大器的调零电位器。将低频振荡器输出接入激振线圈Ⅰ。
5、调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，使振动平台产生上下振动。 6、调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器输出端的波形如图16所示。
图 16
7、将示波器探头换接至低通滤波器的输出端。 8、调节频率，调节时可用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，并作幅频特性曲线，关闭主、副电源。
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20
30
F(Hz) Vo(p-p)
3
4
5
6
7
8
9
10
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十六》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
如果用差动螺管式传感器测量频率，如何选择工作点？
答：从实验中可以看出，差动螺管式电感传感器的灵敏度与频率特性密切相关，在某一个特定频率时，传感器最为灵敏，在其两边，灵敏度都有所下降，故测试系统中应选用这个激励频率。
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实验十七 电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的：
了解电涡流式传感器的原理及工作性能。
二、实验内容：
用铁测片标定电涡流传感器。
三、实验仪器：
涡流变换器、电压表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。
四、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感应产生电涡流，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距离有关。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。
五、实验注意事项：
1、被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。 2、由于处理单元电路的特殊结构，使得涡流变换器的输出始终为负值。
六、实验步骤：
1、装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。 2、观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。
3、用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至电压表，电压表置于20V档，见图17，开启主、副电源。
图 17
4、用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。可见，波形为 正弦波 波形，振荡频率约为 850KHz 。
5、适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：
X(mm) Vp-p(V)
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V(v)
建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出Ｖ－Ｘ曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 非接触测量 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种 变频调幅式电路。
6、实验完毕关闭主、副电源。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
1、刚开始时，电压表显示的数值为零，一直到有一定距离后才发生变化，为什么？ 答：变换器内部处于停止振荡状态，故无输出（也称死区）。 2、如何提高电涡流传感器的线性范围？
答：加大电涡流传感器的探头面积。原因：当探头面积增大时，线圈磁场轴向分布范围大，但磁感应强度的变化梯度小，即增大探头面积线性范围将增大，但灵敏度会有所降低。
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实验十八 被测体材料对电涡流传感器特性的影响
一、实验目的：
通过实验说明不同的涡流感应的被测材料对电涡流传感器特性的影响。
二、实验内容：
用铝测片和铁测片验证不同电导率的被测材料对电涡流传感器的特性影响。
三、实验仪器：
涡流传感器、铁测片、电压表、测微头、铝测片、振动台、主、副电源。
四、实验原理：
涡流效应与金属被测导体本身的电导率和磁导率有关，电导率越高，灵敏度也越高。因此不同的材料就会有不同的性能。
五、实验注意事项：
1、传感器在初始时可能会出现一段死区。 2、有必要时多测几个数据，以便统计计算。
3、此涡流变换线路属于变频调幅式线路，传感器是振荡器中一个元件，因此材料与传感器输出特性之间的关系与定频调幅式线路不同。
六、实验步骤：
1、安装好涡流传感器，调整好位置。装好测微头。 2、按图17接线，检查无误，开启主、副电源。
3、从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录电压表读数，到出现明显的非线性为止，然后换上铝测片重复上述过程，结果填入下表（建议每隔0.05mm读数）：
X(mm) V铝(v) V铁(v)
根据所得结果，在同一座标纸上画出被测体为铝和铁的两条Ｖ－Ｘ曲线，照实验二十二的方法计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。关闭主、副电源。
可见，这种电涡流式传感器在被测体不同时必须重新进行 标定 工作。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十八》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
铝测片和铁测片哪一个的灵敏度高，为什么？ 答：电涡流传感器是利用线圈与被测导体之间的耦合进行工作的，因而被测导体作为“实际传感器”的一部分，其材料的物理性质、尺寸与形状都与传感器特性密切相关。由于铝测片和铁测片的尺寸和形状完全相同，只要讨论其物理性质即可。
被测导体的电导率对传感器的灵敏度有影响。一般来说，被测体的电导率越高，灵敏度也越高。而铝电导率>铁电导率，所以铝灵敏度>铁灵敏度。
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结论：铝测片的灵敏度大于铁测片的灵敏度。
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实验十九 电涡流式传感器的应用－振幅测量
一、实验目的：
了解电涡流式传感器测量振动的原理和方法。
二、实验内容：
利用电涡流传感器的特性选择合适的工作点进行动态测量。
三、实验仪器：
电涡流传感器、涡流变换器、差动放大器、电桥、铁测片、直流稳压电源、低频振荡器、激振线圈
Ⅰ、电压表、示波器、主、副电源。
四、实验原理：
根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可进行动态测量。
五、实验注意事项：
1、差动放大器增益置最小（逆时针到底），直流稳压电源置于4Ｖ档。
2、实验过程中，低频振荡器的调幅旋钮不能过大，以振动平台振动时不碰撞其它为佳。
3、如果加大涡流传感器探头与被测体初始间距，虽然可测较大的振幅，但会产生明显的失真。
六、实验步骤：
1、转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台
处于自由静止状态），适当调节涡流传感器头的高低位置（目测），以实验二十三的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。
2、根据图19的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、 电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于±4Ｖ档），电压表置20V档,开启主、副电源。
图19
3、调节电桥网络，使电压表读数为零。
4、去除差动放大器与电压表连线，将差动放大器的输出与示波器连起来，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
5、固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动台振动时不碰撞其它部件为好），调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，关闭主、副电源。 F(Hz)
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3 4
5
6
7
8
9
10 11 13 15 18 20 22 24 26 28
V(p-p)
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七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告十九》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
1、如果已知被测梁振幅为0.2mm，传感器是否一定要安装在最佳工作点？ 答：不需要，只要振幅0.2mm在线性范围内即可。
2、如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍然十分重要？
答：不重要。无论检测到什么波形，只要测出波形的周期就行。
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实验二十 电涡传感器应用－电子秤之三
一、实验目的：
了解电涡流传器在静态测量中的应用。
二、实验内容：
利用电涡流传感器的特性用于电子秤的应用。
三、实验仪器：
涡流传感器、涡流变换器、电压表、砝码、差动放大器、电桥、铁测片、主、副电源。
四、实验原理：
电子秤实验原理为实验十七，即电涡流式传感器的静态标定原理。通过对电路调节使电路输出的电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即可成为一台原始电子秤。
五、实验注意事项：
1、电压表置20V档，差动放大器增益旋至最小。 2、砝码重物不得使位移超出线性范围。
3、做此实验应与电子秤之一、之二相比较。
4、差动放大器的增益适当，视指示而定；如指示溢出可减小差动放大器的增益。
六、实验步骤：
1、按图17的电路接线。
2、调整传感器的位置，使其处于线性范围的终点距离附近处（与被测体之间的距离为线性终端处附近，目测）。
3、开启主、副电源，调整电桥单元上的电位器W1，使电压表为零。 4、在平台上放上砝码，读出表头指示值，填入下表：
W(g) V(v)
5、在平台上放一重物，记上电压表读数,根据实验数据作出Ｖ－Ｗ曲线，计算灵敏度及重物的重量。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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实验二十一 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性
一、实验目的：
了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、实验内容：
利用霍尔式传感器的特性在直流激励下测量静态位移。
三、实验仪器：
霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电压表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
四、实验原理：
霍尔式传感器是由工作在四个方形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。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态位移。
五、实验注意事项：
1、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，关闭主、副电源。
2、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。 3、一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。 4、激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
六、实验步骤：
1、了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，四个方形永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
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21接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图 21
3、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于方形磁钢上下之间正中位置。 4、开启主、副电源调整W1使电压表指示为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表： X(mm) V(v) X(mm) V(v)
作出Ｖ－Ｘ曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场。位移测量的线性度，灵敏度与磁场
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分布有很大关系。
6、实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十一》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
霍尔传感器的特点？
答：霍尔传感器是基于霍尔效应原理将被测量，如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一种传感器。虽然它的转换率较低，温度影响大，要求转换精度较高时必须进行温度补偿，但霍尔式传感器结构简单，体积小，坚固，频率响应宽，动态范围大，无触点，使用寿命长，可靠性高，易于微型化，因此在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到广泛的应用。
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实验二十二 霍尔式传感器的应用—电子秤之四
一、实验目的：
了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。
二、实验内容：
利用霍尔传感器的特性用于电子秤的应用。
三、实验仪器：
霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、电压表、主、副电源、振动平台。
四、实验原理：
电子秤实验原理为实验二十一，即霍尔传感器的直流激励特性原理。通过对电路调节使电路输出的电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即可成为一台原始电子秤。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源置±2V档，电压表置2V档，主、副电源关闭。 2、此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。 3、砝码应置于平台的中间部分，避免平台倾斜。
六、实验步骤：
1、开启主、副电源将差动放大器调零，关闭主、副电源。 2、调节测微头脱离平台并远离振动台。
3、按图21接线，开启主、副电源，将系统调零。 4、差动放大器增益调至最小位置，然后不再改变。 5、在称重平台上放上砝码，填入下表： W(g) V(v)
6、在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出Ｖ－Ｗ曲线，求得未知重量。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十二》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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实验二十三 霍尔式传感器的交流激励静态位移特性
一、实验目的：
了解交流激励下霍尔片的特性。
二、实验内容：
利用霍尔式传感器的特性在交流激励下测量静态位移。
三、实验仪器：
霍尔片、磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检波、低通滤波器、主、副电源、电压表、示波器、振动平台。
四、实验原理：
交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
五、实验注意事项：
1、音频振荡器1KHz，放大器增益最大，主、副电源关闭。
2、交流激励信号必须从电压输出端0º或LV输出，幅度应在峰－峰值5V以下，以免霍尔片产生自热现象。
六、实验步骤：
1、开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。
2、调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图23接线，开启主、副电源，将音频振荡器的输出幅度调到5Vp-p值，差放增益置最小。利用示波器和电压表按照实验十的方法调整好W1、W2及移相器。再转动测微头，使振动台吸合并继续调节测微头使电压表显示零（电压表置20V档）。
图 23
3、旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数填入下表： X(mm) V(v) X(mm) V(v)
找出线性范围，计算灵敏度。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十三》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）
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并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
霍尔元件的测量误差的补偿方法有哪几种？
答：霍尔元件在实际的应用时存在多种因素影响其测量精度，造成测量误差的主要因素有两类；一类是半导体固有特性；另一类为半导造工艺的缺陷。其表现为零位误差和温度引起的误差。 零位误差是霍尔元件在加工控制电流或不加外磁场时，而出现的霍尔电势称为零位误差。
为了减小或消除不等位电势，可以采用电桥平衡原理补偿温度误差及补偿：由于半导体材料的电阻率、迁移率、载流子浓度等都随温度的变化而变化，因此，会导致霍尔元件的内阻、霍尔电势等也随温度的变化而变化，这种变化程度随不同半导体材料有所不同。而且温度高到一定的程度，产生的变化相当大。温度误差是霍尔元件测量中不可忽视的误差。针对温度变化导致内阻（输入、输出电阻）的变化，可以采用对输入或输出电路的电阻进行补偿。
IEBRL不等位电势补偿电路RIE输入回路补偿输入回路补偿
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实验二十四 霍尔式传感器的应用—振幅测量
一、实验目的：
了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。
二、实验内容：
霍尔式传感器交流激励下振动时幅频性能的工作情况。
三、实验仪器：
霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、频率表、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈Ⅰ、双线示波器。
四、实验原理：
根据霍尔式传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可进行动态测量。
五、实验注意事项：
1、差动放大器增益旋最大，音频振荡器1KHz。
2、应仔细调整磁场部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。
六、实验步骤：
1、开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。
2、根据电路图24结构，将霍尔式传感器，直流稳压电源，电桥平衡网络，差动放大器，电压表连接起来，组成一个测量线路（电压表应置于20V档，基本保持实验23电路），并将差放增益置于最小。 3、开启主、副电源转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态）。
4、调整电桥平衡电位器W1和W2，使电压表指示为零。
图 24
5、去除差动放大器与电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，并将低频振荡器的输出端与激振线圈Ⅰ相连后再用频率表监测频率。
6、低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率（频率表监测频率），用示波器读出低通滤波器输出的峰峰值填入下表：
F(Hz) Vp-p
七、实验报告：
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在实验报告中填写《实验报告二十四》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为多少？
答：根据实验现象回答。
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实验二十五 磁电式传感器的性能
一、实验目的：
通过实验说明磁电式传感器的结构、原理、应用。
二、实验内容：
比较磁电式传感器和电涡流传感器的输出波形。
三、实验仪器：
差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。
四、实验原理：
磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，w匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通θ的变化率：e=−w
dθ
。dt
仪器中的磁电式传感器由可动铁芯与感应线圈组成，永久磁钢做成的可动铁芯产生恒定的直流磁场，当可动铁芯与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e与磁通变化率成正比，所以是一种动态传感器。
五、实验注意事项：
1、差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。
2、实验过程中，低频振荡器的调幅旋钮不能过大，以振动圆盘不碰撞其它为佳。
六、实验步骤：
1、观察磁电式传感器的结构，根据图25的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连，开启主、副电源。
磁电式传感器 差动放大器 低通滤波器 示波器
图 25
2、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表： F(Hz) Vp-p
3
4
5
6
7
8
9
10
20
25
3、拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形（波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器的实验）并与磁电传感器的输出波形相比较。
七、实验报告：
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在实验报告中填写《实验报告二十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
七、 实验思考题：
试回答磁电式传感器的特点？
答：磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器，它是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感应电动势的。它是一种机－电能量变换型传感器，不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围，适用于振动、转速、扭矩等的测量。
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实验二十六 压电传感器的动态响应实验
一、实验目的：
了解压电式传感器的原理、结构及应用。
二、实验内容：
比较压电传感器和磁电传感器的输出波形。
三、实验仪器：
低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈Ⅰ、磁电传感器、频率表、主、副电源、振动平台。
四、实验原理：
压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验所用压电传感器的结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷，从这个意义上讲，压电传感器只适合动态测量。
五、实验注意事项：
1、低频振荡器的幅度旋钮置于最小。
2、实验过程中，低频振荡器的调幅旋钮不能过大，以振动圆盘不碰撞其它为佳。
六、实验步骤：
1、观察压电式传感器的结构，根据图26的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
图 26
2、将低频振荡信号接入振动台的激振线圈Ⅰ。
3、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表： F(Hz) Vp-p
5
7
12
15
17
20
25
4、示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十六》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
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1、根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致多少？ 答：根据实验现象回答即可。 2、试回答压电式传感器的特点?
答：体积小、重量轻、坚实牢固、振动频率高、灵敏度高。
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实验二十七 压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响
一、实验目的：
验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器的原理和使用。
二、实验内容：
采用相同的测试电路，了解引线对电压放大器和电荷放大器的影响。
三、实验仪器：
低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、电压表、单芯屏蔽线、差动放
大器、直流稳压源、双线示波器。
四、实验原理：
压电传感器的前置放大器有两个作用：一是把压电式传感器的高输出阻抗变换成低阻抗输出；二是放大压电传感器输出的弱信号。根据压电传感器的工作原理及其等效电路，它的输出可以是电压信号也可以是电荷信号。因此设计前置放大器也有两种形式：一种是电压放大器，其输出电压与输入电压（传感器的输出电压）成正比；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。
五、实验注意事项：
1、低频振荡器的幅度旋钮置于最小，电压表置于20V档，差动放大器增益旋钮至最小，直流稳压
电源输出置于4V档。
2、低频振荡器的幅度要适当，以免引起波形失真。
3、梁振动时不应发生碰撞，否则将引起波形畸变，不再是正弦波。
0
4、由于梁的相频特性影响，压电式传感器的输出与激励信号一般不为180，故表头有较大跳动，此时，可以适当改变激励信号频率，使相敏检波输出的两个半波尽可能平衡，以减少电压表跳动。
六、实验步骤：
1、按图27接线，相敏检波器参考电压从直流输入插口输入，差动放大器的增益旋钮旋到适中。直流稳压电源打到±4V档。
图 27
2、示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。
3、开启电源，观察示波器上显示的波形，适当调节低频振荡器的幅度旋钮，使差动放大器的输出波形较大且没有明显的失真。
4、观察相敏检波器输出波形，解释所看到的现象。调整电位器，使差动放大器的直流成份减少到零，这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到，为什么？
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5、适当增大差动放大器的增益，使电压表的指示值为某一整数值（如1.5V）。 6、将电压放大器换成电荷放大器，重复实验。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
根据实验现象，结合压电传感器原理和电压、电荷放大器的原理，试回答引线分布电容对电压放大器和电荷放大器的性能有什么影响？
答：引线分布电容的大小对电压放大器影响较大，而对电荷放大器影响较小。
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实验二十八 差动变面积式电容传感的静态及动态特性
一、实验目的：
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
二、实验内容：
利用差动变面积式电容传感器的特性进行静态位移测量及动态测量。
三、实验仪器：
电容传感器、电压放大器、低通滤波器、电压表、激振器、示波器。
四、实验原理：
电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。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，与两组静片之间的相对面积发生变化，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CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，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。
五、实验注意事项：
1、差动放大器增益旋钮置于中间，电压表置于2V档。
2、调整电容传感器，使电容传感器的一组动片和两组定片不相碰。
3、如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。
六、实验步骤：
1、按图28接线。
图28
2、电压表打到20V，调节测微头，使输出为零。
3、以此为起点，向上和向下转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。 位移(mm) 电压（mV）
4、退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv)值。 5、计算系统灵敏度Ｓ。S=
∆V
（式中∆V为电压变化，∆X为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ∆X
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－Ｘ关系曲线。 位移(mm) 电压（mV）
6、卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十八》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
如果不着重调整电容片的相对位置，会有什么现象？
答：电容的动极板与两个定级板的距离之间的片间距离必须相等，否则影响测量的精度。位移和振动时应避免擦片现象、否则会出现信号突变。
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实验二十九 双平行梁的动态特性—正弦稳态影响
一、实验目的：
本实验说明如何用传感器来测量系统的动态特性。
二、实验内容：
用适当的传感器系统比较传感器的灵敏度。
三、实验仪器：
低频振荡器、激振线圈Ⅱ、示波器、前述实验用过的适当的传感器系统。
四、实验原理：
所选传感器的测量位移的原理。（已描述在对应的传感器实验中）
五、实验注意事项：
1、低频振荡器的幅度旋钮置于最小。
2、低频振荡器的幅度旋钮要适当控制，以免在自振频率附近振幅过大。 3、所选用的传感器应按前面实验的方法正确使用。
六、实验步骤：
1、由于梁的振幅变化很大，为了提高测量准确度，不同的振幅可以用不同的传感器来测量。 2、相位差可用示波器测量，如用双线示波器直接比较或用李萨育图形来进行。当然精确的专用仪器更好。
3、由于低频振荡器频率不很准确，请用频率计来测量。
4、输出电压幅值用示波器测量。如需精确，可用峰值电压表或低频交流电压表进行测量。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告二十九》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
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实验三十 扩散硅压阻式压力传感器实验
一、实验目的：
了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
二、实验内容：
扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
三、实验仪器：
主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、电压表、压阻式压力传感器(差压)、压力计。
四、实验原理：
扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源±4V档，电压表切换开关置于2V档，差放增益适中或最大，主、副电源关闭。 2、如在实验中血压表的指针有退回情况，应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。
3、如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器与血压计之间的供气压力不均匀。 4、如觉得差动放大器增益不理想，可调整其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。
5、实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。（拆去实验连接线时要注意手要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线）
6、实验完毕取气压源时注意一手按住压力传感器的气咀，另一手拔去压力传感器气咀的连接软管，以防压力传感器损坏。
六、实验步骤：
1、了解所需单元、部件、传感器的符号及其在仪器上的位置。
2、如图30A将传感器及电路连好，注意正确接线，否则易损坏元器件，差放接成同相或反相均可。
图 30A
3、将气压计软管的一头接入压阻式压力传感器的气咀（一定要接牢，避免漏气）。 4、将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松，使压力表的指针指到零。
5、开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数。 6、拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊（注意不要用力太大），使血压表的指针指向40 mmHg，记下此时电压表的读数，然后每隔20 mmHg。记下读数（注意最大不要超过160mmHg）。并将数据填入下表：
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压力(mmHg) 电压（mV）
注：1kpa=10cm水柱高。根据所得的结果计算系统灵敏度S=域。
∆V
，并作出V-P关系曲线，找出线性区∆P
图30B
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
根据实验现象，压力越大，电压值如何变化？分析变化的原理。 答：压阻式压力传感器的工作原理图如下图所示。 Uout=
R+∆RR−∆R2∆R∆R
E−E=E=E 2R2R2RR
由该式可知，∆R越大则Uout越大。压力越大使得∆R越大，从而Uout也越大。 所以在做实验
时当压力越大时，电压表显示的值也越大。
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实验三十一 光纤位移传感器静态实验
一、实验目的：
了解光纤位移传感器的原理结构及性能。
二、实验内容：
反射式光纤位移传感器测量位移。
三、实验仪器：
主、副电源、差动放大器、电压放大器、电压表、光纤传感器、振动台、测微头。
四、实验原理：
本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。
五、实验注意事项：
1、实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。 2、注意背景光对实验的影响,光纤勿成锐角曲折。
3、光源的开关设在转动电位器下，在实验时请打开开关。
六、实验步骤：
1、观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布。
2、了解振动台在实验仪上的位置。（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上装有光的反射面，即电涡流的测铁片。）
3、如图31接线：因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。电压表
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显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。
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实验三十二 光纤位移传感器的动态测量一
一、实验目的：
了解光纤位移传感器的动态应用。
二、实验内容：
频率对光纤位移传感器动态测量的影响。
三、实验仪器：
主、副电源、差动放大器、电压放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动台、低频振荡器、激振线圈Ⅰ、示波器。
四、实验原理：
实验原理和静态位移测量的原理相同，所不同的是测量电路。
五、实验注意事项：
1、光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行，切不可相摩擦，以免使光纤端面受损。 2、实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。 3、注意背景光对实验的影响,光纤勿成锐角曲折。
4、光源的开关设在转动电位器下，在实验时请打开开关。
六、实验步骤：
1、了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈Ⅰ的符号。
2、在实验(三十一)中的电路中接入低通滤波器和示波器，如图32接线。
图 32
3、将测微头与振动台面脱离，测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射面的距离调整在光纤传感器工作点即线性段中点上（利用静态特性实验中得到的特性曲线，选择线性中点的距离为工作点，目测振动台上的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即线性区ΔX的中点）。
4、将低频振荡的输出信号Vo接入振动台的激振线圈Ⅰ上，开启主、副电源，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中。
5、保持低频振荡器输出的Vp-p幅值不变，改变低频振荡器的频率（用示波器观察低频振荡器输出的Vp-p值为一定值，在改变频率的同时如幅值发生变化则调整幅度旋钮使Vp-p相同），将频率和示波器上所测的峰峰值（此时的峰峰值Vp-p是指经低通滤波后的Vp-p）填入下表，并作出幅频特性图： 幅度(Vp-p) 频率（Hz）
6、关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始最小位置。
七、实验报告：
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在实验报告中填写《实验报告三十二》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
我们现实验仪上使用是非功能光纤，何为非功能光纤？ 答：非功能型传感器中光纤传感器不是敏感元器件，它是利用光纤的端面或在两根光纤中间放置光学材料、机械式或光学式的敏感元器件感受被测物理量的变化，使透射光或反射光强度随之发生变化，这种情况下的光纤只是作为传输回路，所以这种传感器也称为传输回路型光纤传感器。非功能型传感器分为传输光强调制型和反射光强调制型两种类型。
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实验三十三 光纤位移传感器的动态测量二
一、实验目的：
了解光纤位移传感器的测速运用。
二、实验内容：
光纤位移传感器测量电机转速。
三、实验仪器：
电机控制、差动放大器、电压放大器、小电机、电压表、光纤位移传感器、主、副电源、示波器。
四、实验原理：
当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化；光电变换器输出电量也发生相应的变化，经电路变换，成方波频率信号输出。
五、实验注意事项：
1、光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行，切不可相擦，以免使光纤端面受损。 2、电机开关平时应置关闭状态，以保证稳压电源正常工作。 3、实验时应避免强光直接照射转盘盘面，以免造成测试误差。 4、光源的开关设在转动电位器下，在实验时请打开开关。
六、实验步骤：
1、了解电机控制，小电机（小电机端面上贴有一张反射纸）在实验仪上所在的位置，小电机安装在传感器平台上。
2、按图33接线，将差动放大器的增益置最大，电压表的切换开关置2V档，开启主、副电源。
图33
3、将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光面（白的小圆圈），调节光纤传感器的高度，使电压表显示最大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零，使电压表显示接近零。
4、逐渐增大转动源的旋钮，调节转速旋钮使电机运转 。
5、直接将差动放大器的输出接到示波器通道上，用示波器观察。显示的波形为脉冲信号。 6、根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 7、实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。
注：如示波器上观察不到脉冲波形而实验(二)又正常，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十三》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）
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并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
根据实验现象如何计算电机转速？
答：电机转速：N＝频率表显示值÷1×60（n/min）（因为电机上装了一个反射面，即每周只有一个方波信号；可列出具体的数字让学生计算）
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实验三十四 PN结温度传感器测温实验
一、实验目的：
了解PN结温度传感器的原理及工作情况。
二、实验内容：
PN结温度传感器测量温度。
三、实验仪器：
主、副电源、可调直流稳压电源、＋15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、电压表、加热器、电桥、水银温度计 (自备)。
四、实验原理：
晶体二极管或三极管的PN结电压是随温度变化的。例如硅管的PN结的结电压在温度每升高1℃时，下降约2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。它具有线性好、 时间常数小(0.2～2秒)、灵敏度高等优点，测温范围为-50℃～+150℃。其不足之处是离散性大互换性较差。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源±6V档，差放增益最小逆时针到底(1倍)，电压放大器幅度最大4.5倍。 2、该实验仅作为一个演示性实验。
3、加热时间不要超过2分钟，此实验完成后应立即将＋15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
六、实验步骤：
1、了解PN结，加热器，电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
2、观察PN结传感器结构、用数字万用表“二极管”档，测量PN结正反向的结电压，得出其结果。 3、把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线(51K)与PN结传感器的正端相连，并按图34接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。
图34
4、开启主、副电源，调节RD(W1)电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值（Δt）。
5、将＋15V接入加热器（＋15V在低频振荡器右下角），加热器的另一端接地。观察电压表读数的变化（注意加热时间不要超过2分钟），因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为 ：-2.1mV/℃。随着温度的升高，其PN结电压将下降ΔV，该ΔV电压经差动放大器隔离传递( 增益为1)，至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S≈10mV/℃。待电压表读数稳定后， 即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值(ΔT)。此时该点的温度为ΔT+Δt。
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七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十四》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
1、分析一下该测温电路的误差来源。
答：PN结的离散性和互换性较差；放大器的零漂及精度的影响。
2、如要将其作为一个0～100℃的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件?
答：需要温度标定装置；一般不直接用二极管进行测量，而是将三极管的集电极C与基极B连接后作为正极，发射极E作为负极，此时基极与发射极的PN结即为要测量的部分；要选用零漂较小的运算放大器。
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实验三十五 热敏电阻演示实验
一、实验目的：
了解NTC热敏电阻现象。
二、实验内容：
通过对NTC热敏电阻加热，了解其特性。
三、实验仪器：
加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、＋15V稳压电源、电压表、主、副电源。
四、实验原理：
热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC热敏电阻(负温度系数)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。
一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。
五、实验注意事项：
加热时间不要超过2分钟，此实验完成后应立即将＋15V电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
六、实验步骤：
1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色元件，封装在双平行振动平行梁上片梁的表面。
2、将电压表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置±2V档，按图35接线，开启主、副电源，调整W1(RD)电位器，使电压表指示为100mV左右。这时电压表的指示值为室温时的Vi。
3、将＋15V电源接入加热器，加热器的另一端接地。观察电压表的读数变化（注意加热时间不要超过2分钟）。
电压表的输入电压：
Vi=
R
T
WIL
•VS
+(WIH+WIL)
4、由此可见，当温度 时，RT阻值 ，Vi 。
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传感器实验仪教师参考书
图 35
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十五》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
本实验仪测温度共用了几种温度传感器？区别每种温度传感器测温的原理。 答：本实验仪共用了三种温度传感器即PN结温度传感器、热电偶和热敏电阻。 PN结在恒流条件下，测量其正向偏压u随温度t变化的规律； 热电偶测量其温差电动势ξ随温度t的变化规律； 热敏电阻测量其电阻R随温度t的变化规律。
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实验三十六 气敏传感器（MQ3）实验
一、实验目的：
了解气敏传感器的原理与应用。
二、实验内容：
通过对酒精敏感的气敏传感器的实验来验证气敏传感器的特性。
三、实验仪器：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、MQ3气敏传感器、主、副电源。
四、实验原理：
气敏传感器的核心器件是半导体气敏元件，不同的气敏元件对不同的气体敏感度不同，当传感器暴露于使其敏感的气体之中时，电导率会发生变化，当加上激励电压且负载条件确定时，负载电压就会发生相应的变化，由此可测得被测气体浓度的变化。
五、实验注意事项：
1、直流稳压电源±4V档、电压表置于2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。
2、实验时气敏探头勿浸入酒精中，酒精气就足够了。
六、实验步骤：
1、仔细阅读“使用说明”，差动放大器的输入端（＋）、（－）与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。
2、关闭主、副电源，按图36接线（蓝色接线孔为A，红色接线孔为B，上面两个接线孔为f）。
图 36A
f f
A B
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图 36B
3、开启主、副电源，预热约5分钟后，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数 变大 。它反映了传感器AB两端间的电阻随着发生了变化。说明MQ3检测到了酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。
七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十六》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
如果增大酒精棉花的湿度，电压表的读数会增大还是减少？为什么？ 答：电压表的读数会增大。
原因：气敏元件和气敏传感器种类很多，具体的对象有氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳、丁烷、甲烷、乙醇，针对不同的测试对象有不同的原理和结构，本实验采用的是适用于测试酒精浓度的系列气敏元件。气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成，敏感元件固定在不锈钢网制成的腔体内。气敏元件有六个针状管脚、4个管脚、A.A.B.B并联成AB两端用于测试，另两个管脚r、r用于提供加热电流。
工作时、酒精敏感层的等效电阻Rs随着酒精浓度的增加而成非线性减少。通过测量电路把此阻值变化变成输出电压的变化。所以酒精浓度增加气敏元件的电阻将减小，导致输出值增大。
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实验三十七 湿敏电阻（RH）实验
一、实验目的：
了解湿敏传感器的原理与应用。
二、实验内容：
利用两种不同潮湿度的物体验证湿敏电阻的特性。
三、实验仪器：
电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、RH湿敏电阻、音频信号、主、副电源。
四、实验原理：
高分子湿敏电阻主要是使用高分子固体电解质材料作为感湿膜，由于膜中的可动离子产生导电性，随着湿度的增加，电离作用增强，可动离子的浓度增大，电极间电阻减小，反之，电极间的电阻增大，通过测量湿敏电阻值的变化，就可得到相应的湿度值。
湿敏膜是高分子电解质，其电阻值的对数与相对湿度是近似线性关系。在电路用字母“RH”表示。
五、实验注意事项：
1、传感器表面不能直接接触水分，不能用硬物碰擦，以免损伤感湿膜。
2、注意取湿材料不要太湿，有点潮就行了。否则会产生湿度饱和现象，延长脱湿时间。 3、激励信号必须从音频180°端口接入，信号幅度严格限定≦2VP-P。 4、RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。
六、实验步骤：
1、观察湿敏电阻结构，它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形成的。 2、开启主机电源，按图37接好测试线路，音频信号1KHZ、幅度≦2V（用示波器监测），低通滤波器输出端接电压表，示波器接相敏根据系统输出大小调节。
图 37
3、取二种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。分别轻轻地与传感器接触，观察电压表数字变化，此时电压表的指示 ，也就是RH阻值变 ，说明RH检测到了湿度的变化，而且随着湿度的不同阻值变化也不一样。
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七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十七》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
本实验用的是交流＋2V供电，可否用直流＋2V供电？为什么？
答：本实验不可以用直流＋2V供电。因为本实验采用的是湿敏电阻，而一切电阻式湿敏传感器必须用交流电源，否则使溶液电离损坏电阻式湿度传感器。
湿敏电阻工作原理：电解质湿度传感器的电导是靠离子的移动实现的，在直流电源的作用下，正、负离子必然向电源的两极移动，产生电解作用，使感湿层变薄甚至破坏；而在交流电源的作用下，正、负离子往返运动，不会产生电解作用，感湿膜不会破坏。
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实验三十八 光电传感器（对射型）测转速实验
一、实验目的：
了解光电传感器测转速的原理及运用。
二、实验内容：
用反射型光电传感器测量电机转速。
三、实验仪器：
电机控制单元、小电机、频率表、光电传感器、＋15V电源、主、副电源、示波器。
四、实验原理：
光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿输出管及波形整形组成。发射管发射红外光经电机反射面反射，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换可由频率表测出频率。
五、实验注意事项：
电机工作只需要调节转动旋钮即可。
六、实验步骤：
1、在传感器的安装顶板上，有一个光电开关已安装在电机上，输出引线在主面板上。只需要按如下图所示连线即可。
2、合上主开关，逐渐调大转动源旋钮使电机转动。
3、观察频率表显示的频率值。也可用示波器观察F。输出口的转速脉冲信号（Vp-p＞2V）。 4、根据测到的频率及电机上反射面的数目算出此时的电机转速。 即：N＝频率表显示值×60（n/min） 5、实验完毕，关闭主、副电源。
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七、实验报告：
在实验报告中填写《实验报告三十八》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题：
对射型光电传感器测转速产生误差大、稳定性差的原因是什么？光电传感器的精度取决于什么？
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第四章 原理图 一、电桥原理图 JA5CON11JA4CON11JA11CON1RA5330 欧RA620欧JA2CON11JA3CON1JA6CON1JA8CON11RA7510欧1JA7CON11RA220欧RA1330欧1RA3330欧RA420欧JA10CON11W312W122K\\精密电位器32JA9CON11W2222K\\精密电位器23W13JA11CON11CA1104\\独石JA12CON1 -84- 1 PDF 文件使用 \"pdfFactory Pro\" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn 传感器实验仪教师参考书
二、电压放大器原理图
RD44.7K+15V7RD11KJD11VIN22MRD3131KRD245182UD1CA3140E6RD512KJD21VOUT1JD321W6VOUT2470K\\碳墨2-15V312RDWD2W10K/云台JD4GND1JD5GND11331W
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传感器实验仪教师参考书 三、低通滤波器 RH6130KRW12215K\\云台W51RH8180KCH5104\\独石23JH117VIN104\\独石RH130K104\\独石RH333KCH4CH7100uF/25V+15VRH23.9KRH515KRH43.9KJH4GND1JH5GND1104\\独石CH1CH26UH1HA17741411CH8-15V100uF/25V3RH74.7K1CH6JH2VOUT1uF\\63V涤纶CH3224\\涤纶 -86-
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四、差动放大器原理图
RB13.9KRB251KJB2V-1RB351K415UB1DB2IN4148JB1V+1RB451KRB551KDB1IN4148263HA17741712321W3（调零）10K\\精密W33213W4（调增益）470K\\碳墨电位器W-15VRB62KJB31CON1+15VJB4GND1JB5GND111
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传感器实验仪教师参考书 五、电容放大器原理图 +15VRC5RC11K27KJC2C11+15V1414DC3IN4148CC4163RC66.8KRC321K3CC2821\\瓷片-15V123UC2CA3140E4518104\\独石LC110mHDC4IN4148224\\涤纶2KA1CC51LC210mHCC6104\\独石1W52W1K\\碳墨JC11VOUT212WRWC110K/云台JC4GND1JC5GND1JC3C2113DC6IN4148DC5IN41487UC1BGNVDCCCC38104\\独石74LS207RC42K212345UC1AGNVDCC674LS207CC1821\\瓷片131211109RC2DC1IN41481KDC2IN4148DZ15.1V
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六、移相器原理图
RE210K-15V4RE410KUE1B67W13UE1ALF353N8332W7密10K\\精25LF353CE4纶223\\涤JE3GND1JE4GND1RE62KJE21VOUT1RE510KJE11VINRE110K2CE1片682\\瓷RE310K+15V
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七、相敏检波器原理图
RF130K3JF11AC104\\独石JF2DC1CF12+15VJF31UF1A1LF353N4DF1IN4148RF22K23QF1K1051VINUF1BLF3538RF330KRF430K567RF52KCF210P\\瓷片JF61VOUT-15VW112RWF147K\\云台2JF7GND1JF8GND11JF4CON1JF5CON113
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八、电荷放大器原理图
+15VCG220P\\瓷片7JG11VINRG151欧CG11212RG23.9K263RG33.9K-15VUG1CA3140E45182KRG4JG21VOUT1uF\\63V涤纶15K\\3云台WRWG1122122MRG55JG3GND1JG4GND122MRG5322MRG22MRG5122MRG52CG6101\\瓷片
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九、涡流变换器原理图
-15VRI9220欧121RI63.3KBECJI1VINDI1IN41481KALI210mH3QI23CG21BJI21VOUTCI6102\\瓷片RI7200KRI83.3K2JI3GND1JI4GND1CI1681\\瓷片RI1100KCI2501\\瓷片CI5102\\瓷片-15V1.5KRI2CI7103\\独石LI110mH1RI3220欧212CI3561\\瓷片3QI13DG6B3EBC2RI42.4KRI51KW112RWI110K\\云台12CI4103\\独石
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