【文章內(nèi)容簡介】 具體實驗而定)時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。將差動變壓器和測微頭(參照附：測微頭使用)安裝在實驗模板的支架座上，差動變壓器的原理圖已印刷在實驗模板上，L1為初級線圈；LL3為次級線圈；＊號為同名端，如下圖8－2。按圖8—2接線，差動變壓器的原邊Ｌ１的激勵電壓必須從主機箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4－5KHz（可用主機箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vpp＝2V（可用示波器監(jiān)測：）。松開測微頭的安裝緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vpp為較小值(變壓器鐵芯大約處在中間位置)，擰緊緊固螺釘，仔細調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使示波器第二通道顯示的波形Vpp為最小值(零點殘余電壓)并定為位移的相對零點。這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，另一個方向位移為負，從Vpp最小開始旋動測微頭的微分筒，(可取10—25點)從示波器上讀出輸出電壓Vpp值，填入下表8，再將測位頭退回到Vpp最小處開始反方向做相同的位移實驗。在實驗過程中請注意：⑴從Vpp最小處決定位移方向后，測微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測微頭存在機械回差而引起位移誤差；所以，實驗時每點位移量須仔細調(diào)節(jié)，絕對不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點繼續(xù)做下一點實驗或者回到零點重新做實驗。⑵當一個方向行程實驗結(jié)束，做另一方向時，測微頭回到Vpp最小處時它的位移讀數(shù)有變化(沒有回到原來起始位置)是正常的，做實驗時位移取相對變化量△Ｘ為定值，只要中途測微頭不回調(diào)就不會引起位移誤差。圖8—2差動變壓器性能實驗安裝、接線圖實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表8畫出Vopp－X曲線，作出位移為177。1mm、177。3mm時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。表8 V(mv)X(mm) 五、思考題：用差動變壓器測量振動頻率的上限受什么影響？試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？實驗九 差動變壓器零點殘余電壓補償實驗一、實驗目的：了解差動變壓器零點殘余電壓補償方法。二、基本原理：由于差動變壓器二只次級線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，二次級的不均勻、不一致，鐵芯B－H特性的非線性等，因此在鐵芯處于差動線圈中間位置時其輸出電壓并不為零，稱其為零點殘余電壓。三、需用器件與單元：主機箱、測微頭、差動變壓器、差動變壓器實驗模板、示波器。四、實驗步驟：參閱實驗八附：測微頭的組成與使用。根據(jù)圖9接線，差動變壓器原邊激勵電壓從音頻振蕩器的LV插口引入，實驗模板中的R1 、C1 、RW1 、RW2為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡。用示波器和頻率表監(jiān)測并調(diào)節(jié)主機箱音頻振蕩器輸出頻率為4—5KHz、幅值為2V峰峰值的激勵電壓。調(diào)整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。依次交替調(diào)整RWRW2，使輸出電壓降至最小。圖9 零點殘余電壓補償實驗接線圖將示波器第二通道的靈敏度提高，觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓相比較。從示波器上觀察，差動變壓器的零點殘余電壓值（峰峰值）。（注：這時的零點殘余電壓是經(jīng)放大后的零點殘余電壓，所以經(jīng)補償后的零點殘余電壓：V零點pp=，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。）實驗完畢，關閉電源。五、思考題：零點殘余電壓是什么波形？實驗十 差動變壓器的應用—振動測量實驗一、實驗目的：了解差動變壓器測量振動的方法。二、基本原理：由實驗八差動變壓器性能實驗基本原理可知，當差動變壓器的鐵芯連接桿與被測體連接時就能檢測到被測體的位移或振動。三、需用器件與單元：主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗模板、移相器/相敏檢波器/濾波器模板、振動源、示波器。四、實驗步驟：將差動變壓器按圖10卡在傳感器安裝支架的U型槽上并擰緊差動變壓器的夾緊螺母，調(diào)整傳感器安裝支架使差動變壓器的鐵芯連桿與振動臺中心點磁鋼吸合并擰緊傳感器安裝支架壓緊螺帽，再調(diào)節(jié)升降桿使差動變壓器鐵芯大約處于線圈的中心位置。圖10 　差動變壓器振動測量安裝、接線圖按圖10接線，并調(diào)整好有關部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關，用頻率表、示波器監(jiān)測音頻振蕩器LV的頻率和幅值，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度旋鈕使Lv輸出4—5KHz、Vopp=2V的激勵電壓。（2）用示波器觀察相敏檢波器輸出(圖中低通濾波器輸出中接的示波器改接到相敏檢波器輸出)，調(diào)節(jié)升降桿(松開鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動升降桿的銅套)的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（3）仔細調(diào)節(jié)差動變壓器實驗模板的RW1和RW2(交替調(diào)節(jié))使示波器（相敏檢波器輸出）顯示的波形幅值更小，基本為零點。（4）用手按住振動平臺（讓傳感器產(chǎn)生一個大位移）仔細調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為一個接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失變?yōu)橐粭l接近零點線（否則再調(diào)節(jié)RW1和RW2）。(6)振動源的低頻輸入接上主機箱的低頻振蕩器，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。用示波器觀察放大器相敏檢波器Vo及低通濾波器的Vo波形。保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率（頻率與輸出電壓Vpp的監(jiān)測方法與實驗十相同）用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰－峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表10。表10Ｆ(Ｈｚ)Vpp（V）根據(jù)實驗結(jié)果作出梁的振幅—頻率特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與實驗七用應變片測出的結(jié)果相比較。保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗可得到振幅與電壓峰峰值Vpp曲線（定性）。注意事項：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。實驗完畢，關閉電源。五、思考題：如果用直流電壓表來讀數(shù)，需增加哪些測量單元，測量線路該如何？利用差動變壓器測量振動，在應用上有些什么限制？實驗十一 電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的：了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：利用電容C＝εA／d和其它結(jié)構(gòu)的關系式通過相應的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇ε、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（ε變）、測位移（d變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如下圖所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。設圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=ε2pｘ／ln(R／r)。圖中CC2是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生?X位移時，電容量的變化量為?C=C1－C2=ε2p2?X／ln(R／r)，式中ε2p、ln(R／r)為常數(shù)，說明?C與位移?X成正比，配上配套測量電路就能測量位移。三、需用器件與單元：主機箱、電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭。四、實驗步驟：測微頭的使用和安裝參閱實驗九。按圖11將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上并按圖示意接線(實驗模板的輸出ＶＯ１接主機箱電壓表的Ｖｉｎ)。將實驗模板上的Rw調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳３圈)。將主機箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關打到２ｖ檔，合上主機箱電源開關，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示０ｖ ，再轉(zhuǎn)動測微頭(同一個方向)5圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實驗起點值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即△Ｘ=(這樣轉(zhuǎn)10圈讀取相應的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表11并作出Ｘ—Ｖ實驗曲線(這樣單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的回差)。 根據(jù)表11數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差δ。實驗完畢，關閉電源。 圖11 電容傳感器位移實驗安裝、接線圖表11電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) V(mv)實驗十二 直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗一、實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。二、基本原理：根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UH＝KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它的電勢會發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進行位移測量。三、需用器件與單元：主機箱、霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、測微頭。四、實驗步驟：霍爾傳感器和測微頭的安裝、使用參閱實驗八。按圖12示意圖接線(實驗模板的輸出ＶＯ１接主機箱電壓表的Ｖｉｎ)，將主機箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關打到２ｖ檔。檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。圖12 霍爾傳感器(直流激勵)位移實驗接線示意圖以某個方向調(diào)節(jié)測微頭2ｍｍ位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實驗起始點；(建議做4ｍｍ位移)，將讀數(shù)填入表12。表12X（mm）V(mv)作出V－X曲線，計算不同測量范圍時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。五、思考題：本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗十三 交流激勵時霍爾式傳感器的位移實驗一、實驗目的：了解交流激勵時霍爾式傳感器的特性。二、基本原理：交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、需用器件與單元：主機箱、測微頭、霍爾傳感器、霍爾傳感器實驗模板、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、雙線示波器。四、實驗步驟：傳感器、測微頭安裝使用同實驗八。實驗模板接線見圖13(千萬注意：暫時不要將主機箱中的音頻振蕩器Ｌｖ接入實驗模板)。圖13 交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖首先檢查接線無誤后，合上主機箱總電源開關，調(diào)節(jié)主機箱音頻振動器的頻率和幅度旋鈕，用示波器、頻率表監(jiān)測LV輸出頻率為1KHz，幅值為4V的峰－峰值；關閉主機箱電源，再將LV輸出電壓(1KHz 、4V、)作為傳感器的激勵電壓接入圖13的實驗模板中（注意電壓幅值過大會燒壞傳感器）。合上主機箱電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器的霍爾片處于兩磁鋼中點，先用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最小，然后從數(shù)顯表上觀察，調(diào)節(jié)電位器RWRW2使顯示為零。調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器產(chǎn)生一個較大位移，利用示波器觀察相敏檢波器輸出，旋轉(zhuǎn)移相單元電位器Rw和相敏檢波電位器Rw，使示波器顯示全波整流波形，且數(shù)顯表顯示相對值。使數(shù)顯表顯示為零，填入表13。表13交流激勵時輸出電壓和位移數(shù)據(jù)X（mm）V(mv)６、根據(jù)表13作出V－X曲線，計算不同量程時的非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。實驗十四 壓電式傳感器測振動實驗一、實驗目的：了解壓電傳感器的測量振動的原理和方法。二、基本原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。（觀察實驗用壓電加速度計結(jié)構(gòu)）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運動加速度的表面電荷。三、需用器件與單元：主機箱、差動變壓器實驗模板、振動源、示波器。四、實驗步驟：按圖14所示將壓電傳感器安裝在振動臺面上(與振動臺面中心的磁鋼吸合)，振動源的低頻輸入接主機箱中的低頻振蕩器，其它連線按圖示意接線。圖14 壓電傳感器振動實驗安裝、接線示意圖合上主機箱電源開關，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察低通濾波器輸出的波形。用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺同時觀察輸出波形變化。改變振動源的振蕩頻率(調(diào)節(jié)主機箱低頻振蕩器的頻率)，觀察輸出波形變化。實驗完畢，關閉電源。實驗十五 電渦流傳感器位移實驗一、實驗目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁感應原理，金