【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5V、⊥接于實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募訜崞?5V、⊥插孔上，數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù)Uot ,UotUo1即為溫度變化的影響。計(jì)算這一溫度變化產(chǎn)生的相對(duì)誤差：實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)七 移相器、相敏檢波器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庖葡嗥?、相敏檢波器的工作原理。二、基本原理： 移相器工作原理：圖7—1為移相器電路原理圖與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖中，ICRRRC1 圖7—1 移相器原理圖與模板上的面板圖構(gòu)成一階移相器（超前），在R2=R1的條件下，可證明其幅頻特性和相頻特性分別表示為： KF1(jω)=Vi/V1=(1jωR3C1)/(1+jωR3C1) KF1(ω)=1ΦF1(ω)=л2tg1ωR3C1其中： ω=2лf,f為輸入信號(hào)頻率。同理由IC2,R4,R5,Rw,C3構(gòu)成另一個(gè)一階移相器（滯后），在R5=R4條件下的特性為：KF2(jω)=Vo/V1=(1jωRwC3)/(1+jωRwC3) KF2(ω)=1ΦF2(ω)=л2tg1ωRwC3由此可見，根據(jù)幅頻特性公式，移相前后的信號(hào)幅值相等。根據(jù)相頻特性公式，相移角度的大小和信號(hào)頻率f及電路中阻容元件的數(shù)值有關(guān)。顯然，當(dāng)移相電位器Rw=0，上式中ΦF2=0，因此ΦF1決定了圖7—1所示的二階移相器的初始移相角：即ΦF=ΦF1=л2tg12лfR3C1若調(diào)整移相電位器Rw，則相應(yīng)的移相范圍為：ΔΦF=ΦF1ΦF2=2tg12лfR3C1+2tg12лfΔRwC3已知R3=10kΩ,C1=6800p,△Rw=10kΩ,C3=,如果輸入信號(hào)頻率f一旦確定，即可計(jì)算出圖7—1所示二階移相器的初始移相角和移相范圍。相敏檢波器工作原理：圖7—2為相敏檢波器（開關(guān)式）原理圖與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系拿姘鍒D。圖中，AC為交流參考電壓輸入端，DC為直流參考電壓輸入端，Vi端為檢波信號(hào)輸入端，Vo端為檢波輸出端。圖7—2 相敏檢波器原理圖與模板上的面板圖原理圖中各元器件的作用：C51交流耦合電容并隔離直流；IC51反相過零比較器，將參考電壓正弦波轉(zhuǎn)換成矩形波（開關(guān)波+14V ～ 14V）；D51二極管箝位得到合適的開關(guān)波形V7≤0V（0 ～ 14V）；Q51是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，工作在開、關(guān)狀態(tài)；IC52工作在倒相器、跟隨器狀態(tài)；R56限流電阻起保護(hù)集成塊作用。關(guān)鍵點(diǎn)：Q51是由參考電壓V7矩形波控制的開關(guān)電路。當(dāng)V7＝0V時(shí)，Q51導(dǎo)通，使IC52同相輸入5端接地成為倒相器，即V3＝V1；當(dāng)V7＜0V時(shí)，Q51截止（相當(dāng)于斷開），IC52成為跟隨器，即V3＝V1。相敏檢波器具有鑒相特性，輸出波形V3的變化由檢波信號(hào)V1與參考電壓波形V2之間的相位決定。下圖7—3為相敏檢波器的工作時(shí)序圖。圖7—3相敏檢波器工作時(shí)序圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。2V～177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；移相器/相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；雙蹤示波器(自備)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：(一)移相器實(shí)驗(yàn) 調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），按圖7—4示意接線，檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率（用示波器測(cè)量）為ｆ=1kHz，幅度適中（2V≤Vpp≤8V）。圖7—4移相器實(shí)驗(yàn)接線圖正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置(提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC、靈敏度VOLTS/DIV在1V～5V范圍內(nèi)選擇)，調(diào)節(jié)移相器模板上的移相電位器（旋鈕），用示波器測(cè)量波形的相角變化。調(diào)節(jié)移相器的移相電位器（逆時(shí)針到底0kΩ～順時(shí)針到底10kΩ變化范圍），用示波器可測(cè)定移相器的初始移相角（ΦＦ=ΦＦ1）和移相范圍△ΦＦ。改變輸入信號(hào)頻率為ｆ=9kHz，再次測(cè)試相應(yīng)的ΦＦ和△ΦＦ。測(cè)試完畢關(guān)閉主電源。（二）相敏檢波器實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。2V～177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。2V檔。按圖7—5示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測(cè)量）；結(jié)合相敏檢波器工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系(跟隨關(guān)系，波形相同)。＊提示：示波器設(shè)置除與(一)移相器實(shí)驗(yàn)2中的垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC外，其它設(shè)置都相同；但當(dāng)CHCH2輸入對(duì)地短接時(shí)，將二者光跡線移動(dòng)到顯示屏中間(居中)后再進(jìn)行測(cè)量波形。圖7—5相敏檢波器跟隨、倒相實(shí)驗(yàn)接線示意圖將相敏檢波器的DC參考電壓改接到2V(Vout)，調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示的兩個(gè)波形幅值相等(相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕)，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系(倒相作用，反相波形)。關(guān)閉電源。按圖7—6示意圖接線，合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)移相電位器鈕(相敏檢波器電路上一步已調(diào)好不要?jiǎng)?，結(jié)合相敏檢波器的工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。注：一般要求相敏檢波器工作狀態(tài)Vi檢波信號(hào)與參考電壓AC相位處于同相或反相。圖7—6相敏檢波器檢波實(shí)驗(yàn)接線示意圖將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180176。，調(diào)節(jié)移相電位器，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關(guān)系。關(guān)閉電源。五、思考題：通過移相器、相敏檢波器的實(shí)驗(yàn)是否對(duì)二者的工作原理有了更深入的理解。作出相敏檢波器的工作時(shí)序波形，能理解相敏檢波器同時(shí)具有鑒幅、鑒相特性嗎?實(shí)驗(yàn)八 應(yīng)變片交流全橋的應(yīng)用(應(yīng)變儀)—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饫脩?yīng)變交流電橋測(cè)量振動(dòng)的原理與方法。二、基本原理：圖8—1是應(yīng)變片測(cè)振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)原理方塊圖。當(dāng)振動(dòng)源上的振動(dòng)臺(tái)受到F(t)作用而振動(dòng)，使粘貼在振動(dòng)梁上的應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變信號(hào)dR/R，應(yīng)變信號(hào)dR/R由振蕩器提供的載波信號(hào)經(jīng)交流電橋調(diào)制成微弱調(diào)幅波，再經(jīng)差動(dòng)放大器放大為u1(t)，u1(t)經(jīng)相敏檢波器檢波解調(diào)為u2(t)，u2(t)經(jīng)低通濾波器濾除高頻載波成分后輸出應(yīng)變片檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)u3(t)(調(diào)幅波的包絡(luò)線)，u3(t)可用示波器顯示。圖中，交流電橋就是一個(gè)調(diào)制電路，W1(RW1)、r(R8)、W2(RW2)、C是交流電橋的平衡調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，移相器為相敏檢波器提供同步檢波的參考電壓。這也是實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀原理。圖8—1 應(yīng)變儀實(shí)驗(yàn)原理方塊圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。2V～177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、振動(dòng)源、雙蹤示波器（自備）、萬用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置(提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V～5V范圍內(nèi)選擇)并將光跡線居中(當(dāng)CHCH2輸入對(duì)地短接時(shí))。調(diào)節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。2V～177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。2V檔。按圖8—2示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=1kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測(cè)量）；調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形(相敏檢波器電路已調(diào)整完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕)。相敏檢波器電路調(diào)試完畢，關(guān)閉電源。圖8—2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖將主機(jī)箱上的音頻振蕩器、低頻振蕩器的幅度逆時(shí)針慢悠悠轉(zhuǎn)到底(無輸出)，再按圖8—3示意接線(接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞RWC、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，將振動(dòng)源上的應(yīng)變輸出插座用專用連接線與應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系膽?yīng)變插座相連，因振動(dòng)梁上的四片應(yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，直接接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳弦雅c電橋模型相連的應(yīng)變插座上。電橋模型二組對(duì)角線阻值均為350Ω，可用萬用表測(cè)量)。圖8—3 應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)接線示意圖注：傳感器專用插頭(黑色航空插頭)的插、拔法：插頭要插入插座時(shí)，只要將插頭上的凸鎖對(duì)準(zhǔn)插座的平缺口稍用力自然往下插；插頭要拔出插座時(shí)，必須用大姆指用力往內(nèi)按住插頭上的凸鎖同時(shí)往上拔。調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，用示波器監(jiān)測(cè)音頻振蕩器Lv的頻率和幅值，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度使Lv輸出1kHz左右，幅度調(diào)節(jié)到10Vpp （交流電橋的激勵(lì)電壓）。（2）用示波器監(jiān)測(cè)相敏檢波器的輸出(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)，用手按下振動(dòng)平臺(tái)的同時(shí)（振動(dòng)梁受力變形、應(yīng)變片也受到應(yīng)力作用）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器旋鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)全波整流波形。（3）松手，仔細(xì)調(diào)節(jié)應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓腞W1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，趨向于無波形接近零線。調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率(8Hz左右)旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)較為明顯。拆除示波器的CH1通道，用示波器CH2(示波器設(shè)置：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV 在50mS～20mS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO ；垂直顯示方式為顯示CH垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC、垂直顯示靈敏度VOLTS/～50mV范圍內(nèi)選擇)分別顯示觀察相敏檢波器的輸入Vi和輸出Vo及低通濾波器的輸出Vo波形。低頻振蕩器幅度(幅值)不變，調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率(3Hz～25Hz)，每增加2Hz用示波器讀出低通濾波器輸出Vo的電壓峰－峰值，填入表8畫出實(shí)驗(yàn)曲線，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得振動(dòng)梁的諧振頻率為 。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表8應(yīng)變交流全橋振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)f(Hz) Vo(pp)實(shí)驗(yàn)九 壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理和標(biāo)定方法。二、基本原理：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作機(jī)理是半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出多個(gè)半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出P型或N型電阻條）組成電橋。在壓力（壓強(qiáng)）作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)力，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。圖9—1為壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理圖。圖9—1 壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)原理三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的氣壓表、氣源接口、電壓表、直流穩(wěn)壓電源177。15V、177。2V～177。10V（步進(jìn)可調(diào)）；壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、引壓膠管。四、實(shí)驗(yàn)步驟：按9—2示意圖安裝傳感器、連接引壓管和電路：將壓力傳感器安裝在壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓膫鞲衅髦Ъ苌希灰龎耗z管一端插入主機(jī)箱面板上的氣源的快速接口中（注意管子拆卸時(shí)請(qǐng)用雙指按住氣源快速接口邊緣往內(nèi)壓，則可輕松拉出），另一端口與壓力傳感器相連；壓力傳感器引線為4芯線(專用引線)，壓力傳感器的 1端接地，2端為輸出Vo＋，3端接電源＋4V，4端為輸出Vo－。具體接線見圖9—2。圖9—2壓阻式壓力傳感器測(cè)壓實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖將主機(jī)箱中電壓表量程切換開關(guān)切到2V檔；可調(diào)電源177。2V～177。10V調(diào)節(jié)到177。4V檔。實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟁W1用于調(diào)節(jié)放大器增益、RW2用于調(diào)零，將RW1調(diào)節(jié)到的1／3位置(即逆時(shí)針旋到底再順時(shí)針旋3圈)。合上主機(jī)箱電源開關(guān)，仔細(xì)調(diào)節(jié)RW2使主機(jī)箱電壓表顯示為零。合上主機(jī)箱上的氣源開關(guān)，啟動(dòng)壓縮泵，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計(jì)下端調(diào)壓閥的旋鈕，此時(shí)可看到流量計(jì)中的滾珠在向上浮起懸于玻璃管中，同時(shí)觀察氣壓表和電壓表的變化。調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。仔細(xì)地逐步調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使壓力在2kPa～18kPa之間變化（氣壓表顯示值），每上升1kPa氣壓分別讀取電壓表讀數(shù)，將數(shù)值列于表8。 表8壓阻式壓力傳感器測(cè)壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)P(kPa)Vo(pp)畫出實(shí)驗(yàn)曲線計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。如果本實(shí)驗(yàn)裝置要成為一個(gè)壓力計(jì)，則必須對(duì)電路進(jìn)行標(biāo)定，方法采用逼近法：輸入4kPa氣壓，調(diào)節(jié)Rw2（低限調(diào)節(jié)），(有意偏小)，當(dāng)輸入16kPa氣壓，調(diào)節(jié)Rw1（高限調(diào)節(jié)）(有意偏小)；再調(diào)氣壓為4kPa，調(diào)節(jié)Rw2（低限調(diào)節(jié)），(有意偏小)，調(diào)氣壓為16kPa，調(diào)節(jié)Rw1（高限調(diào)節(jié)）(有意偏小)；這個(gè)過程反復(fù)調(diào)節(jié)直到逼近自己的要求(，)即可。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。*實(shí)驗(yàn)十 壓阻式壓力傳感器應(yīng)用—壓力計(jì)要求：利用傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬壓力計(jì)，測(cè)量范圍為2kPa～18kPa提示：參考實(shí)驗(yàn)九自己組織實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)電路的標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)十一 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動(dòng)變壓器的工作原理電磁互感原理。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖11—1所示，由一個(gè)一次繞組1和二個(gè)二次繞組3及一個(gè)銜鐵4組成。差動(dòng)變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移改變而變化。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（＊同名端相接），以差動(dòng)電勢(shì)輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。當(dāng)差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖11—2所示。圖中U1為一次繞組激勵(lì)電壓；MM2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感：