【文章內容簡介】 電源調節(jié)到177。2V檔。按圖7—5示意接線，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關，調節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測量）；結合相敏檢波器工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關系(跟隨關系，波形相同)。＊提示：示波器設置除與(一)移相器實驗2中的垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC外，其它設置都相同；但當CHCH2輸入對地短接時，將二者光跡線移動到顯示屏中間(居中)后再進行測量波形。圖7—5相敏檢波器跟隨、倒相實驗接線示意圖將相敏檢波器的DC參考電壓改接到2V(Vout)，調節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示的兩個波形幅值相等(相敏檢波器電路已調整完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕)，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關系(倒相作用，反相波形)。關閉電源。按圖7—6示意圖接線，合上主機箱電源，調節(jié)移相電位器鈕(相敏檢波器電路上一步已調好不要動)，結合相敏檢波器的工作原理，分析觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關系。注：一般要求相敏檢波器工作狀態(tài)Vi檢波信號與參考電壓AC相位處于同相或反相。圖7—6相敏檢波器檢波實驗接線示意圖將相敏檢波器的AC參考電壓改接到180176。，調節(jié)移相電位器，觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形關系。關閉電源。五、思考題：通過移相器、相敏檢波器的實驗是否對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序波形，能理解相敏檢波器同時具有鑒幅、鑒相特性嗎?實驗八 應變片交流全橋的應用(應變儀)—振動測量實驗一、實驗目的：了解利用應變交流電橋測量振動的原理與方法。二、基本原理：圖8—1是應變片測振動的實驗原理方塊圖。當振動源上的振動臺受到F(t)作用而振動，使粘貼在振動梁上的應變片產生應變信號dR/R，應變信號dR/R由振蕩器提供的載波信號經交流電橋調制成微弱調幅波，再經差動放大器放大為u1(t)，u1(t)經相敏檢波器檢波解調為u2(t)，u2(t)經低通濾波器濾除高頻載波成分后輸出應變片檢測到的振動信號u3(t)(調幅波的包絡線)，u3(t)可用示波器顯示。圖中，交流電橋就是一個調制電路，W1(RW1)、r(R8)、W2(RW2)、C是交流電橋的平衡調節(jié)網絡，移相器為相敏檢波器提供同步檢波的參考電壓。這也是實際應用中的動態(tài)應變儀原理。圖8—1 應變儀實驗原理方塊圖三、需用器件與單元：主機箱中的177。2V～177。10V（步進可調）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；應變式傳感器實驗模板、移相器／相敏檢波器／低通濾波器模板、振動源、雙蹤示波器（自備）、萬用表（自備）。四、實驗步驟：相敏檢波器電路調試：正確選擇雙線（雙蹤）示波器的“觸發(fā)”方式及其它設置(提示：觸發(fā)源選擇內觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。S范圍內選擇、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范圍內選擇)并將光跡線居中(當CHCH2輸入對地短接時)。調節(jié)音頻振蕩器的幅度為最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉到底），將177。2V～177。10V可調電源調節(jié)到177。2V檔。按圖8—2示意接線，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關，調節(jié)音頻振蕩器頻率f=1kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測量）；調節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形(相敏檢波器電路已調整完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕)。相敏檢波器電路調試完畢，關閉電源。圖8—2相敏檢波器電路調試接線示意圖將主機箱上的音頻振蕩器、低頻振蕩器的幅度逆時針慢悠悠轉到底(無輸出)，再按圖8—3示意接線(接好交流電橋調平衡電路及系統(tǒng)，應變傳感器實驗模板中的RRWC、RW2為交流電橋調平衡網絡，將振動源上的應變輸出插座用專用連接線與應變傳感器實驗模板上的應變插座相連，因振動梁上的四片應變片已組成全橋，引出線為四芯線，直接接入實驗模板上已與電橋模型相連的應變插座上。電橋模型二組對角線阻值均為350Ω，可用萬用表測量)。圖8—3 應變交流全橋振動測量實驗接線示意圖注：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，只要將插頭上的凸鎖對準插座的平缺口稍用力自然往下插；插頭要拔出插座時，必須用大姆指用力往內按住插頭上的凸鎖同時往上拔。調整好有關部分，調整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關，用示波器監(jiān)測音頻振蕩器Lv的頻率和幅值，調節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度使Lv輸出1kHz左右，幅度調節(jié)到10Vpp （交流電橋的激勵電壓）。（2）用示波器監(jiān)測相敏檢波器的輸出(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)，用手按下振動平臺的同時（振動梁受力變形、應變片也受到應力作用）仔細調節(jié)移相器旋鈕，使示波器顯示的波形為一個全波整流波形。（3）松手，仔細調節(jié)應變傳感器實驗模板的RW1和RW2(交替調節(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。調節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率(8Hz左右)旋鈕，使振動平臺振動較為明顯。拆除示波器的CH1通道，用示波器CH2(示波器設置：觸發(fā)源選擇內觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV 在50mS～20mS范圍內選擇、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畫出實驗曲線，從實驗數(shù)據(jù)得振動梁的諧振頻率為 。實驗完畢，關閉電源。表8應變交流全橋振動測量實驗數(shù)據(jù)f(Hz) Vo(pp) 實驗九 壓阻式壓力傳感器測量壓力特性實驗一、實驗目的：了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和標定方法。二、基本原理：擴散硅壓阻式壓力傳感器的工作機理是半導體應變片的壓阻效應，在半導體受力變形時會暫時改變晶體結構的對稱性，因而改變了半導體的導電機理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導體的壓阻效應 。一般半導體應變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴散出多個半導體電阻應變薄膜（擴散出P型或N型電阻條）組成電橋。在壓力（壓強）作用下彈性元件產生應力，半導體電阻應變薄膜的電阻率產生很大變化，引起電阻的變化，經電橋轉換成電壓輸出，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量實驗原理圖。圖9—1 壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理三、需用器件與單元：主機箱中的氣壓表、氣源接口、電壓表、直流穩(wěn)壓電源177。15V、177。2V～177。10V（步進可調）；壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實驗模板、引壓膠管。四、實驗步驟：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驗模板的傳感器支架上；引壓膠管一端插入主機箱面板上的氣源的快速接口中（注意管子拆卸時請用雙指按住氣源快速接口邊緣往內壓，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壓實驗安裝、接線示意圖將主機箱中電壓表量程切換開關切到2V檔；可調電源177。2V～177。10V調節(jié)到177。4V檔。實驗模板上RW1用于調節(jié)放大器增益、RW2用于調零，將RW1調節(jié)到的1／3位置(即逆時針旋到底再順時針旋3圈)。合上主機箱電源開關，仔細調節(jié)RW2使主機箱電壓表顯示為零。合上主機箱上的氣源開關，啟動壓縮泵，逆時針旋轉轉子流量計下端調壓閥的旋鈕，此時可看到流量計中的滾珠在向上浮起懸于玻璃管中，同時觀察氣壓表和電壓表的變化。調節(jié)流量計旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。仔細地逐步調節(jié)流量計旋鈕，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壓實驗數(shù)據(jù)P(kPa)Vo(pp)畫出實驗曲線計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。如果本實驗裝置要成為一個壓力計，則必須對電路進行標定，方法采用逼近法：輸入4kPa氣壓，調節(jié)Rw2（低限調節(jié)），(有意偏小)，當輸入16kPa氣壓，調節(jié)Rw1（高限調節(jié)）(有意偏小)；再調氣壓為4kPa，調節(jié)Rw2（低限調節(jié)），(有意偏小)，調氣壓為16kPa，調節(jié)Rw1（高限調節(jié)）(有意偏小)；這個過程反復調節(jié)直到逼近自己的要求(，)即可。實驗完畢，關閉電源。*實驗十 壓阻式壓力傳感器應用—壓力計要求：利用傳感器實驗臺模擬壓力計，測量范圍為2kPa～18kPa提示：參考實驗九自己組織實驗，關鍵在于實驗電路的標定。實驗十一 差動變壓器的性能實驗一、實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動變壓器的工作原理電磁互感原理。差動變壓器的結構如圖11—1所示，由一個一次繞組1和二個二次繞組3及一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個二次繞組反向串接（＊同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當差動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為一次繞組激勵電壓；MM2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感：LR1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L2L22分別為兩個二次繞組的電感；R2R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當銜鐵處于中間位置時，兩個二次繞組互感相同，因而由一次側激勵引起的感應電動勢相同。由于兩個二次繞組反向串接，所以差動輸出電動勢為零。當銜鐵移向二次繞組L21，這時互感M1大，M2小，圖11—1差動變壓器的結構示意圖 圖11—2差動變壓器的等效電路圖因而二次繞組L21內感應電動勢大于二次繞組L22內感應電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。由圖11—2可以看出一次繞組的電流為：二次繞組的感應動勢為：由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動勢為：其有效值為：差動變壓器的輸出特性曲線如圖11—、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。E0為零點殘余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點殘余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標。為了減小零點殘余電動勢可采取以下方法：圖11—3 差動變壓器輸出特性盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。磁性材料要經過處理，消除內部的殘余應力，使其性能均勻穩(wěn)定。選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。 采用補償線路減小零點殘余電動勢。圖11—4是其中典型的幾種減小零點殘余電動勢的補償電路。在差動變壓器的線圈中串、并適當數(shù)值的電阻電容元件，當調整WW2時，可使零點殘余電動勢減小。(a) (b) (c)圖11—4 減小零點殘余電動勢電路三、需用器件與單元：主機箱中的177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動變壓器、差動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：附：測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖11—5測微頭讀數(shù)圖圖11—5測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成： 測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm／格)，另一排是半毫米刻線(／格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(／格)。用手旋轉微分筒或微調鈕時，測桿就沿軸線方向進退。微分筒每轉過1格，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準微分筒上的數(shù)值、可以估讀1／10分度，；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應看微分筒的示值是否過零，如圖11—；如圖11—5丙未過零，則不應讀為2mm。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉動微分筒到10mm處(為了保留測桿軸向前、后位移的余量)，再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動測微頭的安裝套(測微頭整體移動)使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置(視具體實驗而定)時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當轉動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。差動變壓器、測微頭及實驗模板按圖11—6示意安裝、接線。實驗模板中的L1為差動變壓器的初級線圈，LL3為次級線圈，＊號為同名端；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主機箱電源開關，調節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz～5kHz、幅度為峰峰值Vpp＝2V作為差動變壓器初級線圈的激勵電壓(示波器設置提示：觸發(fā)源選擇內觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。S范圍內選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。垂直