【正文】 圖19—1開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速原理框圖三、需用器件與單元：主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0～24V直流穩(wěn)壓電源、+5V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、頻率\轉(zhuǎn)速表；霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動源。開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的原理框圖19—1所示。五、思考題：根據(jù)對實驗曲線的分析再與實驗十七比較，線性霍爾傳感器測靜態(tài)位移時采用什么激勵電源為好（直流或交流）？實驗十九 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗一、實驗?zāi)康模毫私忾_關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。2mm)時的靈敏度和非線性誤差。、177。以后，反方向(逆時針方向) 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒()，每隔△X=(總位移可取3～4mm)從電壓表上讀出輸出電壓Vo值，將讀數(shù)填入表18(這樣可以消除測微頭的機械回差)。再仔細交替地調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系碾娢黄鱎WRW2使示波器CH2顯示相敏檢波器輸出波形基本上趨為一直線并且電壓表顯示為零（示波器與電壓表二者兼顧，但以電壓表顯示零為準）。順著傳感器的位移方向移動測微頭的安裝套（左、右方向都可以），使傳感器的PCB板（霍爾元件）明顯偏離兩園形磁鋼的中點位置(目測)時，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在50mV～1V范圍內(nèi)選擇監(jiān)測）。按圖18—2示意圖安裝、接線，將主機箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)。關(guān)閉電源。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形。當(dāng)CHCH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。四、實驗步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：將主機箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。三、需用器件與單元：主機箱中的177。實驗十八 線性霍爾傳感器交流激勵時的位移性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私饨涣骷顣r霍爾式傳感器的特性。2mm)時的靈敏度和非線性誤差。、177。以后，反方向(逆時針方向) 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒()，每隔△X=(總位移可取3～4mm)從電壓表上讀出輸出電壓Vo值，將讀數(shù)填入表17(這樣可以消除測微頭的機械回差)。再調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示０。4V檔。2V～177。四、實驗步驟：調(diào)節(jié)測微頭的微分筒()，使微分筒的0刻度線對準軸套的10mm 刻度線。10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。三、需用器件與單元：主機箱中的177。涂黑二端是電源輸入激勵端，另外二端是輸出端。V與X有一一對應(yīng)的特性關(guān)系。將磁場強度相同的兩塊永久磁鋼同極性相對放置著，線性霍爾元件置于兩塊磁鋼間的中點，其磁感應(yīng)強度為0，(a)工作原理 (b)實驗電路原理圖17—2霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個位置為位移的零點，即X＝0，因磁感應(yīng)強度B＝0，故輸出電壓UH＝0。 本實驗采用的霍爾式位移（小位移1mm～2mm）傳感器是由線性霍爾元件、永久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機械振動等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量。 霍爾傳感器有霍爾元件和集成霍爾傳感器兩種類型。具有上述霍爾效應(yīng)的元件稱為霍爾元件，霍爾元件大多采用N型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度ｎ很高，因此RH很小，使輸出UH極小，不宜作霍爾元件），厚度d只有1181。如圖17—1（帶正電的載流子）所示，把一塊寬為b，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I ，此時在板圖17—1霍爾效應(yīng)原理的橫向兩側(cè)面,之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來解釋），所產(chǎn)生的電勢差UH稱霍爾電壓。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體）轉(zhuǎn)換成電動勢輸出。實驗十七 線性霍爾傳感器位移特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。表16 電容傳感器位移實驗數(shù)據(jù)X (mm) V(mV)根據(jù)表16數(shù)據(jù)作出△X—V實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S=△V／△X和非線性誤差δ及測量范圍。將主機箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)，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)6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。四、實驗步驟：按圖16—4示意安裝、接線。 電容式位移傳感器實驗原理方塊圖如圖16—3圖16—3電容式位移傳感器實驗方塊圖三、需用器件與單元：主機箱177。由（16—4）式可看出：f、△E一定時，輸出平均電流i與△CX成正比，此輸出平均電流i經(jīng)電路中的電感L電容C5濾波變?yōu)橹绷鱅輸出，再經(jīng)Rw轉(zhuǎn)換成電壓輸出Vo1＝I Rw。在一個充放電周期內(nèi)（Ｔ＝t1＋t2），由c點到ａ點的電荷量為：Ｑ＝Q2Q1＝(CX1CX2)(E2E1)＝△CX △E （16—3）式中：CX1與CX2的變化趨勢是相反的（傳感器的結(jié)構(gòu)決定的，是差動式）。在t2放電時間內(nèi)由c點到ａ點的電荷量為：Q2＝CX1(E2E1) （16—2）當(dāng)然，（16—1）式和（16—2）式是在C4電容值遠遠大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。在t1充電時間內(nèi)，由ａ到c點的電荷量為：Q1＝CX2(E2E1) （16—1） 當(dāng)高頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平E1時，電容CX1和CX2均放電。充電電荷一路由ａ點經(jīng)D3到b點，再對CX1充電到O點(地)；另一路由由ａ點經(jīng)C4到c點，再經(jīng)D5到d點對CX2充電到O點。圖16—2 二極管環(huán)形充放電電路在圖16—2中，環(huán)形充放電電路由DDDD6二極管、C4電容、L1電感和CXCX2（實驗差動電容位移傳感器）組成。 圖16—1 實驗電容傳感器結(jié)構(gòu) 測量電路(電容變換器)：測量電路畫在實驗?zāi)０宓拿姘迳?。設(shè)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)。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。電容傳感器極板形狀分成平板、圓板形和圓柱(圓筒)形，雖還有球面形和鋸齒形等其它的形狀，但一般很少用。電容傳感器的輸出是電容的變化量。實驗十六 電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。定性地作出相敏檢波器的輸入、輸出及低通濾波器的輸出波形。（5）調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率（8Hz左右）旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。（3）手離開振動臺，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。 圖15 差動變壓器振動測量安裝、接線圖將音頻振蕩器和低頻振蕩器的幅度電位器逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底（幅度最?。?，按圖15接線，并調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(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4kHz～5kHz左右、Vopp=2V。將差動變壓器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，再安裝到振動源的升降桿上，如圖15所示。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器；差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０濉⒁葡嗥?相敏檢波器/濾波器模板；振動源、雙蹤示波器。2V～177。二、基本原理：由實驗十一（差動變壓器性能實驗）基本原理可知，當(dāng)差動變壓器的銜鐵連接桿與被測體接觸連接時就能檢測到被測體的位移變化或振動。實驗完畢關(guān)閉電源開關(guān)。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔△X=，填入下表14。再慢悠悠仔細移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級線圈的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)。按圖14—3示意圖安裝、接線。關(guān)閉電源。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形。當(dāng)CHCH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH水平掃描速度TIME/DIV ～10181。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。四、實驗步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：將主機箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。圖14—1差動變壓器測位移原理框圖 三、需用器件與單元：主機箱中的177。差動變壓器在應(yīng)用時要想法消除零點殘余電動勢和死區(qū)，選用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。實驗完畢，關(guān)閉電源。圖13 零點殘余電壓補償實驗接線示意圖從示波器上觀察，（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。調(diào)整測微頭，使放大器輸出電壓（用示波器CH2通道監(jiān)測）最小。四、實驗步驟：根據(jù)圖13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?zāi)０逯械腞1 、C1 、RW1 、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。三、需用器件與單元：主機箱中的177。在實驗十一(差動變壓器的性能實驗)中已經(jīng)得到了零點殘余電壓，用差動變壓器測量位移應(yīng)用時一般要對其零點殘余電壓進行補償。實驗十三 差動變壓器零點殘余電壓補償實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩髁泓c殘余電壓概念及補償方法。表12F(kHz)12 3 4 56 7 8 9 Vp—p作出幅頻(Ｆ—Vpp)特性曲線。調(diào)節(jié)測微頭位移量△，差動變壓器有某個較大的Vpp輸出。檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)主機箱音頻振蕩器LV輸出頻率為1kHz、幅度Vpp＝2V(示波器監(jiān)測)。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?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器。二、基本原理：差動變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式： = 表示,式中Lp、Rp為初級線圈電感和損耗電阻，、ω為激勵電壓和頻率，MM2為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當(dāng)初級線圈激勵頻率太低時，若RP2＞ω2LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)ω2LP2＞＞RP2時輸出Uo與ω?zé)o關(guān)，當(dāng)然ω過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。表11 差動變壓器性能實驗數(shù)據(jù)△X(mm)Vpp(mV)五、思考題：試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？用直流電壓激勵會損壞傳感器。根據(jù)表11數(shù)據(jù)畫出X－Vpp曲線并找出差動變壓器的零點殘余電壓。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vpp(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時，擰緊緊固螺釘，再順時針方向轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒12圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和示波器CH2通道顯示的波形Vpp(峰峰值)值為實驗起點值。⑵當(dāng)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，與測微頭的起始點定在哪一根刻度線上沒有關(guān)系，只要中途測微頭微分筒不回調(diào)就不會引起機械回程誤差。這時可假設(shè)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，每隔△X=(可取30點值)從示波器上讀出輸出電壓Vpp值，填入下表4，再將測位頭位移退回到Vpp最小處開始反方向(也取30點值)做相同的位移實驗。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vpp(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時，擰緊緊固螺釘。圖11—6差動變壓器性能實驗安裝、接線示意圖差動變壓器的性能實驗：使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機械回程差，為消除這種機械回差可用如下a、b兩種方法實驗，建議用b方法可以檢測到差動變壓器零點殘余電壓附近的死區(qū)范圍。S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。實驗?zāi)０逯械腖1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。當(dāng)轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，這也叫測微頭的分度值。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)。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?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器。(a) (b) (c)圖11—4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。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。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。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。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。由圖11—2可以看出一次繞組的電流為：二次繞組的感應(yīng)動勢為：同樣道理，當(dāng)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。當(dāng)銜