【正文】 從結(jié)構(gòu)上看，它又。當(dāng)壓電晶片受到力的作用時(shí)，便有電荷聚集在兩極上，一面為正電荷，一面為等量的負(fù)電荷。這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。壓電材料受到外力作用時(shí)，在發(fā)生變形的同時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生極化現(xiàn)象，它表面會(huì)產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷。二、基本原理：壓電式傳感器是一和典型的發(fā)電型傳感器，其傳感元件是壓電材料，它以壓電材料的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換機(jī)理實(shí)現(xiàn)力到電量的轉(zhuǎn)換。圖20—2 磁電轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖五、思考題：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)很低的轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)降低精度，甚至不能測(cè)量。四、實(shí)驗(yàn)步驟：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)除了傳感器不用接電源外(傳感器探頭中心與轉(zhuǎn)盤磁鋼對(duì)準(zhǔn))，其它完全與實(shí)驗(yàn)十九相同；請(qǐng)按圖20—2示意安裝、接線并按照實(shí)驗(yàn)十九中的實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤上嵌入6個(gè)磁鋼時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤每轉(zhuǎn)一周磁電傳感器感應(yīng)電勢(shì)e產(chǎn)生6次的變化，感應(yīng)電勢(shì)e通過放大、整形由頻率表顯示ｆ，轉(zhuǎn)速n=10f。因此，磁電式傳感器可分成兩大類型：動(dòng)磁式及可動(dòng)銜鐵式(即可變磁阻式)。線圈感應(yīng)電勢(shì)的大小在線圈匝數(shù)一定的情況下與穿過該線圈的磁通變化率成正比。二、基本原理：磁電傳感器是一種將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成為感應(yīng)電勢(shì)的有源傳感器，也稱為電動(dòng)式傳感器或感應(yīng)式傳感器。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12V范圍內(nèi)(電壓表監(jiān)測(cè))調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源(調(diào)節(jié)電壓改變直流電機(jī)電樞電壓)，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。四、實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)圖19—2將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為2～3ｍｍ。當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上6只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化6次，開關(guān)式霍爾傳感器就同頻率f相應(yīng)變化輸出，再經(jīng)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速n。二、基本原理：開關(guān)式霍爾傳感器是線性霍爾元件的輸出信號(hào)經(jīng)放大器放大，再經(jīng)施密特電路整形成矩形波（開關(guān)信號(hào)）輸出的傳感器。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。1mm、177。表18交流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)△X（mm）V(mV)根據(jù)表18數(shù)據(jù)作出V－X實(shí)驗(yàn)曲線，分析曲線在不同測(cè)量范圍 (177。測(cè)位移使用測(cè)微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。再仔細(xì)移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使傳感器的PCB板霍爾元件處在兩園形磁鋼的中點(diǎn)位置）并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺釘。松開測(cè)微頭安裝孔上的緊固螺釘。圖18—1相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖圖18—2 交流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒()，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。）。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。2V檔，再按圖18—1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。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；測(cè)微頭、霍爾傳感器、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒁葡嗥鳎嗝魴z波器／低通濾波器模板、雙蹤示波器。2V～177。二、基本原理：交流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器與直流激勵(lì)一樣，基本工作原理相同，不同之處是測(cè)量電路。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。1mm、177。表17 霍爾傳感器(直流激勵(lì))位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)△X（mm）V(mV)根據(jù)表17數(shù)據(jù)作出V－X實(shí)驗(yàn)曲線，分析曲線在不同測(cè)量范圍 (177。圖17—3 霍爾傳感器(直流激勵(lì))位移實(shí)驗(yàn)接線示意圖測(cè)位移使用測(cè)微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時(shí)針調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。檢查接線無誤后，開啟主機(jī)箱電源，松開安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使傳感器的PCB板（霍爾元件）處在兩園形磁鋼的中點(diǎn)位置(目測(cè))時(shí)，擰緊緊固螺釘。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到177。按圖17—3示意圖安裝、接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，177。15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、測(cè)微頭。2V～177。接線時(shí)，電源輸入激勵(lì)端與輸出端千萬不能顛倒，否則霍爾元件就損壞。＊注意：線性霍爾元件有四個(gè)引線端。當(dāng)霍爾元件沿X軸有位移時(shí)，由于B≠0，則有一電壓UH輸出，UH經(jīng)差動(dòng)放大器放大輸出為V?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯墓ぷ髟砗蛯?shí)驗(yàn)電路原理如圖17—2 (a)、(b)所示。集成霍爾傳感器是把霍爾元件、放大器等做在一個(gè)芯片上的集成電路型結(jié)構(gòu)，與霍爾元件相比，它具有微型化、靈敏度高、可靠性高、壽命長、功耗低、負(fù)載能力強(qiáng)以及使用方便等等優(yōu)點(diǎn)。m左右?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：UH＝RH＝KHIB 式中：RH＝1／(ne)是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；KH＝ RH／d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)?；魻栃?yīng)是具有載流子的半導(dǎo)體同時(shí)處在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中而產(chǎn)生電勢(shì)的一種現(xiàn)象。二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源開關(guān)。以后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即△X=(這樣轉(zhuǎn)12圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表16(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差)。圖16—4 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳３圈)。15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭。由傳感器原理已知?C與?X位移成正比，所以通過測(cè)量電路的輸出電壓Vo1就可知?X位移。設(shè)激勵(lì)電壓頻率f＝1/T，則流過ac支路輸出的平均電流i為：i＝fＱ＝f△CX △E （16—4） 式中：△E—激勵(lì)電壓幅值；△CX—傳感器的電容變化量。電容C4的充放電回路由圖16—2中實(shí)線、虛線箭頭所示。CX1經(jīng)b點(diǎn)、Dc點(diǎn)、Cａ點(diǎn)、L1放電到O點(diǎn)；CX2經(jīng)d點(diǎn)、DL1放電到O點(diǎn)。此時(shí)，D4和D6由于反偏置而截止。當(dāng)高頻激勵(lì)電壓(ｆ100kHz)輸入到ａ點(diǎn)，由低電平E1躍到高電平E2時(shí)，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2。其電路的核心部分是圖16—2的二極管環(huán)路充放電電路。圖中CC2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生?X位移時(shí)，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?X位移成正比，配上配套測(cè)量電路就能測(cè)量位移。如圖16—1所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，差動(dòng)式一般優(yōu)于單組(單邊)式的傳感器。利用電容C＝εA／d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇ε、A、d中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)干燥度（ε變）、測(cè)位移（d變）和測(cè)液位（A變）等多種電容傳感器。二、基本原理：原理簡述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主機(jī)箱電源。用示波器觀察相敏檢波器的輸入、輸出波形及低通濾波器的輸出波形 [正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV ：在50mS～20mS范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV：1V～)設(shè)置]。（4）仔細(xì)調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(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，趨于一條接近零點(diǎn)線（否則再調(diào)節(jié)RW1和RW2）。（2）用示波器CH2通道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)，用手往下按住振動(dòng)平臺(tái)（讓傳感器產(chǎn)生一個(gè)大位移）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器的移相電位器鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)接近全波整流波形。調(diào)整傳感器安裝支架使差動(dòng)變壓器的銜鐵連桿與振動(dòng)臺(tái)接觸，再調(diào)節(jié)升降桿使差動(dòng)變壓器銜鐵大約處于L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置。四、實(shí)驗(yàn)步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：參見實(shí)驗(yàn)十四中的步驟1及圖14—2。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。五、思考題：差動(dòng)變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點(diǎn)殘余電壓和死區(qū)？從實(shí)驗(yàn)曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎? 實(shí)驗(yàn)十五 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用—振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)的方法。表14 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)……0……V(mV)0根據(jù)表14數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=△V／△X與線性度及測(cè)量范圍。調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞WRW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。順著差動(dòng)變壓器銜鐵的位移方向移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動(dòng)變壓器銜鐵明顯偏離L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置，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1V～50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測(cè)）。圖14—3差動(dòng)變壓器測(cè)位移組成、接線示意圖調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值Vpp=2V（用示波器監(jiān)測(cè)）。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。圖14—2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的10mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。）。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。2V檔，再按圖14—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=5kHz，峰峰值Vpp=5V（用示波器測(cè)量。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹粶y(cè)微頭、雙蹤示波器。2V～177。圖14—1是差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖。實(shí)驗(yàn)十四 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器測(cè)位移時(shí)的應(yīng)用方法二、基本原理：差動(dòng)變壓器的工作原理參閱實(shí)驗(yàn)十一（差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)）。）差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值（峰峰值）與實(shí)驗(yàn)十一(差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中的零點(diǎn)殘余電壓比較是否小很多。依次交替調(diào)節(jié)RWRW2，使放大器輸出電壓進(jìn)一步降至最小。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為4kHz～5kHz左右、幅值為2V峰峰值的激勵(lì)電壓。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；測(cè)微頭、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、雙蹤示波器(自備)。本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)十一基本原理中(（c）補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電壓。二、基本原理：由于差動(dòng)變壓器次級(jí)兩線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，初級(jí)線圈的縱向排列的不均勻性，鐵芯B－H特性的非線性等，造成鐵芯(銜鐵) 無論處于線圈的什么位置其輸出電壓并不為零，其最小輸出值稱為零點(diǎn)殘余電壓。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。在保持位移量不變的情況下改變激勵(lì)電壓(音頻振蕩器)的頻率從1kHZ～9kHZ(激勵(lì)電壓幅值2V不變)時(shí)差動(dòng)變壓器的相應(yīng)輸出的Vpp值填入表12。 調(diào)節(jié)測(cè)微頭微分筒使差動(dòng)變壓器的鐵芯處于線圈中心位置即輸出信號(hào)最小時(shí)(示波器監(jiān)測(cè)Vpp最小時(shí))的位置。四、實(shí)驗(yàn)步驟：差動(dòng)變壓器及測(cè)微頭的安裝、接線同實(shí)驗(yàn)十一，參見圖11—6。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。為什么？如何理解差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓？用什么方法可以減小零點(diǎn)殘余電壓？實(shí)驗(yàn)十二 激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器特性的影響一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬跫?jí)線圈激勵(lì)頻率對(duì)差動(dòng)變壓器輸出性能的影響。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。以后，反方向(逆時(shí)針方向) 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔△X=(可取60～70點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vpp值，填入表11(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的機(jī)械回差)。*b、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒()，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。在實(shí)驗(yàn)過程中請(qǐng)注意：⑴從Vpp最小處決定位移方向后，測(cè)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(cè)微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差；所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點(diǎn)粗大誤差繼續(xù)做下一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)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(diǎn)殘余電壓)并定為位移的相對(duì)零點(diǎn)。a、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒()，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。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、CH1靈敏度VOLTS/～1V范圍內(nèi)選擇、CH2靈敏度VOLTS/～50mV范圍內(nèi)選擇)。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz～5kHz、幅度為峰峰值Vpp＝2V作為差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓(示波器設(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。差動(dòng)變壓器、測(cè)微頭及實(shí)驗(yàn)?zāi)０灏磮D11—6示意安裝、接線。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10mm處(為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量)，再將測(cè)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(dòng)測(cè)微頭的安裝套(測(cè)微頭整體移動(dòng))使測(cè)桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置(視具體實(shí)驗(yàn)而定)時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。測(cè)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(duì)準(zhǔn)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