【正文】 pp(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(shí)，擰緊緊固螺釘，再順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭的微分筒12圈，記錄此時(shí)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(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。根據(jù)表11數(shù)據(jù)畫出X－Vpp曲線并找出差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。表11 差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)△X(mm)Vpp(mV)五、思考題：試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？用直流電壓激勵(lì)會(huì)損壞傳感器。二、基本原理：差動(dòng)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(lì)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(lì)頻率太低時(shí)，若RP2＞ω2LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動(dòng)影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)ω2LP2＞＞RP2時(shí)輸出Uo與ω?zé)o關(guān)，當(dāng)然ω過高會(huì)使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、雙蹤示波器。檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為1kHz、幅度Vpp＝2V(示波器監(jiān)測)。調(diào)節(jié)測微頭位移量△，差動(dòng)變壓器有某個(gè)較大的Vpp輸出。表12F(kHz)12 3 4 56 7 8 9 Vp—p作出幅頻(Ｆ—Vpp)特性曲線。實(shí)驗(yàn)十三 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓概念及補(bǔ)償方法。在實(shí)驗(yàn)十一(差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中已經(jīng)得到了零點(diǎn)殘余電壓，用差動(dòng)變壓器測量位移應(yīng)用時(shí)一般要對其零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行補(bǔ)償。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)圖13接線，差動(dòng)變壓器原邊激勵(lì)電壓從音頻振蕩器的LV插口引入，實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1 、C1 、RW1 、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。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。圖13 零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線示意圖從示波器上觀察，（注：這時(shí)的零點(diǎn)殘余電壓是經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓，所以經(jīng)補(bǔ)償后的零點(diǎn)殘余電壓：V零點(diǎn)pp= ，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。差動(dòng)變壓器在應(yīng)用時(shí)要想法消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)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(dòng)（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖14—1差動(dòng)變壓器測位移原理框圖 三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。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。當(dāng)CHCH2輸入對地短接時(shí)移動(dòng)光跡線居中后再去測量波形。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。關(guān)閉電源。按圖14—3示意圖安裝、接線。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。再慢悠悠仔細(xì)移動(dòng)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(diǎn)位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔△X=，填入下表14。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源開關(guān)。二、基本原理：由實(shí)驗(yàn)十一（差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)）基本原理可知，當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵連接桿與被測體接觸連接時(shí)就能檢測到被測體的位移變化或振動(dòng)。2V～177。15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒁葡嗥?相敏檢波器/濾波器模板；振動(dòng)源、雙蹤示波器。將差動(dòng)變壓器卡在傳感器安裝支架的U型槽上并擰緊差動(dòng)變壓器的夾緊螺母，再安裝到振動(dòng)源的升降桿上，如圖15所示。 圖15 差動(dòng)變壓器振動(dòng)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(shí)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(jī)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。（3）手離開振動(dòng)臺(tái)，調(diào)節(jié)升降桿(松開鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)升降桿的銅套)的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（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(dòng)平臺(tái)振蕩較為明顯。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。實(shí)驗(yàn)十六 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。電容傳感器的輸出是電容的變化量。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。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。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)。 圖16—1 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)０宓拿姘迳?。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(shí)驗(yàn)差動(dòng)電容位移傳感器）組成。充電電荷一路由ａ點(diǎn)經(jīng)D3到b點(diǎn)，再對CX1充電到O點(diǎn)(地)；另一路由由ａ點(diǎn)經(jīng)C4到c點(diǎn)，再經(jīng)D5到d點(diǎn)對CX2充電到O點(diǎn)。在t1充電時(shí)間內(nèi)，由ａ到c點(diǎn)的電荷量為：Q1＝CX2(E2E1) （16—1） 當(dāng)高頻激勵(lì)電壓由高電平E2返回到低電平E1時(shí)，電容CX1和CX2均放電。在t2放電時(shí)間內(nèi)由c點(diǎn)到ａ點(diǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。在一個(gè)充放電周期內(nèi)（Ｔ＝t1＋t2），由c點(diǎn)到ａ點(diǎn)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(dòng)式）。由（16—4）式可看出：f、△E一定時(shí)，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。 電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)原理方塊圖如圖16—3圖16—3電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)方塊圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：按圖16—4示意安裝、接線。將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示0V ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭(同一個(gè)方向)6圈，記錄此時(shí)的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。表16 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X (mm) V(mV)根據(jù)表16數(shù)據(jù)作出△X—V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和非線性誤差δ及測量范圍。實(shí)驗(yàn)十七 線性霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體）轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢輸出。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(qiáng)度為B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I ，此時(shí)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。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。 霍爾傳感器有霍爾元件和集成霍爾傳感器兩種類型。 本實(shí)驗(yàn)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(jī)械振動(dòng)等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量。將磁場強(qiáng)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(diǎn)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為0，(a)工作原理 (b)實(shí)驗(yàn)電路原理圖17—2霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個(gè)位置為位移的零點(diǎn)，即X＝0，因磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0，故輸出電壓UH＝0。V與X有一一對應(yīng)的特性關(guān)系。涂黑二端是電源輸入激勵(lì)端，另外二端是輸出端。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：調(diào)節(jié)測微頭的微分筒()，使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。2V～177。4V檔。再調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示０。以后，反方向(逆時(shí)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(jī)械回差)。、177。2mm)時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)十八 線性霍爾傳感器交流激勵(lì)時(shí)的位移性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣骷?lì)時(shí)霍爾式傳感器的特性。三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的177。10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、177。四、實(shí)驗(yàn)步驟：相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將177。10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到177。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。當(dāng)CHCH2輸入對地短接時(shí)移動(dòng)光跡線居中后再去測量波形。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。關(guān)閉電源。按圖18—2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，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。順著傳感器的位移方向移動(dòng)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(diǎn)位置(目測)時(shí)，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）。再仔細(xì)交替地調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?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(zhǔn)）。以后，反方向(逆時(shí)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(jī)械回差)。、177。2mm)時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、思考題：根據(jù)對實(shí)驗(yàn)曲線的分析再與實(shí)驗(yàn)十七比較，線性霍爾傳感器測靜態(tài)位移時(shí)采用什么激勵(lì)電源為好（直流或交流）？實(shí)驗(yàn)十九 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾_關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的原理框圖19—1所示。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(jī)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(dòng)源。將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源0～24V旋鈕調(diào)到最小(逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到底)后接入電壓表(電壓表量程切換開關(guān)打到20V檔)；其它接線按圖19—2所示連接（注意霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的三根引線的序號）；將頻頻\轉(zhuǎn)速表的開關(guān)按到轉(zhuǎn)速檔。圖19—2 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖從2V開始記錄每增加1V相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)(待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù))；畫出電機(jī)的Vｎ(電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系)特性曲線。五、思考題：利用開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速時(shí)被測對象要滿足什么條件？實(shí)驗(yàn)二十 磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獯烹娛綔y量轉(zhuǎn)速的原理。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一個(gè)匝數(shù)為Ｎ的線圈在磁場中切割磁力線時(shí)，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生出感應(yīng)電勢，線圈中感應(yīng)電勢： 。當(dāng)傳感器的線圈匝數(shù)和永久磁鋼選定(即磁場強(qiáng)度已定)后，使穿過線圈的磁通發(fā)生變化的方法通常有兩種：一種是讓線圈和磁力線作相對運(yùn)動(dòng)，即利用線圈切割磁力線而使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢；另一種則是把線圈和磁鋼部固定，靠銜鐵運(yùn)動(dòng)來改變磁路中的磁阻，從而改變通過線圈的磁通。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用動(dòng)磁式磁電傳感器，實(shí)驗(yàn)原理框圖如圖20—1所示。圖20—1磁電傳感器測轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)原理框圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0～24V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、頻頻\轉(zhuǎn)速表；磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。如何創(chuàng)造條件保證磁電式轉(zhuǎn)速傳感器正常測轉(zhuǎn)速？能說明理由嗎？實(shí)驗(yàn)二十一 壓電式傳感器測振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯脑砗蜏y量振動(dòng)的方法。壓電式傳感器可以對各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖擊和振動(dòng)進(jìn)行測量，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。壓電效應(yīng)：具有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料，常見的壓電材料有兩類壓電單晶體，如石英、酒石酸鉀鈉等；人工多晶體壓電陶瓷，如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等。當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回復(fù)到原不帶電狀態(tài)，當(dāng)作用力的方向改變后電荷的極性也隨之改變，如圖21—1 (a) 、(b) 、(c)所示。(a) (b) (c)圖21—1 壓電效應(yīng)壓電晶片及其等效電路多晶體壓電陶瓷的靈敏度比壓電單晶體要高很多，壓電傳感器的壓電元件是在兩個(gè)工作面上蒸鍍有金屬膜的壓電晶片，金屬膜構(gòu)成兩個(gè)電極，如圖21—2(a)所示。這種情況和電容器十分相似，所不同的是晶片表面上的電荷會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸漏掉，因?yàn)閴弘娋牧系慕^緣電阻(也稱漏電阻)雖然很大，但畢竟不是無窮大，從信號變換角度來看，壓電元件相當(dāng)于一個(gè)電荷發(fā)生