1、JZY-型檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實驗箱實驗指導(dǎo)書山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機電學(xué)院實驗一 電阻式傳感器的全橋性能實驗一、實驗?zāi)康?、了解電阻應(yīng)變式傳感器的基本結(jié)構(gòu)與使用方法。2、掌握電阻應(yīng)變式傳感器放大電路的調(diào)試方法。3、掌握全橋電路的工作原理和性能。二、實驗所用單元電阻應(yīng)變式傳感器、調(diào)零電橋、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路將四個應(yīng)變片電阻分別接入電橋的四個橋臂，兩相鄰的應(yīng)變片電阻的受力方向不同，組成全橋形式的測量電路，轉(zhuǎn)換電路的輸出靈敏度進一步提高，非線性得到改善。實驗電路圖見圖1-1，全橋的輸出電壓UO4EK四、實驗步驟1、固定好位移臺架，將電阻應(yīng)變式傳感器置于位移臺架上，

2、調(diào)節(jié)測微器使其指示15mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處，旋轉(zhuǎn)測微器測桿使其與電阻應(yīng)變式傳感器的測桿適度旋緊，然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母使電阻式應(yīng)變傳感器上的兩個懸梁處于水平狀態(tài)，兩個滾花螺母固定在開口處上下兩側(cè)。2、將放大器放大倍數(shù)電位器RP1旋鈕（實驗臺為增益旋鈕）逆時針旋到終端位置。3、用導(dǎo)線將差動放大器的正負輸入端連接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表的輸入端；將電壓量程撥到20V檔；接通電源開關(guān)，旋動放大器的調(diào)零電位器RP2旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后換到2V量程，旋動調(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓表指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié)，根據(jù)實驗適當(dāng)調(diào)節(jié)增益電位器RP1。4、按圖1

3、-1接線，將四個應(yīng)變片接入電橋中，注意相鄰橋臂的應(yīng)變片電阻受力方向必須相反。圖1-1 電阻式傳感器全橋?qū)嶒炿娐?、調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使數(shù)字電壓表指示接近零，然后旋動測微器使表頭指示為零，此時測微器的讀數(shù)視為系統(tǒng)零位。分別上旋和下旋測微器，每次0.4mm，上下各2mm，將位移量X和對應(yīng)的輸出電壓值UO記入下表中。表 1-1X(mm)0UO(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表1-1，畫出輸入/輸出特性曲線，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、全橋測量時，四個應(yīng)變片電阻是否必須全部一樣？實驗二 變面積式電容傳感器特性實驗一、實驗?zāi)康?、了解變面積式電容傳感器的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握變面積式電容及二極管環(huán)形電橋

4、的工作原理。3、掌握變面積式電容傳感器的調(diào)試方法。二、實驗所用單元電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路1、實驗電路框圖如圖2-1所示。電容的變化通過電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過差動放大器放大后，用數(shù)字電壓表顯示出來。圖2-1 電容式傳感器實驗電路框圖2、圖2-1中的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖2-2所示。圖中的信號發(fā)生器用于產(chǎn)生方波信號。電容轉(zhuǎn)換由二極管環(huán)形電橋完成，二極管環(huán)電橋工作原理如圖2-3所示。固定頻率的方波脈沖由A點輸入，在方波的上升沿，C0被充電，充電途徑是VD3C0；與此同時，Cx1也被充電，其充電途徑是C9VD5C

5、x1。在方波的下降沿，C0和Cx1都放電，C0的放電途徑是C0VD4C9；Cx1的放電途徑是Cx1VD6。由于C9在一個周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為：IUfVPCx1和IDfVPC0，式中f是脈沖頻率，VP為方波峰值電壓，因此AB間的平均電流IIDIUfVP(C0-Cx1)。從該式中可以看出電容的變化與AB間的電路成正比。在圖2-2中，增加了L1、L2、C10和R6。L1和L2對高頻方波的阻抗很大，而直流電阻很小，與R6一起形成了AB間的直流通路，使充放電流的直流分量得以通過。C10用作濾波。這樣在R6兩端就有與電容變化量成正比的直流電壓輸出。 圖2-2 電容轉(zhuǎn)換電路原理圖圖2-3 二極管

6、環(huán)形電橋原理圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架，將電容式傳感器置于位移臺架上，調(diào)節(jié)測微器使其指示12mm左右。將測微器裝入位移臺架上部的開口處，再將測微器測桿與電容式傳感器動極旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母，使電容式傳感器的動極上表面與靜極上表面基本平齊，且靜極能上下輕松滑動，這時將兩個滾花螺母旋緊。2、差動放大器調(diào)零（參見實驗一）。3、按圖2-2接線，將可變電容Cx1與固定電容C0接到實驗板上，位移臺架的接地孔與轉(zhuǎn)換電路板的地線相連。4、接通電源，調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓UO接近零，并以此為系統(tǒng)零位，分別上旋和下旋測微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，將位移量X與對應(yīng)的輸出電壓UO記入下表中。表

7、2-1X(mm)0UO(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表2-1，畫出輸入/輸出特性曲線，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、本實驗的靈敏度和線性度取決于哪些因素？實驗三 差動式電容傳感器特性實驗一、實驗?zāi)康?、了解差動式電容傳感器的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握差動式電容傳感器的調(diào)試方法。二、實驗所用單元電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路實驗電路框圖如圖3-1所示。與實驗七不同之處在于接入電容轉(zhuǎn)換電路的兩個電容都為可變電容，當(dāng)電容傳感器的動極移動時，兩個電容的電容量都發(fā)生變化，但變化方向相反，這樣就構(gòu)成差動式的電容傳感器。圖3-1 電容式傳感

8、器實驗電路框圖四、實驗步驟按照實驗二的步驟進行實驗，注意接入電路板的兩個電容為Cx1和Cx2。將實驗結(jié)果記入下表中。表 3-1X(mm)0UO(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表3-1，畫出輸入/輸出特性曲線，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、試比較差動式和變面積式兩種電容傳感器的優(yōu)劣。實驗四 差動變壓器的特性實驗一、實驗?zāi)康?、了解差動變壓器的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握差動變壓器及整流電路的工作原理。3、掌握差動變壓器的調(diào)試方法。二、實驗所用單元電感式傳感器、電感式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路1、差動變壓器由一個初級線圈和兩個次級線圈及一個鐵芯組成，

9、當(dāng)鐵芯移動時，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化使次級線圈的感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一個次級線圈的感應(yīng)電勢增加，另一個則減少，將兩個次級線圈反向串接，就可以引出差值輸出，其輸出電勢反映出鐵芯的位移量。2、差動變壓器實驗電路圖如圖4-1所示。圖4-1 差動變壓器實驗電路圖傳感器的兩個次級線圈(N2、N3)電壓分別經(jīng)UR1、UR2兩組橋式整流電路變換為直流電壓，然后相減，經(jīng)過差動放大器放大后，由電壓表顯示出來。R1、R2為兩橋臂電阻，RP1為調(diào)零電位器，R3、R4、C1組成濾波電路，R5為負載電阻，采用這種差動整流電路可以減少零點殘余電壓。四、實驗步驟1、固定好位移臺架，將電感式傳感器置于位移臺架

10、上。調(diào)節(jié)測微器使其指示12mm左右，將測微器裝入臺架上部的開口處，再將測微器的測桿與電感式傳感器的可動鐵芯旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個滾花螺母，使鐵芯離開底面10mm，注意要使鐵芯能在傳感器中輕松滑動，再將兩個滾花螺母旋緊。2、差動放大器調(diào)零（參見實驗一）。3、按圖4-1將信號源的兩輸出端A、B接到傳感器的初級線圈N1上，傳感器次級線圈N2、N3分別接到轉(zhuǎn)換電路板的C、D與H、I上，并將F與L用導(dǎo)線連接，將差動放大器與數(shù)字電壓表連接好。這樣構(gòu)成差動變壓器實驗電路。4、接通電源，調(diào)節(jié)信號源輸出幅度電位器RP2到較大位置，平衡電位器RP1處于中間位置，調(diào)節(jié)測微器使輸出電壓接近零，然后上移或下移測微器1mm，

11、調(diào)節(jié)差動放大器增益使輸出電壓的值為300mV左右，再回調(diào)測微器使輸出電壓為0mV。此為系統(tǒng)零位，分別上旋和下旋測微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，將位移量X和對應(yīng)的輸出電壓UO記入下表。表 4-1X(mm)0UO(mV)0五、實驗報告1、根據(jù)表4-1，畫出輸入/輸出特性曲線，并且計算靈敏度和非線性誤差。2、分析為什么采用差動整流電路可以減少零點殘余電壓？實驗五 光電式傳感器的轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗?zāi)康?、了解光電式傳感器的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握光電式傳感器及其轉(zhuǎn)換電路的工作原理。3、掌握差動變壓器的調(diào)試方法。二、實驗所用單元光電式傳感器、光電式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺

12、架。三、實驗原理及電路1、光斷續(xù)器原理如圖5-1所示，一個開口的光耦合器，當(dāng)開口處被遮住時，光敏三極管接收不到發(fā)光二極管的光信號，輸出電壓為0，否則有電壓輸出。 圖5-1 光斷續(xù)器示意圖 圖5-2 測速裝置示意圖2、圖5-2為測速裝置示意圖，其中微型電動機帶動轉(zhuǎn)盤在兩個成90度的光繼續(xù)器的開口中轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤上一半為黑色，另一半透明，轉(zhuǎn)動時，兩個光繼續(xù)器將輸出不同相位的方波信號，這兩個方波信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路中的四個運放器，可輸出相位差分別為0、90、180、270的方波信號，它們的頻率都是相同的，其中任意一個方波信號均可輸出至頻率表顯示頻率。方波信號經(jīng)整形電路后可轉(zhuǎn)換為電壓信號進行顯示。原理如圖5-

13、3所示。3、微型電動機的轉(zhuǎn)速可調(diào)，電路圖如圖5-4所示，調(diào)節(jié)電位器RP可輸出012V的直流電壓。圖5-3 光電傳感器實驗原理圖圖5-4 電機調(diào)速電路圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架，將光電式傳感器置于位移臺架上，將傳感器上的A、B點與轉(zhuǎn)換電路板上的A、B點相連；轉(zhuǎn)換電路板上的012V輸出接到傳感器和數(shù)字電壓表上；0輸出端接至頻率表。2、接通電源，調(diào)節(jié)電位器RP使輸出電壓從最小逐漸增加到最大，觀察數(shù)字電壓表上顯示的電壓以及頻率表上顯示的頻率的變化情況。五、實驗報告怎樣根據(jù)顯示的頻率換算出電動機的轉(zhuǎn)速？實驗六 接近式霍爾傳感器實驗一、實驗?zāi)康?、掌握開關(guān)型集成霍爾傳感器及其轉(zhuǎn)換電路的工作原理。2、

14、了解利用開關(guān)型集成霍爾傳感器制作接近開關(guān)的方法。二、實驗所用單元霍爾傳感器、霍爾式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、霍爾電路配套磁鋼和鐵片、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路1、實驗電路如圖6-1所示。電路主要由三部分組成，第一部分是霍爾集成電路，第二部分是觸發(fā)器，第三部分是兩個非門。當(dāng)發(fā)光二極管亮?xí)r，表示有輸出信號。圖6-1 霍爾傳感器實驗原理圖2、對于普通的霍爾接近開關(guān)，當(dāng)磁體靠近時輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，磁體離開后狀態(tài)立即復(fù)原。而對于鎖存開關(guān)，因為增加了數(shù)據(jù)鎖存器，輸出狀態(tài)可以保持，直到有復(fù)位信號或磁體再次觸發(fā)接近開關(guān)，開關(guān)的狀態(tài)才會恢復(fù)。四、實驗步驟1、按照圖6-1接線。2、普通接近開關(guān)實驗

15、(1) 將S1斷開，霍爾集成電路、R1與VD1構(gòu)成普通接近開關(guān)，用磁鋼的S極接近霍爾集成電路的有字面，VD1亮，磁鋼遠離有字面，VD1滅。如果用磁鋼的N極去觸發(fā)霍爾集成電路，VD1不亮，說明霍爾集成電路要求磁路系統(tǒng)有方向性。(2) 將磁鋼吸附于裝在測微器測桿頂端的鐵片上，S面向下，正對霍爾集成電路。下旋測微器，使磁鋼慢慢接近霍爾電路，當(dāng)VD1亮?xí)r，讀出測微器數(shù)值X和輸出電壓UO，填入下表中；然后再上旋測微器，使磁鋼慢慢遠離霍爾電路，直到VD1滅，再讀出此時的X和UO，填入下表中，共測5組，分析傳感器的復(fù)現(xiàn)性。表 6-1VD1亮滅亮滅亮滅亮滅亮滅X(mm)UO(V)3、鎖存式接近開關(guān)實驗將S1接

16、通，S2斷開（S2用于提供復(fù)位信號），整個系統(tǒng)即構(gòu)成鎖存開關(guān)。先將S2接通，再斷開，使觸發(fā)器復(fù)位，用磁鋼接近霍爾電路，觀察VD1和VD2的亮滅情況，再使磁鋼離開霍爾電路，觀察VD1和VD2的亮滅情況，了解鎖存開關(guān)是怎樣鎖住狀態(tài)的。五、實驗報告1、對于霍爾集成電路，是磁鋼接近時觸發(fā)還是遠離時觸發(fā)？2、根據(jù)表6-1中的一組數(shù)據(jù)，畫出霍爾集成電路的輸入/輸出特性曲線，并說明這種曲線表示了開關(guān)型霍爾傳感器的什么特性，該特性具有什么優(yōu)點？3、鎖存開關(guān)與普通接近開關(guān)相比有什么優(yōu)缺點？實驗七 渦流傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康?、了解渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)。2、掌握渦流式傳感器的工作原理及性能。二、實驗所

17、用單元渦流式傳感器和鐵片、渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、位移臺架。三、實驗原理及電路通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，引起線圈的電感發(fā)生變化。而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進行位移測量。實驗電路如圖7-1所示，采用電容式三點式振蕩器，用于產(chǎn)生高頻電流，電流的大小與電感L2（即渦流感應(yīng)頭中的線圈）的大小有關(guān)，濾波后輸出直流信號。圖7-1 渦流式傳感器實驗原理圖四、實驗步驟1、將渦流式傳感器裝在位移臺架上，并與轉(zhuǎn)換電路板連接起來。2、將測微器測桿與鐵片連接在一起。3、接通電源，適當(dāng)調(diào)節(jié)測微器的高度，使鐵片與渦流感應(yīng)頭剛剛接

18、觸，記下此時測微器讀數(shù)和輸出電壓，并從此點開始向上移動鐵片，將位移量X與輸出電壓UO記入下表中。建議每隔0.2mm讀一次數(shù)值，共讀取20組數(shù)據(jù)。表 7-1X(mm)UO(V)X(mm)UO(V)五、實驗報告1、根據(jù)表7-1的數(shù)據(jù)，畫出渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線，并求出擬合曲線的方程。2、渦流式傳感器的量程與哪些因素有關(guān)？實驗八 溫度傳感器及溫度控制實驗(AD590)一、實驗?zāi)康?、熟悉半導(dǎo)體型溫度傳感器AD590的基本性能。2、應(yīng)用AD590實現(xiàn)對溫度的檢測和簡單控制。二、實驗所用單元保溫盒（內(nèi)附溫度傳感器）、溫度傳感器轉(zhuǎn)換電路板、溫度控制電路板、玻璃管水銀溫度計、直流穩(wěn)壓電源、低壓交流

19、電源、數(shù)字電壓表、位移臺架三、實驗原理及電路1、溫度傳感器電路如圖8-1所示。AD590能把溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕c絕對溫度值成正比的電流信號I0，比例因子為1A/K。通過運算放大器實現(xiàn)電流運算，在運算放大器輸出端得到與溫度成線性關(guān)系的電壓UO。通過調(diào)節(jié)電位器RP1和RP2，可以使UO在被測溫度范圍內(nèi)具有合適數(shù)值。例如被測溫度范圍為0100，則可在0時，調(diào)節(jié)RP1使UO為0V；在100時，調(diào)節(jié)RP2使UO為5V，這樣被測溫度每變化1對應(yīng)UO變化50mV。圖8-1 溫度傳感器實驗原理圖在本實驗中，由于0和100這兩個溫度不便得到，因此溫度/電壓的標定采用理論值推算的方法。在0下AD590的電流理論值為273.2A，要使輸出電壓UO為0V，則I0與I1相等：，那么100下AD590的電流理論值為373.2A，此時要使UO為5V，則：，那么2、如果將轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓連接到加熱及溫度控制電路中（圖8-2）的電壓比較器，通過繼電器控制保溫盒電熱元件的通電或斷電，這樣根據(jù)電壓比較器調(diào)溫端的基準電壓大小，就能使保溫盒內(nèi)的溫度保持在某一數(shù)值范圍內(nèi)。圖8-2 加熱及溫度控制電路圖四、實驗步驟1、固定好位移臺架，將內(nèi)裝溫度傳感器的保溫盒置于位移臺架上，將水銀溫度計插入保溫盒內(nèi)，輕靠在溫度傳感器上。2、在此實驗中，我們用輸出