1、浙大科儀簡介浙江大學儀器系（科儀系）在全國高校中最早開設“電子測量技術與儀器”專業課程，并開發出CSY傳感器系統實驗儀應用于實驗教學。杭州浙大科儀電子技術有限公司依托浙江大學電子、光電信息專業的雄厚技術實力，多年來研制了KY·CSY系列傳感器與檢測技術實驗儀器、在全國領先的激光、光電測試、光通訊實驗系統、KZSY系列自動化教學實驗儀器，已經裝備了全國1000多所高等院校的物理、機電、電子電氣、光學、光電、自動化、生物醫學工程、信息工程等專業實驗室。“浙大科儀”秉承浙江大學“求是 創新”的校風，遵循“服務教學 不斷超越”的宗旨，根據自身專業實驗課程的教學實踐，在保持自己產品專業特色的同

2、時，緊跟科學技術發展與相對應的高等院校實驗教學設備的更新，不斷開發出科技含量高、實驗內容新穎深受高等院校歡迎的實驗設備，“浙大科儀”教學儀器已經成為高教實驗設備中的品牌產品。“浙大科儀”不斷加強現代企業管理，通過GB/T19001-2000-ISO9001:2000質量體系認證，建立了現代質量管理體系和以用戶滿意為標準的售后技術服務制度，“浙大科儀”將始終伴隨中國教育事業“繼往開來、開拓創新、與時俱進、再創輝煌”！目 錄 儀器說明（儀器使用前請詳閱本章）4一實驗工作臺部分4二 信號源及儀表顯示部分5三 處理電路部分6四 數據采集及實驗軟件部分6五 各電路和傳感器性能的檢測方法9六 實驗操作須知

3、11 實驗內容（各型傳感器實驗儀按需選用）12實驗一 金屬箔式應變計單臂電橋實驗12實驗二 金屬箔式應變計三種橋路性能比較13實驗三 金屬箔式應變計的溫度效應15實驗四 應變電路的溫度補償16實驗五 半導體式應變計單臂電橋實驗17實驗六 半導體式應變計直流半橋實驗18實驗七 金屬箔式與半導體式應變計性能比較19實驗八 移相器特性實驗20實驗九 相敏檢波器特性實驗22實驗十 金屬箔式應變計交流全橋實驗24實驗十一 激勵頻率對交流全橋的影響26實驗十二 交流全橋的應用振幅測量27實驗十三 交流全橋組成的電子秤27實驗十四 差動變壓器的性能28實驗十五 差動變壓器零殘電壓的補償30實驗十六 差動變壓

4、器的標定31實驗十七 差動變壓器的振幅測量32實驗十八 差動螺管式傳感器位移測量33實驗十九 差動螺管式傳感器振幅測量34實驗二十 激勵頻率對差動螺管式傳感器的影響35實驗二十一 霍爾式傳感器的直流激勵特性36實驗二十二 霍爾式傳感器的交流激勵特性37實驗二十三 霍爾式傳感器的應用振幅測量38實驗二十四 霍爾式傳感器的應用電子秤39實驗二十五 磁電式傳感器特性實驗40實驗二十六 壓電加速度傳感器特性實驗40實驗二十七 電渦流式傳感器的靜態標定41實驗二十八 被測材料對電渦流式傳感器特性的影響42實驗二十九 電渦流式傳感器振幅測量43實驗三十 電渦流式傳感器稱重實驗44實驗三十一 電渦流式傳感器

5、轉速測量44實驗三十二 電容式傳感器特性實驗45實驗三十三 雙平行梁的動態特性正弦穩態響應46實驗三十四 綜合傳感器力平衡式傳感器特性實驗47實驗三十五 熱電式傳感器熱電偶測溫實驗48實驗三十六 熱敏式溫度傳感器溫度測量49實驗三十七 PN 結集成溫度傳感器溫度測量50實驗三十八 光纖位移傳感器位移測量51實驗三十九 光纖位移傳感器轉速測量52實驗四十 光電耦合式傳感器轉速測量53實驗四十一 光敏電阻特性實驗53實驗四十二 熱釋電紅外探測實驗54實驗四十三 氣敏傳感器特性演示56實驗四十四 濕敏傳感器特性演示56實驗四十五 擴散硅壓力傳感器壓強測量58實驗四十六 微機檢測與轉換數據采集處理59

6、 附錄資料61附錄一 實驗接線直觀圖61附錄二 T分度、K分度熱電偶分度表79附錄三 儀器工作臺布局圖81附錄四 實驗電路原理圖82附錄五 數據分析相關知識92儀器說明（儀器使用前請詳閱本章）KY·CSY系列（CSY型、CSY10型、CSY10A型、CSY10B型)傳感器系統實驗儀是用于檢測儀表類課程教學實驗的多功能教學儀器。其特點是集被測體、各種傳感器、信號激勵源、處理電路和顯示儀表于一體，可以組成一個完整的測試系統。通過本書所提供的幾十種實驗舉例，能完成包含光、磁、電、溫度、位移、振動、轉速等內容的測試實驗，通過這些實驗，實驗者能夠對各種不同的傳感器及測量電路系統有直觀的感性認識

7、，并可在本儀器上舉一反三開發出新的實驗內容。KY·CSY系列傳感器系統實驗儀主要由實驗工作臺、處理電路、信號源及儀表顯示、數據采集及實驗軟件四部分組成。一 實驗工作臺部分：位于儀器的頂部，左邊是一副雙平行懸臂梁，上面裝有應變式、熱敏式、P-N結溫度式、熱電式和壓電加速度五種傳感器，右邊是由裝于機箱內的另一副平行懸臂梁帶動的圓盤式工作臺，圓盤周圍（逆時針方向）安裝有：電感式（差動變壓器）、MPX擴散硅壓阻式、電容式、磁電式、霍爾式、電渦流式六種傳感器。CSY型含9種傳感器，序號為19； CSY10型含11種傳感器，序號為111； CSY10A型含15種傳感器，序號為115； CSY10

8、B型含18種傳感器，序號為118； 金屬箔式應變傳感器：貼于雙平行懸臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片4片，受力工作片分別用符號 和 表示，橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號 和 表示，應變系數2.06，精度2%；（KY·CSY10B型為雙孔懸臂梁結構的商用稱重傳感器）半導體式應變傳感器：貼于雙平行懸臂梁上梁的上表面和下梁的下表面工作片2片，BY350工作片2片，應變系數120；電感式傳感器：由初級線圈Li和兩個次級線圈L。繞制而成的空心線圈，圓柱形鐵氧體鐵芯置于線圈中間，測量范圍>10mm；霍爾式傳感器：半導體霍爾片置于由兩個半園形永久磁鋼形成的梯度磁場中，線性范圍3mm；

9、磁電式傳感器：由一組線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.4V/m/s；壓電加速度式傳感器：位于懸臂梁自由端部，由PZT-5雙壓電晶片、銅質量塊和壓簧組成，裝在透明外殼中；電渦流式傳感器：多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成的傳感器，線性范圍>1mm；電容式傳感器：由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的一組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍3mm；熱電式（熱電偶）傳感器：串接工作的兩個銅一康銅熱電偶(T分度)分別裝在上、下梁表面，冷端溫度為環境溫度。分度表見本書附錄；（CSY10B 型為K分度標準熱電偶）10熱敏式傳感器：位于雙平行懸臂梁上梁表面的黑色玻璃珠狀的半導體熱敏電阻MF-

10、51，負溫度系數，25時阻值為8K10K；11光纖位移傳感器：連接于儀器下方大面板的光纖變換器處，多模光強型，量程2mm，在其線性范圍內精度5%；12光電耦合式傳感器：位于旋轉葉輪后，近紅外發射接收，量程02400轉/分；13P-N結溫度式傳感器：根據半導體P-N結溫度特性所制成的具有良好線性范圍的集成溫度傳感器；14濕敏傳感器：位于雙平行懸臂梁前的白色塑料盒子上面，高分子材料，測量范圍：099%RH；15氣敏傳感器：位于雙平行梁前的白色塑料盒子上面，MQ3型，對酒精氣敏感，測量范圍102000PPm，靈敏度RO/R5；16光敏傳感器：位于雙平行梁前的白色塑料盒子上面，cds材料制成，半導體光

11、導管，光電阻與暗電阻從nM至nK；17熱釋電紅外傳感器：位于旋轉頁輪左邊，光譜響應715m，光頻響應0.510Hz；18擴散硅壓力傳感器：摩托羅拉MPX擴散硅壓阻式壓力傳感器，差壓式工作，測壓范圍050KP。精度%；兩副平行懸臂梁頂端均裝有置于激振線圈內的永久磁鋼，右邊圓盤式工作臺為“激振I”，左邊平行懸臂梁為“激振II”（CSY10B型裝有激振轉換開關），為進行溫度實驗，左邊懸臂梁之間裝有電加熱器一組，加熱電源取自12V直流電源，打開加熱開關即能加熱,工作時能獲得高于環境溫度30左右的高溫，實驗工作臺上還裝有測速電機及控制、調速旋鈕，兩支螺旋測微儀分別裝在左、右兩邊的支架上（CSY10B型只

12、有右邊一支）。二信號源及儀表顯示部分： 低頻振蕩器：130Hz輸出連續可調，Vp-p值20V，最大輸出電流1.5A，Vi端插口可提供用作電流放大器輸入端；音頻振蕩器：0.4KHz10KHz輸出連續可調，Vp-p值20V，180°為0°和Lv的反相輸出，Lv端最大電流輸出1.5A；直流穩壓電源：±12V，提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1.5A。±2V±10V，檔距2V，分五檔輸出，提供直流信號源，最大輸出電流1.5A；數字式電壓/頻率表：3 1/2位顯示，分2V、20V、2KHz、20KHz四檔，靈敏度50mV，頻率顯示5H

13、z20KHz；指針式直流毫伏表：測量范圍500Mv、50mV、5mV三檔，精度2.5%；（CSY10A型）；數字式溫度計：K分度熱電偶測溫，精度±1；（CSY10B型）；三處理電路部分：電橋：用于組成應變電橋，面板上虛線所示電阻為虛設，僅為組橋提供插座，三個電阻R為350標準電阻，WD為直流調節電位器，WA為交流調節電位器；差動放大器：增益可調直流放大器，可接成同相、反相、差動結構，增益1100倍；光電變換器：提供光纖傳感器紅外發射、接收、穩幅、變換，輸出模擬信號電壓與頻率變換方波信號，四芯航空插座上裝有光電轉換裝置和由兩根多模光纖（一根接收，一根發射）組成的光強型光纖傳感器；電容變

14、換器：由高頻振蕩、放大和雙T電橋組成；移相器：允許輸入電壓20Vp-p，移相范圍±40°（隨頻率不同有所變化）；相敏檢波器：集成運放極性反轉電路構成，所需最小參考電壓0.5Vp-p，允許最大輸入電壓20Vp-p；電荷放大器：電容反饋式放大器，用于放大壓電加速度傳感器輸出的電荷信號；電壓放大器：增益5倍的高阻放大器（僅CSY型有）；渦流變換器：變頻式調幅變換電路，傳感器線圈是三點式振蕩電路中的一個元件；10溫度變換器（信號變換器）：根據輸入端熱敏電阻值、光敏電阻及P-N結溫度傳感器信號變化而輸出電壓信號相應變化的變換電路；11低通濾波器：由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉折

15、頻率35Hz左右；四數據采集及實驗軟件部分：數據采集卡已安裝于儀器內部，其信號輸入端即為儀器上數字式電壓/頻率表的IN輸入端，十二位A/D轉換，精度為1/2048，量程分200Mv、1V、10V三檔，可以根據實驗采集電壓范圍選擇量程，以獲得較高精度。()軟件安裝：鼠標左鍵雙擊儀器附帶光盤中安裝程序中的圖標，按照提示程序會自動安裝，完成后桌面上會出現軟件的圖標()軟件的使用：鼠標左鍵雙擊桌面上實驗圖標，將會出現實驗軟件的窗口，如圖所示：圖首先軟件“參數設置”：單擊菜單欄“設置”選項，它有兩個下拉選項：“參數設置”和“系統設置”，點擊參數設置出現如圖所示窗口：輸入實驗者的姓名、班級、實驗名稱，選擇

16、實驗儀名稱、實驗序號。采集模式分為：“單次”和“連續”兩種形式，“單次”模式為手動點擊一次圖中的“單次采集”系統采集一次，數據會在“實驗曲線”左邊的豎條空白地方顯示。“連續”采集為點擊一次系統采集一段連續的波形，可以選擇采集的速度，其后可以對其進行頻譜分析。根據需要可以選擇不同的量程。“單次采集間隔”可以選擇相應物理標量。系統可以同時顯示條曲線。圖軟件“系統設置”：點擊“設置”選項的“系統設置”，將出現如圖所示的窗口：“通訊方式”為“串行口”方式，“串行口設置”中：“串行口”要與儀器和電腦相連的串口想對應，“波特率”為。“反向起點坐標”為反向采集的起點，根據需要可以選擇“原點”或者“當前坐標”

17、，“電壓校正值”和“換擋誤差糾正”不需要設置。設置完成之后就可以進行實驗了。圖實驗完成之后，可以保存并打印實驗報告。五各電路和傳感器性能的檢測方法：應變片：應變片是否正常可用萬用表電阻檔在其兩端測量電阻值是否為350左右，半導體式應變片隨溫度變化阻值變化較大，接插線可多根迭插，并保證接觸良好。熱電偶：可用萬用表電阻檔測量其電阻值，一般為幾歐姆大小，也可根據環境溫度參照T分度K分度熱電偶分度表查閱相應熱電動勢。熱敏式：環境溫度時阻值為8K10K左右，也可直接將傳感器接入溫度變換器輸入端，電熱器加熱升溫，觀察隨溫度升高“V0”端輸出電壓變化情況，注意熱敏電阻是負溫度系數。P-N結溫度式：室溫時為幾

18、十K左右（上正下負），也可進行P-N結集成溫度傳感器測溫實驗，注意電壓表2V檔顯示值為絕對溫度T(K氏溫度)。差動放大器：差動放大器可通過調零檢測是否正常。移相器：進行“移相器實驗特性實驗”，觀察雙蹤示波器兩通道波形。相敏檢波器：進行“相敏檢波器特性實驗”，相敏檢波端口序數請參照圖11，其中4端為參考電壓輸入端。電容變換器：進行“電容式傳感器特性實驗”，接線參照附圖25，當振動圓盤帶動動片上下移動時，電容變換器V0端電壓應正負過零變化。光電變換器：進行“光纖位移傳感器位移測量”，光纖探頭可安裝在原電渦流線圈的橫支架上固定，端面垂直于鍍鉻反射片，旋動螺旋測微儀帶動反射片位置變化，從“V0”端讀出

19、電壓變化值，光電變換器“F0”端輸出頻率變化方波信號，測頻率變化時可參照“光纖位移傳感器轉速測量”步驟進行。10光電式傳感器：一般為43K左右（上正下負），也可進行“光電耦合式傳感器轉速測量”實驗，光電輸出端輸出的是頻率信號。11光敏電阻：光電阻與暗電阻從nM至nK，也可進行光敏電阻特性實驗，信號變換器輸出電壓變化范圍1V。12氣敏傳感器：進行氣敏傳感器特性演示實驗，特別注意加熱電壓一定不能±2V。13濕敏傳感器：阻值在100K到nM之間，也可進行濕敏傳感器特性演示實驗，注意控制激勵信號的頻率及幅值。14擴散硅壓力傳感器：進行擴散硅壓力傳感器壓強測量實驗，試驗傳感器差壓信號輸出情況。

20、15低通濾波器：輸入端接地，輸出端接2V電壓表，輸出應為零。16電感式傳感器：阻值一般為15左右，也可進行差動變壓器的性能實驗，檢查電感式傳感器性能，實驗前要找出次級線圈同名端，次級所接示波器為懸浮工作狀態。17霍爾式傳感器：阻值一般為350（輸出端）和800（輸入端）左右，也可進行“霍爾式傳感器的直流激勵特性”實驗，接線參照附圖20，直流激勵信號絕對不能大于2V，否則一定會造成霍爾元件燒壞！18磁電式傳感器：阻值一般為40左右，也可進行“磁電式傳感器特性實驗”，磁電傳感器兩端接差動放大器輸入端，差動放大器增益適當控制,用示波器觀察輸出波形。19壓電加速度傳感器：進行“壓電加速度傳感器特性實驗

21、”，接線參見圖22,傳感器引線屏蔽層必須接地，此實驗與上述第12項內容均無定量要求。20電渦流傳感器：阻值一般為3左右，也可進行“電渦流傳感器的靜態標定”實驗，傳感器接入渦流變換器輸入端，其中示波器觀察波形端口應在渦流變換器的左上方，即接電渦流線圈處，右上端端口為交流信號經整流后輸出的直流信號電壓。21如果儀器是帶微機接口和實驗軟件的，請參閱數據采集及處理說明，數據采集卡已裝入儀器中，其中A/D轉換是12位轉換器，無漏碼最大分辨率1/2048（即0.05%），在此范圍內的電壓值可視為容許誤差，所以建議在做小信號實驗（如應變電橋單臂實驗）時選用合適的量程（如200mv），以正確選取信號,減小誤差

22、。22使用儀器時打開電源開關，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常，儀器下部面板左下角處的開關控制處理電路的工作電源，進行實驗時請勿關掉，指針式毫伏表工作前需輸入端對地短路調零，取掉短路線后指針有所偏轉是正常現象，不影響測試。六實驗操作須知：使用本儀器前，請先熟悉儀器的基本狀況，對各傳感器激勵信號的大小、信號源、顯示儀表、位移及振動機構的工作范圍做到心中有數，儀器面板上的紐子開關都應選擇好正確的倒向。了解測試系統的基本組成，合適的信號激勵源傳感器處理電路（傳感器狀態調節機構）儀表顯示（數據采集或圖象顯示）。實驗操作時，傳感器接口與變換器電路輸入端接口須一一對應相連接，在用實驗連接線接好各系統并

23、確認無誤后方可打開電源，各信號源之間嚴禁用連接線短路，如開機后發現信號燈、數字表有異常狀況，應立即關機，查清原因后再進行實驗。實驗指導中的“注意事項”不可忽略。傳感器的激勵信號不準隨意加大，否則可能會造成傳感器永久性的損壞。本實驗儀為教學實驗用儀器，而非測量用儀器，各傳感器在其工作范圍內有一定的線性和精度，但不能保證在整個信號變化范圍都是呈線性變化。限于實驗條件，有些實驗只能做為定性演示（如濕敏、氣敏傳感器），能完成實驗指導書中的實驗內容，則整臺儀器正常。CSY型能夠進行35個實驗，序號為135；CSY10型能夠進行39個實驗，序號為136、38、39、46；CSY10A型能夠進行43個實驗，

24、序號為140、43、44、46；CSY10B型能夠進行46個實驗，序號為146。本儀器需防塵，以保證實驗接觸良好，儀器正常工作環境溫度。實驗一金屬箔式應變計單臂電橋實驗一實驗目地：觀察了解金屬箔式應變片的結構及粘貼方式。了解單臂電橋的工作原理和工作情況。二實驗原理：應變片是最常用的測力傳感元件，當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化，通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂的四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對

25、變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，當使用一個應變片時R=R/R；當二個應變片組成差動狀態工作，則有R=2R/R；用四個應變片組成二個差動對工作，且R1R2R3R4R時，則有R=4R/R。三實驗所需部件：直流穩壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、金屬箔式應變計、雙平行懸臂梁（CSY10B為雙孔懸臂梁）、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、數字電壓/頻率表。四實驗步驟：圖（）首先差動放大器調零，開啟儀器電源，差動放大器增益為100倍（順時針方向旋到底），“”、“”兩輸入端用實驗線對地短路，輸出端接數字電壓表2V檔，調節“差動調零”電位器使差動放大器輸出電壓為零

26、，然后關閉儀器電源，拔掉實驗線，調零后“差動增益”電位器和“差放調零”電位器的位置不要變化。按圖（1）將實驗所需部件用實驗線連接成測試橋路，橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R為應變片（可選上、下梁中的任一工作片），直流激勵電源為±4V檔，螺旋測微儀置于雙平行懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調節螺旋測微儀使雙平行懸臂梁處于水平狀態。確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘，調節電橋“WD”電位器，使測試系統輸出電壓為零。旋動螺旋測微儀，帶動雙平行懸臂梁分別作向上和向下運動，以雙平行懸臂梁水平狀態下電路輸出電壓為零為起點，向上和向下各移動5mm，并記錄位移電

27、壓值。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）位移(mm)電壓(v)根據表中所測數據計算靈敏度S，SVX，并在坐標圖上做出VX關系曲線。五注意事項：如需使用毫伏表（KY·CSY1010A型），則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位，拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況，調零后關閉儀器電源。實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾，接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。做單臂電橋實驗時，由于應變片的零飄和蠕變現象的客觀存在，橋路中的三個精密電阻

28、與應變片的零飄值一致的可能性很小，如果沒有采用補償的話，單臂電橋測試電路是必然會出現輸出電壓漂移現象，這不是儀器不穩定，而是真實地反映了應變片的特性，但是只要采用半橋或全橋測試電路，系統就會非常穩定，這是因為同一批次的應變片的飄移和蠕變特性相近，接成半橋和全橋形式后根據橋路的加減特性就起到了非常好的補償作用，這也是應變片在實際應用中無一例外地采用全橋（或半橋）測試電路的原因。穩壓電源不要長時間對地短路。實驗二 金屬箔式應變計三種橋路性能比較一實驗目的：驗證單臂、半橋、全橋電路的性能。比較各橋路間的輸出關系。二實驗原理：已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2RR、4RR。根據戴維南定理可以

29、得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4·E·R，電橋靈敏度KuVRR，于是對應于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E，由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。三實驗所需部件:直流穩壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、金屬箔式應變計、雙平行懸臂梁（CSY10B為雙孔懸臂梁）、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、數字電壓/頻率表。四實驗步驟：圖（）圖（）在完成實驗一的基礎上，不變動差動放大器的“差動增益”和“差動調零”電位器，按圖（2）將圖（1）中的固定電阻R1換成金屬箔式應變計組成半橋電路。 確認接線

30、無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘，調節電橋“WD”電位器，使測試系統輸出電壓為零。旋動螺旋測微儀，帶動雙平行懸臂梁分別作向上和向下運動，以雙平行懸臂梁水平狀態下電路輸出電壓為零為起點，向上和向下各移動5mm，并記錄位移電壓值。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）按圖（3）將圖（1）中的固定電阻R2、R3也換成金屬箔式應變計組成全橋測試系統。重復步驟和，記錄位移電壓值，并填入下表。位移(mm)半橋(V)全橋(V)在同一坐標上描出VX曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結論。五注意事項：應變片接入電橋時注意其受力方向，一定要接成差動形式。直流激勵電壓不能過大，以免造成應變片自

31、熱損壞。由于進行位移測量時測微頭要從零正的最大值，又回復到零負的最大值，因應變梁的金屬滯后特性容易造成零點偏移，因此計算靈敏度時可將正X的靈敏度與負的X的靈敏度分開計算。再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種方法。實驗三金屬箔式應變計的溫度效應一實驗目的：了解溫度對應變測試系統的影響。二實驗原理：溫度變化引起應變片阻值發生變化的原因是應變片電阻絲的溫度系數及電阻絲與測試中的膨脹系數不同，由此引起測試系統輸出電壓發生變化。三實驗所需部件：直流穩壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、金屬箔式應變計、雙平行懸臂梁（CSY10B為雙孔懸臂梁）、數字電壓/頻率表、加熱器、溫度計（自備

32、）。四實驗步驟：按圖（1）接線，開啟電源，調整系統輸出為零。記錄加熱前的環境溫度，可用熱電偶或集成溫度傳感器測得。開啟“加熱”電源，觀察測試系統輸出電壓隨溫度升高而發生的變化，記錄溫度電壓值并列表。求出溫度漂移值VT。溫度（）電壓（）五注意事項：實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。要觀察應變片的溫度特性，實驗系統必須接成單臂電橋，如果是半橋或全橋形式則系統已經具備補償作用，溫飄現象就不明顯。本儀器中所使用的金屬箔式應變片具有防自蠕變性能，因此溫度系數較小。實驗四應變電路的溫度補償一實驗目的：由于溫度變化引入了測量誤差，因此實用測試電路中必須進行溫度補償。二實驗原理：用補償片法是應變電橋溫度

33、補償方法中的一種，如圖（2）所示，在電橋中，R1為工作片，R2為補償片，R1R2。當溫度變化時兩應變片的電阻變化R1與R2符號相同，數量相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后R1*R4R2*R3，電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，由于補償片所貼位置與工作片成90°，所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應變。 圖（） 圖（）三實驗所需部件：直流穩壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、金屬箔式應變計、雙平行懸臂梁（CSY10B為雙孔懸臂梁）、數字電壓/頻率表、加熱器、溫度計（自備）。四實驗步驟：按圖（4）接好線路，圖中R和R分別為金屬箔式應變計和溫度補償片。重復實驗三14步驟

34、，求出接入補償片后系統的溫度漂移，并與實驗三的結果進行比較。溫度（）電壓（）五注意事項：應正確選擇溫度補償片，在面板的應變片接線端中，從左至右18對接線端分別是：1上梁半導體應變片，2下梁半導體應變片。3、5上梁箔式應變片，4、6下梁箔式應變片，7、8上、下梁溫度補償片，電路中的箔式應變片與補償片應在同一應變梁上。實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。實驗五半導體式應變計單臂電橋實驗一實驗目的：說明半導體應變計的靈敏度和溫度效應。二實驗原理：由于材料的阻值，則, 當應變，靈敏度; 對于箔式應變片，K箔12，主要是由形變引起，對于半導體應變計，K半（/）/,主要由電阻率變化引起，由于半導體材料

35、的“壓阻效應”特別明顯，可以反映出很微小的形變，所以K半要大于K箔，但是受溫度影響大。三實驗所需部件：直流穩壓電源（±2V檔）、電橋、差動放大器、半導體式應變計、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、數字電壓/頻率表、溫度計（可用儀器中的PN結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。圖（）四實驗步驟：按圖（6）接線，R1為半導體應變計， R2為電橋上的固定電阻。確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘，調節電橋“WD”電位器，使測試系統輸出電壓為零。旋動螺旋測微儀，帶動雙平行懸臂梁分別作向上和向下運動，以雙平行懸臂梁水平狀態下電路輸出電壓為零為起點，向上和向下各移動5mm，并記錄位移電

36、壓值。（或在雙平行懸臂梁上依次放上砝碼，進行上述實驗）重新調整測試系統輸出為零。記錄加溫前的環境溫度。打開“加熱”開關，觀察隨溫度升高系統輸出電壓溫漂情況。待電壓穩定后測得溫升，求出系統的溫漂VT。位移(mm)電壓(V)溫度()電壓(V)按圖（1）接線，直流激勵電壓為±2V，重復步驟25，實驗結果進行比較。,五注意事項：此實驗中直流激勵電壓只能用±2V，以免引起半導體自熱。實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。實驗六半導體式應變計直流半橋實驗一實驗目的：通過實際運用的半導體半橋電路，與半導體單臂電路進行性能比較，特別是要比較兩種測試系統的漂移現象。二實驗原理：半導體電阻應

37、變片是以半導體材料作為基材而制成的一種電阻應變片，它的工作原理主要是利用半導體材料的壓阻效應來實現力電變換的，由式（）及對半導體材料壓阻效應的分析可知，壓阻效應對半導體電阻應變片的靈敏系數（）的貢獻較大，半導體電阻應變片的值遠高于金屬箔式應變片，約為金屬箔式應變片的5080倍，因此，半導體電阻應變片通常都具有很高的應變電阻變化率。三實驗所需部件：直流穩壓電源（±2V檔）、電橋、差動放大器、半導體式應變計、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、數字電壓/頻率表。圖（）四實驗步驟：按圖（7）接線，電橋中R和R為半導體式應變計。按實驗五的步驟25，測出V，X值，畫出VX曲線，求出靈敏

38、度，測出溫度變化時的溫漂。位移(mm)電壓(V)溫度()電壓(V)五注意事項：此實驗中直流激勵電壓只能用±2V，以免引起半導體自熱。實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。實驗七金屬箔式與半導體式應變計性能比較一實驗目的：通過實驗比較兩種應變電路的靈敏度與溫度特性。二實驗所需部件：直流穩壓電源（±2V檔）、差動放大器、金屬箔式應變計、半導體式應變計、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、數字電壓/頻率表、應變加熱器、溫度計（可用儀器中的PN結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。三實驗步驟：分別做箔式單臂電橋和半導體式單臂電橋實驗，接線如圖（1）所示，直流激勵源為±

39、;2V，差動放大器增益為100倍（順時針方向旋到底）。調整系統，在相同的實驗條件下分別測得兩組數據填入表格，求出靈敏度。參考圖（2）將電橋中一固定電阻R1先后換成金屬箔式應變計和半導體式應變計，做箔式應變計半橋實驗和半導體式應變計半橋實驗，將測得的兩組數據分別填入表格，求出靈敏度。位移(mm)靈敏度箔單臂(V)半單臂(V)箔半橋(V)半半橋(V)在同一坐標上畫出四條VX曲線以作比較。分別對箔式變片和半導體應變片加熱，測出兩種測試電路的溫漂，并進行比較，實驗結果以證實實驗五中對半導體應變片性能的分析。四注意事項：進行上述實驗時激勵電壓，差動放大器增益、測微頭起始點位置等實驗條件必須一致，否則就無

40、可比較性。實驗八移相器實驗一實驗目的：說明由運算放大器構成的移相電路的工作原理。二實驗原理：圖（）圖（8）為移相電路示意圖，該電路的閉環增益把拉普拉氏算符換成頻率域的參數，則得到：又改寫為: 在實驗電路中，常設定幅頻特性G（j）1,為此選擇參數R1=RF=10K由上, R=20K,則輸出幅度與頻率無關，閉路增益可簡化為：當R=2R1=2RRF時，G（j）1，由上式可以得到相頻特性表達式：由tg表達式和正切三角函數半角公式可以得到：因此可以得到相移為：電阻R可以在很寬的范圍內變化，當WRC很大時，相移O，式中負號表示相位超前，如將電路中R和C互換位置，則可得到相位滯后的情況。如果阻容網絡Rc不變

41、，則相移將隨輸入信號的頻率而改變。三實驗所需部件：移相器、音頻振蕩器、雙線示波器。四實驗步驟：圖（）音頻振蕩器頻率、幅值旋鈕居中，按圖（9）將音頻振蕩器信號0°輸出端或Lv輸出端接入移相器輸入端。將雙線示波器兩通道測試線分別接移相器輸入端和輸出端，調整示波器，觀察波形。調節移相器“移相”旋鈕，觀察兩路波形的相位變化。改變音頻振蕩器頻率，觀察不同頻率時移相器的移相范圍。根據移相器實際電路圖分析其工作原理。五注意事項：因為本實驗儀中音頻信號由函數發生器產生，不是純正弦波，所以通過移相器后波形局部有些畸變這不是儀器故障，電路圖中的兩個放大器為集成兩級運放。實驗九相敏檢波器實驗一實驗目的：說

42、明由施密特開關電路及運放組成的相敏檢波電路的原理。二實驗原理：相敏檢波電路如圖（10）所示，圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓電輸入端，為直流參考電壓輸入。當、端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D和J處于開關狀態，從而把端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。圖（）三實驗所需部件：相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、直流穩壓電源（±2V檔）、低通濾波器、數字電壓/頻率表、示波器。四實驗步驟：圖（）將音頻振蕩器頻率、幅度旋鈕居中，將音頻振蕩器信號0°輸出端或Lv輸出端接入相敏檢波器輸入端。將直流穩壓電源2V檔輸出電壓（正或負均可）接相敏檢波器端。示波器兩通道分別接入

43、相敏檢波器輸入端、輸出端，觀察輸入、輸出波形的相位關系和幅值關系。改變端參考電壓的極性，觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關系，由此可以得出結論：當參考電壓為正時，輸入與輸出同相，當參考電壓為負時，輸入與輸出反相。將音頻振蕩器的0°輸出端接入移相器輸入端，移相器的輸出端與相敏檢波器的參考輸入端連接，相敏檢波器的信號輸入端接音頻振蕩器的0°輸出端。用示波器兩通道觀察附加觀察插口、的波形，可以看出，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波，使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端接數字電壓表20V檔。示波器兩通

44、道分別接相敏檢波器輸入端、輸出端。適當調節音頻振蕩器“增益”旋鈕和移相器“移相”旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端改接至音頻振蕩器180°輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。10調節移相器“移相”旋鈕，利用示波器和電壓表，測出相敏檢波器的輸入VPP值與輸出直流電壓的關系。11使輸入信號與參考信號的相位改變180°，測出上述關系。輸入VP-P(V)輸出VP-P(V)五注意事項：相敏檢波器最大輸入電壓VPP值為20V，電路圖中的兩個放大器為集成兩級運放。實驗十金屬箔式應變計交流全橋實驗一實驗目的：本實驗說明交流激勵的四臂應變電橋的原理及工作情

45、況。二實驗原理：圖（12）是交流全橋的一般形式。當電橋平衡時，Z1Z4Z2Z3，電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對變化為Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4，則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化。交流電橋工作時增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和虛部均為零的條件下才會平衡。三實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、金屬箔式應變計、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、數字電壓/頻率表、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、示波器。四實驗步驟：圖（）首先通過數字電壓/頻率表的20KHz檔將音頻振蕩器的頻率調節到5KHz,幅度適中，然后關閉儀器

46、電源。按圖（12）接線，音頻振蕩器一定要從0o或Lv端輸出，確認無誤后開啟儀器電源。調節螺旋測微儀使雙平行懸臂梁處于水平位置，調節電橋直流調平衡電位器WD，使系統輸出基本為零，仔細調節交流調平衡電位器WA，使系統輸出為零。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼，進行上述實驗）用示波器觀察各環節波形，測量讀數，列表填入V、X值，作出VX曲線，求出靈敏度。位移(mm)電壓(V)五注意事項：欲提高交流全橋的靈敏度，可用示波器觀察相敏檢波器輸出端的波形，若相敏檢波器輸出端的波形脈動成份較大，則系統雖然可以調零，但靈敏度較低，提高靈敏度的方法是：當系統初步調零后，再調節電橋中的電位器，使相敏檢波器輸出波

47、形盡量平直，然后用手將雙平行懸臂梁壓到最低（CSY10B型起始可多放些砝碼在雙孔懸臂梁的托盤上），調節“移相”旋鈕，使相敏檢波器輸出端波形為相連接的整流波形，再放手恢復雙平行懸臂梁的自然位置，調節電橋中的電位器，使系統輸出為零，這樣系統靈敏度會最高。做交流全橋實驗時輸出電壓用指針式毫伏表可以比較直觀地看出應變梁在正、反向受力時系統輸出電壓的變化情況。實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。實驗十一激勵頻率對交流全橋的影響一實驗目的：了解應變電橋的頻譜特性二實驗原理：由于交流電橋中的各種阻抗的影響，改變激勵頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾性。三實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、金屬箔式應變

48、計、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、數字電壓/頻率表、螺旋測微儀（CSY10B用砝碼20克/個）、示波器。四實驗步驟：接線、操作均按實驗十進行。從音頻振蕩器0°輸出端或輸出端輸出信號，頻率從2KHZ10KHZ，接交流全橋，分別測出系統輸出電壓，列表填好VX值，在同一坐標上做出VX曲線，比較靈敏度，并得出結論，該交流全橋工作在哪個頻率時較為合適。X(mm)V2KHz(v)V4KHz(v)V6KHz(v)V8KHz(v)V10KHz(v)五注意事項：做實驗時頻率改變時音頻振蕩器的幅值不變，否則無可比性。實驗前首先差放調零，方法見實驗一的步驟。實驗十二交流全橋的應用振幅測量一實

49、驗目的：說明交流激勵的交流全橋的應用。二實驗原理：當雙平行懸臂梁梁受到不同的頻率信號激勵時，振幅不同，帶給應變片的應力不同，電橋輸出也不同。若激勵頻率和梁的固有頻率相同時，產生共振，此時電橋輸出為最大，根據這一原理可以找出梁的固有頻率。三實驗所需部件：電橋、音頻振蕩器、金屬箔式應變計（半導體式應變計）、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、數字電壓/頻率表、螺旋測微儀、示波器。四實驗步驟：根據實驗十的電路接線，移開測微頭，調節電橋，使系統輸出為零，并使系統靈敏度最大。將低頻振蕩器輸出端接至“激振II”端，此時懸臂梁開始振動。（10B型激振開關撥至“激振II”端）用示波器觀察差動放大器和低

50、通濾波器的輸出波形，注意調節示波器的掃描時間，差動放大器輸出的是調幅波。固定低頻振蕩器幅值旋鈕不變，電壓頻率表放2KHZ檔，接低頻振蕩器輸出端，調節低頻振蕩器頻率，用示波器讀出系統最大振幅值，此時頻率表所示即為梁的固有頻率。五注意事項：懸臂梁激振時振幅不宜太大，否則易造成應變片受損。10B型實驗儀因應變片貼在雙孔懸臂梁上，由于結構的原因，所以只能做半導體式交流半橋振動實驗。實驗十三交流全橋組成的電子秤一實驗目的：了解交流激勵的應變全橋的實際應用。二實驗所需部件：音頻振蕩器、電橋、金屬箔式應變計、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、砝碼（20克/個）、稱重平臺、數字電壓/頻率表。三實驗步

51、驟：按實驗十接好線路，在懸臂梁頂端磁鋼上（雙孔懸臂梁已裝有平臺）放好稱重平臺調節系統為零。在稱重平臺上逐步加上砝碼進行標定，并記錄的關系。取走砝碼，在平臺上加一未知重量的物品，記下電壓表讀數。根據坐標上WV曲線得知物品的大致重量。重量(g)電壓(V)四注意事項：懸臂梁上放置重量不要過重，超過懸臂梁線性位移范圍就不能正常稱重。實驗十四差動變壓器的性能一實驗目的：了解差動變壓器的基本結構及原理。通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。二實驗原理：差動變壓器是由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成的電感式傳感器，初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的，其原理及輸出特性見圖（13）。圖（）圖（）三實驗所需部件：電感式傳感器、音頻振蕩器、螺旋測微儀、示波器。四實驗步驟：按圖（14）接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器