指導書湖南工學院電氣與資訊工程系
實驗一：金屬箔式應變片：單臂、半橋、全橋比較
一、實驗目的：
驗證單臂、半橋、全橋的效能及相互之間的特點及關係。
二、實驗所需裝置：
1、 直流穩壓電源——開關打到4v
2、 差動放大器——旋鈕到增益最大
3、 平衡電橋
4、 f/v表——開關撥到20v
5、 測微頭
6、 雙單引梁
7、 應變片
三、實驗原理
實驗原理如圖2所示，w1為平衡電位器，用來調節電橋電路的初始平衡狀態，當應變片rx發生形變時，rx的電阻發生變化，電橋的平衡被打破，（2）（11）兩點將有與形變成正比的電壓輸出，將該電壓送入差動放大器，差放輸出接電壓表，顯示的電壓值的大小反映了應變片形變的大小，因此，可利用它來測量位移、壓力等引數。
四、 實驗步驟：
1、 將差動放大器調零後，關閉電源。按圖2接線，圖中r4=rx為工作片，r和w為電橋平衡網路。
2、 調整測微頭，使雙行梁處於水平位置（目測），直流穩壓電源打到±4檔，差動選擇適當的放大增益。一般增益電位器旋在中間位置，然後，調整電橋平衡電位器w，使表頭顯示零。
3、 旋轉測微頭，使梁移動，每隔0.5mm，讀f/v表電壓值，填下表並關閉電源：
4、 保持放大器增益不變，將r3固定電阻換為與r4工作狀態相反的另一應變片即二片受力方向不同應變片，形成半橋，調節測微頭使樑到水平位置（目測），調節電橋w1使f/v表顯示為零，重複（3）過程同樣測得讀數，填入下表：
5、 保持放大器增益不變，將r1，r2兩個固定電阻換成另兩片受力應變片（即r1↑換成，r2↓換成，）組橋時中要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應變徵的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成乙個直流全橋，調節測微頭使樑到水平位置，調節電橋w1同樣使f/v表顯示零。重複（3）過程將讀出資料填入下表：
6、 同乙個座標紙上描出x-v曲線，比較三種接法的靈敏度。
五、 注意事項：
1、 在更換應變片時應將電源關閉。
2、 在實驗過程中如有發現電壓、過載，應將電壓量程擴大。
3、 在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統不能正常工作。
4、 直流穩壓電源±4v不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。
5、 接全橋時請注意區別各**的工作狀態方向。
實驗二、電渦流感測器
（一）、電渦流式感測器的靜態標定
一、電渦流感測器在電子技術中的應用：
根據法拉第電磁感應原理製成的電渦流感測器，一般情況下可分為高頻反射式和低頻透射式，它的最大的特點是能對位移、厚度、表面溫度、速度、應力，材料損傷等進行非接觸式、連續測量。
二、實驗目的：
了解電渦流式感測器的原理及工作效能，本實驗用高頻反射式。
三、本實驗所需要的電路及部件：
1、 電渦流變換器5、電渦流感測器
2、 f/v表6、示波器
3、 測微頭7、振動平台
4、 鐵測片
四、實驗步驟：
1、 裝好感測器（感測器對準鐵測片安裝）和測微頭。
2、 觀察感測器的結構，它是乙個扁平線圈，直徑為10公釐。
3、 關閉電源後，按圖16電路圖，用導線將電渦流感測器接入電渦流變換器輸入端，將輸出端接至f/v表，電壓表置20檔。
4、 用示波器觀察電渦流感測器輸入端的波形。如發現沒有振盪波形，再起感測器遠離被測體。
可見，波形為波形，示波器的時基為 us/cm 振盪頻率為 khz
5、 調節電渦流感測器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數，記下示波器及電壓表的數值，填入下表。
要求每隔0.1mm讀數，到線性嚴重變換為止，根據實驗資料，在座標紙上畫出v-x曲線，指出大致的線性範圍，求出系統靈敏度，可見電渦流感測器最大的特點是 ，感測器與被測體間有乙個最佳初始工作點。這裡採用的變換電路是一種 。
6、 注意事項：被測體與渦流感測器測試探頭平面盡量平行，並將探頭盡量對準被測中間，以減少渦流損失。
7、 實驗完畢關閉電源。
（二）、電渦流式感測器的應用——振幅測量
一、實驗目的：了解電渦流式感測器測量振幅的原理和方法。
二、所需單元及部件：
電渦流感測器、渦流變換器、差動放大器、電橋、鐵測片、直流穩壓電源、低頻振盪器、激振線圈、f/v表、示波器、電源。
三、有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益置最小（逆時針到底），直流穩壓電源置±4v檔。
四、實驗步驟：
（1） 轉動測微頭，將振動平台中間的磁鐵與測微頭分離，使梁振動時不至於再被吸住（這時振動台處於自由靜止狀態），適當調節電渦流感測器頭的高低位置（目測），以實驗十六的結果（線性範圍的中點附近為佳）為參考。
（2） 根據圖19的電路結構接線，將渦流感測器探頭、渦流變換器、電橋平衡網路、差動放大器、f/v表、直流穩壓電源連線起來，組成乙個測量線路（這時直流穩壓電源應置±4v檔），f/v表置20v檔，開啟電源。
（3） 調節電橋平衡網路，使電壓表讀數為零。
（4） 去除差動放大器與電壓表連線，將差動放大器的輸出與示波器連起來，將f/v表置2khz檔，並將低頻振盪器的輸出端與頻率表的輸入端相連。
（5） 固定低頻振盪器的幅度旋鈕至某一位置（以振動時不碰撞其他部件為好），調節頻率，調節時用頻率表監測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表，關閉電源。
思考：（1）根據實驗結果，可以知道振動台的自振頻率大致為多少？
（2）如果已知被測梁振幅為0.2mm，感測器是否要安裝在最佳工作點？
（3）如果此感測器僅用來測量振動頻率，工作點問題是否仍十分重要？
實驗三、霍爾感測器
（一）、霍爾感測器的特性——直流激勵
一、實驗目的：了解霍爾感測器的原理和特性。
二、所需單元及部件：
霍爾片、磁路系統、差動放大器、電橋、直流穩壓電源、測微頭、振動平台、f/v表、電源。
三、有關旋鈕的初始位置：差動放大器增益置最小（逆時針到底），電壓表置於20v檔，直流穩壓電源置2v檔，關閉電源。
四、實驗步驟：
（1）、了解霍爾感測器的結構及實驗面板上霍爾片的符號，霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾感測器。
（2）、開啟主、副電源將差動放大器調零後，增益置最小，關閉電源，根據圖20接線，w1，r為電橋單元的直流電橋平衡網路。
（3）、裝好測微頭，調節測微頭與振動台吸合併使霍爾片置於半圓磁鋼上下正中位置。
（4）開啟主、副電源，調整w1使電壓表指示為零。
（5）上、下旋動測微頭，記下電壓表的讀數，建議每0.1mm讀乙個數，將讀數填入下表：
作出v—x曲線指出線性範圍，求出靈敏度，關閉電源。
可見，本實驗測出的實際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場與磁場分布有很大差異，位移測量的線性度，靈敏度與磁場分布有很大關係。
（6）、實驗完畢關閉電源，各旋鈕置初始位置。
注意事項：
（1） 由於磁路系統的氣隙較大，應使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。
（2） 一旦調整好後，測量過程中不能移動磁路系統。
激勵電壓不能過大，以免損壞霍爾片。
二、霍爾感測器的應用——振幅測量
一、實驗目的：了解霍爾感測器在靜態測量中的應用
二、所需單元及部件：
霍爾片、磁路系統、音訊振盪、差動放大器、測微頭、電橋、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、低頻振盪器、激勵線圈、雙線示波器、示波器、振動平台、電源。
三、有關旋鈕的初始位置：音訊振盪器1khz，差動放大器增益旋最大。
四、實驗步驟：
（1）、開啟電源，將差動放大器輸入短接並接地，調零後，關閉電源。
（2）、根據電路圖23結構，將霍爾式感測器，電橋平衡網路，差動放大器，電壓表連線，組成乙個測量線路（電壓表應置於20v檔，基本保持實驗22電路），並將差放增益最小。
（3）、開啟電源轉動測微頭，將振動平台中間的磁鐵與測微頭分離並遠離，使梁振動時不至於再被吸住（這時振動台處於自由靜止狀態）。
（4）、調整電橋平衡電位器w1和w2，使f/v表指示為零。
（5）、去除差動放大器與電壓表的連線，將差動放大器的輸出與示波器相連，將f/v表置2khz檔，並將低頻振盪器的輸出端與激振線圈相連後再用f表監測頻率
（6）、低頻振動器的幅度旋鈕固定至某一位置，調節低頻率（頻率表監測頻率），用示波器讀出低通濾波器輸出的峰值填入下表：
思考：（1）、根據實驗結果，可以知道振動平台的自振頻率大致為多少？
（2）、在某一頻率固定時，調節低頻振盪器的輻度旋鈕，改變梁的振動幅度，通過示波器讀出的資料是否可以推算出振動的位移距離。
（3）、試想一下，用其他方法來測振動時的位移範圍，並與本實驗結果進行比較驗證。
注意事項：
應仔細調整磁路部分，使感測器工作在梯度磁場中，否則靈敏度將大大下降。
實驗四、綜合實驗
（一）、氣敏感測器（mq3）實驗
一、氣敏感測器在工程中的應用的原理。
在工業生產中，在日常生活中，人們廣泛使用氣敏元件來進行各種氣體的檢測，以確保生產和生命的安全，在本實驗中運用mq3酒精感測器為例，它可檢測酒精的濃度。其原理是當感測器表面吸附有被測酒精氣體時，其接觸介面的導體電子會比例的發生變化，從而使氣敏元件的電阻隨氣體的濃度變化，這種反應是可逆的，因此可重複使用。為使反應速度加快，通常需對氣敏元件進行加熱，如圖30-1為其特徵圖。
阻值（k）
10010
濃度（ppm）
圖30-1
二、在實驗所需裝置及單無電路：
1、 直流穩壓電源打到±2v，差動放大器增益最大，電橋用其中w1和r。
2、 f/v表置於20v檔。
三、實驗步驟：
1、 開啟電源，將差動放大器輸入端（+）、（-）與地短接調零。
2、 關閉電源，按圖30-2接線。
3、 開啟電源，預熱5分鐘後，用浸有酒精的棉球靠近感測器，並輕輕吹氣使酒精揮發並進入感測器金屬絲網內，同時觀察電壓表的數值的變化，此時電壓表讀數為——v，它反應了感測器ab兩端間的電阻隨著——發生了變化？此種變化是否說明mq3檢測到了酒精氣體的存在？如果電壓表變化不夠明顯，可適當調大差動放大的增益。
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