实验一  电阻式传感器的单臂电桥性能实验

一、实验目的

1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。

2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。

3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。

差动放大器调零方法

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、电阻与霍尔式传感器转换电路板（调零电桥）、差动放大器、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：ΔR/ R＝Kε，ΔR为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，ε为电阻丝长度的相对变化量ΔL/ L。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。

2、电阻应变式传感如图1-1所示。传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为±3mm。

1─外壳  2─电阻应变片  3─测杆  4─等截面悬臂梁  5─面板接线图

图1-1  电阻应变式传感器

3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R₁、R₂、R₃为固定，R为电阻应变片，输出电压U_O＝EKε，E为电桥转换系数。

图1-2 电阻式传感器单臂电桥实验电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，将测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆磁钢吸合，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。

2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的±15V和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP₁旋钮（实验台为增益旋钮）顺时针旋到终端位置。

3、用导线将差动放大器的正负输入端短接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；电压量程切换开关拨至20V档；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP₂旋钮，使电压表指示向零趋近，然后切换到2V量程档，旋动调零电位器RP₂旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP₂旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP₁。

4、按图1-2接线，R₁、R₂、R₃（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变片构成单臂电桥形式。

5、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U_O记入下表中。

表 1-1

五、实验报告

1、根据表1-1中的实验数据，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、传感器的输入电压能否从＋5V提高到＋10V？输入电压的大小取决于什么？

3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。

实验二  电阻式传感器的半桥性能实验

一、实验目的

掌握半桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验原理及电路

将两个受力方向不同的应变片电阻分别接入电桥的两个相邻桥臂，组成半桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度提高，非线性得到改善。

实验电路图见图2-1，当两个应变片的阻值和应变量相同时，半桥输出电压U_O＝2EKε

四、实验步骤

1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。

2、按图2-1接线，将两个受力方向相反的应变片接入电桥中。

图2-1 电阻式传感器半桥实验电路

3、调节电桥平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U_O记入下表中。

表 2-1

五、实验报告

1、根据表2-1的实验数据，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、进行半桥测量时，接入的两个应变片电阻的受力方向为什么必须相反？

实验三  电阻式传感器的全桥性能实验

一、实验目的

掌握全桥电路的工作原理和性能。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验原理及电路

将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。实验电路图见图3-1，全桥的输出电压U_O＝4EKε

四、实验步骤

1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。

2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。

图3-1 电阻式传感器全桥实验电路

3、调节电桥平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U_O记入下表中。

表 3-1

五、实验报告

1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？

实验四  电阻式传感器的单臂、半桥、全桥性能比较实验

一、实验目的

比较半桥、全桥形式输出时的灵敏度和非线性度。

二、实验所用单元

同实验一。

三、实验报告

1、按实验一、实验二、实验三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性误差，从理论上进行分析比较，注意实验一、实验二和实验三中的放大器增益必须相同。

2、若要提高系统的灵敏度，除了采用不同的桥路形式外，还能采用什么措施？

实验五  电阻式传感器的振动实验 *

一、实验目的

了解电阻应变式传感器的动态特性。

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、调零电桥、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。

三、实验原理及电路

将电阻式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察电阻式传感器动态特性，电路图如图5-1。

图5-1 电阻式传感器振动实验电路图

四、实验步骤

1、固定好振动台，将电阻应变式传感器置于振动台上，将振动连接杆与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧。

2、按照图5-1接线，将四个应变片接入电桥中，组成全桥形式，并将桥路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。

3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。

实验六  电阻式传感器的电子秤实验 *

一、实验目的

1、进一步掌握电阻应变式传感器的特性。

2、了解电阻应变式传感器在称重仪器中的应用。

二、实验所用单元

电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、振动台、砝码。

三、实验原理及电路

由于电阻式传感器的输出与位移成正比，利用弹性材料的特性，可以使电阻式传感器输出与质量成线性关系，由此可以进行质量的测量。在本实验中可以利用振动台的振动梁作为弹性部件。

四、实验步骤

1、根据实验一至实验五的实验内容设计电子秤实验的实验装置。

2、调节差动放大器的零点与增益，调节该电子秤实验装置的零点与量程，注意确定量程时不要超出电阻式传感器的线性范围，并使砝码质量与输出电压在数值上有直观的联系。

3、根据所确定量程，逐次增加砝码的质量，将质量与输出电压记入下表。

表 6-1

三、实验报告

1、根据表6-1中的实验数据，计算该电子秤装置的精度。

2、若要增加电子秤装置的量程，可以采取哪些措施？

实验七  变面积式电容传感器特性实验

一、实验目的

1、了解变面积式电容传感器的基本结构。

2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理。

3、掌握变面积式电容传感器的调试方法。

二、实验所用单元

电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、实验电路框图如图7-1所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。

图7-1 电容式传感器实验电路框图

2、图7-1中的电容转换电路图如图7-2所示。图中的信号发生器用于产生方波信号。电容转换由二极管环形电桥完成，二极管环电桥工作原理如图7-3所示。

固定频率的方波脉冲由A点输入，在方波的上升沿，C₀被充电，充电途径是VD₃→C₀；与此同时，Cx₁也被充电，其充电途径是C₉→VD₅→Cx₁。在方波的下降沿，C₀和Cx₁都放电，C₀的放电途径是C₀→VD₄→C₉；Cx₁的放电途径是Cx₁→VD₆。由于C₉在一个周期内的充电和放电平均电流分别为：I_U＝fV_PCx₁和I_D＝fV_PC₀，式中f是脉冲频率，V_P为方波峰值电压，因此AB间的平均电流I＝I_D－I_U＝fV_P(C₀-Cx₁)。从该式中可以看出电容的变化与AB间的电路成正比。

在图7-2中，增加了L₁、L₂、C₁₀和R₆。L₁和L₂对高频方波的阻抗很大，而直流电阻很小，与R₆一起形成了A、B间的直流通路，使充放电流的直流分量得以通过。C₁₀用作滤波。这样在R₆两端就有与电容变化量成正比的直流电压输出。

图7-2 电容转换电路原理图

图7-3 二极管环形电桥原理图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。

2、差动放大器调零（参见实验一）。

3、按图7-2接线，将可变电容Cx₁与固定电容C₀接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。

4、接通电源，调节测微器使输出电压U_O接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200～400mV左右，再回调测微器，使输出电压为0mV，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X与对应的输出电压U_O记入下表中。

表 7-1

五、实验报告

1、根据表7-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素？

实验八  差动式电容传感器特性实验

一、实验目的

1、了解差动式电容传感器的基本结构。

2、掌握差动式电容传感器的调试方法。

二、实验所用单元

电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

实验电路框图如图8-1所示。与实验七不同之处在于接入电容转换电路的两个电容都为可变电容，当电容传感器的动极移动时，两个电容的电容量都发生变化，但变化方向相反，这样就构成差动式的电容传感器。

图8-1 电容式传感器实验电路框图

四、实验步骤

按照实验七的步骤进行实验，注意接入电路板的两个电容为Cx₁和Cx₂。将实验结果记入下表中。

表 8-1

五、实验报告

1、根据表8-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、试比较差动式和变面积式两种电容传感器的优劣。

实验九  电容传感器的振动实验 *

一、实验目的

了解电容式传感器的动态特性。

二、实验所用单元

电容式传感器、电容式传感器转换电路板、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。

三、实验原理及电路

将电容式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察电容式传感器动态特性，电路图如图9-1。

图9-1 电容式传感器振动实验电路图

四、实验步骤

1、固定好振动台，将电容式传感器置于振动台上，将振动连接杆与电容式传感器的测杆适度旋紧。

2、按照图9-1接线，将转换电路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。

3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。

实验十  电容传感器的电子秤实验 *

一、实验目的

1、进一步掌握电容式传感器的特性。

2、了解电容式传感器在称重仪器中的应用。

二、实验所用单元

电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、振动台、砝码。

三、实验原理及电路

由于电容式传感器的输出与位移成正比，利用弹性材料的特性，可以使电容式传感器输出与质量成线性关系，由此可以进行质量的测量。在本实验中可以利用振动台的振动梁作为弹性部件。

四、实验步骤

1、根据实验七及实验八的实验内容设计电子秤实验的实验装置。

2、调节差动放大器的零点与增益，调节该电子秤实验装置的零点与量程，注意确定量程时不要超出电容式传感器的线性范围，并使砝码质量与输出电压在数值上有直观的联系。

3、根据所确定量程，逐次增加砝码的质量，将质量与输出电压记入下表。

表 10-1

三、实验报告

根据表6-1中的实验数据，计算该电子秤装置的精度。

实验十一  差动变压器的特性实验

一、实验目的

1、了解差动变压器的基本结构。

2、掌握差动变压器及整流电路的工作原理。

3、掌握差动变压器的调试方法。

二、实验所用单元

电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、差动变压器由一个初级线圈和两个次级线圈及一个铁芯组成，当铁芯移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化使次级线圈的感应电势产生变化，一个次级线圈的感应电势增加，另一个则减少，将两个次级线圈反向串接，就可以引出差值输出，其输出电势反映出铁芯的位移量。

2、差动变压器实验电路图如图11-1所示。

图11-1 差动变压器实验电路图

传感器的两个次级线圈(N₂、N₃)电压分别经UR₁、UR₂两组桥式整流电路变换为直流电压，然后相减，经过差动放大器放大后，由电压表显示出来。R₁、R₂为两桥臂电阻，RP₁为调零电位器，R₃、R₄、C₁组成滤波电路，R₅为负载电阻，采用这种差动整流电路可以减少零点残余电压。

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。调节测微器使其指示15mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。然后调节两个滚花螺母，使可动铁芯上的刻线与传感器相平，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。

2、差动放大器调零（参见实验一）。

3、按图11-1将信号源的两输出端A、B接到传感器的初级线圈N₁上，传感器次级线圈N₂、N₃分别接到转换电路板的C、D与H、I上，并将F与L用导线连接，将差动放大器与数字电压表连接好。这样构成差动变压器实验电路。

4、接通电源，调节信号源输出幅度电位器RP₁到较大位置，平衡电位器RP₂处于中间位置，调节测微器使输出电压接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益使输出电压的值为300mV左右，再回调测微器使输出电压为0mV。此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X和对应的输出电压U_O记入下表。

表 11-1

五、实验报告

1、根据表11-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、分析为什么采用差动整流电路可以减少零点残余电压？

实验十二  自感式差动变压器的特性实验

一、实验目的

1、了解自感式差动变压器的基本结构。

2、掌握自感式差动变压器及整流电路的工作原理。

3、掌握自感式差动变压器的调试方法。

二、实验所用单元

电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

自感式差动变压器电路图如图12-1所示。

图12-1 自感式差动变压器实验电路图

传感器的两个次级线圈(N₂、N₃)作为交流电桥的两个桥臂，R₁、R₂为另外两个桥臂，D₁、D₂、D₃、D₄组成相敏整流器，A、B之间输入交流电压，M、N之间输出脉动直流电压，经R₃、R₄、C₁滤波后输出直流电压。

四、实验步骤

1、按实验十一的步骤1和2进行操作。

2、按图12-1将信号源的A端接至次级线圈N₂、N₃的中间连线点，B端接至L，N₂上端接E点，N₃下端接G点，B与L、J与M、K与N连接，差动放大器与电压表接线不变，这样构成自感式差动变压器实验电路。

3、按实验十一的步骤4进行实验，将实验结果记入下表。

表 12-1

五、实验报告

1、根据表12-1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。

2、比较差动变压器和自感式差动变压器的灵敏度和线性度。

实验十三  差动变压器的性能实验

一、实验目的

了解差动变压器的工作原理和特性。

二、实验所用单元

电感式传感器、音频振荡器、直流稳压电源、位移台架、测微器、频率与转速表、示波器。

三、实验原理及电路

1、差动变压器由一个初级线圈和两个次级线圈及一个铁芯组成，在传感器的初级线圈上接入高频交流信号，当初、次中间的铁芯随着被测体移动时，由于初级线圈之间的互感磁通量发生变化促使两个次级线圈感应电势产生变化，一个次级感应电势增加，另一个感应电势则减少，将两次级线圈反向串接（同名端连接），就可以引出差值输出，其输出电势的大小反应出被测体的移动量。

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。调节测微器使其指示15mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。然后调节两个滚花螺母，使可动铁芯上的刻线与传感器相平，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。

 2、根据图13-1接线，音频振荡器信号须从实验台上的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率旋钮，输出频率4～5KHz（可用实验台上的频率表来监测）。调节幅度电位器旋钮使输出幅度为Vp-p=2V～5V之间（可用示波器监测），将差动变压器的两个次级线圈的同名端相连。注：判别初级线圈级次级线圈同名端的方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图13-1接线。当铁芯左、右移动时，分别观察示波器中显示的初、次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别，直到正确为止。

    图13-1  差动变压器与双线示波器连接示意图

3、将测微器旋至15mm处，使示波器第二通道显示的波形值Vp-p为最小，这时可以进行位移性能实验，假设其中一个方向为正位移，则另一方向为负位移。从Vp-p最小处开始旋动测微器，每隔0.2mm从示波器上读出电压Vp-p值并填入表13-1中。再从Vp-p最小处反方向旋转测微器，重复实验过程。在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

表 13-1

 五、实验报告

1、实验过程中差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压。根据表13-1画出Vp-p─X曲线（注∶X－与X＋时的Vp-p相位），分析为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。

2、差动变压器的零点残余电压能彻底消除吗？

3、试分析差动变压器与一般变压器的异同？

实验十四  激励频率对差动变压器的特性的影响

一、实验目的

了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。

二、实验所用单元

电感式传感器、音频振荡器、直流稳压电源、位移台架、测微器、频率与转速表、示波器。

三、实验原理

差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式：U_O＝────表示，式中L_p、R_p为初级线圈电感和损耗电阻，U_i、ω为激励电压和频率，M₁、M₂初级与两次级间互感系数，由关式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若R　                  则输出电压U_O受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当                     时输出U_O与ω无关，当然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。调节测微器使其指示15mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。然后调节两个滚花螺母，使可动铁芯上的刻线与传感器相平，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。

2、差动变压器接线参考实验13-1。

3、选择音频信号输出频率为1KHz，幅度调节在2～5Vp-p内，从Lv端输出，移动传感器铁芯至中间位置（即输出信号最小的位置）。

4、 旋动测微器，每隔0.2mm在示波器第二通道上读取信号电压的Vp-p值，填入下表14-1中。

5、保持输入信号幅度不变，分别改变激励频率为3KHz、5KHz、7KHz、9KHz，重复实验步骤4将结果填入下表14-1中。

表14-1

五、实验报告

1、作出每一频率是的Vp-p—X曲线，并计算其灵敏度S。

2、画出灵敏度与不同激励频率的关系曲线。                        

实验十五  差动变压器的振动实验 *

一、实验目的

了解差动变压器的动态特性。

二、实验所用单元

电感式传感器、电感式传感器转换电路板、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。

三、实验原理及电路

将电感式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察电感式传感器动态特性，电路图如图15-1。

图15-1 差动变压器振动实验电路图

四、实验步骤

1、固定好振动台，将差动变压器置于振动台上，将振动连接杆与差动变压器的铁芯适度旋紧。

2、按照图15-1接线，将转换电路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。

3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。

实验十六  差动变压器的电子秤实验 *

一、实验目的

1、进一步掌握差动变压器的特性。

2、了解差动变压器在称重仪器中的应用。

二、实验所用单元

电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、振动台、砝码。

三、实验原理及电路

由于差动变压器的输出与位移成正比，利用弹性材料的特性，可以使差动变压器输出与质量成线性关系，由此可以进行质量的测量。在本实验中可以利用振动台的振动梁作为弹性部件。

四、实验步骤

1、根据实验十一以及实验十二的实验内容设计电子秤实验的实验装置。

2、调节差动放大器的零点与增益，调节该电子秤实验装置的零点与量程，注意确定量程时不要超出差动变压器的线性范围，并使砝码质量与输出电压在数值上有直观的联系。

3、根据所确定量程，逐次增加砝码的质量，将质量与输出电压记入下表。

表 16-1

三、实验报告

根据表16-1中的实验数据，计算该电子秤装置的精度。

实验十七  光电式传感器的转速测量实验

一、实验目的

1、了解光电式传感器的基本结构。

2、掌握光电式传感器及其转换电路的工作原理。

3、掌握差动变压器的调试方法。

二、实验所用单元

光电式传感器、光电式传感器转换电路板、直流稳压电源、频率与转速表、数字电压表、 位移台架。

三、实验原理及电路

1、光断续器原理如图17-1所示，一个开口的光耦合器，当开口处被遮住时，光敏三极管接收不到发光二极管的光信号，输出电压为0，否则有电压输出。

     图17-1 光断续器示意图        图17-2 测速装置示意图

2、图17-2为测速装置示意图，其中微型电动机带动转盘在两个成90度的光继续器的开口中转动，转盘上一半为黑色，另一半透明，转动时，两个光继续器将输出不同相位的方波信号，这两个方波信号经过转换电路中的四个运放器，可输出相位差分别为0°、90°、180°、270°的方波信号，它们的频率都是相同的，其中任意一个方波信号均可输出至频率表显示频率。原理如图17-3所示。

3、微型电动机的转速可调，电路图如图17-4所示，调节电位器RP可输出0～12V的直流电压。

图17-3  光电传感器实验原理图

图17-4  电机调速电路图

四、实验步骤

1、固定好位移台架，将光电式传感器置于位移台架上，将传感器上的A、B点与转换电路板上的A、B点相连；转换电路板上的0～12V输出接到传感器上；转换电路的A、B与0°、90°、180°、270°输出均可接至频率与转速表。

2、接通电源，调节电位器RP使输出电压从最小逐渐增加到最大，观察数字电压表上显示的电压以及频率表上显示的频率的变化情况。

五、实验报告

怎样根据显示的频率换算出电动机的转速？

实验十八  光电式传感器的旋转方向测量实验

一、实验目的

了解旋转方向的测量方法。

二、实验所用单元

光电式传感器、光电式传感器转换电路板、直流稳压电源、频率与转速表、位移台架、双踪示波器。

三、实验原理及电路

光电式传感器经过转换电路后可输出相位差分别为0°、90°、180°、270°的方波信号，如果电动机的旋转方向改变，这四个方波信号之间的相位关系也随之改变，可以根据相位关系判断电动机的旋转方向。

四、实验步骤

1、按照实验十六的步骤连接好实验电路。

2、接通电源，调节电位器RP使电动机在一个合适的转速上旋转。

3、将双踪示波器Y₁探头接0°输出端，Y₂探头依次接90°、180°、270°输出端，观察波形之间的相位关系，并记录波形。

4、改变电动机输入电压的方向，重复步骤3，并记录波形。

五、实验报告

1、画出从示波器上观察到的八组波形，比较电动机旋转方向不同时，各方波之间的相差关系。

2、为什么开关型光电传感器多采用红外线形式？

实验十九  接近式霍尔传感器实验

一、实验目的

1、掌握开关型集成霍尔传感器及其转换电路的工作原理。

2、了解利用开关型集成霍尔传感器制作接近开关的方法。

二、实验所用单元

霍尔式传感器转换电路板、霍尔电路配套磁钢和铁片（实验二十二中的涡流载体）、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

1、实验电路如图19-1所示。电路主要由三部分组成，第一部分是霍尔集成电路，第二部分是触发器，第三部分是两个非门。当发光二极管亮时，表示有输出信号。

图19-1 霍尔传感器实验原理图

2、对于普通的霍尔接近开关，当磁体靠近时输出状态翻转，磁体离开后状态立即复原。而对于锁存开关，因为增加了数据锁存器，输出状态可以保持，直到有复位信号或磁体再次触发接近开关，开关的状态才会恢复。

四、实验步骤

1、按照图19-1接线。

2、普通接近开关实验

(1) 将S₁断开，霍尔集成电路、R1与VD₁构成普通接近开关，用磁钢的S极接近霍尔集成电路的有字面，VD₁亮，磁钢远离有字面，VD₁灭。

如果用磁钢的N极去触发霍尔集成电路，VD₁不亮，说明霍尔集成电路要求磁路系统有方向性。

(2) 将磁钢吸附于装在测微器测杆顶端的铁片上，S面向下，正对霍尔集成电路。下旋测微器，使磁钢慢慢接近霍尔电路，当VD₁亮时，读出测微器数值X和输出电压U_O，填入下表中；然后再上旋测微器，使磁钢慢慢远离霍尔电路，直到VD₁灭，再读出此时的X和U_O，填入下表中，共测5组，分析传感器的复现性。

表 19-1

3、锁存式接近开关实验

将S₁接通，S₂断开（S₂用于提供复位信号），整个系统即构成锁存开关。先将S₂接通，再断开，使触发器复位，用磁钢接近霍尔电路，观察VD₁和VD₂的亮灭情况，再使磁钢离开霍尔电路，观察VD₁和VD₂的亮灭情况，了解锁存开关是怎样锁住状态的。

五、实验报告

1、对于霍尔集成电路，是磁钢接近时触发还是远离时触发？

2、根据表19-1中的一组数据，画出霍尔集成电路的输入/输出特性曲线，并说明这种曲线表示了开关型霍尔传感器的什么特性，该特性具有什么优点？

3、锁存开关与普通接近开关相比有什么优缺点？

实验二十  霍尔传感器的转速测量实验

一、实验目的

了解开关型霍尔传感器用于测量转速的方法。

二、实验所用单元

霍尔传感器探头（内附转换电路）、转速传感器中、电机调速装备（光电传感器转换电路中）、光纤位移台架、直流稳压电源、频率与转速表。

三、实验原理及电路

利用开关型霍尔传感器探头对旋转体磁极的明显变化产生脉冲信号，经电路处理即可测量转速。

四、实验步骤

1、固定好光纤位移台架，将霍尔传感器探头装于传感器支架上，将转速传感器放入光纤位移台架的圆孔中，使探头对准转速传感器转盘磁极。

2、霍尔传感器探头的红线接面板上的+5V电源，蓝线接频率与转速表输入端，黑线接地。

3、将频率与转速表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转动，观察实验现象。

实验二十一  霍尔传感器的振动测量实验

一、实验目的

了解开关型霍尔传感器的动态特性。

二、实验所用单元

霍尔传感器探头（内附转换电路）、霍尔式传感器转换电路板、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。

三、实验原理及电路

将霍尔传感器探头与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察霍尔传感器动态特性。

四、实验步骤

1、固定好振动台，将霍尔传感器探头装在振动台连桥板上。霍尔传感器探头在磁电传感器磁钢的上方3-5mm左右。

2、霍尔传感器探头的红线接面板上的+5V电源，蓝线接示波器输入端，黑线接地。

3、按照图19-1接线，注意将转换电路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。

4、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。

实验二十二  涡流传感器的位移特性实验

一、实验目的

1、了解涡流式传感器的基本结构。

2、掌握涡流式传感器的工作原理及性能。

二、实验所用单元

涡流式传感器和铁片、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路

通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，引起线圈的电感发生变化。而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。实验电路如图22-1所示，采用电容式三点式振荡器，用于产生高频电流，电流的大小与电感L₂（即涡流感应头中的线圈）的大小有关，滤波后输出直流信号。

图22-1 涡流式传感器实验原理图

四、实验步骤

1、将涡流式传感器装在位移台架上，并与转换电路板连接起来。

2、将测微器测杆与铁片连接在一起。

3、接通电源，适当调节测微器的高度，使铁片与涡流感应头刚刚接触，记下此时测微器读数和输出电压，并从此点开始向上移动铁片，将位移量X与输出电压U_O记入下表中。建议每隔0.2mm读一次数值，共读取20组数据。

表 22-1

五、实验报告

1、根据表22-1的数据，画出涡流式传感器的输入/输出特性曲线，并求出拟合曲线的方程。

2、涡流式传感器的量程与哪些因素有关？

实验二十三  被测体材质对涡流传感器特性的影响实验

一、实验目的

了解不同的被测体材料对涡流式传感器特性的影响。

二、实验所用单元

与实验二十相同，另加铜和铝的被测体小圆盘。

三、实验原理及电路

涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的特性。

四、实验步骤

实验步骤与实验二十二相同，只是分别用铜圆盘和铝圆盘代替实验二十二中的铁圆盘，并将实验数据分别记入表23-1和表23-2中。

表 23-1  被测体为铜圆盘时的位移与输出电压数据

表 23-2  被测体为铝圆盘时的位移与输出电压数据

五、实验报告

1、根据表23-1和表23-2的数据，分别画出特性曲线，并与实验二十的实验结果一起进行比较。

2、如果被测体为非金属，如何进行位移的测量？

实验二十四  涡流式传感器的转速测量实验

一、实验目的

了解涡流式传感器用于测量转速的方法。

二、实验所用单元

涡流传感器探头、转速传感器、电机调速装备（光电传感器转换电路中）、差动放大器、位移台架、直流稳压电源、转速与频率表。

三、实验原理及电路

利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理即可测量转速。

四、实验步骤

1、固定好光纤位移台架，将涡流传感器探头装于传感器支架上，将电机放入位移台架的圆孔中，使探头对准电机转盘磁极。

2、将涡流传感器探头的两根输出信号线接至差动放大器的输入端，差动放大器的输出接至频率与转速表的输入端。

3、将频率与转速表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转动，观察实验现象。

实验二十五  涡流式传感器的振动实验

一、实验目的

了解差动变压器的动态特性。

二、实验所用单元

涡流式传感器探头、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。

三、实验原理及电路

将涡流式传感器探头与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察涡流式传感器动态特性。

四、实验步骤

1、固定好振动台，将涡流式传感器装于振动台连桥板上，将涡流式传感器探头置于振动梁上方3-5mm左右。

2、按照图22-1接线，注意将转换电路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。

3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。