《电子测量与检测》实验指导书

1《电子测量与检测》实验指导书一、电子测量与检测实验须知电子测量与检测实验的目的是使学生了解一些电气设备和各种非电量电测传感元件，理解一定的非电量电测技术，学会使用常用的测量仪器仪表，掌握基本的非电量电测方法。要求学生通过实际操作，培养独立思考、独立分析和独立实验的能力。为使实验正确、顺利地进行，并保证实验设备、仪器仪表和人身的安全，在做检测与转换技术实验时，需知以下内容。1．实验预习实验前，学生必须进行认真预习，掌握每次实验的目的、内容、线路、实验设备和仪器仪表、测量和记录项目等，做到心中有数，减少实验盲目性，提高实验效率。2．电源（1）实验桌上通常设有单相（或三相）交流电源开关和直流电源开关，由实验室统一供电，实验前应弄清各输出端点间的电压数值。（2）实验桌（或仪器）上配有直流稳压电源，在接入线路之前应调节好输出电压数值，使之符合实验线路要求。特别是在实验线路中，严禁将超过规定电压数值的电源接入线路运行。（3）在进行实验线路的接线、改线或拆线之前，必须断开电源开关，严禁带电操作，避免在接线或拆线过程中，造成电源设备或部分实验线路短路而损坏设备或实验线路元器件。3．实验线路（1）认真熟悉实验线路原理图，能识图并能按图接好实验线路。（2）实验线路接线要准确、可靠和有条理，接线柱要拧紧，插头与线路中的插孔的结合要插准插紧，以免接触不良引起部分线路断开。（3）线路中不要接活动裸接头，线头过长的铜丝应剪去，以免因操作不慎或偶然原因而触电，或使线路造成意想不到的后果。（4）线路接好后，应先由同组同学相互检查，然后请实验指导教师检查同意后，才能接通电源开关，进行实验。4．仪器仪表（1）认真掌握每次实验所用仪器仪表的使用方法、放置方式（水平或垂直），并要清楚仪表的型号规格和精度等级等。（2）仪器仪表与实验线路板（或设备）的位置应合理布置，以方便实验操作和测量。（3）仪器仪表上的旋钮有起止位置，旋转时用力要适度，到头时严禁强制用力旋转，以免损坏旋钮内部的轴及其连接部分，影响实验进行。（4）测试前应根据估算的物理量数值先选择好仪表的量限，然后将仪表接入线路测试点。2对于指示仪表，应清楚所选量限的刻度数值；被测量值通常应处在仪表上量限的一半以上，顺指针方向读数，以减少读数误差。（5）实验用仪表一般应在实验线路稳定运行后接入线路测试，并同时观察指示情况，如超过量限应立即断开连接。特别指出，对于电流表应严禁先接入线路后再合电源开关，以避免闭合开关瞬时的冲击电流使指示仪表损坏。（6）所选用仪表的内阻与被测元件或电路的电阻的配合要恰当，测试方法要合适，以减少测试误差。5．对实验中异常现象的处理在实验过程中，如发现异常火花、异声、异味、冒烟、过热等现象，应立刻断开电源开关，保持现场，并请指导教师一起检查原因。6．实验结束整理（1）实验完成后，应将实验记录交指导教师检查认可后，方可拆线。（2）实验结束后，应先断开电源开关，然后才能拆线。（3）将实验桌上的仪器仪表和实验线路板摆放整齐，将连接导线归拢整齐并放入实验桌抽屉内。二、电子测量与检测实验报告书写要点实验报告是实验的总结，它应用理论对实验数据、实验波形和实验现象加以分析，从中得出有价值的结论。每个学生都应在实验完成后及时写出分析中肯、结论简洁、字迹工整的实验报告。这不仅能深化理论学习的内容，而且能培养正确总结实验工作和进行科学实验的能力。检测与转换技术实验报告书写要点如下：（1）题目、系别、班级、实验人（姓名、学号）、同组人、日期。（2）实验目的。（3）实验线路。（4）实验内容及其做法简述。（5）实验分析。①将原始记录整理为便于分析的形式，如数据换算、表格、曲线等；②应用实验数据、实验波形和实验现象，分析实验线路或元器件的物理特性、实现功能、技术指标。分析电路的性质、定理、规律，或分析实验中的新发现，指出它的趋势和研究的方向等；③书中每个实验中的实验报告分析提示，仅供学生实验分析时参考，应不拘泥于所提出的项目。（6）实验结论：对实验分析进行概括或指出实验题目的研究方向。（7）附：原始记录，以及测量仪器仪表的名称、型号规格、精度等级、量限，所使用设备的型号规格和主要参数。3三、实验实验一金属箔式应变片——全桥性能实验1．实验目的了解全桥测量电路的优点。2．实验原理在全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的两只接入邻边，如图13.1所示。当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出为Uo=KE（13.1）式中，E为电桥电源电压。式（13.1）表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图13.13．实验仪器THSRZ-1型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为应变传感器实验模块，托盘，砝码，数显电压表，±15V、±4V电源，万用表（自备）。4．实验步骤（1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图13.1。（2）将差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关。将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V挡），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。（3）按图13.2所示接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，接入直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui。检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。图1.14图13.2（4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值。保持Rw3不变，依次增加砝码，读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果，填入表13.1中，关闭电源。表13.1实验数据记录表重量/g电压/mV5．实验报告分析提示根据记入表13.1的实验数据，计算灵敏度L=U/W、非线性误差f3。实验二直流全桥的应用——电子称实验1．实验目的了解直流全桥的应用及电路的定标。2．实验原理电子称实验原理同实验一的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数，使电路输出电压值为重量的对应值，将电压量纲（V）改为重量量纲（g），即成一台比较原始的电子称。3．实验仪器THSRZ-1型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为应变传感器实验模块，托盘，砝码，数显电压表，±15V、±4V电源，万用表（自备）。4．实验步骤（1）按实验一的实验步骤（1）、（2）、（3）接好线并将电路调零。（2）将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（满量程时的增益），使数显电压表显示为0.200V（2V挡测量）。5（3）拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.00V，若不为0.00V，再次调节Rw4调零。（4）重复步骤（2）、（3）的定标过程，直到精确为止，把电压量纲改为重量量纲即可以称重。（5）将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表13.2中，关闭电源。表13.2实验数据记录表重量（g）电压（mV)5．实验报告分析与提示根据记入表13.2的实验数据，计算灵敏度L=U/W、非线性误差f4。实验三湿敏传感器实验1．实验目的了解湿敏传感器的原理及应用范围。2．实验原理湿度是指大气中水分的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种表示方法。绝对湿度是指单位体积中所含水蒸气的含量或浓度，用符号AH表示；相对湿度是指被测气体中的水蒸气压与该气体在相同温度下饱和水蒸气压的百分比，用符号%RH表示。湿度给出大气的潮湿程度，因此它是一个无量纲的值。实验中多用相对湿度概念。湿敏传感器种类较多，根据水分子易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的这种特性（称水分子亲和力），湿敏传感器可以分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本实验所采用的属水分子亲和力型中的高分子材料湿敏元件。高分子电容式湿敏元件是利用元件的电容值随湿度变化的原理而工作的，使用具有感湿功能的高分子聚合物（如乙酸-丁酸纤维素和乙酸-丙酸比纤维素等）做成薄膜，它们具有迅速吸湿和脱湿的能力，感湿薄膜覆在金箔电极（下电极）上，然后在感湿薄膜上再镀一层多孔金属膜（上电极），这样就形成一个平行板电容器，就可以通过测量电容的变化来感觉空气湿度的变化。63．实验仪器THSRZ-1型传感器系统综合实验装置，本实验在该实验装置上所需的单元及部件为湿敏传感器、湿敏座、干燥剂、棉球（自备）。4．实验内容与步骤（1）湿敏传感器实验装置如图13.3所示，红色接线端接+5V电源，黑色接线端接地，蓝色接线端接频率/转速表输入端。频率/转速表选择频率挡，并记下此时频率/转速表的读数。（2）将湿棉球放入湿敏腔内，并插上湿敏传感器探头，观察频率/转速表的变化。（3）取出湿纱布，待数显表示值下降回复到原示值时，在湿敏腔内放入部分干燥剂，同样将湿度传感器置于湿敏腔孔上，观察数显表头读数变化。5．实验报告输出频率f与相对湿度RH值对应如表13.3所示，计算以上两种状态下空气相对湿度。表13.3输出频率f与相对湿度RH值对应表RH（%）0102030405060708090100f（Hz）73517224710069766853672866006468633061866033实验四差动变压器的应用——振动测量实验1．实验目的了解差动变压器测量振动的方法。2．实验原理利用差动变压器测量动态参数的原理与测量位移的原理相同，不同的是其输出为调制信号，要经过检波才能观测到所测动态参数。3．实验仪器THSRZ-1型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为振荡器、差动变压器模块、相敏检波模块、频率/转速表、振动源、直流稳压电源，以及通信接口（含上位机软件）。4．实验步骤（1）将差动变压器按照图13.4所示安装在三源板的振动源单元上。（2）将差动变压器的输入/输出线连接到差动变压器模块上，并按图13.5所示接线。图13.37图13.4图13.5（3）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用上位机观察音频振荡器输出端信号峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Up-p=2V。（4）用上位机观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架的高度，使上位机显示的波形幅值为最小。（5）仔细调节Rw1和Rw2使相敏检波器输出波形幅值更小，基本为零点。用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移），仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使上位机显示的波形为一个接近全波整流波形。然后松手，整流波形则消失变为一条接近零点的线；否则，再调节Rw1和Rw2。（6）振动源“低频输入”端接振荡器“低频输出”端，调节低频输出幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。分别用上位机软件观察放大器输出的Uo1、相敏检波器输出的Uo2及低通滤波器输出的Uo3的波形。（7）保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率，用上位机软件观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入表13.4中。表13.4实验数据记录表f（Hz）Up-p（V）5．实验报告分析与提示（1）根据实验结果做出振幅-频率特性曲线，指出自振频率的大概值，并与使用应变片测出的结果进行比较。（2）保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样可得到振幅与电压峰-峰值Up-p曲线（定性）。注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在共振频率附近振幅太大。实验五电涡流传感器的位移特性实验1．实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2．实验原理通过高频电流线圈产生磁场，当有导电体接近该磁场时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体相对于线圈之间的距离有关，因此可以进行位移测量。83．实验仪器THSRZ-1型传感器系统综合实验装置。本实验在该实验装置上所需的单元及部件为电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、数显直流电压表、测微头。4．实验步骤（1）按图13.6所示安装电涡流传感器。图13.6（2）在测微头端部安装铁质金属圆盘，作为电涡