THQC-2型 实验指导书(4)

THQC-2型 传感器系统综合实验仪

实验八 差动电感性能实验

一、实验目的

了解差动电感的工作原理和特性。 二、实验仪器

差动电感、测微头、差动放大器、信号源、示波器（自备） 三、实验原理

差动电感由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体。移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级线圈的感应电动势增加，另一只次级线圈的感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出，则输出的变化反映了被测物体的移动量。 四、实验内容与步骤

1．差动电感已经根据图8-1安装在传感器固定架上。

图8-1 差动变压器安装图

图8-2 差动电感接线图

2．将“信号源 ”“Us1 0°”输出接至L1，打开“直流电源”开关，调节Us1的频率和幅度（用示波器监测），使输出信号频率为（4-5）kHz，幅度为Vp-p=2V，按图8-2接线。

3．将“差动放大器”的增益调到最大（增益调节电位器顺时针旋到底）。

4．用示波器观测“差动放大器”的输出，旋动实验台中右侧的千分尺，用示波器观测到的

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波形峰－峰值Vp-p为最小，这时可以上下位移，假设向上移动为正位移，向下移动为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入表8-1，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意上、下位移时，初、次级波形的相位关系。 表8-1 X(mm) Vp-p(V) -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

1.实验过程中注意差动电感输出的最小值即为差动电感的零点残余电压大小。根据表8－1画出Vp-p－X曲线。

2.分析一下该测试电路的误差来源。 六、注意事项

实验过程中加在差动电感原边的音频信号幅值不能过大，以免烧毁差动电感传感器。

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实验九 电容式传感器位移特性实验

一、实验目的

了解电容传感器的结构及特点。 二、实验仪器

电容传感器、电容变换器、测微头、电压温度频率表 三、实验原理

电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：

C??Sd??0??r?Sd （9-1）

0为真空介电常数，εr为介质相对介电常数，由

式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε

此可以看出当被测物理量使S、d或εr发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图9-1，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。通过处理电路将电容的变化转换成电压变化，进行测量。

图9-1电容传感器内部结构示意图

四、实验内容与步骤

1．电容传感器已经按图9-2安装在实验台。

图9-2 电容传感器安装示意图

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图9-3 电容传感器接线图

2．将底面板上“电容传感器”与“电容变换器”相连，“电容变换器”的输出接到电压温度频率表（选择U）。（注：此处应选用三根相同长度的实验导线，而且越短越好。）

3．打开“直流电源”开关。调节“电容变换器”的增益调节电位器到中间位置，调节螺旋测微器使得电压温度频率表显示为0。（增益调节电位器确定后不能改动）

4．调节螺旋测微器推进电容传感器的中间极板（内极板）上下移动，每隔0.2mm将位移值与电压温度频率表的读数填入表9-1。 表9-1 X(mm) U (V) 五、实验报告

1.根据表9-1的数据作做出电压—位移曲线。

2.试分析电容传感器转接电容变换器的导线为什么要长度一致。

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 19 天煌科技 天煌教仪

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实验十 电容传感器动态特性实验

一、实验目的

了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。 二、实验仪器

电容传感器、电容变换器、低通滤波器、信号源、示波器（自备）、电压温度频率表、振动源

三、实验原理

与电容传感器位移特性实验原理相同。 四、实验内容与步骤

1．将悬臂架上的千分尺升高使其远离托盘，将底面板电容传感器对应接入电容变换器中（注：选用三根相同长度的实验导线）。将“电容变换器”的输出端接“低通滤波器”的输入端，“低通滤波器”输出端接示波器。电容变换器的“增益调节”电位器调到最大位置（顺时针旋到底）。

图10-1 电容传感器动态实验接线图

2．打开实验台电源，将信号源Us2接到“振动源1”。信号源Us2输出信号频率调节为“10-15Hz”之间，振动幅度调到最大。

3．用电压温度频率表（选择“F”）监测Us2的频率。

4．调节信号源改变输出频率，用示波器测出“低通滤波器”输出波形的峰-峰值。填入下表。 表10-1 振动频率(Hz) Vp-p(mV) 五、实验报告

1.作电容传感器F-Vp-p曲线，找出振动源的固有频率。 2.分析一下该测试电路的误差来源。

10 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 20 天煌科技 天煌教仪