大学物理自主设计性实验大学物理自主设计性实验（FB716-Ⅱ型物理设计性（传感器）实验装置）实验指导书杭州精科仪器有限公司目录第一、产品简介 (02)第二、实验项目内容 (04)实验一、应变片性能—单臂电桥 (04)实验二、应变片：单臂、半桥、全桥比较 (06)实验三、移相器实验 (08)实验四、相敏检波器实验 (10)实验五、应变片—交流全桥实验 (12)实验六、交流全桥的应用—振幅测量 (14)实验七、交流全桥的应用—电子秤 (14)实验八、霍尔式传感的直流激励静态位移特性 (16)实验九、霍尔式传感的应用——电子秤 (17)实验十、霍尔片传感的交流激励静态位移特性 (17)实验十一、霍尔式传感的应用研究—振幅测量 (18)实验十二、差动变压器（互感式）的性能 (19)实验十三、差动变压器（互感式）零点残余电压的补偿 (20)实验十四、差动变压器（互感式）的标定 (21)实验十五、差动变压器（互感式）的应用研究—振幅测量 (22)实验十六、差动变压器（互感式）的应用—电子秤 (23)实验十七、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能 (24)实验十八、差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能 (25)实验十九、磁电式传感器的性能 (26)实验二十、压电传感器的动态响应实验 (27)实验二十一、压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 (28)实验二十二、差动面积式电容传感器的静态及动态特性 (29)实验二十三、扩散硅压阻式压力传感实验 (30)实验二十四、气敏传感器（MQ3）实验 (32)实验二十五、湿敏电阻（RH）实验 (34)实验二十六、热释电人体接近实验 (34)实验二十七、光电传感器测转速实验 (36)第三、结构安装图片和说明 (37)第一、产品简介一、FB716-II型物理设计性（传感器）实验装置本实验装置主要由以下所述5个部分组成：1．传感器实验台部分：装有双平行振动梁（包括应变片上下各2片、梁自由端的磁钢）、双平行梁测微头及支架、振动盘（装有磁钢、用于固定霍尔传感器的二个半圆磁钢、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子、压电传感器），安装时可参考第三部分结构图片及安装说明。
2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）；3．JK-20型频率振荡器部分：含音频振荡器和低频振荡器；4．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源；5．处理电路模块部分：电桥模块（提供元件和参考电路，由学生自行搭建）、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、调零、增益、移相等模块组成。
二、本实验装置的设计宗旨：1．九孔实验板接口平台有利于培养学生的动手、动脑能力，从中树立起创新能力以适应社会发展的需要；2．随着科学技术的飞速发展，现今各种各样的传感器已经成为众多领域不可缺少的关键部件，为此我们把传感器作为实验研究的对象，让学生通过该实验，了解和掌握传感器的基本知识及其应用技能，为今后的学习、工作和生活打下扎实的基础。
三、实验装置的特点：本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。
非常适合大中专院校开设开放性实验。
本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。
四、主要技术参数、性能及说明：1．FB716-II传感器实验台部分：双平行振动梁的自由端及振动盘装有磁钢，通过测微头或激振线圈接入低频振荡器可做静态或动态测量。
应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。
传感器：（1）差动变压器：量程：；直流电阻：；由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
（2）霍尔式传感器：量程：；直流电阻：激励源端口：；输出端口：。
（3）电容式传感器：量程：≥±2mm，由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。
（4）压阻式压力传感器：量程：（差动）；供电电压：；直流电阻：：；：。
（5）压电加速度计：PZT-5双压电晶片和铜质量块构成；谐振频度：≥10KHz；电荷灵敏度：。
（6）应变式传感器：金属箔式应变片阻值：350Ω；应变系数：2 。
（7）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。
（8）磁电式传感器：；直流电阻：；由线圈和动铁（永久磁钢）组成；灵敏度：。
（9）湿敏电阻：高分子薄膜电阻型：；响应时间：吸湿、脱湿。
湿度系数：；测量范围：；工作温度：。
（10）气敏传感器：适用气体：酒精；测量范围：。
（11）热释电传感器：远红外式，主要由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。
2．信号处理及变换（有电源极性接反保护）：（1）电桥模块：提供相关参数的器件，由学生根据实验需要自行搭建。
（2）差动放大器：通频带可接成同相、反相、差动结构，增益为倍的直流放大器。
（3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带。
（4）电容变换器：由高频振荡，放大和双电桥组成的处理电路。
（5）电荷放大器：电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。
（6）移相器：允许最大输入电压频率，移相范围。
（7）相敏检波器：可检波电压频率，允许最大输入电压，由极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。
（8）低通滤波器：由陷波器和滤波器组成，转折频度左右。
3．型频率振荡器部分：（1）音频振荡器：输出连续可调，值，、反相输出，端最大功率输出电流。
（2）低频振荡器：输出连续可调，值，最大输出电流。
4．振动梁、测微头：双平行式悬臂梁一副（装有应变片与振动盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。
5．型直流恒压电源部分：直流，主要提供给各芯片电源：分三档输出，提供给实验时的直流激励源；：作为电机电源或作其它电源。
五、附录附录部分主要包括实验时的结构安装图示和各模块的电气连接图示说明，以及实验中的相关参考信息。
在实验之前，请认真仔细阅读本实验指导书及相关注意事项。
实验时，严格按照接线图和实验步骤完成实验内容。
由于各模块是完全独立的，所以接线比较繁琐，请各位同学要认真检查之后，确认接线正确之后（特别要注意不要把电源接到非电源输入端），方可通电实验，否则，会烧坏芯片。
设计和思考问题部分，同学可以查阅相关资料或在老师指导下完成所要求的内容。
实验时，对需要接“地”处都必须连接在一起。
在实验时不要晃动或摇动实验桌以及相关的仪器设备和线路，以免引起线路接触不良，使实验不能正常进行。
第二、实验项目内容实验一、金属箔式应变片性能——单臂电桥【实验目的】了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
【实验仪器】JK-19型直流恒压电源、电桥模块（只提供器件）、差动放大器（含调零模块）、测微头及连接件、应变片、万用表、九孔实验板接口平台和传感器实验台。
【实验步骤】预设：JK-19型直流恒压电源：档，万用表打到2V档，差动放大增益中间位置。
1．了解所需模块、器件设备等，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。
测微头在双平行梁后面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
安装测微头时，应注意是否可以到达磁钢中心位置。
2．差动放大器调零：V+接至直流恒压电源的+15V，V-接至于-15V，调零模块的GND与差动放大器模块GND相连，与相连，V+与V+相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端、反相端与地短接。
用万用表测差动放大器输出端的电压：开启直流恒压电源：调节调零旋钮使万用表显示为零。
3．根据图1-1接线，为电桥模块的固定电阻，则为应变片；将直流恒压电源的输出电压打至，万用表置档。
开启直流恒压电源，调节电桥平衡网络中的电位器，使万用表显示为零；4．将测微头转动到刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使万用表显示最小，再旋动测微头，使万用表显示为零（细调零），并记下此时测微头上的刻度值（要准确无误地读出测微头上的刻度值）。
5．往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移(X)记下万用表显示的值。
建议每旋转测微头一周即记一个值填入下表：6．根据所得结果计算灵敏度：（式中为梁的自由端位移变化，为相应万用表显示的电压相应变化）。
7．在托盘未放砝码之前，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。
根据所得结果计算系统灵敏度，并作出关系曲线，为电压变化率，为相应的重量变化。
（重量用表示，电压用表示，后面所用，与此相同，不再另作说明。
）204060801001201．本实验电路对直流恒压电源和放大器有何要求？2．根据原理图，简要分析差动放大器的工作原理。
【注意事项】1．在记录数据之前，请将测微头调至一个合适位置。
合适位置，指的是测微头螺杆最长及最短时，万用表示数的范围要足够大。
调节方法：通过调整测微头支杆座的高度来实验；2．在旋转旋钮时，请不要转动测微头支杆。
实验二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较【实验目的】验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
【实验仪器】JK-19型直流恒压电源、差动放大器、电桥模块、万用表、测微头及连接件、FB716-II传感器实验台、应变片和九孔实验板接口平台。
【实验步骤】预设：直流恒压电源：置档，万用表打到档，差动放大器增益置中间位置。
1．差动放大器调零：接至直流恒压电源的，接至，调零模块的与差动放大器模块的相连，与相连，与相连，再用导线将差动放大器的输入端同相端、反相端与地短接。
用万用表测差动放大器输出端的电压：开启直流恒压电源：调节调零旋钮使万用表显示为零。
2．按图接线，图中为应变片，及可调平衡网络。
3．安装和调整测微头到磁钢中心位置并使双平行梁处于水平位置（目测），记下该刻度值，再将直流恒压电源调到档。
选择适当的放大增益，然后调节电桥平衡电位器，使万用表显示为零。
4．旋转测微头，使梁移动，每隔读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭直流恒压电源：5．保持放大器增益不变，将固定电阻换为工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥使万用表显示表显示为零，重复步骤4，同样测得读数，填入下表：6．保持差动放大器增益不变，将两个固定电阻换成另两片受力应变片（即把换成，换成）组桥时必须掌握相对臂应变片的受力方向相同，相邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥同样使万用表显示为零。
重复步骤4，将读出数据填入下表：7．在同一坐标纸上描绘曲线，比较三种接法的灵敏度。
