《传感器原理实验报告》
指导教师：张学锋
班级：物联网131班
组序：第七组
组员：
程少锋 139074366
陈习武139074364
高扬 139074373
孙明明 139074386
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目录
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥 ............................................................... 1
实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 ................................................... 2
实验三 金属箔式应变片温度效应及补偿 ................................................................... 4
实验四 热电偶原理及分度表的应用 ........................................................................... 5
实验五 移相器实验 ....................................................................................................... 6
实验六 相敏检波器实验 ............................................................................................... 6
实验七 金属箔式应变片——交流全桥 ....................................................................... 8
实验十二 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿 ................................................... 9
实验十三 差动变压器（互感式）的标定 ..................................................................... 10
实验十九 电涡流式传感器的静态标定 ......................................................................... 11
实验二十三 霍尔传感器的直流激励特性 ..................................................................... 12
实验二十五 霍尔式传感器的交流激励特性 ................................................................. 13
实验二十六 霍尔式传感器的应用——振幅测量之四 ............................................... 14
实验二十七 磁电式传感器的性能 ............................................................................... 15
实验二十九 压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 ................... 16
实验三十一 双平行梁的动态特性 ............................................................................... 18
实验三十二 电涡流传感器位移特性实验 ................................................................... 19
实验三十三 PN结温度传感器测温实验 ...................................................................... 20
实验三十四 热敏电阻演示实验 ................................................................................... 21
实验三十五 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验 ................................................... 23
实验三十六 光纤位移传感器静态实验 ....................................................................... 23 2
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实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥
一、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。
二、基本原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR 1/ R1、ΔR 2/ R2、ΔR 3/ R3、ΔR 4/ R4，当使用一个应变片时，∑R =
应变片组成差动状态工作，则有∑R =
R 1=R2=R3=R4=R， ∑R =4∆R
R 2∆R R ∆R ；当两个R ；用四个应变片组成两个差对工作，且。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下 电压/频率表显示的值。建议每旋动测微头一周即∆X=0.5mm记一个数值填入下表：
6、根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔX （式中ΔV 为F/V显示的相应电压变化，ΔX 为梁的自由端位移变化）。
灵敏度S=ΔV/ΔX=0.037（四舍五入）
六、思考题：
1、本实验电路对直流稳压电源和放大器有何要求？
答：实验中直流稳压电源输出的正负电压要基本对称。
电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差，因此该放大器的共模抑制比应相对比较大。
2、根据所给的差动放大器电路原理图（见附表一），分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。
答：差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯独对输入信号的差（差模信号）做出响应，这些特点在电子设备中应用很广。集成运 1
算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。这种对称的电压放大器有两个输入端和两个输出端，电路使用正、负对称的电源。根据电路的结构可分为：双端输入双端输出，双端输入单端输出，单端输入双端输出及单端输入单端输出四种接法。凡双端输出，差模电压增益与单管共发放大器相同；而单端输出时，差模电压增益为双端输出的一半，另外，若电路参数完全对称，则双端输出时的共模放大倍数 =0，其实测的共模抑制比 将是一个较大的数值， 愈大，说明电路放大的是电压，不能放大电流。放大多少倍都可以，可以用多级放大。不过单级最好不要超过100，否则容易引起信号失真，抑制共模信号的能力愈强。
差动也就是个两个输入端口都有输入，同相输入在同相端，反相输入在反相端。
实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
1. 实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
2、按图4接线。
图5
3、调整测微头，使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到±4V 档，然后打开主副电源。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使电压表显示零（需预热几分钟电压表才能稳定下来）。
4、旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm 读一个数，将测得的数值填入下表，然后2
关闭主、副电源：
5、保持放大器增益不变，根据图5连线，将R3
固定电阻换为与R 4工作状态相反
的另一应变片即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节测微头，使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使 电压/频率表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：
6、保持差动放大器增益不变，根据图6连线，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成↑，R2换成↓ ，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，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W1同样使 电压/频率表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表：
7、在同一坐标纸上描出X-V 曲线，比较三种接法的灵敏度。
单臂：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.037
半桥：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.082
全桥：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.161
图示如下：
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实验三 金属箔式应变片温度效应及补偿
一、实验目的：了解温度对应变测式系统的影响。
二、基本原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试件材料的线膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。 用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图7所示。在本图电桥中，R1、R3、R4为工作片，R2为补偿片，R1= R2。当温度变化时两应变片的电阻变化，ΔR1与 ΔR2相等，桥路原来是平衡的，则温度变化后R1R4 = R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片位置相差90˚，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。
三、需用器件与单元：可调直流稳压电源、-15V 不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、 电压/频率表、测微头、加热器、双平行梁、液晶温度表、主、副电源。
四、旋钮初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源
置±4V 档， 电压/频率表置20V 档，差动放大器增益旋钮
置最大。
五、实验步骤：
1、了解加热器在实验仪中的位置及加热符号，加热
器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的(+)(-)输入端与地短接，输出端
插口与 电压/频率表的输入插口V i 相连。
3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使 电压/频率表显示零，再把 电压/频率表的切换开关置2V 档，细调差放调零旋钮，使电压/频率表显示为零。关闭主、副电源， 电压/频率表的切换开关置20V 档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图6接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使 电压/频率表显示零，然后将 电压/频率表的切换开关置2V 档，调W2电位器，使 电压/频率表显示为零。
5、在双平衡梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头。使 电压/频率表显示为零。
6、将-15V
电源连到加热器的上插口，加热器下插口接地
4 ，打开加热开关；电压/频率表的显示在变化，待电压/
频率表显示稳定后，记下显示数值，并用液晶温
度表测出温度，记下温度值。关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将 电压/频率表的切换开关置20V 档，把4组应变片中的任一组换成标有→符号的应变片（补偿片），重复4-6过程。
8、比较两种情况的 电压/频率表数值：在相同温度下比较，补偿后的输出变化小很多。
9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
实验四 热电偶原理及分度表的应用
一、实验目的：了解热电偶的原理及分度表的应用。
二、基本原理：热电偶的基本工作原理是热电效应，两种不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教材）。即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端温度为室温或零摄氏度）。则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为镍铬-考铜热电偶。
三、需用器件与单元：-15V 不可调直流稳压电源、差动放大器、 电压/频率表、加热器、热电偶、液晶温度表、主副电源。
6、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器-15V 电源（液晶温度表测出温度后马上拆去-15V 电源连接线），其它旋钮置原始位置。
四、思考题：
1、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？
答：1. 因为在常温下，热电偶也会产生一定的热电势，接入差动电路后，则会构成回路，差动就会有输出，所以需要这样做。
2. 差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出。接入热电偶，恐怕就破坏了电路的对称性，所以需再调差放零点。
2、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有较大误差，为什么？ 答：1. 冷端补偿不准确性造成的。
2. 热电偶是利用两种金属在一个温度下会产生不同电动势的原理制造的。温度不 5
同，电动势的差值也不同。通过测量电压，就可以测得温度值。这是基本原理。实际应用中，由于接点的电阻，导线的长与短，电压测试电路的内阻等等，很多因素影响着电压的测量精度。电压不准，再用电压值去表示温度值，当然也不会非常准确。'
实验五 移相器实验
一、实验目的：了解运算放大器构成的移相电路和它的原理及工作情况。
二、思考题：
1、根据电路原理图，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。
2、如果将双踪滤波器改为单踪示波器，两路信号分别从Y 轴和X 轴送入，根据李萨育图形是否可以完成此实验？
答：可以完成之后的实验。
注意事项：本实验仪中音频信号由函数发生器产生，所以通过移相器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。
实验六 相敏检波器实验
一、实验目的：了解相敏检波器的原理及工作情况。
二、基本原理：相敏检波器电路如图（12A ）（及所附原理图）所示，图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压输入端，⑤为直流参考电压输入。当②⑤端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。从而把①输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三、需用器件与单元：相敏检波器、移相器、音频振荡器、双踪示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、 电压/频率表、主、副电源。
四、实验步骤：
1、了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。
6
2、根据图12A 的电路接线，将音频振荡器的信号0˚输出端输出至相敏检波器输
入端①，把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端⑤，把示波器两根输
入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③组成一个测量线路。
3、调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电
压为峰-峰值4V ，观察输入和输出波形的相位和幅度值的关系。
4、改变参考电压的极性，观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结
论，当参考电压为正时，输入和输出同相；当参考电压为负时，输入和输出反相。
5、关闭主、副电源，根据图12C 重新接线，将音频振荡器的信号从0˚输出至相
图12C
敏检波器的输入端①，并同时接相敏检波器的参考输入端②，把示波器的两根输
入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③，将相敏检波器的输出端③同时与低
通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一
个测量线路（此时， 电压/频率表置于20V 档）。
6、开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，记录电压表的读数，填入下表。
7
7、关闭主、副电源，根据图12E 的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0˚端
输出至相敏检波器的输入端①，将从180˚输出端输出接至移相器的输入端，把移相
器输出端接至相敏检波器的参考输入端②，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波
器的输入端①和输出端③，同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端
与直流电压表连接起来，组成一测量线路。
图12E
8、开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器的显示波形及电
压表的读数，使得输出最大。
9、调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。
五、思考题：
1、根据实验结果，可以知道的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？
答：相敏检波器具有两种特性：选频和鉴相特性；移相器的作用是将信号的相位
移动一个角度。
实验七 金属箔式应变片——交流全桥
一、实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。
二、基本原理：图13是交流全桥的一般形式，当电桥平衡时，Z 1Z 3=Z2Z 4，电桥输
出为零，若桥臂阻抗相对变化为：ΔZ 1/Z1、ΔZ 2/Z2、ΔZ 3/Z3、ΔZ
4/Z4，则电桥的输出
与桥臂阻抗的相对变化成线性关系。
8
交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯阻性或纯电抗性的。
交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。
4、在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使 电压/频率表显示为零，以后
每转动测微头一周即0.5mm ，把 电压/频率表显示记录于下表：
根据所得数据，作出V-X 曲线，计算灵敏度S=ΔV/ΔX ，并与以前直流全桥实验结果
相比较。
5、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。
三、思考题：
在交流电桥中必须有 两 个可调参数才能使电桥平衡，这是由于电路存
在 交流信号 而引起的。
实验十二 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿
一、实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。
二、基本原理：零残电压中主要包含两种波形成份：（1）基波分量：这是由于差
动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M 、L 、R ）不同，线圈中
的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流所产生的磁
通不同相。（2）高次谐波分量：主要是由导磁材料化曲线非线性引起的，由于磁滞损
耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次
谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称；
（2）采用相敏检波电路；（3）选用补偿电路。
三、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、电桥、示波器、差动变压器、差动
放大器、振动平台、主、副电源。
四、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8 KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度
500mv/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋
到最大。
五、实验步骤：
1、按图17接线，音频振荡器必须L V 插口输出，W1、W2、C 、r ，为电桥单元中
调平衡网络。
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2、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示为
2V 峰-峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。
3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。
4、依次调整W1、W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使
输出电压最小。
5、将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比
较。经过补偿后的残余电压波形为 正弦 波形。
6、将经过补偿后的残余电压与实验十未经补偿残余电压相比较。
7、实验完毕后，关闭主、副电源。
注意事项：
1、由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一
般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。
2、音频信号必须从L V 端插口引出。
六、思考题：
答：本实验可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。
实验十三 差动变压器（互感式）的标定
一、实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。
二、需用器件与单元：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检
波器、低通滤波器、测微头、电桥、 电压/频率表、示波器、主、副电源。
三、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz ~ 8KHz，差动放大器的增益打到最大， 电
压/频率表置2V 档，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、按图19接好线路。
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2、装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。
3、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压峰-峰
值为2V 。
4、利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。
5、给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观
察相敏检波器的输出波形。
6、旋转测微头，每隔0.1mm 读数记录实验数据，填入下表，作出V-X 曲线，并求
出灵敏度。
实验十九 电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能。
5、调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压
表的数值，填入下表：
建议每隔0.10mm 读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据，在坐标纸上画出
V-X 曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出
线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 灵敏度
高
，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种
交直流转换的放大电路 。实验完毕关闭主、副电源。
注意事项：
11
被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以
减少涡流损失。
实验二十三 霍尔传感器的直流激励特性
一、实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、基本原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中
的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动，
输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知
霍尔元件的静位移。
三、旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳压
电源置2V 档，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符
号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，
二者组合成霍尔传感器。
2、开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图30接
线，W 1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
3、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
4、开启主、副电源，调整W 1使电压表指示为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm 读一个数，将读数填入下
表：
作出V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
12
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
6、实验完毕后关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：
1、由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
2、一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
3、激励电压不能超过2V ，以免损坏霍尔片。
实验二十五 霍尔式传感器的交流激励特性
一、实验目的：了解交流激励霍尔片的特性。
二、所需单元及部件：磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、主副电源、 电压/频率表、示波器及振动平台。
三、旋钮初始位置：音频振荡器1KH Z ，放大器增益最大，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。2、调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图32接线。
2、开启主、副电源，将音频振荡器的输出幅度调到5V 值，差动增益值最小。根据实验七（3）的方法利用示波器和 电压/频率表（ 电压/频率表置20V 档）。按照实验十一的方法调整好W 1、W 2及移相器。再转动测微头，使振动台吸合并继续调节测微头使 电
压/频率表显示零。
3、旋动测微头，每隔0.1mm 记下表头读数填入下表：
13
找出线性范围，计算灵敏度。
注意事项：交流激励信号必须从电压输出端0或LV 输出，幅度应限制在峰-峰值5V 以下，以免霍尔片产生自热现象。
实验二十六 霍尔式传感器的应用
——振幅测量之四
一、实验目的：了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。
二、需用器件与单元：霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示波器。
三、旋钮初始位置：差动放大器增益旋到最大，音频振荡器1KH Z 。
四、实验步骤：
1、开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。
2、根据电路图34结构，将霍尔式传感器，电桥平衡网络，差动放大器，电压表 连接起来，组成一测量线路（电压表应置于20V 档，基本保持实验25电路），并将差放增益置最小。
3、开启主、副电源，转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态）。
4、调整电桥平衡电位器W1和W2，使 电压/频率表指示为零。
5、去除差动放大器现有电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，将 电压/频率表置2KH Z 档，并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用频率表监测频
率。
6、低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率（频率表监测频率），14
用示波器读出低通滤波器输出的峰-峰值填入下表：
五、思考题：
1、根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为多少。
答：实验示波器的峰峰值随自振的频率先增大后减少大约在8HZ 的地方最大，所以大概为8HZ.
2、在某一频率固定时，调节低频振荡器的幅度旋钮，改变梁的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出梁振动时的位移距离。
答：可以推算出。因为实验过程中，梁振动时的位移距离与示波器读出的示波数据的峰峰值成正比例关系，但是这样测量误差较大。
3、试想一下，用其它方法测振动平台振动时的位移范围，并与本实验结果进行比较验证。
答：用交流变压表测量电压的峰峰值，比较精确，但是电压值的示数在变化，不稳定。
注意事项：
应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。
实验二十七 磁电式传感器的性能
一、实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能。
二、基本原理：磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势e 的大小决定于穿过线圈的磁通Ψ的变化率：e= -ωd 。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应dt
线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e 与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。
三、需用器件与单元：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。
四、旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小， 电压/频率表置2KHz 档。
五、实验步骤：
1、观察磁电式传感器的结构，根据图35的电路结构，将磁电式传感器、差动放大器、低通滤波器、双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输 15
出端与频率表（ 电压/频率表置2K 档）的输入端相连，开启主、副电源。
2、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰-峰值填入下表：
3、拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形（波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器实验）并与磁电传感器的输出波形相比较。
六、思考题：
1、试回答磁电式传感器的特点。
答：磁电感应式传感器又称磁电式传感器， 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。 由于它输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）。同时，他也像霍尔式传感器一样，随着频率的增大，峰峰值先增大到最大值再减小。
实验二十九 压电传感器引线电容对
电压放大器、电荷放大器的影响
一、实验目的：验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器原理和使用。
二、需用器件与单元：低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、 电压/频率表、单芯屏蔽线、差动放大器、直流稳压电源、双踪示波器。
三、旋钮初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小， 电压/频率表置于20V 档，差动放大器增益旋钮至最小，直流稳压电源置于4V 档。
四、实验步骤：
1、按图39接线，相敏检波器参考电压应从直流输入插口输入，差动放大器的增16
益旋钮到适中。直流稳压电源打到±4V 档。
图39
2、示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。
3、开启电源、观察示波器上显示的波形，适当调节低频振荡器的幅度旋钮，使差动放大器的输出波形较大，且没有明显失真。
4、观察相敏检波器输出波形，解释所看到的现象。调整电位器，使差动放大器的直流成分减少到零，这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到，为什么？
5、适当增大差动放大器的增益，使电压表的指示值为某一整数值。
6、将电压放大器与压电加速度计间的屏蔽线换成实验线，读出电压表的读数。
7、将电压放大器换成电荷放大器，重复（5）（6）两步骤。
注意事项：
1、低频振荡器的幅度要适当，以免引起波形失真。
2、梁振动时不应发生碰撞，否则将引起波形畸变，不再是正弦波。
17
3、由于梁的相频特性影响，压电式传感器的输出与激励信号一般不为180˚，故表头有较大跳动，此时，可以适当改变激励信号频率，使相敏检波输出的两个半波尽可能平衡，以减少电压表的跳动。
五、思考题：
1、相敏检波器输入含有直流成分与不含直流成分对电压表读数是否有影响？为什么？
答：有。因为相敏检波器的作用是把交流电转换成了直流电。
2、根据实验数据，计算灵敏度的相对变化值，比较电压放大器和电荷放大器受引线电容的影响程度，并解释原因。
答：电压放大器的电压变化范围：-12.23——13.69
电荷放大器的电压变化范围：-3.65——5.01
由以上数据可知，电压放大器的灵敏度比较高。
3、根据所得数据，结合压电传感器原理和电压、电荷放大器原理，试回答引线分布电容对电压放大器和电荷放大器性能有什么影响？
答：引线的的分布会对压电式传感器和电荷放大器产生影响，引线电容越大，他们的误差就越大。
实验三十一 双平行梁的动态特性
——正弦稳态响应*
一、实验目的：本实验说明如何用传感器来测量系统的动态特性。
二、需用器件与单元：低频振荡器、激振线圈、示波器、前述实验用过的适当的传感器系统。
三、旋钮初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置2V 档。
四、实验步骤：
1、低频振荡器接通激振线圈，使双平行梁振动，幅度适中，用合适的传感器测量系统，作出梁的幅频和相频特性曲线。
2、由于梁的振幅变化很大，为了提高测量准确度，不同的振幅可以用不同的传感器来测量。
3、相位差可用示波器测量，如用双踪示波器直接比较或用李萨育图形来进行。当然精确的专用仪器更好。
4、由于低频振荡器频率不很正确，请用频率计来测量。
18
5、输出电压幅值用示波器测量。如需精确，可用峰值电压表或低频交流电压表进行测量。
注意事项：
1、低频振荡器的幅度旋钮要适当控制，以免在自振频率附近振幅过大。
2、所选用的传感器应按前面实验的方法正确使用。
五、思考题：
1、在本实验仪中所用的集中传感器中，哪些传感器灵敏度高？哪种可测位移最大？
答：应变传感器灵敏度比较高，压电传感器可测位移较大。
2、为了得出相频特性和幅频特性，在实验中应读上哪些数据？
答：电压和输出波形。
实验三十二 电涡流传感器位移特性实验
一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性
二、基本原理：通以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，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。
三、需用器件与单元：电涡流传感器、铁测片、涡流变换器、差动放大器、直流电源、电压表、测微头。
四、实验步骤：
1、转动测微头，适当调节涡流传感器的高低位置（目测），以实验十九的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。
2、根据图43的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、 电压/频率表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电
源应置于±4V 档）， 电压/频率表置20V 档，开启主、副电源。
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图43
3、调节电桥平衡网络，使电压表读数为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm 读一个数，将读数填入下表：
作出V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。实验三十三 PN结温度传感器测温实验
一、实验目的：了解PN 结温度传感器的特性及工作情况。
二、基本原理：晶体二极管或三极管的PN 结电压是随温度变化的。例如硅管的PN 结的结电压在温度每升高1ºC 时，下降约2.1mV ，利用这种特性可做成各种各样的PN 结温度传感器。它具有线性好、时间常数小（0.2—2秒），灵敏度高等优点，测温范围为-50ºC —+150ºC 。其不足之处是离散性大，互换性较差。
三、需用器件与单元：主、副电源、可调直流稳压电源、-15V 稳压电源、差动放大器、电压放大器、 电压/频率表、加热器、电桥、液晶温度表。
四、旋钮初始位置：直流稳压电源±6V 档，差放增益最小（逆时针到底，1倍）、电压放大器幅度最大4.5倍。
五、实验步骤：
1、了解PN 结、加热器、电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
20
2、观察PN 结传感器结构，用数字万用表“二极管”档，测量PN 结正反向的结电压，得出其结果。
3、把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线（51K ）与PN 结传感器的正向端相连，并按图44接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V 档。
4、开启主、副电源，调节W 1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温
度计的室温值Δt 。
5、将-15V 接入加热器（-15V 在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN 结温度传感器的温度变化灵敏度约为-2.1Mv/ºC 。随着温度的升高，其PN 结电压将下降ΔV ，该ΔV 电压经差动放大器隔离传递（增益为1），至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S ≈10mV/ºC 。待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN 结温度传感器处产生的温度值（ΔT ）。此时，该点的温度为ΔT+Δt 。
注意事项：
1、该实验仅作为一个演示性实验。
2、加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V 电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
五、思考题：
1、分析一下该测温电路的误差来源。
答：自热问题；外部环境；电路中相关元件等参数随时间发生变化。
2、如要将其作为一个0—100ºC 的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件？
答：阻值不随时间发生大规模变化；各元件符合该适配环境等。
实验三十四 热敏电阻演示实验
一、实验目的：了解NTC 热敏电阻现象。
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二、基本原理：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC 热敏电阻（正温度系数）与NTC 热敏电阻（负温度系数）。一般NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC 也作为发热元件用。PTC 缓变型热敏电阻可用于温度补偿或作温度测量。
一般的NTC 热敏电阻测温范围为：-50ºC — +300ºC 。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需要考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。
三、需用器件与单元：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V 稳压电源、 电压/频率表、主、副电源。
四、实验步骤：
1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色或棕色元件，封装在双平行梁上片梁的表面。
2、将 电压/频率表切换开关置2V 档，直流稳压电源切换开关置±2V 档，按图45接线，开启主、副电源，调整W 1(RD)电位器，使 电压/频率表指示为100mV 左右，这
时为室温时的V i 。
3、将-15V 电源接入加热器，观察电压表的读数变化，电压表的输入电压：
V i =W IL ∙V S R T +(W IH +W IL )
4、由此可见，当温度 升高 时，RT 阻值 减小 ，V i 升高 。
五、思考题：
如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个0~50ºC 的温度测量电路，你认为该怎样实现？ 答：首先要知道这个电阻的B 值!(如果不知道~那比较麻烦, 要自己做实验, 测试不同温度时的不同阻值) 知道值以后, 再给它一个上拉电阻, 如10K 欧, 通过采样该点的电压来完成. 比如仅仅是显示温度的话~用一片:IC L7135就可以完成了! 也可以用单片机完成. 但是程序这里省略了。 22
热敏电阻分很多种类 最常用的有Cu 、PT100、PT1000等，使用时要搞清分度表。还要注意是正温度系数，还是负温度系数。前级按图（根据实际自己调整），是个标准的放大电路，之后还要进行A/D转换，再进单片机，最后进行显示及控制输出。不过现在有很多现成的控制器，价格也便宜，如果不是为了学习，买现成的更好。
实验三十五 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验
一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
6、拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，当压力表达到4Kpa 左右时，记下电压表读数，然后每隔这一刻度差，记下读数，并将数据填入下表：
根据所得的结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔP 关系曲线，找出线性区域。当作为压力计使用时，请进行标定。
标定方法：拧松皮囊上的锁紧螺丝，调差放调零旋钮使电压表的读数为零，拧紧锁紧螺丝，手压皮囊使压力达到所需的最大值40Kpa ，调差动放大器的增益使电压表的指示与压力值的读数一致，这样重复操作，零位、增益调试几次直到满意。
注意事项：
1、如在实验中压力不稳定，应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。
2、如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器的供气压力不均匀。
3、如觉得差动放大器增益不理想，可调整其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。
4、实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。（拆去实验连接线时要注意手要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线。）
六、思考题：
差压传感器是否可用作真空度以及负压测试？
答：不行，因为当真空及负压时已经对晶体没有压力，而且晶体中没有气体，不能形成压力差。
实验三十六 光纤位移传感器静态实验
一、实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
二、基本原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图47A 所示，光纤采用Y 型 23
结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接收到的光转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移量如图48A 所示。
三、需用器件与单元：主副电源、差动放大器、 电压/频率表、光纤传感器、振动台。
四、实验步骤：
1、观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y 形光纤，探头固定在Z 型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。
2、了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。）
3、如图47B 接线；因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V 档，开启主、副电源。
4、旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋动测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压表读数由小-大-小的变化。
5、旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm 读出电压24
表的读数，并将其填入下表：
6、关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。
心得感想：实践出真知，团体作战才能事半功倍。同时感谢老师和同学们的帮助，希望可以借助实验增加我们的专业技能，同时也祝2016新的一年新开始！
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《传感器原理实验报告》
指导教师：张学锋
班级：物联网131班
组序：第七组
组员：
程少锋 139074366
陈习武139074364
高扬 139074373
孙明明 139074386
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目录
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥 ............................................................... 1
实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 ................................................... 2
实验三 金属箔式应变片温度效应及补偿 ................................................................... 4
实验四 热电偶原理及分度表的应用 ........................................................................... 5
实验五 移相器实验 ....................................................................................................... 6
实验六 相敏检波器实验 ............................................................................................... 6
实验七 金属箔式应变片——交流全桥 ....................................................................... 8
实验十二 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿 ................................................... 9
实验十三 差动变压器（互感式）的标定 ..................................................................... 10
实验十九 电涡流式传感器的静态标定 ......................................................................... 11
实验二十三 霍尔传感器的直流激励特性 ..................................................................... 12
实验二十五 霍尔式传感器的交流激励特性 ................................................................. 13
实验二十六 霍尔式传感器的应用——振幅测量之四 ............................................... 14
实验二十七 磁电式传感器的性能 ............................................................................... 15
实验二十九 压电传感器引线电容对电压放大器、电荷放大器的影响 ................... 16
实验三十一 双平行梁的动态特性 ............................................................................... 18
实验三十二 电涡流传感器位移特性实验 ................................................................... 19
实验三十三 PN结温度传感器测温实验 ...................................................................... 20
实验三十四 热敏电阻演示实验 ................................................................................... 21
实验三十五 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验 ................................................... 23
实验三十六 光纤位移传感器静态实验 ....................................................................... 23 2
3
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥
一、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。
二、基本原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为ΔR 1/ R1、ΔR 2/ R2、ΔR 3/ R3、ΔR 4/ R4，当使用一个应变片时，∑R =
应变片组成差动状态工作，则有∑R =
R 1=R2=R3=R4=R， ∑R =4∆R
R 2∆R R ∆R ；当两个R ；用四个应变片组成两个差对工作，且。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下 电压/频率表显示的值。建议每旋动测微头一周即∆X=0.5mm记一个数值填入下表：
6、根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔX （式中ΔV 为F/V显示的相应电压变化，ΔX 为梁的自由端位移变化）。
灵敏度S=ΔV/ΔX=0.037（四舍五入）
六、思考题：
1、本实验电路对直流稳压电源和放大器有何要求？
答：实验中直流稳压电源输出的正负电压要基本对称。
电路对称性——电路的对称性决定了被放大后的信号残存共模干扰的幅度，电路对称性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信号（干扰）的能力也就越差，因此该放大器的共模抑制比应相对比较大。
2、根据所给的差动放大器电路原理图（见附表一），分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。
答：差动放大器的特点是静态工作点稳定，对共模信号有很强的抑制能力，它唯独对输入信号的差（差模信号）做出响应，这些特点在电子设备中应用很广。集成运 1
算放大器几乎都采用差动放大器作为输入级。这种对称的电压放大器有两个输入端和两个输出端，电路使用正、负对称的电源。根据电路的结构可分为：双端输入双端输出，双端输入单端输出，单端输入双端输出及单端输入单端输出四种接法。凡双端输出，差模电压增益与单管共发放大器相同；而单端输出时，差模电压增益为双端输出的一半，另外，若电路参数完全对称，则双端输出时的共模放大倍数 =0，其实测的共模抑制比 将是一个较大的数值， 愈大，说明电路放大的是电压，不能放大电流。放大多少倍都可以，可以用多级放大。不过单级最好不要超过100，否则容易引起信号失真，抑制共模信号的能力愈强。
差动也就是个两个输入端口都有输入，同相输入在同相端，反相输入在反相端。
实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
1. 实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
2、按图4接线。
图5
3、调整测微头，使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到±4V 档，然后打开主副电源。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使电压表显示零（需预热几分钟电压表才能稳定下来）。
4、旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm 读一个数，将测得的数值填入下表，然后2
关闭主、副电源：
5、保持放大器增益不变，根据图5连线，将R3
固定电阻换为与R 4工作状态相反
的另一应变片即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节测微头，使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使 电压/频率表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：
6、保持差动放大器增益不变，根据图6连线，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成↑，R2换成↓ ，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，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W1同样使 电压/频率表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表：
7、在同一坐标纸上描出X-V 曲线，比较三种接法的灵敏度。
单臂：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.037
半桥：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.082
全桥：灵敏度S=ΔV/ΔX=0.161
图示如下：
3
实验三 金属箔式应变片温度效应及补偿
一、实验目的：了解温度对应变测式系统的影响。
二、基本原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试件材料的线膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。 用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图7所示。在本图电桥中，R1、R3、R4为工作片，R2为补偿片，R1= R2。当温度变化时两应变片的电阻变化，ΔR1与 ΔR2相等，桥路原来是平衡的，则温度变化后R1R4 = R2R3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片位置相差90˚，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。
三、需用器件与单元：可调直流稳压电源、-15V 不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、 电压/频率表、测微头、加热器、双平行梁、液晶温度表、主、副电源。
四、旋钮初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源
置±4V 档， 电压/频率表置20V 档，差动放大器增益旋钮
置最大。
五、实验步骤：
1、了解加热器在实验仪中的位置及加热符号，加热
器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的(+)(-)输入端与地短接，输出端
插口与 电压/频率表的输入插口V i 相连。
3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使 电压/频率表显示零，再把 电压/频率表的切换开关置2V 档，细调差放调零旋钮，使电压/频率表显示为零。关闭主、副电源， 电压/频率表的切换开关置20V 档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图6接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使 电压/频率表显示零，然后将 电压/频率表的切换开关置2V 档，调W2电位器，使 电压/频率表显示为零。
5、在双平衡梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头。使 电压/频率表显示为零。
6、将-15V
电源连到加热器的上插口，加热器下插口接地
4 ，打开加热开关；电压/频率表的显示在变化，待电压/
频率表显示稳定后，记下显示数值，并用液晶温
度表测出温度，记下温度值。关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将 电压/频率表的切换开关置20V 档，把4组应变片中的任一组换成标有→符号的应变片（补偿片），重复4-6过程。
8、比较两种情况的 电压/频率表数值：在相同温度下比较，补偿后的输出变化小很多。
9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
实验四 热电偶原理及分度表的应用
一、实验目的：了解热电偶的原理及分度表的应用。
二、基本原理：热电偶的基本工作原理是热电效应，两种不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教材）。即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端温度为室温或零摄氏度）。则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为镍铬-考铜热电偶。
三、需用器件与单元：-15V 不可调直流稳压电源、差动放大器、 电压/频率表、加热器、热电偶、液晶温度表、主副电源。
6、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器-15V 电源（液晶温度表测出温度后马上拆去-15V 电源连接线），其它旋钮置原始位置。
四、思考题：
1、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？
答：1. 因为在常温下，热电偶也会产生一定的热电势，接入差动电路后，则会构成回路，差动就会有输出，所以需要这样做。
2. 差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出。接入热电偶，恐怕就破坏了电路的对称性，所以需再调差放零点。
2、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有较大误差，为什么？ 答：1. 冷端补偿不准确性造成的。
2. 热电偶是利用两种金属在一个温度下会产生不同电动势的原理制造的。温度不 5
同，电动势的差值也不同。通过测量电压，就可以测得温度值。这是基本原理。实际应用中，由于接点的电阻，导线的长与短，电压测试电路的内阻等等，很多因素影响着电压的测量精度。电压不准，再用电压值去表示温度值，当然也不会非常准确。'
实验五 移相器实验
一、实验目的：了解运算放大器构成的移相电路和它的原理及工作情况。
二、思考题：
1、根据电路原理图，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。
2、如果将双踪滤波器改为单踪示波器，两路信号分别从Y 轴和X 轴送入，根据李萨育图形是否可以完成此实验？
答：可以完成之后的实验。
注意事项：本实验仪中音频信号由函数发生器产生，所以通过移相器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。
实验六 相敏检波器实验
一、实验目的：了解相敏检波器的原理及工作情况。
二、基本原理：相敏检波器电路如图（12A ）（及所附原理图）所示，图中①为输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压输入端，⑤为直流参考电压输入。当②⑤端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。从而把①输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三、需用器件与单元：相敏检波器、移相器、音频振荡器、双踪示波器（自备）、直流稳压电源、低通滤波器、 电压/频率表、主、副电源。
四、实验步骤：
1、了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。
6
2、根据图12A 的电路接线，将音频振荡器的信号0˚输出端输出至相敏检波器输
入端①，把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端⑤，把示波器两根输
入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③组成一个测量线路。
3、调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电
压为峰-峰值4V ，观察输入和输出波形的相位和幅度值的关系。
4、改变参考电压的极性，观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结
论，当参考电压为正时，输入和输出同相；当参考电压为负时，输入和输出反相。
5、关闭主、副电源，根据图12C 重新接线，将音频振荡器的信号从0˚输出至相
图12C
敏检波器的输入端①，并同时接相敏检波器的参考输入端②，把示波器的两根输
入线分别接至相敏检波器的输入端①和输出端③，将相敏检波器的输出端③同时与低
通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一
个测量线路（此时， 电压/频率表置于20V 档）。
6、开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，记录电压表的读数，填入下表。
7
7、关闭主、副电源，根据图12E 的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0˚端
输出至相敏检波器的输入端①，将从180˚输出端输出接至移相器的输入端，把移相
器输出端接至相敏检波器的参考输入端②，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波
器的输入端①和输出端③，同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端
与直流电压表连接起来，组成一测量线路。
图12E
8、开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器的显示波形及电
压表的读数，使得输出最大。
9、调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。
五、思考题：
1、根据实验结果，可以知道的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？
答：相敏检波器具有两种特性：选频和鉴相特性；移相器的作用是将信号的相位
移动一个角度。
实验七 金属箔式应变片——交流全桥
一、实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。
二、基本原理：图13是交流全桥的一般形式，当电桥平衡时，Z 1Z 3=Z2Z 4，电桥输
出为零，若桥臂阻抗相对变化为：ΔZ 1/Z1、ΔZ 2/Z2、ΔZ 3/Z3、ΔZ
4/Z4，则电桥的输出
与桥臂阻抗的相对变化成线性关系。
8
交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯阻性或纯电抗性的。
交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。
4、在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使 电压/频率表显示为零，以后
每转动测微头一周即0.5mm ，把 电压/频率表显示记录于下表：
根据所得数据，作出V-X 曲线，计算灵敏度S=ΔV/ΔX ，并与以前直流全桥实验结果
相比较。
5、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。
三、思考题：
在交流电桥中必须有 两 个可调参数才能使电桥平衡，这是由于电路存
在 交流信号 而引起的。
实验十二 差动变压器（互感式）零残余电压的补偿
一、实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。
二、基本原理：零残电压中主要包含两种波形成份：（1）基波分量：这是由于差
动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M 、L 、R ）不同，线圈中
的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流所产生的磁
通不同相。（2）高次谐波分量：主要是由导磁材料化曲线非线性引起的，由于磁滞损
耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次
谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称；
（2）采用相敏检波电路；（3）选用补偿电路。
三、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、电桥、示波器、差动变压器、差动
放大器、振动平台、主、副电源。
四、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8 KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度
500mv/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋
到最大。
五、实验步骤：
1、按图17接线，音频振荡器必须L V 插口输出，W1、W2、C 、r ，为电桥单元中
调平衡网络。
9
2、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示为
2V 峰-峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。
3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。
4、依次调整W1、W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使
输出电压最小。
5、将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比
较。经过补偿后的残余电压波形为 正弦 波形。
6、将经过补偿后的残余电压与实验十未经补偿残余电压相比较。
7、实验完毕后，关闭主、副电源。
注意事项：
1、由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一
般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。
2、音频信号必须从L V 端插口引出。
六、思考题：
答：本实验可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。
实验十三 差动变压器（互感式）的标定
一、实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。
二、需用器件与单元：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检
波器、低通滤波器、测微头、电桥、 电压/频率表、示波器、主、副电源。
三、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz ~ 8KHz，差动放大器的增益打到最大， 电
压/频率表置2V 档，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、按图19接好线路。
10
2、装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。
3、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压峰-峰
值为2V 。
4、利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。
5、给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观
察相敏检波器的输出波形。
6、旋转测微头，每隔0.1mm 读数记录实验数据，填入下表，作出V-X 曲线，并求
出灵敏度。
实验十九 电涡流式传感器的静态标定
一、实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能。
5、调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压
表的数值，填入下表：
建议每隔0.10mm 读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据，在坐标纸上画出
V-X 曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出
线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 灵敏度
高
，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种
交直流转换的放大电路 。实验完毕关闭主、副电源。
注意事项：
11
被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以
减少涡流损失。
实验二十三 霍尔传感器的直流激励特性
一、实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、基本原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中
的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动，
输出的霍尔电势V 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知
霍尔元件的静位移。
三、旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳压
电源置2V 档，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符
号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，
二者组合成霍尔传感器。
2、开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图30接
线，W 1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
3、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
4、开启主、副电源，调整W 1使电压表指示为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm 读一个数，将读数填入下
表：
作出V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
12
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
6、实验完毕后关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：
1、由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
2、一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
3、激励电压不能超过2V ，以免损坏霍尔片。
实验二十五 霍尔式传感器的交流激励特性
一、实验目的：了解交流激励霍尔片的特性。
二、所需单元及部件：磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、主副电源、 电压/频率表、示波器及振动平台。
三、旋钮初始位置：音频振荡器1KH Z ，放大器增益最大，主、副电源关闭。
四、实验步骤：
1、开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。2、调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图32接线。
2、开启主、副电源，将音频振荡器的输出幅度调到5V 值，差动增益值最小。根据实验七（3）的方法利用示波器和 电压/频率表（ 电压/频率表置20V 档）。按照实验十一的方法调整好W 1、W 2及移相器。再转动测微头，使振动台吸合并继续调节测微头使 电
压/频率表显示零。
3、旋动测微头，每隔0.1mm 记下表头读数填入下表：
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找出线性范围，计算灵敏度。
注意事项：交流激励信号必须从电压输出端0或LV 输出，幅度应限制在峰-峰值5V 以下，以免霍尔片产生自热现象。
实验二十六 霍尔式传感器的应用
——振幅测量之四
一、实验目的：了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。
二、需用器件与单元：霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示波器。
三、旋钮初始位置：差动放大器增益旋到最大，音频振荡器1KH Z 。
四、实验步骤：
1、开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。
2、根据电路图34结构，将霍尔式传感器，电桥平衡网络，差动放大器，电压表 连接起来，组成一测量线路（电压表应置于20V 档，基本保持实验25电路），并将差放增益置最小。
3、开启主、副电源，转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态）。
4、调整电桥平衡电位器W1和W2，使 电压/频率表指示为零。
5、去除差动放大器现有电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，将 电压/频率表置2KH Z 档，并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用频率表监测频
率。
6、低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率（频率表监测频率），14
用示波器读出低通滤波器输出的峰-峰值填入下表：
五、思考题：
1、根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为多少。
答：实验示波器的峰峰值随自振的频率先增大后减少大约在8HZ 的地方最大，所以大概为8HZ.
2、在某一频率固定时，调节低频振荡器的幅度旋钮，改变梁的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出梁振动时的位移距离。
答：可以推算出。因为实验过程中，梁振动时的位移距离与示波器读出的示波数据的峰峰值成正比例关系，但是这样测量误差较大。
3、试想一下，用其它方法测振动平台振动时的位移范围，并与本实验结果进行比较验证。
答：用交流变压表测量电压的峰峰值，比较精确，但是电压值的示数在变化，不稳定。
注意事项：
应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。
实验二十七 磁电式传感器的性能
一、实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能。
二、基本原理：磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势e 的大小决定于穿过线圈的磁通Ψ的变化率：e= -ωd 。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应dt
线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e 与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。
三、需用器件与单元：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平台、主、副电源。
四、旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置于最小， 电压/频率表置2KHz 档。
五、实验步骤：
1、观察磁电式传感器的结构，根据图35的电路结构，将磁电式传感器、差动放大器、低通滤波器、双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输 15
出端与频率表（ 电压/频率表置2K 档）的输入端相连，开启主、副电源。
2、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰-峰值填入下表：
3、拆去磁电传感器的引线，把涡流传感器经涡流变换器后接入低通滤波器，再用示波器观察输出波形（波形好坏与涡流传感器的安装位置有关，参照涡流传感器实验）并与磁电传感器的输出波形相比较。
六、思考题：
1、试回答磁电式传感器的特点。
答：磁电感应式传感器又称磁电式传感器， 是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源， 就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。 由于它输出功率大， 且性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）。同时，他也像霍尔式传感器一样，随着频率的增大，峰峰值先增大到最大值再减小。
实验二十九 压电传感器引线电容对
电压放大器、电荷放大器的影响
一、实验目的：验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器原理和使用。
二、需用器件与单元：低频振荡器、电压放大器、电荷放大器、低通滤波器、相敏检波器、 电压/频率表、单芯屏蔽线、差动放大器、直流稳压电源、双踪示波器。
三、旋钮初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小， 电压/频率表置于20V 档，差动放大器增益旋钮至最小，直流稳压电源置于4V 档。
四、实验步骤：
1、按图39接线，相敏检波器参考电压应从直流输入插口输入，差动放大器的增16
益旋钮到适中。直流稳压电源打到±4V 档。
图39
2、示波器的两个通道分别接到差动放大器和相敏检波器的输出端。
3、开启电源、观察示波器上显示的波形，适当调节低频振荡器的幅度旋钮，使差动放大器的输出波形较大，且没有明显失真。
4、观察相敏检波器输出波形，解释所看到的现象。调整电位器，使差动放大器的直流成分减少到零，这可以通过观察相敏检波器输出波形而达到，为什么？
5、适当增大差动放大器的增益，使电压表的指示值为某一整数值。
6、将电压放大器与压电加速度计间的屏蔽线换成实验线，读出电压表的读数。
7、将电压放大器换成电荷放大器，重复（5）（6）两步骤。
注意事项：
1、低频振荡器的幅度要适当，以免引起波形失真。
2、梁振动时不应发生碰撞，否则将引起波形畸变，不再是正弦波。
17
3、由于梁的相频特性影响，压电式传感器的输出与激励信号一般不为180˚，故表头有较大跳动，此时，可以适当改变激励信号频率，使相敏检波输出的两个半波尽可能平衡，以减少电压表的跳动。
五、思考题：
1、相敏检波器输入含有直流成分与不含直流成分对电压表读数是否有影响？为什么？
答：有。因为相敏检波器的作用是把交流电转换成了直流电。
2、根据实验数据，计算灵敏度的相对变化值，比较电压放大器和电荷放大器受引线电容的影响程度，并解释原因。
答：电压放大器的电压变化范围：-12.23——13.69
电荷放大器的电压变化范围：-3.65——5.01
由以上数据可知，电压放大器的灵敏度比较高。
3、根据所得数据，结合压电传感器原理和电压、电荷放大器原理，试回答引线分布电容对电压放大器和电荷放大器性能有什么影响？
答：引线的的分布会对压电式传感器和电荷放大器产生影响，引线电容越大，他们的误差就越大。
实验三十一 双平行梁的动态特性
——正弦稳态响应*
一、实验目的：本实验说明如何用传感器来测量系统的动态特性。
二、需用器件与单元：低频振荡器、激振线圈、示波器、前述实验用过的适当的传感器系统。
三、旋钮初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置2V 档。
四、实验步骤：
1、低频振荡器接通激振线圈，使双平行梁振动，幅度适中，用合适的传感器测量系统，作出梁的幅频和相频特性曲线。
2、由于梁的振幅变化很大，为了提高测量准确度，不同的振幅可以用不同的传感器来测量。
3、相位差可用示波器测量，如用双踪示波器直接比较或用李萨育图形来进行。当然精确的专用仪器更好。
4、由于低频振荡器频率不很正确，请用频率计来测量。
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5、输出电压幅值用示波器测量。如需精确，可用峰值电压表或低频交流电压表进行测量。
注意事项：
1、低频振荡器的幅度旋钮要适当控制，以免在自振频率附近振幅过大。
2、所选用的传感器应按前面实验的方法正确使用。
五、思考题：
1、在本实验仪中所用的集中传感器中，哪些传感器灵敏度高？哪种可测位移最大？
答：应变传感器灵敏度比较高，压电传感器可测位移较大。
2、为了得出相频特性和幅频特性，在实验中应读上哪些数据？
答：电压和输出波形。
实验三十二 电涡流传感器位移特性实验
一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性
二、基本原理：通以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，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。
三、需用器件与单元：电涡流传感器、铁测片、涡流变换器、差动放大器、直流电源、电压表、测微头。
四、实验步骤：
1、转动测微头，适当调节涡流传感器的高低位置（目测），以实验十九的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。
2、根据图43的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、 电压/频率表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电
源应置于±4V 档）， 电压/频率表置20V 档，开启主、副电源。
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图43
3、调节电桥平衡网络，使电压表读数为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm 读一个数，将读数填入下表：
作出V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。实验三十三 PN结温度传感器测温实验
一、实验目的：了解PN 结温度传感器的特性及工作情况。
二、基本原理：晶体二极管或三极管的PN 结电压是随温度变化的。例如硅管的PN 结的结电压在温度每升高1ºC 时，下降约2.1mV ，利用这种特性可做成各种各样的PN 结温度传感器。它具有线性好、时间常数小（0.2—2秒），灵敏度高等优点，测温范围为-50ºC —+150ºC 。其不足之处是离散性大，互换性较差。
三、需用器件与单元：主、副电源、可调直流稳压电源、-15V 稳压电源、差动放大器、电压放大器、 电压/频率表、加热器、电桥、液晶温度表。
四、旋钮初始位置：直流稳压电源±6V 档，差放增益最小（逆时针到底，1倍）、电压放大器幅度最大4.5倍。
五、实验步骤：
1、了解PN 结、加热器、电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
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2、观察PN 结传感器结构，用数字万用表“二极管”档，测量PN 结正反向的结电压，得出其结果。
3、把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线（51K ）与PN 结传感器的正向端相连，并按图44接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V 档。
4、开启主、副电源，调节W 1电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温
度计的室温值Δt 。
5、将-15V 接入加热器（-15V 在低频振荡器右下角），观察电压表读数的变化，因PN 结温度传感器的温度变化灵敏度约为-2.1Mv/ºC 。随着温度的升高，其PN 结电压将下降ΔV ，该ΔV 电压经差动放大器隔离传递（增益为1），至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S ≈10mV/ºC 。待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而演示出加热器在PN 结温度传感器处产生的温度值（ΔT ）。此时，该点的温度为ΔT+Δt 。
注意事项：
1、该实验仅作为一个演示性实验。
2、加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将-15V 电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。
五、思考题：
1、分析一下该测温电路的误差来源。
答：自热问题；外部环境；电路中相关元件等参数随时间发生变化。
2、如要将其作为一个0—100ºC 的较理想的测温电路，你认为还必须具备哪些条件？
答：阻值不随时间发生大规模变化；各元件符合该适配环境等。
实验三十四 热敏电阻演示实验
一、实验目的：了解NTC 热敏电阻现象。
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二、基本原理：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC 热敏电阻（正温度系数）与NTC 热敏电阻（负温度系数）。一般NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC 也作为发热元件用。PTC 缓变型热敏电阻可用于温度补偿或作温度测量。
一般的NTC 热敏电阻测温范围为：-50ºC — +300ºC 。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需要考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。
三、需用器件与单元：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V 稳压电源、 电压/频率表、主、副电源。
四、实验步骤：
1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色或棕色元件，封装在双平行梁上片梁的表面。
2、将 电压/频率表切换开关置2V 档，直流稳压电源切换开关置±2V 档，按图45接线，开启主、副电源，调整W 1(RD)电位器，使 电压/频率表指示为100mV 左右，这
时为室温时的V i 。
3、将-15V 电源接入加热器，观察电压表的读数变化，电压表的输入电压：
V i =W IL ∙V S R T +(W IH +W IL )
4、由此可见，当温度 升高 时，RT 阻值 减小 ，V i 升高 。
五、思考题：
如果你手上有这样一个热敏电阻，想把它作为一个0~50ºC 的温度测量电路，你认为该怎样实现？ 答：首先要知道这个电阻的B 值!(如果不知道~那比较麻烦, 要自己做实验, 测试不同温度时的不同阻值) 知道值以后, 再给它一个上拉电阻, 如10K 欧, 通过采样该点的电压来完成. 比如仅仅是显示温度的话~用一片:IC L7135就可以完成了! 也可以用单片机完成. 但是程序这里省略了。 22
热敏电阻分很多种类 最常用的有Cu 、PT100、PT1000等，使用时要搞清分度表。还要注意是正温度系数，还是负温度系数。前级按图（根据实际自己调整），是个标准的放大电路，之后还要进行A/D转换，再进单片机，最后进行显示及控制输出。不过现在有很多现成的控制器，价格也便宜，如果不是为了学习，买现成的更好。
实验三十五 半导体扩散硅压阻式压力传感器实验
一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
6、拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，当压力表达到4Kpa 左右时，记下电压表读数，然后每隔这一刻度差，记下读数，并将数据填入下表：
根据所得的结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔP 关系曲线，找出线性区域。当作为压力计使用时，请进行标定。
标定方法：拧松皮囊上的锁紧螺丝，调差放调零旋钮使电压表的读数为零，拧紧锁紧螺丝，手压皮囊使压力达到所需的最大值40Kpa ，调差动放大器的增益使电压表的指示与压力值的读数一致，这样重复操作，零位、增益调试几次直到满意。
注意事项：
1、如在实验中压力不稳定，应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。
2、如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器的供气压力不均匀。
3、如觉得差动放大器增益不理想，可调整其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。
4、实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。（拆去实验连接线时要注意手要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线。）
六、思考题：
差压传感器是否可用作真空度以及负压测试？
答：不行，因为当真空及负压时已经对晶体没有压力，而且晶体中没有气体，不能形成压力差。
实验三十六 光纤位移传感器静态实验
一、实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
二、基本原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图47A 所示，光纤采用Y 型 23
结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接收到的光转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移量如图48A 所示。
三、需用器件与单元：主副电源、差动放大器、 电压/频率表、光纤传感器、振动台。
四、实验步骤：
1、观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y 形光纤，探头固定在Z 型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。
2、了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。）
3、如图47B 接线；因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V 档，开启主、副电源。
4、旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋动测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压表读数由小-大-小的变化。
5、旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm 读出电压24
表的读数，并将其填入下表：
6、关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。
心得感想：实践出真知，团体作战才能事半功倍。同时感谢老师和同学们的帮助，希望可以借助实验增加我们的专业技能，同时也祝2016新的一年新开始！
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