山东农业大学：电工电子实验教学中心（实验教材）信号检测与转换技术实验指导书

信号检测与转换实验主编：丁筱玲山东农业大学机械与电子工程学院使用DTTacuoTneointH

1 信号检测与转换实验 主编：丁筱玲 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

目录1实验一电阻式传感器的单臂电桥性能实验实验二3电阻式传感器的半桥性能实验5实验三电阻式传感器的全桥性能实验6实验四电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验7实验五电阻式传感器的振动实验*8实验六电阻式传感器的电子秤实验*9实验七变面积式电容传感器特性实验11实验八差动式电容传感器特性实验实验九13电容传感器的振动实验*14实验十电容传感器的电子秤实验15实验十一差动变压器的特性实验16实验十二自感式差动变压器的特性实验18实验十三差动变压器的振动实验*19实验十四差动变压器的电子秤实验*实验十五20光电式传感器的转速测量实验22实验十六光电式传感器的旋转方向测量实验23实验十七接近式霍尔传感器实验25实验十八霍尔传感器的转速测量实验25实验十九涡流传感器的位移特性实验27实验二十被测体材质对涡流传感器特性的影响实验28实验二十一涡流式传感器的振动实验*29实验二十二涡流式传感器的转速测量实验30实验二十三温度传感器及温度控制实验(AD590）33实验二十四K型热电偶的温度控制实验2PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

2 目 录 实验一 电阻式传感器的单臂电桥性能实验. 1 实验二 电阻式传感器的半桥性能实验. 3 实验三 电阻式传感器的全桥性能实验. 5 实验四 电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验. 6 实验五 电阻式传感器的振动实验 * . 7 实验六 电阻式传感器的电子秤实验 * . 8 实验七 变面积式电容传感器特性实验. 9 实验八 差动式电容传感器特性实验. 11 实验九 电容传感器的振动实验 * . 13 实验十 电容传感器的电子秤实验 * . 14 实验十一 差动变压器的特性实验. 15 实验十二 自感式差动变压器的特性实验. 16 实验十三 差动变压器的振动实验 * . 18 实验十四 差动变压器的电子秤实验 * . 19 实验十五 光电式传感器的转速测量实验. 20 实验十六 光电式传感器的旋转方向测量实验. 22 实验十七 接近式霍尔传感器实验. 23 实验十八 霍尔传感器的转速测量实验. 25 实验十九 涡流传感器的位移特性实验. 25 实验二十 被测体材质对涡流传感器特性的影响实验. 27 实验二十一 涡流式传感器的振动实验 * . 28 实验二十二 涡流式传感器的转速测量实验. 29 实验二十三 温度传感器及温度控制实验(AD590) . 30 实验二十四 K型热电偶的温度控制实验. 33 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

35实验二十五E型热电偶的温度控制实验36实验二十六铂热电阻的温度控制实验，37实验二十七铜热电阻的温度控制实验38实验二十八磁电式传感器的特性实验实验二十九40磁电式传感器的转速测量实验实验三十40磁电式传感器的应用实验*41实验三十一压电加速度式传感器的特性实验42实验三十二光纤传感器的位移特性实验44实验三十三光纤传感器的振动实验实验三十四45光纤传感器的转速测量实验，46实验三十五压阻式压力传感器的特性实验实验三十六48压阻式压力传感器的差压测量实验49实验三十七超声波传感器的位移特性实验50实验三十八超声波传感器的应用实验51实验三十九气敏传感器的原理实验52实验四十湿度式传感器的原理实验53附录一计算机数据采集系统的使用说明附录二55温度控制仪表操作说明附录三57JZY-II型检测与转换技术实验箱（台）使用手册enPDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

3 实验二十五 E型热电偶的温度控制实验. 35 实验二十六 铂热电阻的温度控制实验. 36 实验二十七 铜热电阻的温度控制实验. 37 实验二十八 磁电式传感器的特性实验. 38 实验二十九 磁电式传感器的转速测量实验. 40 实验三十 磁电式传感器的应用实验 * . 40 实验三十一 压电加速度式传感器的特性实验. 41 实验三十二 光纤传感器的位移特性实验. 42 实验三十三 光纤传感器的振动实验. 44 实验三十四 光纤传感器的转速测量实验. 45 实验三十五 压阻式压力传感器的特性实验. 46 实验三十六 压阻式压力传感器的差压测量实验 * . 48 实验三十七 超声波传感器的位移特性实验. 49 实验三十八 超声波传感器的应用实验 * . 50 实验三十九 气敏传感器的原理实验. 51 实验四十 湿度式传感器的原理实验. 52 附录一 计算机数据采集系统的使用说明. 53 附录二 温度控制仪表操作说明. 55 附录三 JZY-Ⅲ型检测与转换技术实验箱（台）使用手册. 57 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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。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、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：△R/R=Kε，△R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△L/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下、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，最大测量范围为土3mm。32 O+5V+RRRR51一外壳2一电阻应变片3一测杆：4等截面悬臂梁5一面板接线图图1-1电阻应变式传感器4PDF文件使用”pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

4 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。 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、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下、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 3 4 2 +5V R R R 5 R 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 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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Uo=EKε，E为电桥转换系数。/R3L11O+15V1RP2R51+5VIAD181R3]QRP1R11R41RPOP07BER2AP13R21R4411CT0-15V阻电差动放大器调零电桥I1传感器1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，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，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）面板上的土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）逆时针旋到终端位置。3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端：按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RPz旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V量程，旋动调零电位器RP，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5PDF文件使用pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

5 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 UO＝EKε，E 为电桥转换系数。 +5V R2 r R1 R R1 R2 R4 RP2 OP07 R3 R4 RP1 R5 +15V -15V 调零电桥 电 阻 传感器 差动放大器 4 3 2 1 8 7 6 RP R3 V A D B C E 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，旋转测微器 测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，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） 逆时针旋到终端位置。 3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电 压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的 20V 档按键（实验台为将电 压量程拨到 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，然后换到 2V 量程，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 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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×和对应的输出电压值U记入下表中。表 1-10X(mm)0Uo(mV)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U。=f(X)，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十5V提高到十10V？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Uo-2EKe6PDF文件使用“pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

6 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 UO记入下表 中。 表 1-1 X(mm) 0 UO(mV) 0 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U f(X) O = ，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 UO＝2EKε PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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。11R311O+15V1RP2R5IA1+5V18RR1RP1R1R47RPOP07BR2R213H1R4410-15V1电阻调零电桥！传感器！差动放大器1图2-1电阻式传感器半桥实验电路3、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×和对应的输出电压值Uo记入下表中。表 2-10x(mm)0Uo(mV)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U。=f(X)，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?7PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

7 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。 +5V r R R1 R2 R4 RP2 OP07 R3 R4 RP1 R5 +15V -15V 调零电桥 电 阻 传感器 差动放大器 4 3 2 1 8 7 6 RP R V R1 R2 A B C 图 2-1 电阻式传感器半桥实验电路 3、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 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 UO记入下表 中。 表 2-1 X(mm) 0 UO(mV) 0 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U f(X) O = ，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？ PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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Uo=4EK8四、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。-R31-Q+15V-RP2-+5V8RR1R46OP072R2R34R4-0-15V/电阳差动放大器调零电桥-.传感器图3-1电阻式传感器全桥实验电路3、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8PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

8 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 UO＝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。 +5V R r R R R1 R2 R4 RP2 OP07 R3 R4 RP1 R5 +15V -15V 调零电桥 电 阻 传感器 差动放大器 4 3 2 1 8 7 6 RP R V 图 3-1 电阻式传感器全桥实验电路 3、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 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

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。记入下表中。表 3-10x(mm)0Uo(mV)五、实验报告1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线U。=f(X)，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？9PDF文件使用"pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

9 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 UO记入下表 中。 表 3-1 X(mm) 0 UO(mV) 0 五、实验报告 1、根据表 3-1，画出输入/输出特性曲线U f(X) O = ，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？ PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn

电阻式传感器的振动实验*实验五一、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。+5V01Y示波器RPT电阻调零电桥｜传感器/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。10PDF文件使用”pdfFactoryPro”试用版本创建www.fineprint.cn

10 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。 +5V R r R R 调零电桥 电 阻 传感器 RP R 示波器 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。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn