电测实验报告

电测法就是将物理量、力学量、机械量等非电量通过敏感元件转换成电量来进行测量的一种方法，是实验应力分析的重要方法之一。电测法以测量精度高、传感元件小和测量范围广等优点，在民用建筑，医学，道路，桥梁等工程实践中得到广泛应用。

一、实验目的

1.了解电测法的基本原理；

2.熟悉悬臂梁的结构及应变特性；

3.学会用电测法测量。

4.制作一电子秤，并确定其量程，计算线性度和灵敏度。

二、实验仪器、设备和工具

等强度悬臂梁实验仪，精密数字测量仪，砝码，砝码盘，数据线，游标卡尺，钢板尺。

三、实验原理

1.主要仪器介绍

以弯曲为主要变形的杆件称为梁。一端固定，另一端自由的梁为悬臂梁。为了使悬臂梁各个截面的弯曲应力相同,随着弯矩的大小相应地改变截面尺寸,以保持相同强度，这样的悬臂梁称为等强度悬臂梁。

等强度悬臂梁实验仪由已粘贴好电阻应变片的等强度梁、支座、水平仪、调节螺钉和加载砝码等组成，如图1所示。本实验用电测法测量等强度悬臂梁的应力、应变。

电阻应变片是能将被测试件的应变转换成电阻变化的敏感元件。它由敏感栅、基片、覆盖层、引线四部分组成，如图2所示。其中，敏感栅是用金属丝制成的应变转换元件，是构成电阻应变片的主要部分；引线作为测量敏感栅电阻值时与外部导线连接之用；基底的作用是保持敏感栅的几何形状和相对位置；覆盖层是用来护敏感栅的；粘贴剂用来将敏感栅固结在覆盖层和基底之间。

精密数字测量仪是常用的应变传感器测量仪。当电阻应变片将电阻值的变化转化为电压的变化后，经过精密数字测量仪放大器的放大处理，最后换算成输出与应变成正比的模拟电信号。再经放大处理，经A/D转换，将模拟信号转换成数字信号输出。

2.电测法基本原理

电测法基本原理，是将金属丝等制成的电阻应变片贴在构件待测应变处，当构件受力变形时，金属丝亦随之伸缩，因而其电阻也随之改变。电阻改变量与金属丝的线应变之间存在一定的关系。通过电阻应变仪将电阻改变量测出，进而可得到构件所测部位的应变。电阻改变量与构件应变之间存在如下关系：

                              (1)

式中，为电阻应变片电阻值的相对变化量；为应变片的灵敏系数，对于本实验为常数；为构件应变。

             

图1 等强度悬臂梁实验仪                     图2 应变片的结构

3.测量等强度悬臂梁应力的电路

由于悬臂梁产生的应变一般都很小, 引起应变片的电阻变化也很小，要想把这种应变直接测量出来很困难。因此, 需要有专用的测量电路来测量这种由应变变化而引起的电阻变化。一般情况下，将悬臂梁上的应变片连接成电桥进行测量，可将一枚、二枚或四枚应变片接入到桥臂中，分别称作单桥、半桥和全桥电路，如图3所示。接入应变片的桥臂称为工作臂，在输入端加电压E，则在输出端有输出电压U。本实验采用全桥电路，四个桥臂均接有应变片，电阻值分别为R₁，R₂、R₃和R₄。在等强度悬臂梁的自由端挂有砝码盘，不加砝码时，电路为惠斯登电桥，则有

                               

所以                         

当在砝码盘上加上砝码时，梁发生弯曲变形。电阻应变片也产生相同的应变，阻值发生变化。电阻应变片在悬臂梁上的粘贴位置如图4。R₁、R₃受到的是拉伸变形，R₂、R₄受到的挤压变形，则R₁、R₃的电阻增加，R₂、R₄的电阻减少。假设各个应变片电阻的变化量为△R₁，△R₂、△R₃和△R₄，△R₁和△R₃的符号为正，△R₂和△R₄的符号为负。这时有

                          (2)

若四个桥臂上应变片的灵敏系数均为K,由（1）式可知

则（2）式变为

                               (3)

本实验中，电路中的应变片均是相同的，因此R₁ = R₂ = R₃ = R₄ = R, △R₁ = -△R₂ = △R₃ = -△R₄ = △R，ε₁ = -ε₂ = ε₃ = -ε₄ = ε。则(3)式变为

                                           (4)

式中，为传感器的输出灵敏度，单位为mV / V，所以

                                            (5)

实验中，S的值可由精密数字测量仪直接读出,K作为已知的常数给出。

           

(a)单桥                      （b）临臂半桥                   

（c）对臂半桥                      （d）全桥                    

图3 电阻应变片的连接方式

4.实验内容

等强度悬臂梁所受的正应力与应变之间有如下的关系式：

                                        （6）

式中  ε ——等强度悬臂梁所受的应变；

σ ——等强度悬臂梁所受的应力；

E ——弹性模量。

又因为

                                    （7）

式中 M ——被测点的力矩,M = P (L-x)，P为对悬臂梁所施加的力，既载荷，P = mg。L为力的作用点到固定点的距离。x为力的作用点到待测点的距离。

W ——抗弯截面系数，W = b h² / 6，b为梁的宽度，h为梁的厚度。

所以（7）式变为

                                                                                 由（5）（6）（8）式得           或                 (9)

实验中，在砝码盘上逐级加砝码，在测量仪上读出每一级时传感器的灵敏度S，多组实验取平均值。

图4 等强度悬臂梁以及应变片的粘贴位置

四、实验步骤

(一)实验准备

1.按规定位置粘贴电阻应变片，焊线、防护（己预先准备好）。

2.制定加载方案，四级加载：0.2Kg、0.4Kg、0.6Kg、0.8Kg。　

3.将精密数字测量仪与等强度悬臂梁实验仪的数据线连接起来，开启测量仪，预热10分钟。

4.测量并记录等强度悬臂梁外形尺寸，见附表1。

（二）进行实验

1.加砝码之前按下“清零”键，清除由于砝码盘重量带来的S值的变化。

2.逐级增加砝码，每增加一次砝码，记录测量仪的输出数值S（mV/V）（见附表2），重复三次。注意加载缓慢，勿超载。

3. 卸掉载荷，仪器复原。

五、实验数据处理

1.确定其量程

    由知，令x=0，，可求得最大量程为

2.计算线性度和灵敏度

见下附表3,(数据利用了excel软件处理)

第二篇：电测与计量 实验报告

电气工程学院

电测与计量

姓 名： 学 号： 同 组 人： 指导教师： 李景新 实验日期： 20xx年10月21日 1

电测与计量 实验成绩评定表

指导教师签字：

年 月 日

2

示波器波形参数测量 实验报告

姓名： 学号： 指导教师： 李景新 实验台号：无

一、实验目的

1）了解示波器的结构。

2）掌握波形显示的基本原理、扫描及同步的概念。

3）了解电子示波器的分类及主要技术性能指标。

4）掌握通用示波器的基本组成及各部分的作用。

5）了解各种信号发生器如正弦信号发生器、低频信号发生器、超低频信号发生器、函数信号发生器等的工作原理和性能指标以及信号选择。

二、实验预习

在时域信号测量中，电子示波器无疑是最具代表性的典型测量仪器。它可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），不仅可以观察相对于时间的连续信号，也可以观察某一时刻的瞬间信号，这是电压表所做不到的。我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。

电子示波器是利用随电信号的变化而偏转的电子束不断轰击荧光屏而显示波形的，如果在示波管的X偏转板（水平偏转板）上加一随时间作线性变化的时基信号，在Y偏转板（垂直偏转板）加上要观测的电信号，示波器的荧光屏上便能显示出所要观测的电信号的时间波形。

若水平偏转板上无扫描信号，则从荧光屏上什么也看不见或只能看到一条垂直的直线。因此，只有当X偏转板加上锯齿电压后才有可能将波形展开，看到信号的时间波形。 一般说来，Y偏转板上所加的待观测信号的周期与X偏转板上所加的扫描锯齿电压的周期是不相同的，也不一定是整数倍，因而每次扫描的起点对待观测信号来说将不固定，则显示波形便会不断向左或向右移动，波形将一片模糊。这就有一个同步问题，即怎样使每次扫描都在待观测信号不同周期的相同相位点开始。近代电子示波器通常是采用等待触发扫描的工作方式来实现同步的。只要选择不同的触发电平和极性，扫描便可稳定在待观测信号的某一相应相位点开始，从而使显示波形稳定、清晰。

在现代电子示波器中，为了便于同时观测两个信号（如比较两个信号的相位关系），采用了双踪显示的办法，即在荧光屏上可以同时有两条光迹出现，这样，两个待测的信号便可同时显示在荧光屏上，双踪显示时，有交替、断续两种工作方式。交替、断续工作时，扫描 3

电压均为一种，只是把显示时间进行了相应的划分而已。

由于双踪显示时两个通道都有信号输入，因此还可以工作于叠加方式，这时是将两个信号逐点相加起来后送到Y偏转板的。这种工作方式可模拟谐波叠加，波形失真等问题。同时，如果改变其中一个的极性，也可以实现相减的显示功能。这相当于两个函数的相加减。

示波器除了用于观测信号的时间波形外，还可将两个相同或不同的信号分别加于垂直和水平系统，以观测两信号在x?y平面上正交叠加所组成的图形，如李沙育图形，它可用于观测两个信号之间的幅度、相位和频率关系。

三、实验仪器与设备

1. 信号发生器

2. 示波器

3. 电阻、电容等

四、实验内容

1． 测量1kHz的三角波信号的峰峰值及其直流分量。

2． 测量1kHz的三角波经下图阻容移相平波后的信号Vo的峰峰值及其直流分量。

3． 测量1kHz的三角波的周期及频率。

4． 用单踪方式测量三角波Vi、输出Vo两信号间的相位差。

5． 用双踪方式测量三角波Vi、输出Vo两信号间的相位差。

6． 信号改为10Hz，重复上述步骤1~5。

五、实验步骤

一、作好使用示波器前的调亮、聚焦和校正等准备工作

1） 打开示波器的电源开关后，先将示波器的两个通道的耦合方式置为地，然后分别通过调节示波器的辉度按钮“RW1”来改变荧光屏亮点的辉度即荧光屏的亮度，调节聚焦按钮“RW2”和辅助聚焦按钮“RW3”来使得电子束具有较细的截面，射到荧光屏上，以便在 4

荧光屏上显示出清晰的聚焦很好的波形曲线。

2）分别对示波器的两个通道进行调零，然后调节示波器的CH1的“位移”旋钮及CH2的“位移”旋钮，分别将通道1的扫描线及通道2的扫描线调至中心位置，以便更好的观察波形。

3）调节“扫描微调”旋钮至校准位，将校准信号接入通道1，观测显示是否正确（其中示波器提供的是标准的1KHZ）。

4）按下“CH2”按钮，显示通道2的扫描线，调节“触发电平”旋钮至锁定位置。

二、测量1kHz、100Hz三角波以及经阻容移相后的正弦信号峰峰值及直流分量。

1）打开示波器预热，将CH1接入信号三角波（1kHz）；

2）耦合接地，调整到中间位置；

3）选择AC，将三角波调整到屏幕中央，使波形合适，测量峰峰值并记录。将其中一条测量线置于峰值处，另一条测量线置于波谷处；

4）选择DC，测得直流分量记录；

5）正弦波测量方法一致。

三、测量1KHZ的三角波的周期及频率。

1）将其中一条竖测量线置于峰值处，另一条竖测量线置于下一个波峰处，读出时间差即是周期；

2）周期的倒数算出频率。

四、用单踪方式测量两信号间的相位差。

1）选择外触发‘EXT’，触发源用1kHz三角波，触发极性为‘+’，触发电平为‘0’；

2）在CH1中加入三角波，调整波形使上升0点在屏幕中央，记录周期格数；

3）在CH1上接入经阻容移相后的正弦波，X增益、移位旋钮均不可调，调节灵敏度旋钮，使0点明显，记录从屏幕中心到0点的格数。

五、用双踪方式测量两信号间的相位差。

1）将三角波和正弦波分别接入CH1和CH2；

2）选择CH1作为触发源，触发急性为‘+’，触发电平‘0’；

3）将三角波零点调到屏幕中心线上，调整使两信号电压零线对齐，记录两个零点之间的格数，和每个波形周期的格数。

六、信号改为100Hz，重复上述实验。

1）将信号发生器的频率改为100Hz；

2）步骤重复一到五。

5

六、实验数据及分析

部分实验截图：

移相电路

二、测量

6

部分实验截图：

7

四、用双踪方式测量两信号间的相位差。

8

七、思考题

1）调整信号发生器的直流偏移电压，当偏置过大时，为什么产生波形失真？

是示波器的原因还是信号发生器的问题？

答：信号发生器直流偏置超出了信号发生器输出幅度范围，会发生削波现象，是信号发生器的原因。

2）测量相位差时，你认为双踪、单踪测量哪种方式更准确？为什么？

答：单踪测量更准确。双踪测量通道为两个通道，本身存在一定的系统误差。

3）你认为在实验过程中，双踪示波器的扫描是工作在交替、还是断续方式？

为什么？

答： 信号频率高时，工作在交替方式；信号频率低时，工作在断续方式。

4）对于同一组移相电路，1KHZ和100HZ三角波经过移相变换后，其相位、

幅值有何不同？为什么？

答 ： 由分压公式可知，经过阻容移相后1kHz的幅值更小，相位变化也更大。

八、结论与体会

本实验体现了电子示波器的功能，可以显示电信号的波形，也可以测量瞬时信号，有直观性，电子示波器还可以精确复现作为时间函数的电压波形（横轴为时间轴，纵轴为幅度轴），这是电压表所做不到的。可以观察到高速变化的波形的细节，也可描绘出任意二个电压或电流的函数关系，我们不仅可以从示波器上观察电压的波形，也可以读出电压信号的幅度、频率及相位等参数。

总结：

通过本次实验我学到了一些实际的操作，在课本上，我们只是没到了理论的知道，并没有实际的经验，这次的实验充分体现了电子示波器的基本特点，从而也知道了它的用途，基本上掌握了怎么用电子示波器，为后面的实验打下基础。

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图示仪的使用及晶体管特性参数测量 实验报告

姓名：赵楠 学号：10291164 指导教师： 李景新 实验台号：无

一、实验目的

1）学会用图示仪测量晶体三极管的特性参数。

2）学会用图示仪测量二极管的特性参数。

3）学会用图示仪测量稳压二极管的特性参数。

二、实验预习

一般使用简介：

(1)“电压(v)／度”旋钮开关

此旋钮开关是一个具有4种偏转作用共17挡的旋钮开关，用来选择图示仪x轴所代表的变量及其倍率。在测试小功率晶体管的输出特性曲线时，该旋钮置VCE的有关挡。测量输入特性曲线时，该旋钮置VBE的有关挡。

(2)“电流／度”旋钮开关

此旋钮开关是一个具有4种偏转作用共22挡的旋钮开关，用来选择图示仪Y轴所代表的变量及其倍率。在测试小功率晶体管的输出特性曲线时，该旋钮置Ic的有关挡。测量输入特性时，该旋钮置“基极电流或基极源电压”挡(仪器面板上画有阶梯波形的一挡)。

(3)“峰值电压范围”开关和“峰值电压％”旋钮

“峰值电压范围’’是5个挡位的按键开关。“峰值电压％”是连续可调的旋钮。它们的共同作用是用来控制“集电极扫描电压”的大小。不管“峰值电压范围”置于哪一挡，都必须在开始时将“峰值电压％”置于0位，然后逐渐小心地增大到一定值。否则容易损坏被测管。一个管子测试完毕后，“峰值电压％”旋钮应回调至零。

(4)“功耗限制电阻”旋钮

“功耗限制电阻”相当于晶体管放大器中的集电极电阻，它串联在被测晶体管的集电极与集电极扫描电压源之间，用来调节流过晶体管的电流，从而限制被测管的功耗。测试功率管时，一般选该电阻值为1kΩ。

(5)“基极阶梯信号”旋钮

此旋钮给基极加上周期性变化的电流信号。每两级阶梯信号之间的差值大小由“阶梯选择毫安／级”来选择。为方便起见，一般选10μA。每个周期中阶梯信号的阶梯数由“级族”来选择，阶梯信号每簇的级数，实际上就是在图示仪上 10

所能显示的输出特性曲线的根数。阶梯信号每一级的毫安值的大小，就反映了图示仪上所显示的输出特性曲线的疏密程度。

(6)“零电压”、“零电流”开关

此开关是对被测晶体管基极状态进行设置的开关。当测量管子的击穿电压和穿透电流时，都需要使被测管的基极处于开路状态。这时可以将该开关设置在“零电流”挡(只有开路时，才能保证电流为零)。当测量晶体管的击穿电流时，需要使被测管的基、射极短路，这时可以通过将该开关设置在“零电压”挡来实现。

为保证仪器的合理使用，既不损坏被测晶体管，也不损坏仪器内部线路，在使用仪器前应注意下列事项：

1 )对被测管的主要直流参数应有一个大概的了解和估计，特别要了解被测管的集电极最大允许耗散功率PCM、最大允许电流ICM和击穿电压BVEBO、BVCBO 。 2 )选择好扫描和阶梯信号的极性，以适应不同管型和测试项目的需要。

3 )根据所测参数或被测管允许的集电极电压，选择合适的扫描电压范围。一般情况下，应先将峰值电压调至零，更改扫描电压范围时，也应先将峰值电压调至零。选择一定的功耗电阻，测试反向特性时，功耗电阻要选大一些，同时将X、Y偏转开关置于合适挡位。测试时扫描电压应从零逐步调节到需要值。

4 )对被测管进行必要的估算，以选择合适的阶梯电流或阶梯电压，一般宜先小一点，再根据需要逐步加大。测试时不应超过被测管的集电极最大允许功耗。 5 )在进行ICM的测试时，一般采用单簇为宜，以免损坏被测管。

三、实验仪器与设备

1）XJ4180图示仪

2）二极管、稳压二极管、晶体管9012、9013

四、实验内容

1）测量二极管的导通特性曲线。

2）测量稳压二极管的正反性特性曲线。

3）测量晶体管9012的特性曲线，计算Vces、Vceo、Iceo、hfe。

4）测量晶体管9013的特性曲线，计算Vces、Vceo、Iceo、hfe。

5）测量电容、MOSFET、SCR等电力电子器件的击穿特性。

五、思考题

1）测量二极管、稳压二极管的特性曲线时，如何注意Rc及扫描电压的档位？ 答：当图示仪所示的曲线突然上升或下降时，所用的RC及扫描电压档位便是适当的。

2）测量晶体管的特性曲线时，为什么增加簇数时，屏幕上的波形为什么会闪动？ 11

请你计算扫描一簇曲线所用的时间？

答：增加蔟数，图示仪扫描完所有蔟所花费的时间变长，视觉暂留导致我们看到的波形闪动。

3）如何进行阶梯波的调零？

答：显示部分中间按下，调整起始位置在右上角，级数选一，最左位置。按下测量板上零电流I=0，松开零电流，使第一条线与Iceo重合，即阶梯调节旋钮。

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数字化测量仪的使用 实验报告

姓名：赵楠 学号：10291164 指导教师： 李景新 实验台号：无

一、实验目的

1）用数字化测量仪测量信号的周期和频率。

2）分析数字化测量的误差来源。

3）如何减少测量误差的措施。

二、实验预习

1)初始时将SENSITIVITY开关打到1/10，如果此计频器不计数，将SENSITIVITY开关打到1/1范围并进行测量。此步骤可以降低损坏输入电路的危险性。

2) 选择交流电源100V，120V，220V，或230V±10%。

3) 在 0~40℃的环境温度下使用该计数器。不要将仪器放在高温设备的顶上。并保证仪器周围环境的通风。

4) 不要让水渗进仪器，也不要剧烈振动仪器。

5) 若仪器在特别嘈杂的环境中使用,在电源里加入噪声滤波器。

6) 测量低频时,按下低通滤波器开关，可以削弱高频成分，以防止可能出现错误触发。

三、实验仪器与设备

1）信号发生器

2）数字频率计

四、实验步骤

将信号发生器置于30Vpp档，衰减置20dB，压入偏置电压开关，分别用测频、测周的方法测量100Hz、1kHz、10kHz的方波，将测量数据添入下表。

五、思考题

1）以上实验数据，请你分析该测量系统的误差来源，以及减少测量误 差的措施和方法。

答：误差来源：1.测周时的标准（晶振）频率误差；

2.测频时的+-1误差

误差减少措施方法：

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测周：增大晶振频率

测频：增大测量时基信号周期

2）在减小输入信号的幅值到一定程度时，测量相位差会突然增大？

答：因为输入信号幅值减小到一定程度时，环境以及仪器所引起的杂波信号会达到与输入信号相比相差不大的程度，使信号波形发生很到改变，测量产生很大差距。

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