仪、电压表、多种金属涡流片、示波器 四、实验内容与步绿 1.电涡流传感器的静态标定及被测材料对电涡流传感器特性的影响 (1)安装好电涡流线圈和铁质金属涡流片，注意两者必须保持平行。安装好测 微头，按图2接线，将电涡流线园接入涡流变换器输入端，涡流变换器输出端接电 压表20V档 (2)开启仪器由源，用测微头将电涡流曼图与混流片分开一定距离，此时输出 端有一电压值输出 (3)用测微头带动振动平台使电涡流线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换 器中的振荡电路停振，涡流变换器输出电压为零。 涡流线圈 涡流变换器 电压频率表 图2静态标定实数按线图 (4)旋动测微头使电涡流线图离开众属涡流片，并遂渐增大电涡流线圈与金属 涡流片之间的距离，每移动0,25mm记采测微头的读数x和相应的涡流变换器输出 电压U(注意：x是测微头的直接读数，可看成金属涡流片的位骨坐标，不必从0 开始)，将数据填入表1中。以U为纵坠标、x为横坐标做出一x曲线。 (5)分别换上铜和出两种金属涡流片进行测量，从电涡流线园完全贴紧金属涡 流片开始增大之间的距离（山于材料不同，对于铜和钻两种金属涡流片，涡流变换器 初始输出电压不为零)，每移动0,25mm记录测微头的读数x和相应的涡流变换器输 出电压，将数据填入下表2和表3中，在2一x曲线的坐标系内再作出山~x曲 线和U~x曲线。 (6)分析三种不同材料被测体的线性范围、最佳工作点，并进行比较。从实验 出结论：被测材料不同时线性范用也不同，必须分别进行标定。 2祝流传成机速验 当电涡流线与金属被测体的位置周期性地接近或脱离时，电涡流传感器的输 出信号也转换为相同周期的脉动信号。 (1)将电涡流线圈支架转一角度，安装于电机转盘上方，尽量常外，但不得超 出转盘，使线圈与转盘面平行，在不碰擦的情况下相距越近越好。 (2)在图2电路的基础上，涡流变换器的输出端改接示波溢，开启转盘的开关， 调节转速，调整电涡流线圈在转盘上方的位，用示波誉观察，使涡流变换器输出 的波形较为对称，从示波器读出波形的周期T,算出频率，则转盘的转速n=v2。 3。由涡流传感器的振幅测量 (1)卸下测微头，换上铁质涡流片，使电涡流线图与涡流片离开一定距离（约 Imm)
(2)按图3接线，直流稳压电源置±10V档，差动放大器在这甲仪作为一个电 平移动巾路，增益置最小处(1倍)。报节电桥W,,使系统输出为零。用导线接通 低频振荡誉和和激振器1，此时可以看到振动圆台振动了起来，调节低频振荡器的 频率，使其在15一30Hz范围内变化，用示波器观察涡流变换器输出的波形，再用 示波器读出波形电压的峰蜂值U。-。 祸流线因 洞流变换器 差动放大器 示法翠 图3振幅测最实验接线图 (3)变化低频振荡器的频率和幅值，提高振动圆盘的振幅，用示波器可以看到 涡流变换器输出的波形有失真现象，这说明电涡流传感器的振幅测量范围是很小的 4。由祝流传成誉的称币实哈 (1)在图3电路的基础上，差动放大器的输出端改接电压表20V档 (2)调整电桥W、,使系统输出为零 (3)把测物业台放置于零动圆合上在平台中涤北九上法码，记录硅码的函 量W和相应的差动放大器输出电压,数据填入表4中。以U为纵坐标、为横坐标 做出U一W曲线。 (4)取下砝码，分别放上两个待测质量的物体，记录其对应的电压，根据U m曲线大致求出待测物体的质量。 五、数据记录与处理 表1铁质涡流片测试数琳表 位置x(mm) 铁(V) 表2质涡流片测试数谢 位置x(mm) 制U,(V) 表3侣质涡流片测试数琳 位置x(mm) 铝(V) 表4对应电压U的数瑞 砝码质量m(g) 10 20 3040 50 60 70 80 对应电压
v 六、思考题 1.电涡流传感器是把什么物理量转换为什么物理量的装置？ 2.电涡流传感器为什么可以测量电机的转速？ 3.电涡流传感器可以用来称重是什么原理？ 七、注意事项 1.直流稳压电源的一10V和接地端接电桥直流调半衡电位器W两端 2.连接线端头插入连接孔时应稍加旋转，以保证接触良好，拔线时要捏住端头 拔出，不要生拉硬拽。 实验23电场的描绘 带电体的周围存在静电场，场的分布是山电荷的分布、带电体的儿何形状及周田介质 所决定的。山于带电体的形状复杂，大多数情况求不出电场分布的解析解，因此只能靠数值 解法求出或用实验方法测出电场分布。直接用电压表法去测量静电场的电位分布往往是困难 的，因为静电场中没有电流，磁电式电表不会偏转：另外山于与仪器相接的探测头本身总是 导体或电介质，若将其放入静电场中，探测头上会产生感应电荷或束缚电荷。山于这些电荷 又产生电场，与被测静电场迭加起来，使被测电场产生显著的畸变。因此，实验时一般采用 间接的测量方法（即模拟法）来解决。 模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟个易实现、不便测 量的物理状态或过程，它要求这两种状念或过程有一一对应的两组物理量，而且这些物理量 在两种状念或过程中满足数学形式基本相同的方程及边界条件， 本实验是用便于测量的稳恒电流场来模拟不便测量的静电场，这是因为这两种场可以 用两组对应的物理量米描述，并月这两组物理量在一定条件下遵循着数学形式相同的物理规 律。例对于静电场，电场强度E在无源区域内满足以下积分关系 fE·ds=0 (1) E·dl=0 (2) 对于稳恒电流场，电流帝度矢量j在无源区域中也满足类似的积分关系 ∬广ds=0 (3) 寸，1d1=0 (4) 在边界条件相同时，二者的解是相同的。 当采用稳恒电流场来模拟研究静电场时，还必须注意以下使用条件， (1)稳恒电流场中的导电质分布必须相应于静电场中的介质分布。具体地说，如果被 模拟的是真空或空气中的静电场，则要求电流场中的导电质应是均匀分布的，即导电质中各 处的电阻率P必须相等：如果被模拟的静电场中的介质不是均匀分布的，则电流场中的导
电质应有相应的电阻分布 (2)果产生静电场的带电体表面是等位面，则产生电流场的电极表面也应是等位面。 为此，可采用良导体做成电流场的电极，而用电阻率远大于电极电阳率的不良导体(！石墨 粉、自来水或稀硫酸铜溶液等)充当导电质。 (3)电流场中的电极形状及分布，要与静电场中的带电导体形状及分布相似。 一、实验目的 L.学会用模拟法测绘静电场。 2.加深对电场强度和电位概念的理解 二、实验原理 如图1所示是长直同轴圆柱形电极的横截 面图。设内圆柱的半径为，电位为，外圆环 的内半径为b,电位为，则两极间电场中距离 轴心为r处的电位可表示为 r,=r。-Eahr (5) 又根据高斯定理，则圆柱内？点的场强 E=K/(当a<r<b时) (6) 式中K山圆杜体上线电荷帝度决定。将(6)代入(5)式 ,=。-r=.-K5 (7) 在=b处应有 人，=，-Kn月 所以 K=- (8) ln(b/a】 如果取y,=o,=0,将(8)式代入(7)式，得到 =贵% (9) 式(9)表明，两圆柱面间的等位面是同轴的圆柱面。用模拟法可以验证这一理论计算的结 。 当电极接上交流电时，产生交流电场的解时值是随时间变化的，但交流电压的有效值 与直流电压是等效的，所以在交流电场中用交流毫伏表测量有效值的等位线与在直流电场中 测最同值的等位线，其效果和位管完全相同。 三、实验仪器及介绍
静电场描绘仪，静电场描绘仪信号源，滑线变阻器，力用电表等 四、实验内容与步骤 图2为实验电路，电源可取静电场描绘仪信号 源、其它交流电源或直流电源，经滑线变阻器R分 压为实验所需要的两电极之间的电压值。V表可用 交流毫伏表（品体管毫伏表）、力用表或数宁方用表 下面分别测绘各电极电场中的等电位点。 L,长直同轴圆柱面电极间的电场分布 图2 (1)水槽中倒入适量的水，然后把它放在双层静电场测绘仪的下层 (2)按图2接好电路，V表及探针联合使用。 (3)把坐标纸放在静电场测绘仪的上层夹好，旋紧四个压片螺钉旋钮。在坐标纸上确 定电极的位胃，测量并记录内电极的外径及外电极的内径。 (4)调节静电场措绘仪信号源输出电压，使两电极间的电位差。为10V。 (5)测量电位差为8V、6V、4V和2V的四条等位线，每条等位线测等位点不得少于 9个. (6)移动探针座使探针在水中缓慢移 动，找到等位点时按一下坐标纸上的探针， 便在坐标纸上记下了其电位值与电压表的 示值相等的点的位置。 2.两平行长直圆柱体电极间的电场分 图3所示是两半行长直圆柱体模拟 电极间的电场分布示意图，山于对称性，等 电位面也是对称分布的。些换同轴圆柱面的 水槽电极，参照实验内容1按实验室要求测 出若干条等位线。 3.聚焦电极间的电场分布 阴极射线示波管的聚焦电场是山第 聚焦电极4，和第二速电极A,组成。4 的电位比4的电位高。电子经过此电场时， 山于受到电场力的作用，使电子聚焦和加 速。图4所示的就是其电场分布。能过此 实险，可了解静电透镜的聚焦作用，九深 对阴极射线示波管的理解。参照实验内容】 按实验室要求测出若干条等位线