2022年级工程测试与信号处理实验指导书.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 工程测试与信号处理试验报告姓名班级学号指导老师2022年下学期1 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 实 验 目 录试验一 金属箔式应变片单臂电桥性能试验试验二 金属箔式应变片半桥性能试验试验三 金属箔式应变片全桥性能试验试验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较试验试验五 电容式传感器的位移特性试验试验六 光电转速传感器的转速测量试验试验七 霍尔测速试验试验八 磁电式转速传感器的测速试验试验九 电涡流传感器的位移特性试验试验十 被测体材质对电涡流传感器的特性影响试验2 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验一 金属箔式应变片单臂电桥性能试验一、试验目的： 明白金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能；二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生气械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为： RRK 式中 RR 为电阻丝电阻相对变化,K 为应变灵敏系数, = l/l 为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏锐元件,通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态；,对单臂电桥输出电压 Uo1= EK /4 ；三、需用器件与单元：应变式传感器试验模板、应变式传感器电子秤、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表 <自备）；四、试验步骤 ：1、依据图 <11）应变式传感器<电子秤）已装于应变传感器模板上；传感器中各应变片已接入模板的左上方的 R1、R2、R3、R4；加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1R2R3R4350 ,加热丝阻值为 50 左右图 1 1 应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V< 从主控台引入）,检查无误后,合上主控台电源开关,将试验模板调剂增益电位器 RW3 顺时针调剂大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控台面板上数显表输入端 V i 相连,调剂试验模板上调零电位器 RW4,使数显表显示为零 <数显表的切换开关打到 2V 档）；关闭主控箱电源 <留意：当 Rw3、Rw4 的位置一3 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 旦确定,就不能转变；始终到做完试验三为止）；3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片 R1<即模板左上方的 R1）接入电桥作为一个桥臂与 R5、R6、R7接成直流电桥 <R5、 R6、R7模块内已接好）,接好电桥调零电位器 RW1,接上桥路电源±4V< 从主控台引入）如图 12 所示；检查接线无误后,合上主控台电源开关；调剂 RW1,使数显表显示为零；图 12 应变式传感器单臂电桥试验接线图4、在电子称上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到 200g<或 500 g）砝码加完；登记试验结果填入表 11,关闭电源；重量 g> 电压 mv> 5、依据表 1 1 运算系统灵敏度 S U/ W< U 输出电压变化量, W重量变化量）和非线性误差 f1= m/yF.S× 100式中 m 为输出值 <多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF· S 满量程输出平均值,此处为 200g<或 500g）；五、摸索题 ：4 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用：片均可以；<1）正 <受拉）应变片 <2）负 <受压）应变片 <3）正、负应变试验二 金属箔式应变片半桥性能试验一、试验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、明白其特点；二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边,电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善；当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压 U O2EK 2；三、需用器件与单元 ： 同试验一；四、试验步骤：1、传感器安装同试验一；做试验<一）的步骤2,试验模板差动放大器调零；2、依据图 13 接线； R1、R2为试验模板左上方的应变片,留意R2 应和 R1 受力状态相反,即将传感器中两片受力相反 <一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边；接入桥路电源±4V,调剂电桥调零电位器 RW1进行桥路调零,试验步骤 3、4 同试验一中 4、5 的步骤,将试验数据记入表 12,运算灵敏度 S2UW,非线性误差 f2；如试验时很多值显示说明 R2与 R1 为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片；图 13 应变式传感器半桥试验接线图表 12 半桥测量时,输出电压与加负载重量值重量电压5 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 五、摸索题：1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应放在：<1）对边 <2）邻边；2、桥路 <差动电桥）测量时存在非线性误差,是由于：<1）电桥测量原理上存在非线性<2）应变片应变效应是非线性的<3）调零值不是真正为零；6 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验三 金属箔式应变片全桥性能试验一、试验目的： 明白全桥测量电路的优点；二、基本原理： 全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,当应变片初始阻值：R1 R2R3R4,其变化值 R1 R2 R3 R4 时,其桥路输出电压 桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差均得到改善；三、需用器件和单元 ： 同试验一 四、试验步骤：1、传感器安装同试验一；U03KE ；其输出灵敏度比半2、依据图14 接线,试验方法与试验二相同；将试验结果填入表13；进行灵敏度和非线性误差运算；1 4 全桥性能试验接线图表 13 全桥输出电压与加负载重量值重量电压五、摸索题：1、全桥测量中,当两组对边<R 1、R3为对边）电阻值R 相同时,即R1R3,R2R4,而 R1 R2 时,是否可以组成全桥：<1）可以 <2）不行以；7 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻；R3 F F R1 R1 R3 R4 R2 R2 R4 F F 图 15 应变式传感器受拉时传感器圆周面绽开图试验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、试验目的 ：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度,得出相应的结论；二、试验步骤：依据试验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度,从理论上进行分析比较；阐述理由 <留意：试验一、二、三中的放大器增益必需相同）；8 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验五 电容式传感器的位移试验一、试验目的 ：明白电容式传感器结构及其特点；二、基本原理： 利用平板电容 C Ad 和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以挑选 、A、d 中三个参数中,保持二个参数不变,而只转变其中一个参数,就可以有测谷物干燥度 <变）测微小位移 <变 d）和测量液位 <变 A ）等多种电容传感器；三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器试验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源；四、试验步骤：CX1和 CX2时,留意1、按图 31 安装示意图将电容传感器装于电容传感器试验模板上,判别动极板接地,接法正确就动极板左右移动时,有正、负输出；不然得调换接头；一般接线：二个静片分别是 1 号和 2 号引线,动极板为3 号引线；Cx1、Cx2 插孔上,动2、将电容传感器电容C1和 C2的静片接线分别插入电容传感器试验模板极板连接地插孔<见图 4 1）；图 41 电容传感器位移试验接线图9 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3、将电容传感器试验模板的输出端V o1与数显表单元V i 相接 <插入主控箱V i 孔）, Rw 调剂到中间位置；4、接入±15V 电源,旋动测微头推动电容器传感器动极板位置,每间隔0.2mm 登记位移 X 与输出电压值,填入表41；表 41 电容传感器位移与输出电压值Xmm> Vmv> 5、依据表 4 1 数据运算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差 f；五、摸索题：试设计利用 的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否表达一下在设计中应考虑哪些因素？试验六 磁电式转速传感器测速试验一、 试验目的： 明白磁电式测量转速的原理；二、 基本原理： 基于电磁感应原理,N 匝线圈所在磁场的磁通变化时,线圈中感应电势：发生变化,因此当转盘上嵌入 N 个磁棒时,每转一周线圈感应电势产生 N 次的变化,通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速；三、 需用器件与单元： 磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源 224V ；四、 试验步骤：1、 磁电式转速传感器按图5 4 安装传感器端面离转动盘面2mm 左右；将磁电式传感器输出端插入数显单元 Fin 孔； <磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）2、 将显示开关挑选转速测量档；3、 将转速电源224V 用引线引入到台面板上24V 插孔,合上主控箱电开关；使转速电机带动转盘旋转,逐步增加电源电压观看转速变化情形；五、 摸索题：为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动,能说明理由吗？10 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验七 霍尔测速试验一、 试验目的： 明白霍尔转速传感器的应用；二、 基本原理： 利用霍尔效应表达式：U H K HIB ,当被测圆盘上装上 N 只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化 N 次；每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速；三、 需用器件与单元 ：霍尔转速传感器、直流源5V 、转动源224V 、转动源单元、数显单元的转速显示部分；四、试验步骤：1、依据图 54,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢；霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图2、将 5V 直流源加于霍尔转速传感器的电源端 <1 号接线端）；3、将霍尔转速传感器输出端 <2 号接线端）插入数显单元 Fin 端, 3 号接线端接地；4、将转速调剂中的2V24V 转速电源接入三源板的转动电源插孔中；5、将数显单元上的开关拨到转速档；6、调剂转速调剂电压使转动速度变化；观看数显表转速显示的变化；五、摸索题：1、利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制？2、本试验装置上用了十二只磁钢,能否用一只磁钢？试验八 光电转速传感器的转速测量试验一、 试验目的： 明白光电转速传感器测量转速的原理及方法；二、 基本原理 ：光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本试验装置是透射型的,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号,由于转盘上有相间的16 个间隔,转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值；11 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、 需用器件与单元 ：光电转速传感器、直流电源5V 、转动源及224V 直流源、数显单元；四、 试验步骤：1、光电转速传感器已安装在三源板上,把三源板上的5V、接地V0 与主控箱上的5V、地、数显表的 Vin 相连；数显表转换开关打到转速档；2、将转速源224V 输出旋到最小,接到转动源24V 插孔上；3、合上主控箱电源开关,使电机转动并从数显表上观看电机转速；摸索题：已进行的试验中用了多种传感器测量转速,试分析比较一下哪种方法最简洁、便利；12 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 试验九 电涡流传感器位移试验一、 试验目的： 明白电涡流传感器测量位移的工作原理和特性；二、 基本原理： 通过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：电涡流传感器试验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片；四、 试验步骤：1、依据图 81 安装电涡流传感器；图 9-1 电涡流传感器安装示意图13 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 92 电涡流传感器位移试验接线图2、观看传感器结构,这是一个平绕线圈；3、将电涡流传感器输出线接入试验模板上标有L 的两端插孔中,作为振荡器的一个元件；4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体；5、将试验模板输出端 Vo 与数显单元输入端 V i相接；数显表量程切换开关挑选电压 20V 档；6、用连结导线从主控台接入 15V 直流电源接到模板上标有15V 的插孔中；7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电源开关,登记数显表读数,然后每隔 0.2mm 读一个数,直到输出几乎不变为止；将结果列入表 81；表 81 电涡流传感器位移 X 与输出电压数据X<mm ）Vv> 8、依据表 81 数据,画出 V X 曲线,依据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的正确工作点,试运算量程为 1mm、3 mm 及 5mm 时的灵敏度和线性度 <可以用端基法或其它拟合直线）；五、 摸索题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,假如需要测量±5mm 的量程应如何设计传感器？2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何依据量程使用选用传感器；试验十 被测体材质对电涡流传感器特性影响一、 试验目的： 明白不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响；二、 基本原理： 涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关,因此不同的材料就会有不同的性能；三、 需用器件与单元： 除与试验二十五相同外,另加铜和铝的被测体圆盘；四、 试验步骤：1、传感器安装与试验二十五相同；2、将原铁圆片换成铝和铜圆片；3、重复试验二十五步骤,进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试,分别记入表 82 和表 83；表 82 被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据 14 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - X<mm ）Vv> 表 83 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据 X<mm ）Vv> 4、依据表 82 和表 83 分别运算量程为1mm 和 3mm 时的灵敏度和非线性误差<线性度）；5、分别比较试验二十五和本试验所得结果进行小结；五、 摸索题：当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？15 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页