机械工程测试技术实验指导书dgoh.docx

西南科技大学实验指导书机电工工程测试试技术实 验 指 导书 主编 黄华华川西南科技技大学制制造科学学与工程程学院20006年年11月月目 录录实验一箔箔式应变变片性能能单臂臂双臂全全桥桥路路性能比比较1实验二霍霍尔式传传感器的的直流激激励特性性4实验三电电容式传传感器特特性7实验四电电子秤设设计与制制作9实验五差差动螺管管式电感感传感器器的静态态位移性性能100实验六热热电偶的的温度效效应122附录14423实验一 箔式式应变片片性能单臂臂双臂全全桥桥路路性能比比较一、实验验目的1. 观观察了解解箔式应应变片的的结构及及粘贴方方式。2测试试应变梁梁变形的的应变输输出。3比较较各桥路路间的输输出关系系；验证灵灵敏度。二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1.实实验类别别：验证证性2. 实实验原理理：图1、图图2、图图3分别别表示了了单臂半半桥、双双臂半桥桥和四臂臂全桥电电路的实实验原理理图，其其中的RR、R11、R22、R33表示固固定电阻阻，Rxx表示应应变片。图1单臂半半桥实验验原理图图图2双臂半半桥实验验原理图图图3四臂全全桥实验验原理图图3. 实实验流程程：分别完完成单臂臂半桥、双双臂半桥桥和四臂臂全桥电电路的实实验，记记录相关关数据，最后对各种电路进行比较。四、实验验步骤及及内容1.单臂臂半桥实实验1)观察察梁上应应变片，并并且了解解结构和和粘贴位位置（对对应受力力，变形形方向）。2)将差差动放大大器调零零。用导导线将差差动放大大器的正正负输入入端与地地端连接接起来，然然后将差差动放大大器的输输出端接接至电压压表的输输入端，电电压表的的量程取取2V档档，调整整差动放放大器上上的调零零旋钮，使使电压表表指示为为零。稳稳定后去去除差动动放大器器输入端端的导线线。3)根据据图1的电路路结构，将将一片应应变片与与电桥平平衡网络络、差动动放大器器、电压压表、直直流稳压压电源连连接起来来，组成成一个测测量线路路（这时时直流稳稳压电源源应置于于0V档档，电压压表应置置于200V档）。此此时，应应变片接接入图11的Rxx位置。4)转动动测微器器，将梁梁上振动动平台中中间的磁磁铁与测测微头相相吸（必必要时松松开测微微器的固固定螺钉钉，使之之完全可可靠吸附附后，再再拧紧固固定螺钉钉），并并使双平平行梁处处于（目目测）水水平位置置。5)将直直流稳压压电源输输出置于于4V档档，调整整电桥平平衡电位位器W11，使电电压表指指示为零零，稳定定数分钟钟后，将将电压表表量程置置于2VV档后，再再仔细调调零。6)往下下旋动测测微器，使使梁的自自由端往往下产生生位移，记记下电压压表显示示的数值值。每次次位移00.5mmm记一一个电压压数值，将将所记数数据填入入下表：X（mmm）V（mVV）2.双臂臂半桥实实验1)根据据图2的电路路结构，将将两片应应变片与与电桥平平衡网络络、差动动放大器器、电压压表、直直流稳压压电源连连接起来来，组成成一个测测量线路路（这时时直流稳稳压电源源输出应应置于00V档，电电压表 应置于于20VV档）。此此时两片片应变片片处于RRx位置置组成半半桥。2)转动动测微器器，使双双平行梁梁处于（目目测）水水平位置置，再向向上位移移5mmm，使梁梁的自由由端往上上位移。3)将直直流稳压压电源置置于4VV档，调调整电桥桥平衡电电位器WW1，使使电压表表指示为为零，稳稳定数分分钟后，将将电压表表量程置置于2VV档后，再再仔细调调零。4)往下下旋动测测微器，使使梁的自自由端产产生位移移，记下下电压表表显示的的数值。每每隔1mmm记一一个数值值，将所所记数据据填入下下表：X（mmm）V（mVV）5)将受受力方向向相反的的两片应应变片换换成同方方向应变变片后，情情况又会会怎样？3.四臂臂全桥实实验1)根据据图3的电路路结构，将将四片应应变片与与电桥平平衡网络络、差动动放大器器、电压压表、直直流稳压压电源连连接起来来，组成成一个测测量线路路（这时时直流稳稳压电源源输出应应置于00V档，电电压表应应置于220V档档）。此此时四片片应变片片组成全全桥。2)转动动测微器器，使双双平行梁梁处于（目目测）水水平位置置，再向向上位移移5mmm，使梁梁的自由由端往上上位移。3)将直直流稳压压电源置置于4VV档，调调整电桥桥平衡电电位器WW1，使使电压表表指示为为零，稳稳定数分分钟后，将将电压表表量程置置于2VV档后，再再仔细调调零。4)往下下旋动测测微器，使使梁的自自由端产产生位移移，记下下电压表表显示的的数值。每每次位移移1mmm记一个个电压数数值，将将所记数数据填入入下表：X（mmm）V（mVV）五、注意意事项1应变变片接入入电桥时时注意其其受力方方向，一一定要接接成差动动形式。2直流流激励电电压不能能过大，以以免造成成应变片片自热损损坏。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。实验二 霍尔尔式传感感器的直直流激励励特性一、实验验目的了解霍尔尔式传感感器的结结构、工工作原理理，学会会用霍尔尔传感器器做静态态位移测测试。二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1.实验验类别：验证性性2. 实实验原理理：1)霍尔尔效应：图1霍尔效应原理图如图1所所示，金金属或半半导体薄薄片，若若在它的的两端通通过控制制电流II，并在在薄片的的垂直方方向上施施加磁感感应强度度为B的磁场场，那么么在垂直直于电流流和磁场场的方向向上将产产生电动动势，这这种现象象称为霍霍尔效应应。 产生的电电动势称称为霍尔尔电动势势或霍尔尔电势，该该金属或或半导体体薄片称称为霍尔尔元件。霍尔电势势大小表表示为：其中，为为霍尔常常数，；d表示霍霍尔元件件的厚度度。令，则有有，霍尔尔电动势势的大小小同控制制电流II和磁感感应强度度B的乘积积成正比比。霍尔效应应的产生生是由于于运动电电荷受磁磁场中洛洛仑磁力力作用的的结果。当控制电电流的方方向或磁磁场的方方向改变变时，输输出电动动势的方方向也将将改变；但当磁磁场与电电流的方方向同时时改变时时，霍尔尔电动势势并不改改变原来来的方向向。磁场的梯梯度越大大测量的的灵敏度度越高，沿沿霍尔元元件移动动方向的的磁场梯梯度越均均匀，霍霍尔电势势与位移移的关系系越接近近线性。2)直流流、交流流激励下下霍尔传传感器的的位移特特性霍尔传感感器是由由两个半半圆形永永久磁钢钢组成梯梯度磁场场，位于于梯度磁磁场中的的霍尔元元件霍尔片片通过底底座与被被测振动动台相连连。当霍霍尔片通通以恒定定电流时时，霍尔尔元件就就有电压压输出。改改变振动动台的位位置，霍霍尔片就就在梯度度磁场中中上、下下移动，输输出的霍霍尔电势势V值取决决于其在在磁场中中的位移移量Y。交流流激励霍霍尔元件件与直流流激励基基本原理理相同，不不同之处处是测量量电路。3)霍尔尔位移传传感器的的振幅测测量利用霍尔尔式位移移传感器器测量动动态参数数与测量量位移的的原理相相同4)霍尔尔位移传传感器称称重实验验利用霍尔尔式位移移传感器器和振动动台加载载时悬臂臂梁产生生位移，通通过测位位移来称称重。5)霍尔尔测速传传感器的的转速测测量利用霍尔尔效应表表达式：，当被被测圆盘盘上装上上N只磁性性体时，圆圆盘每转转一周磁磁场就变变化N次。每每转一周周霍尔电电势就同同频率相相应变化化，输出出电势通通过放大大、整形形和计数数电路就就可以测测量被测测旋转物物的转速速。四、实验验步骤及及内容1.观察察霍耳式式传感器器的结构构，根据据图2(b)的的电路结结构，将将霍尔式式传感器器，直流流稳压电电源，电电桥，差差动放大大器，电电压表连连接起来来，组成成一个测测量线路路（这时时直流稳稳压电源源应置于于0V档，电电压表应应置于220V档）。图2霍尔传传感器实实验原理理图2.转动动测微器器，使双双平行梁梁处于（目目测）水水平位置置，再向向上转动动2mmm，使梁梁的自由由端往上上位移。3.将直直流稳压压电源置置于2VV档，调调整电桥桥平衡电电位器WW1，使使电压表表指示为为零，稳稳定数分分钟后，将将电压表表量程置置于2VV档后，再再仔细调调零。（4）往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的数值。每次位移0.4mm记一个电压数值，将所记数据填入下表，根据所得结果计算灵敏度S。S=V/X （式中V 为电压变化，X为相应的梁端位移变化），并做出V-X关系曲线。X（mmm）V（mVV）五、注意意事项1.双平平行梁处处于（目目测）水水平位置置时，霍霍耳片应应处于环环形磁铁铁的中间间。2.直流流激励电电压不能能过大，以以免损坏坏霍耳片片。3.本实实验测出出的实际际上是磁磁场的分分布情况况，它的的线性越越好，位位移测量量的线性性度也越越好，它它的变化化越陡，位位移测量量的灵敏敏度也就就越大。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。实验三 电容容式传感感器特性性一、实验验目的掌握电容容式传感感器的工工作原理理和测量量方法。二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1.实验验类别：验证性性2.实实验原理理：当忽略边边缘效应应时，平平板电容容器的电电容量CC可表示示为：式中，SS极板板相互遮遮盖面积积，极板板间介质质的介电电常数D两两平行极极板间距距离由上式可可见：在在、S、d三个参参量中，只只要保持持其中两两个不变变，改变变其中的的一个，均均可使电电容量CC改变，这这就是电电容感器器的工作作原理。根据电容容器变化化的参数数，电容容式传感感器可以以分为三三种型式式：改变变极板距距离d的变间间隙式（极极距变化化型）；改变极极板面积积S的变面面积式（面面积变化化型）；改变介介质介电电常数的变介介电常数数式（介介质变化化型）。根据上述述原理可可制成测测谷物干干燥度（变）、测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器，四、实验验步骤及及内容1.转动动测微器器，将梁梁上振动动平台中中间的磁磁铁与测测微头相相吸，使使双平行行梁处于于水平（目目测）位位置，这这时电容容片的一一组动片片一般位位于上下下两组定定片的中中间。2.根据据图1的电路路结构，将将电容片片的动片片和（任任意）一一组定片片，与电电容变换换器、差差动放大大器、差差动放大大器、直直流稳压压电源、电电桥、低低通滤波波器，电电压表连连接起来来，组成成一个测测量线路路。图1电容传传感器实实验原理理3.直流流稳压电电源置于于2V档，调调整电桥桥平衡电电位器WW1，使使电压表表指示为为0。4.往下下调节测测微器，使使梁的自自由端发发生向下下位移，从从而改变变传感器器动片与与定片的的相对位位置（即即改变覆覆盖面积积）。每每位移00.5mmm，记记一个电电压表数数值，将将所记数数据填入入下表。根根据所得得数据计计算灵敏敏度S。S=V /X（式中中V 为电电压变化化，X为相应应的梁端端位移变变化），并并做出VV-X关关系曲线线。X（mmm）V（mVV）五、注意意事项电容片的的一组动动片和两两组定片片不能相相碰。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。实验四 电子子秤设计计与制作作一、实验验目的1了解解传感器器的特性性与应用用。2掌握握电子秤秤的制作作过程。二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1.实验验类别：设计性性2.实验验原理：学生根据据所学测测试技术术知识，利利用现有有传感器器实验台台提供的的传感器器和设备备，自拟拟实验原原理和所所需元部部件，四、实验验步骤及及内容学生根据据所学测测试技术术知识，在在现有传传感器实实验台的的基础上上设计一一个00.55Kg的电子子秤。五、注意意事项1砝码码和被称称重物都都不应太太重。2砝码码应置于于平台的的中间部部分，避避免平台台倾斜。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。实验五 差动动螺管式式电感传传感器的的静态位位移性能能一、实验验目的1了解解差动变变压器式式电感传传感器的的原理和和工作情情况；2了解解激励频频率对差差动变压压器输出出的影响响；3掌握握差动变变压器零零点残余余电压补补偿的方方法；4掌握握使用差差动变压压器对振振动量进进行测量量的方法法。二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1实验验类别：验证性性2实验验原理：1)差动动变压器器性能实实验:差动变压压器的基基本元件件有衔铁铁、初级级线圈、次次级线圈圈和线圈圈骨架等等。初级级线圈作作为差动动变压器器激励部部分，相相当于变变压器的的原边。而而次级线线圈由两两个结构构尺寸和和参数相相同的两两个线圈圈反相串串接而成成，形成成变压器器的副边边。根据据内外层层排列不不同，差差动变压压器有二二段式和和三段式式，本实实验采用用三段式式结构。传感器随随着被测测物体移移动时，由由于初级级线圈和和次级线线圈之间间的互感感发生变变化促使使次级线线圈感应应电势产产生变化化，一只只次级感感应电势势增加，另另一只感感应电势势则减小小，将两两只次级级反向串串接，就就为其差差动输出出，该输输出电势势则反映映出被测测物体的的移动量量。2)激励励频率对对差动变变压器特特性的影影响差动变压压器的输输出电压压的有效效值可以以近似表表示为：其中LPP、RP为初初级线圈圈电感和和损耗电电阻，UUi、为激励励电压和和频率，M1、M2为初级于两次极间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当时输出Uo与无关，当然过高会使线圈寄生电容增大，对其性能稳定不利。3)差动动变压器器零点残残余电压压测定及及补偿方方法由于差动动变压器器二只次次级线圈圈的等效效参数不不对称，初初级线圈圈的纵向向的排列列不均匀匀性，二二次级的的不均匀匀、不一一致，铁铁芯BH特性性的非线线性等，使使得铁芯芯处于机机械零位位时其输输出电压压并不为为零，称称其为零零点残余余电压。由于残余余电压的的存在会会造成零零点附近近的不灵灵敏区，输输入放大大器还会会使放大大器末级级趋向饱饱和，影影响电路路的正常常工作，因因此必须须采用适适当的方方法进行行补偿。4)差动动变压器器的应用用振动动测量差动变压压器测量量动态参参数与测测静态位位移量的的原理相相同。四、实验验步骤及及内容图1差动螺螺管式电电感传感感器实验验原理图图1)根据据图1的电路路结构，将将差动变变压器式式电感传传感器、音音频振荡荡器、双双线示波波器连接接起来，组组成一个个测量线线路。将将示波器器探头分分别接至至差动变变压器式式电感传传感器的的输入端端和输出出端。2)转动动测微器器，使双双平行梁梁处于（目目测）水水平位置置。再向向上转动动测微器器5mmm，使梁梁的自由由端往上上位移。3)往下下旋动测测微器，使使梁的自自由端产产生位移移。每位位移1mmm，用用示波器器读出差差动变压压器输出出端的峰峰峰值填填入下表表，根据据所得数数据记计计算灵敏敏度S。S=V/X（式中中V 为电电压变化化，X为相应应的梁端端位移变变化），并并作出VV-X关关系曲线线。X（mmm）Vo（pp-p）五、注意意事项1)音频频振荡器器的信号号必须从从LV输出出端输出出。2)双平平行梁处处于（目目测）水水平位置置时，示示波器上上观察到到的差动动变压器器式电感感传感器器的输出出端信号号应为最最小，否否则要调调整电感感中磁棒棒的位置置。3)差动动变压器器次级的的两个线线圈必须须接成差差动形式式（同名名端相接接）。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。实验六 热电电偶的温温度效应应一、实验验目的了解热电电偶的工工作原理理和工作作情况二、实验验仪器和和设备序号设备名称称规格型号号数量1传感器综综合实验验台XXXXX42导线若干三、实验验简介1实验验类别：验证性性2实验验原理：将两种不不同的导导体（金金属或半半导体）A和B的两端连接在一起组成闭合回路，当两导体的两个接点处于不同的温度T和T0的热源中时，则在该回路内就会产生热电动势，这一现象称为热电效应。（或称温差电效应，塞贝克效应）这样的两两种不同同导体的的组合称称为热电电偶。导导体A、B称为热热电极。测量温度度时，两两个连接接点中置置于被测测温度场场（T）的一一端称为为工作端端（或叫叫测量端端、热端端）。另另一个接接点置于于某个恒恒定温度度（T00）的地地方，称称为自由由端（或或叫参考考端、冷冷端）。在热电偶偶回路中中，两接接点温度度为T、T0时的的热电势势等于该该热电偶偶在接点点温度为为T、Tn 和Tn、To时热热电势的的代数和和。即EAB(T,TTo)= EAAB(TT,Tnn)+ EABB(Tnn,Too) 根据这一一定律，只只要给出出热电偶偶自由端端为0时的热热电势和和温度的的关系（即即下表所所列的热热电偶的的分度表表），就就可求出出两接点点在任意意温度时时的热电电势，再再求出测测量端的的温度来来。本实验中中，先根根据温度度计读出出的室温温，从分分度表中中表出EEAB(TTn,TTo),再加上上电压表表读出的的工作端端热电势势EAB(TT,Tnn)，求求出EAB(TT,Too)，而而后从分分度表中中查出工工作端温温度来。四、实验验步骤及及内容图1热电偶偶温度效效应实验验原理图图1)根据据图1的电路路结构，将将热电偶偶和电压压表连接接起来，组组成一个个测量线线路（加加热器处处于关闭闭状态），记记录下水水银温度度计的读读数（即即室温）。2) 按按下加热热器开关关，这时时电压表表显示的的数值会会慢慢发发生变化化。当变变化趋于于稳定时时，（到到达热平平衡需要要一定的的时间）记记录电压压表显示示的数值值与水银银温度计计的读数数。3)根据据热电偶偶中间温温度定律律的计算算公式，试试计算出出工作端端的温度度，并与与水银温温度计的的读数进进行比较较。X为相相应的梁梁端位移移变化），并并作出VV-X关关系曲线线。X（mmm）Vo（pp-p）五、注意意事项1)水银银温度计计探头安安置时，不不要放在在应变片片上，只只要触及及应变片片附近的的梁体即即可。2)本实实验仪采采用的热热电偶材材料为铜铜康铜。3)本实实验仪中中，有22组热电电偶，成成串联接接法，所所以电压压表显示示的热电电势是22组热电电偶产生生的电势势的总和和，公式式计算时时，应将将电压表表显示值值除以22即为EAB（T,TTn）。六、实验验报告1. 及及时编写写实验报报告书。七、附录录铜康铜铜热电表表(自由端端温度为为0)(S=E/T)单位：mV T 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 S(VV)0 0.0000 0.03390.0778 0.11160.15550.19940.23340.27730.3115 0.3552 38.6610 0.3991 0.43310.4771 0.51100.55500.59900.63300.67710.7111 0.7551 39.5520 0.7992 0.83320.8773 0.91140.95540.99951.03361.07771.1118 1.1559 40.4430 1.2001 1.24421.2884 1.35521.36671.40081.45501.49921.5334 1.5776 41.3340 1.6118 1.66611.7003 1.74451.78881.83301.87731.61161.9558 2.0001 42.4450 2.0444 2.08872.1330 2.17742.21172.26602.30042.34472.3991 2.4335 43.0060 2.4778 2.52222.5666 2.61102.65542.69982.74432.78872.8331 2.8776 43.8870 2.9220 2.96653.0110 3.05543.09993.14443.18893.23343.2779 3.3225 44.5580 3.3770 3.41153.4991 3.50063.55523.59973.64433.68893.7335 3.7881 45.3390 3.8227 3.87733.9119 3.96654.01124.05584.10054.15514.1998 4.2444 46.00100 4.2991 4.33384.3885 4.43324.47794.52294.57734.62214.6888 4.7115 46.88