《现代检测技术》实验指导书.doc

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1、实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解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机械变形时，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：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，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感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是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。单臂电桥输出电压O1。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、15V电源、4V电源、万用表（自备）。

2、四、实验步骤：1、检查应变传感器的安装应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，各应变片初始阻值R1= R2= R3= R4=350，加热丝初始阻值为50左右。2、差动放大器的调零首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。然后将差动放大器的正、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。检查无误后从主控台上接入模块电源15V以

3、及地线。合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意： Rw4的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完实验为止）3、电桥调零+4V -4V 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 接主控箱 电源输出 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 接数显表 Vi 地 R1 加热 适当调小增益Rw3（顺时针旋转3-4圈，电位器最大可顺时针旋转5圈），将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模块左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已连接好，其中模块上虚线电阻符号为示意符号，没有

4、实际的电阻存在），按图1-2完成接线，接上桥路电源4V（从主控箱引入），同时，将模块左上方拨段开关拨至左边“直流”档（直流档和交流档调零电阻阻值不同）。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节电桥调零电位器Rw1，使数显表显示为零。备注：1、如出现零漂现象，则是应变片在供电电压下，应变片本身通过电流所形成的应变片温度效应的影响，可观察零漂数值的变化，若调零后数值稳定下来，表示应变片已处于工作状态，时间大概510分钟。2、如出现数值不稳定，电压表读数随机跳变情况，可再次确认各实验线的连接是否牢靠，且保证实验过程中，尽量不接触实验线，另外，由于应变实验增益比较大，实验线陈旧或老化后产生线间电容效应

5、，也会产生此现象。4、测量并记录在电子秤上放置一只砝码，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砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）5、计算灵敏度和误差 根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S满量程输出平均值，此处为500g或200g。五、思考题：单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。实验二 金属箔式应变片半

6、桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二、基本原理：不同受力方向的两片应变片（实验模块上对应变片的受力方向有标识）接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=。三、需要器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤：1、 保持金属箔式应变片实验中的Rw3和Rw4的当前位置不变。2、根据图1-3接线。R1、R2为实验模块左上方的应变片，此时要根据模块上的标识确认R1和R2受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一

7、片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V，检查连线无误后，合上主控箱电源，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零。依次轻放标准砝码，将实验数据记入表1-2，根据表1-2计算灵敏度S=，非线性误差f2。接主控箱电源输出 接主控箱电源输出 接数显表Vi 地 图1-3 应变式传感器半桥实验接线图 表1-2 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）五、思考题：桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（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。实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、基本原理：

8、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，受力方向不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其变化值R1=R2=R3=R4时，其桥路输出电压Uo3=。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表（主控台上电压表）、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤：1、保持单臂、半桥实验中的Rw3和Rw4的当前位置不变。2、根据图1-4接线，实验方法与半桥实验相同，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，不同的接入邻边，将实验结果填入表1-3；进行灵敏度和非线

9、性误差计算。表1-3全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）2、 根据表1-3计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）；计算非线性误差：f1=F S100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S满量程输出平均值。实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：根据霍尔效应、霍尔电势UH = KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源4V、15V、测微头、数显单元。四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模块的连接按图5-2进行。1、3为电源4V，2、4为输出。 主控箱 数显表 3 1 2 4 图5-2 霍尔传感器位移直流激励接线图 1 2 3 4 连线插座编号 1、3为电源线 2、4为信号输出Vi 2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指示为零。3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。表5-1X（mm）V（mv）作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？