12级测试技术实验指导书原稿.docx

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1、目 录实验1-1 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：式中为电阻线电阻相对变化，K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受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电桥的比例变化，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。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤：

2、1、根据图（1-1）应变式传感器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，R1=R2=R3=R4=350，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，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vin相连，调节实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。（注意：当RW3、RW4的位

3、置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验1-3为止）3、将应变式传感器的其中一个应变片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模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节RW1，使数显表显示为零。图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图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砝码加完。记下实验结果填入表1-1-1，关闭电源。重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）5、根据表

4、1-1-1计算系统灵敏度（输出电压变化量，重量变化量）和非线性误差：式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟事直线的最大偏差：满量程输出平均值，此处为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、负应变片均可以。实验1-2 金属箔式应变片半桥性能实验一、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。三、需用器件与单元：同实验1-1。四、实验步骤：1、传感器安装同实验1-1-1。做实验（1-

5、1）的步骤2，实验模板差动放大器调零。2、根据图1-3接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意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调节电位器RW1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验1-1中的步骤4、5，将实验数据记入表1-2-1，计算灵敏度，非线性误差。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。图1-3 应变式传器半桥实验接线图表1-2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、思考题：1、半桥测量时两片

6、不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（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1-3 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：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，当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4，其变化值R1=R2=VR3=R4时，其桥路输出电压。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：同实验1-1。四、实验步骤：1、传感器安装同实验1-1。2、根据图1-4接线，实验方法与实验1-2相同。将实验结果填入表1-3-1；进行灵敏度和非线性误

7、差计算。图1-4 全桥性能实验接线图表1-3-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）五、思考题：1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。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。图1-5 应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验1-4 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的：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

8、、实验步骤：根据实验1-1、1-2、1-3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（注意：实验1-1、1-2、1-3中的放大器增益必须相同）。实验1-5 电涡流传感器位移实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通以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、实验步骤：1、根据图1-6安装电涡流传感器。图1-6 电涡流传感器安装示意图图1-7 电涡流传感器位移实验接线图2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。3、将电涡流传感器输出线接入实

9、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、将实验模板输出端V。与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6、用连接导线从主控台接入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，记下数显表读数，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1-24-1。表1-24-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据X(mm)V(v)8、根据表1-24-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、

10、3mm或5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五、思考题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量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，如何根据量程作用传感器。实验1-6 被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目的：了解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：除与实验1-5相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。四、实验步骤：1、传感器安装与实验1-5相同。2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。3、重复实验1-24步骤，进行被测体为铝圆片

11、时的的位移特性测试。分别记入表1-25-1和表1-25-2。表1-25-1被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据X(mm)V(v)表1-25-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据X(mm)V(v)4、根据表1-25-1和表1-25-2分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）5、分别比较实验1-5和本实验所得结果进行小结。五、思考题：当被测体为非金属材料时，如何利用电涡流传感器进行测试？实验1-7 电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容和其它结构的关系式，通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数

12、不变，而只改变其中一个参数，则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、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。四、实验步骤：1、按图1-81安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动板接地，接法正确则动极板左右移动时，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。2、将电容传感器电容C1和C2的静片连线分别插入电容传感实验模板CX1、CX2插孔上，动极板连线接地插孔（见图1-8）。图1-8 电容传感器位移实验接线图3、将

13、电容传感器实验模板的输出端VO1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），RW调节到中间位置。4、接入15V电源，旋动测微头推进电容传感动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表1-14-1。表1-14-1 电容传感器位移与输出电压值X(mm)54.543.532.521.510.50-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5V(mV)5、根据表1-14-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差。五、思考题：试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验1-8 霍尔测速实验一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。二

14、、基本原理：利用霍尔效应表达式：UH=KHIB，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2-24V、转动源单元、效显单元的转速显示部分。四、实验步骤：1、根据图1-9，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。图1-9 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图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、将转速调节中的+2V

15、-24V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、调节转速调节电压使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。五、思考题：1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？实验1-9 磁电式转速传感器测速实验一、实验目的：了解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2-24V。四、实验步骤：1、磁电

16、式转速传感器按图1-9安装传感器端面离转动盘面2mm左右，并且将磁电传感中心对准磁钢中心。将磁电式传感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、将显示开关选择转速测量档。3、将转速电源2-24V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察转速变化情况。五、思考题：为什么说磁电式转速传感器不能测低速的转动，能说明理由吗？实验1-10 电涡流转速传感器一、实验目的：了解电涡流传感器测转速的原理与组成。二、基本原理：利用电涡流的位移传感器及其位移特性，当被测转轴的端面或径向有明显的位移变化（齿轮，凸台）时，就可以

17、得到相应的电压变化量，再配上相应电路测量转轴转速。本实验请实验人员自己利用电涡流传感器和转动源、数显单元组建。实验1-11 光电转速传感器测速实验一、实验目的：了解光电转速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，本实验装置是透射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。三、需用器件与单元：光电转速传感器、直流电源+5V、转动源及2-24V直流源、数显单元。四、实验步骤：1、光电转速传感器已经安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地V。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2-24V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察电机转速。五、思考题：已进行的实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单、方便。