传感器技术测试技术实验指导书2023年01版.docx
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1、测试技术试验指导书蒋 平南京工程学院2023年一月目 录试验 1 测试装置的特性试验1试验 11 指针式电表的静、动态特性1试验 12电阻应变仪的静、动态特性4试验 2 电桥和差特性试验7试验 3 信号分析试验11试验 31基于信号分析工具箱的信号分析试验12试验 32基于虚拟仪器的信号分析试验15试验 4三向振动台的计算机关心测试试验17实 验 报 告1试验 1测试装置的特性试验1试验 2 电桥和差特性试验3试验 3信号分析试验5试验 4三向振动台的计算机关心测试试验62试验 1 测试装置的特性试验试验 11 指针式电表的静、动态特性一、试验目的1、生疏测试装置静态特性(灵敏度、线性度、滞后
2、度)和动态特性幅频特性、相频特性);2、把握测试装置特性的简易测定方法。二、仪器1. 指针式直流电压表(或具有直流电压测试档的指针式万用表);2. 函数信号发生器;3. 可调直流电源;4. 一号电池及连接导线等。三、试验原理指针式直流电压表(或指针式万用表用直流电压测试档)是一种电压测试指示装置,指针在指示标盘的不同位置(即指针的不同转角)反映了被测量(输入电压或经传感器转换成电压的其它非电物理量)的大小及其变化状况。它的静态特性:灵敏度 S 即为输入电压与指针在标盘指示值(指针转角)的比值S=L/V=L/V(格伏)。线性度 L 计算的参考直线(用两点法)即为全量程输入时指针指示值在输入输出(
3、指针示值)曲线图上的斜率线。找出此斜率线与输入输出曲线间的最大偏差值 ,即可求得该指针式电压表的线性度 ,1maxd L = YDmaxLmax100%- YminYmax 和 Ymin 为输出的最大值和最小值。滞后度d H可通过输入递增至全量程后再递减两过程中指针示值所示两输入输出曲线间最大差值D”D”。求得。maxd H = Ymax-mYaxmin100%其幅频特性可用指针示值随不同频率(输入电压)变化关系曲线来描述。四、试验步骤1. 生疏各试验仪器的使用方法与操作要领。2. 灵敏度,线性度,滞后度测定。按直流电压表量程(或指针式万用表某直流电压测试档量程),选择直流电源调压范围,使两者
4、根本全都。连接可调直流电源与直流电压表,并使其处于待工作状态。按所选可调直流电源满量程电压的 110 为步进值逐一供给直流电压表, 读出电压表指针指示值(格)记入表 1。重复进展三次。计算出上述表内三次数值的平均值,并依据灵敏度 S,线性度L,滞后度dH 的定义和计算公式分别求出上述工况下的指针式电压表 (或指针式万用表作直流电压表)的静态特性参数值。3. 幅频特性的测定选择直流电压表(或指针式万用表直流电压档)满量程为 2.5V 的档位连接直流电压表(或指针式万用表)和低频信号发生器。并在其间串连一节1.5 伏的电池后使电压表处于工作状态。保持低频信号发生器输出电压为 1 伏。并以 1、1.
5、3、1.5、l.7、2、5、20Hz 的输出信号给直流电压表。读出电压表指针相应的来回摇摆范围指示值(格),并记入表 2。重复进展三次。计算表 2 内三次数值的平均值。把频率作为横坐标,相应的指针示值摇摆范围作为纵坐标。画出输出幅值(指针摇摆范围示值)一一频率关系曲线,此曲线即为指针式电压表(指针式万用表作直流电压表)的幅频特性。五、争论1. 用两点法所画直线作为线性度参考直线有何优缺点?2. 可否用输入增、减过程中任一一样输入量时输出幅值的差值作为滞后度dH 的计算依据?为什么?3. 测直流电压表幅频特性时为何要串接一节电池?2指针式电表的静、动态特性试验数据表表 11/102/103/10
6、4/105/106/107/108/109/1010/10123平均值1Hz1.3Hz1.5Hz1.7Hz2Hz5Hz20Hz123平均v表 210试验 12电阻应变仪的静、动态特性一、试验目的1. 了解电阻应变仪的根本构造和使用方法。2. 生疏测试装置静、动态特性(灵敏度、线性度、滞后度、幅频特性)及其简易测定方法。二、仪器1. 动态电阻应变仪。2. 等强度梁(或应力环)及加载装置(如砝码)。3. 信号发生器、功率放大器、激振器。4. 毫安表(或万用表)。三、试验原理动态电阻应变仪是利用由应变片组成的电桥电路把随外力而发生的电阻变化转换成电流(或电压)的变化,且进一步放大,最终以足够的功率推
7、动显示或记录仪器进展测试的特地仪器。它的灵敏度 S 是输入量y(如外力) 与输出量x(如电流)的比值yx;其线性度 L 计算的参考直线即为全量程输入时应变仪相应输出量值在输入输出曲线图上的斜率线 (两点连线法)。找出此斜率线与输入输出曲线的最大偏差值 Bmax,即可求得应变仪的线性度 L(L=(Bmax/A)*100%),其中 A 为输入全量程。其滞后度 M 可通过输入升,降回程记录的输出值所作两输入输出曲线间最大差值ymax 求得, M=(ymax /A)*100%(A 为输入全量程)。其幅频特性可用应变仪相应输出量 (电流)随不同频率输入量(即激振力的频率)的变化关系来描述。四、试验步骤1
8、.静态特性测定了解电桥盒构造,把等强度梁 (或应力环)上的电阻应变片按半桥或全桥形式接到电桥盒上,再把电桥盒接到应变上。翻开电源,进展平衡调整,衰减档位从大到小,调整电阻平衡、电容平衡, 直到衰减为“1”。调好平衡后不能在加载及卸载过程中再动平衡旋钮。加载装置给等强度梁 (或应力环)加载、卸载。如用砝码 50g、100g、150g、200g、150g、100g、50g,0g,将各加载、卸载时应变仪输出的读数mA 或me 记入表 1(重复加载、卸载三次)。依据表 1 中三次输出的平均值画出 mA g 或me g 曲线,并依据灵敏度,线性度,滞后度的定义和计算公式分别求出上述工作状况下的应变仪静态
9、特性参数值。2,幅频特性的测定生疏信号发生器,功率放大器,激振器的使用方法。按图示连接各仪器,并调整激振器柔性杆与应力环(或等强度梁)的相对位置,使其处于良好工作状态。检查各仪器开关、旋钮位置:全部电源开关应在关位置,信号发生器及功率放大器的输出旋钮应在最小位置。功率放大器的“恒压,恒流”开关应在“恒压”位置,并把 YD 一 21 型应变仪的频率档位拨至 30Hz 处。电阻应变仪调平衡。拨动功率放大器及信号发生器电源开关使其处于通的位置。将信号发生器频率调至 10Hz,并调整“输出细调”旋钮,使电压显示 1V。缓慢转动功率放大器的输出旋钮,使激振器起振,然后使“输出旋钮”固定在某一位置。登记万
10、用表的读数填入表 2。依次转变信号发生器的频率为 15、20、25、30、35、 40、45Hz,登记各次在万用表上的相应读数填入表 2重复三次。在每次转变频率时均不得调整功率放大器的输出,旋钮,并使信号发生器的输出电压始终保持 1V。依据表 2 数据算出平均值。并画出应变仪的幅频特性图。五,争论1. 应变仪的幅频特性对测量误差有何影响?2. 测定应变仪特性参数时对其它所用仪器的性能有何要求?电阻应变仪的静、动态特性试验数据表载 荷g0501001502001501005001半 桥 或全桥(mA2或)3平均表 1表 210152530354045123平均试验 2 电桥和差特性试验一、试验目
11、的1. 生疏电桥电路的特性和接法。2. 验证eyDR= Ke R0,单片半桥半臂工作状态 K =1 ,双片半桥4双臂工作状态 K =1 ,四片全桥工作状态K = 1。 K 为灵敏度系数。23. 了解环境温度变化对测量的影响及其消退方法。二.仪器1. 电桥和差特性仪。2. 砝码。3. 红外线灯或电吹风、温度补偿片等。三试验原理电桥测量电路的作用是将应变片的电阻变化转换为电压 (或电流)的变化。由电桥电路原理可知,当四个桥臂电阻R1,R2,R3,R4 依次连接组成e桥路时电桥的输出电压 :yR1R3 - R2R4ye= (R1 + R2)(R3 + R4) e0( e 0 为电桥电源电压)当电桥臂
12、中 R1 为测量应变片,在外力作用下使 R1 应变片中的电阻元件(电阻丝)产生变形,应变电阻效应导致电阻元件的阻值发生相应的变化R。从而转变 R1=R2=R3=R4=R0 的状况下电桥句ey其输出电压e(半桥单臂工作状态)y1DR= 0 称电桥平衡的状态,e=ey14R00在电桥相邻臂应变片都受力时,假设外力等值反向,则桥路输出电压 ey 2(半桥双臂工作状态)DRe=ey 22R00在电桥四个桥臂都受幅值一样而方向依次相反的作用力时 C 即产生(DR= -DR12= DR3= -DR4) 桥路的输出电压ey 3DR(全桥工作状态)e=ey 3R00由此可看出当上述条件下参与工作的桥臂数为 1
13、、2、4 时,电桥输出灵敏度是单片工作时的 1、2、4 倍。环境温度对应变片测量有很大的影响,可利用电桥的和差特性承受温度补偿片进展温度补偿。当 R1 为工作应变片,相邻的 R2 作为补偿片粘贴在与试件材料一样、环境温度一样的补偿块上,在环境温度变化时工作片和补偿片的电阻变化各为和,它们大小和变化方向一样,由于处于相邻桥臂其综合的桥路输出电压仍为零(全桥、半桥工作状态时由环境温度引起的应变片阻值变化同理使电桥的综合输出电压为零)。说明环境温度对电桥的输出影响消退了。四、试验步骤一、电桥灵敏度试验1、了解 JF4 电桥和差特性仪的面板构造,将应变片分别接成全桥、半桥双片、半桥单片。全桥接法:用连
14、线将应变片的A、B、C、D 接点分别连到电桥的 A、B、C、D 接点,将应变片的两个 A 接点连到一起,即可组成全桥电路。半桥双片接法:用连线将应变片的 A、B、C 接点分别连到电桥的 A、B、C 接点,将电桥的 A”与 A、C”与 C 接点连到一起,即可组成半桥双片电路。半桥单片接法:用连线将应变片的A、B 接点分别连到电桥的 A、B 接点,将电桥的A”与 A、C”与 C 接点连到一起;用连线将另一台 电桥和差特性仪的任一个应变片接到电桥的 B、C 接点作温度补偿片,即可组成半桥单片电路。固然也可将应变片中的任一个如 B、C 或 C、D 或 D、A 接点 接到电桥的 A、B 接点。留意:接桥
15、时应关闭电源,以保护仪器。接好电桥后,再开电源。 、翻开电源。 、平衡调整。按“清零”按钮调零;或用调平衡旋钮,使显示屏的读数调为零。留意:调好平衡后,在加载、卸载过程中不能再动调平衡旋钮。 、给梁加载、卸载:200g、400g、600g、800g、600g、400g、200g、0g,将各次加载、卸载时电桥和差特性仪显示的读数应变值记入表2 中重复加载、卸载三次。 、依据三次输出的平均值求出电桥的灵敏度系数 K。 (二)温度补偿试验应变片的电阻值由于其材料膨胀系数与试件的膨胀系数不同在环境温度转变时会使电阻片产生附加变形。导致发生附加的电阻变化。用红外线灯泡(一般白炽灯泡亦可)分别对组成桥路的
16、一片应变片加热, 就可看到显示电桥输出值的电表指针位置(读数)发生转变。假设红外线灯泡同时给相邻两电桥臂应变片加热,显示电桥输出值的电表指针位置(读数)不变, 说明半桥相邻两应变片相互进展温度补偿。消退了因环境温度变化引起的误差。五、思考题1. 分析试验结果的 K 值单片、双片、四片的输出值比之比不正好为 1:2:4 的缘由。2. 分析单片、双片、四片工作状态组成的电桥对温度补偿不同要求的缘由。电桥和差特性试验数据加 载Kg卸 载Kg00.20.40.60.80.60.40.2012单片3平均1双片(半桥)四片(全桥)表 123平均123平均电桥灵敏度 K 值单、双、四片电桥输出比值:K :K
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