電子專傳感器實(shí)驗(yàn)講義.docx

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂、半橋和全橋電橋的工作原理和性能。比較全橋、半橋與單臂電橋的不同性能、了解各自的特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理：1、電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： R/ R=K ，式中 R/R為電阻絲電阻相對(duì)變化， K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)， = L/L 為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，如圖 1-1所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。圖 1-11/

2、16圖 1-2通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖 1-2所示 R5、 R6、 R7為固定電阻，與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個(gè)單臂電橋，其輸出電壓Uo=1-1 ）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，式 1-1表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為L(zhǎng)=。2、不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電2/16橋作為鄰邊，如圖1-3。電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善，當(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸出電壓為Uo=EK /2 =1-2）E為電橋電源電壓，式1-2表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。圖 1-33、全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到

3、電橋的對(duì)邊，不同的接入鄰邊，如圖 1-4，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出 ：Uo=KE 1-3）E為電橋電源電壓，式1-3表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進(jìn)一步改善。三、實(shí)驗(yàn)儀器及裝置：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、 15V 、 4V 電源。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1圖 1-1應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的 R1、R2、R3、 R4上，可用萬用表測(cè)量判別， R1=R2=R3=R4=350 。2從主控臺(tái)接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端 Ui 短接，輸出端 Uo2接數(shù)顯電壓表 選擇 2V 檔）

4、，調(diào)節(jié)電位器 Rw4，使電壓表顯示為 0V 。Rw4 的位置確定后不能改動(dòng)。關(guān)閉主控臺(tái)電源。3將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻 如R1）接入電橋與 R5、 R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋，見圖 1-2，接好電橋調(diào)零電位器 Rw1，直流電源 4V000000電壓2.6.1015192328323741(mV15.8.1.5.9.3.6.45按圖 1-3接線，將受力相反一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調(diào)零電位器 Rw1，直流電源 4V10182635000000電壓435261697886(mV.3.7.8.4.9.5.6.1.77按圖 1-4接線，將受力相反(一片受拉，一

5、片受壓 的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調(diào)零電位器 Rw1 ，直流電源4V( 從主控臺(tái)接入 ，電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端 Ui ，檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié) Rw1，使電5/16壓表顯示為零。8在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié) Rw3，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示 0.020V 左右，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持 Rw3不變，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到 200g砝碼加完，計(jì)下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表 1-3，關(guān)閉電源。表 1-3重量(g電壓(mV五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、根據(jù)表 1-1、1-2和1-3計(jì)算單臂、半橋和全橋系統(tǒng)的靈敏度SU/WU輸出電壓變化量，W重量變化量

6、）和非線性誤差f1=m/yF.S100，式中m為輸出值 多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程 200g）輸出平均值。2、比較單臂、半橋、全橋測(cè)量電路的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。思考題1、單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用： 1）正 受拉）應(yīng)變片 2）負(fù) 受壓）應(yīng)變片 3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。2、半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在： 1）對(duì)邊 2）鄰邊。3、橋路 差動(dòng)電橋）測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?1）電橋測(cè)量原理上存在非線性 2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的 3 ）調(diào)零值不是真正為零。4、全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊 R1、R3為對(duì)邊）值 R相同

7、時(shí)，即 R1 R3，R2 R4 ，而 R1R2時(shí)，是否可以組成全橋： 1）6/16可以 2）不可以。5、某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。實(shí)驗(yàn)二直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、實(shí)驗(yàn)原理：電子秤實(shí)驗(yàn)原理為全橋測(cè)量原理，通過對(duì)電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱 V）改為重量綱 g）即成為一臺(tái)原始電子秤。三、實(shí)驗(yàn)器件及裝置：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、 按實(shí)驗(yàn)一中 2的步驟，將差動(dòng)放大器調(diào)零，按圖 14全橋接線，合上主控臺(tái)電源開關(guān)

8、，調(diào)節(jié)電橋平衡電位 RW1，使數(shù)顯表顯示 0.00V 。2、 將 10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器 RW3或 0.200V 。3、拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 RW4 零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.0000V 。4、 重復(fù) 2、 3步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V 改為重量綱 g ，就可以稱重。成為一臺(tái)原始的電子秤。5、把砝碼依次放在托盤上，填入下表2 1。重量五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)上表 2-1，計(jì)算誤差與非線性誤差。實(shí)驗(yàn)三電渦流傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性，了解不同的被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器性能的影響。二、 實(shí)驗(yàn)原理

9、：通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會(huì)有不同的性能。三、 實(shí)驗(yàn)器件及裝置：電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測(cè)微頭、鐵圓片、銅圓片、鋁圓片。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、根據(jù)圖 31安裝電渦流傳感器。圖3-1 電渦流傳感器安裝示意圖8/16圖3-1 電渦流傳感器安裝圖圖3 2電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖2、 觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。3、 將電渦流傳感器輸出線接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有 L 的兩端插孔中，作為振蕩器的一個(gè)元

10、件。4、 在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。5、 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆?Vo與數(shù)顯單元輸入端 V i相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓 20V 檔。6、 用連結(jié)導(dǎo)線從主控臺(tái)接入 15V 直流電源接到模板上標(biāo)有 15V 的插孔中。7、 使測(cè)微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔 0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果列入表 31。表 3 1電渦流傳感器位移X 與輸出電壓數(shù)據(jù)X8、將原鐵圓片換成鋁和銅圓片，重復(fù)以上步驟，進(jìn)行被測(cè)體為鋁圓片和銅圓片時(shí)的位移特性測(cè)試，分別記入表32和表 33。表 3 2被測(cè)體為鋁圓片時(shí)的位移為輸出電9/16壓數(shù)

11、據(jù)X表 3 3被測(cè)體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電在數(shù)據(jù)X五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)表 3-1、3-2、 3-3數(shù)據(jù)，畫出 V X 曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)，試計(jì)算量程為1mm、3mm及5mm時(shí)的靈敏度和線性度 可以用端基法或其它擬合直線）。思考題1、 電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測(cè)量 5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？2、 用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。3、當(dāng)被測(cè)體為非金屬材料如何利用電渦流傳感器進(jìn)行測(cè)試？實(shí)驗(yàn)四磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獯烹娛綔y(cè)量轉(zhuǎn)速的原理。二、 實(shí)驗(yàn)原理：基于電磁感應(yīng)原理， N 匝線圈所在磁

12、場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中感應(yīng)電勢(shì)：發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入 N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生 N次的變化，通過放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可以測(cè)10/16量轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器件及裝置：磁電式傳感器、數(shù)顯單元測(cè)轉(zhuǎn)速檔、直流源224V。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器按圖4-1安裝傳感器端面離轉(zhuǎn)動(dòng)盤面2mm左右。將磁電式傳感器輸出端插入數(shù)顯單元Fin孔。 磁電式傳感器兩輸出插頭插入臺(tái)面板上二個(gè)插孔）圖 4-1 磁電式傳感器測(cè)速安裝示意圖2、將顯示開關(guān)選擇轉(zhuǎn)速測(cè)量檔。3、 將轉(zhuǎn)速電源 2 24V 用引線引入到臺(tái)面板上 24V 插孔，合上主控箱電開關(guān)。使轉(zhuǎn)速電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，逐步增加電源電壓觀察

13、轉(zhuǎn)速變化情況。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)電源與轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)做出曲線。思考題為什么說磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測(cè)很低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，能說明理由嗎？11/16實(shí)驗(yàn)五直流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、 實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì) UH K HIB ，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、 實(shí)驗(yàn)器件及裝置：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、直流源、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、 將霍爾傳感器按圖 51安裝。霍爾傳感器與實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓倪B接按圖 52進(jìn)行。 1 、 3為電源 4V ， 2、4為輸出。2、 開啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片在磁鋼中間位置再

14、調(diào)節(jié) RW1使數(shù)顯表指示為零。圖 51 霍爾傳感器安裝示意圖3、4、圖 52霍爾傳感器位移 直流激勵(lì)實(shí)驗(yàn)接線圖3、微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng) 0.2mm 記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表 51。表51X五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)表 5-1作出 V X 曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。思考題本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？13/16實(shí)驗(yàn)六速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻杺鞲衅骱凸怆妭鞲衅鳒y(cè)量轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。二、基本原理：利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式： UH KHIB ，當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上 N 只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化 N 次。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變

15、化，輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)量被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的( 光電斷續(xù)器 ，傳感器端部二內(nèi)側(cè)分別裝有發(fā)光管和光電管，發(fā)光管發(fā)出的光源透過轉(zhuǎn)盤上通孔后由光電管接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤上有均勻間隔的 6 個(gè)孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速有關(guān)的脈沖數(shù)，將脈沖計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。三、需用器件與單元：主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖 4-1 將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼，并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為 2mm3。14/16圖4-1霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2首先在接線以前，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源 2v 24 旋鈕調(diào)到最小 ( 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到底 后接入電壓表 ( 顯示選擇打到 20擋 監(jiān)測(cè)大約為 .25V ；然后關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按圖4-17 所示分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電源和頻率轉(zhuǎn)速表 ( 轉(zhuǎn)速擋 的 Fin 上。3合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于 12范圍內(nèi) ( 電壓表監(jiān)測(cè) 調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源 ( 調(diào)節(jié)電壓改變電機(jī)電樞電壓 ，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4從 2開始記錄每增加相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的