傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)指南doc

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式電阻應(yīng)變片性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨诫娮钁?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及各種的電橋工作原理和性能。二、基本原理：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：，式中為電阻絲電阻的相對(duì)變化，為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對(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)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位的受力狀態(tài)變化，電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓o1。半橋：不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出

2、電壓uo2=。全橋：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：r1= r2= r3= r4，其變化值r1=r2=r3=r4時(shí)，其橋路輸出電壓uo3=。應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、電壓表、±15v電源、±4v電源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、放大器調(diào)零。接入實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源（±15v、地，從主控箱引入），將增益電位器rw3調(diào)節(jié)到中間位置，將放大器的輸入端（ic1、ic2的“+”端）與地短

3、接，輸出端（vo2）與主控箱面板上的電壓表輸入端vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)K上調(diào)零電位器rw4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2v檔），調(diào)零完畢拆除放大器輸入端與地短接線。2、單臂電橋。關(guān)閉電源，按圖1-2所示連接單臂電橋（圖中電橋輸出vo接入放大器輸入端），檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，放上空的砝碼托盤，調(diào)節(jié)rw1，使電壓表（2v檔）顯示為零。3、在托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值；依次增加砝碼（20g）和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，關(guān)閉電源。（注意：由于各組實(shí)驗(yàn)者接線方式不同，電壓讀數(shù)可能有正有負(fù)，在后續(xù)記錄數(shù)據(jù)時(shí)，電壓全部記為正值） 圖1-2 單臂

4、電橋接線原理圖 圖1-3 全橋接線原理圖表1-1 單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）04、半橋。保持rw3不變，將圖1-2中電阻r5換成與r1受力狀態(tài)相反的應(yīng)變片（如r2），即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉力、一片受壓力）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器rw1進(jìn)行橋路調(diào)零，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，關(guān)閉電源。表1-2 半橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）05、全橋。保持rw3不變，按圖1-3所示連接全橋電路（注意電橋?qū)厓蓱?yīng)變片受力性

5、質(zhì)應(yīng)相同），調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器rw1進(jìn)行橋路調(diào)零，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，關(guān)閉電源。表1-3 全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）06、直流全橋的應(yīng)用電子秤：（1）、基本原理：電子秤實(shí)驗(yàn)原理為全橋測量原理，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）改為重量量綱（g）即成為一臺(tái)原始電子秤。（2）步驟：l 保持全橋接線不變。l 調(diào)節(jié)電位器rw3，使得每增加一個(gè)砝碼（20g）數(shù)顯表顯示電壓絕對(duì)值增加0.020v（2v檔測量）。l 拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電橋平衡電位器rw1，使數(shù)顯表顯示0.000v。l 把

6、砝碼依次放在托盤上，讀取電壓值，記入下表：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）0l 實(shí)驗(yàn)中可重復(fù)上述的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱改為重量量綱，就可稱重，成為一臺(tái)原始的電子秤。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、在同一坐標(biāo)上描出三種電路測得的重量電壓曲線，計(jì)算系統(tǒng)靈敏度ss=（輸出電壓變化量；重量變化量），計(jì)算線性誤差f1=f s×100%，式中為輸出值（多次測量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差，f s為滿量程輸出平均值，此處為200g。2、比較三種電路的靈敏度（靈敏度s=），得出相應(yīng)的結(jié)論。3、回答思考題。4、其它內(nèi)容按實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范內(nèi)容填寫。六、思考題：

7、1、單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：正（受拉）應(yīng)變片 負(fù)（受壓）應(yīng)變片 正、負(fù)應(yīng)變片均可。2、半橋測量時(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：對(duì)邊 鄰邊。3、全橋測量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（r1、r3為對(duì)邊）電阻值r相同時(shí)，即r1= r3， r2= r4，而r1r2時(shí)，是否可以組成全橋？說明理由。實(shí)驗(yàn)二 電渦流傳感器性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。2、了解不同的被測體材料對(duì)電渦流傳感器性能的影響。3、了解電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中其位移特性與被測體的形狀和尺寸有關(guān)。二、基本原理：通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，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

8、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。電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，由于被測體的形狀、大小不同會(huì)導(dǎo)致被測體上渦流效應(yīng)的不充分，會(huì)減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實(shí)際測量中，往往必須針對(duì)具體的被測體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。三、需用器件與單元：電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電渦流傳感器、直流電源、電壓表、測微頭、鐵圓片、銅圓片、鋁圓片、鋁圓柱體。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、接入實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源（+15v、地，從主控箱引入），實(shí)驗(yàn)?zāi)K輸出端（vo）與主控箱面板上的電壓表輸入端vi相連，電壓表量程切換開關(guān)選擇電

9、壓20v檔。接主控箱電壓表 地 vo 接主控箱電源輸出 圖2-2 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 +15v 2、根據(jù)圖2-1安裝螺旋測微儀，在螺旋測微儀端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。3、推動(dòng)螺旋測微儀使被測體與傳感器端部接觸（距離為0），固定螺旋測微儀。開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后旋轉(zhuǎn)測微頭使被測體與傳感器距離逐漸增大，距離每增加0.25mm讀一個(gè)數(shù)，直到3mm。將結(jié)果記入表2-1。表2-1 被測體為鐵圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)x（mm） 0 0.25 0.5 0.75 1 1.251.51.75 22.252.52.753v（v）4、將原鐵圓片分別換成銅圓片、鋁圓片

10、、鋁圓柱體，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟3，進(jìn)行被測體為銅圓片、鋁圓片和鋁圓柱體時(shí)的位移特性測試，分別記入表2-2表2-3和表2-4。表2-2 被測體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)x（mm） 0 0.25 0.5 0.75 1 1.251.51.75 22.252.52.753v（v）表2-3 被測體為鋁圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)x（mm） 0 0.25 0.5 0.75 1 1.251.51.75 22.252.52.753v（v）表2-4 被測體為鋁圓柱體時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)x（mm） 0 0.25 0.5 0.75 1 1.251.51.75 22.252.52.753v（v）五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1、根據(jù)表2-1、2-2、2-3在同一坐標(biāo)上畫出v-x曲線，比較各材質(zhì)的線性范圍，計(jì)算在量程為1mm、3mm時(shí)的靈敏度，并進(jìn)行小結(jié)。2、根據(jù)表2-3、2-4數(shù)據(jù)計(jì)