傳感器與測控技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能一單臂電橋一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。二、實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，R1=R2=R3=R4=R，電阻的相對變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，當(dāng)使用一個(gè)

2、應(yīng)變片時(shí)， ；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有 ；用四個(gè)應(yīng)變片組成二對差動工作時(shí)， 。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的輸出電壓及靈敏度依次增大。三、所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙孔懸臂梁稱重傳感器、砝碼、一片應(yīng)變片、F/V表、主電源。四、旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益最大。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1、了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表各貼二片受力應(yīng)變片。2、將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（+）、負(fù)（-）、地短接。將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入

3、插口Vi相連；開啟主電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主電源。3、根據(jù)圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；R4=Rx為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。開啟主電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，等待數(shù)分鐘后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。若數(shù)值不穩(wěn)定，請減小差動放大器增益旋鈕。4、在傳感器上放上一只砝碼，記下此時(shí)的電壓數(shù)值，然后每增加一只砝碼記下一個(gè)數(shù)值并將這些數(shù)值填入下表。根據(jù)所得結(jié)果計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S= V/W，并作出V-W關(guān)系曲線，V為電

4、壓變化率，W為相應(yīng)的重量變化率。實(shí)驗(yàn)截圖：實(shí)驗(yàn)二 熱電偶原理及分度表的應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象二、實(shí)驗(yàn)原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，二種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時(shí)，通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶。三、所需單元及附件：-15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、F/V表

5、、加熱器、熱電偶、主電源四、旋鈕初始位置：F/V表切換開關(guān)置2V檔，差動放大器增益最大。五、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）了解熱電偶原理。（2）了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由兩個(gè)銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T，封裝在加熱器旁（可見）F/V表（3）按下圖接線，先不接加熱器-15V，開啟主電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表顯示零。 用溫度計(jì)記錄下此時(shí)的室溫。熱電偶差動放大器加熱器-15V（4）將-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)，記錄下F/V表顯示的讀數(shù)E。（5）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,

6、to) = Eab(t,tn) + Eab(tn,to) 其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。 to01熱端溫度為t，冷端溫度tn為室溫時(shí)，熱電勢：Eab(t,tn) = (f/v顯示值E)/100/2（100為差動放大器的放大倍數(shù)，本熱電偶是由兩個(gè)銅一康銅熱電偶串接而成）。2熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅-康銅的熱電勢：Eab(tn,to)：查以下所附的銅-康銅熱電偶分度表，即可得到室溫（溫度計(jì)測得）時(shí)熱電勢。3計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢，Eab(t,to)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表即得到溫度t。銅康銅熱電偶

7、分度號：T分度（自由端溫度0） 實(shí)驗(yàn)截圖：實(shí)驗(yàn)三 超聲測距傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬暡ㄔ诮橘|(zhì)中的傳播特性及超聲波傳感器測距原理和結(jié)構(gòu)。二、基本原理：超聲波測距傳感器由發(fā)射探頭、接收探頭或收/發(fā)一體化探頭及相應(yīng)的測量電路組成。超聲波是一種聽覺值以外的振動，其常用頻率范圍在1043×106KHz之間，超聲波在介質(zhì)中以三種形式傳播：橫波、縱波、表面波，用于測量距離時(shí)采用縱波。本實(shí)驗(yàn)的超聲波發(fā)射探頭的發(fā)射頻率為40KHz，在空氣中波速為V=344m/s。當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射的超聲波在空氣中傳播時(shí)碰到介面就會產(chǎn)生反射波，它被接收探頭接收，若發(fā)、收波的時(shí)間差為t，根據(jù)S=Vt,這一關(guān)系就能得到探頭與反射介面的距離。三、需用器件與單元：超聲波傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K，±15V電源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將主控箱上的±15V電源接入超聲實(shí)驗(yàn)?zāi)K。2、距超聲波探頭30cm處放置反射擋板，合上電源。調(diào)節(jié)