檢測與傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、商丘科技職業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書機(jī)電工程系編制檢測與傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)。 熟悉電阻應(yīng)變式傳感器的原理、結(jié)構(gòu)。掌握單臂電橋工作原理和性能。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：THSRZ-1傳感器系統(tǒng)集合實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、電源、萬用表。三、 實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(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：，式中為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏度系數(shù)，為電阻絲長度的變化。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

2、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。通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測部分受力狀態(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、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： （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：四、 實(shí)驗(yàn)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、上，可用萬用表測量判斷，。2. 從主控臺接入電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端短接，輸出端接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔），調(diào)節(jié)電位器,使電壓表顯示為0V。的位置確定后不能改

3、動，關(guān)閉主控臺電源。3. 將應(yīng)變片傳感器的其中的一個(gè)應(yīng)變電阻（如）接入電橋與、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，直流電源（從主控臺接入），電橋輸出接到差動放大器的輸入端。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)使電壓表顯示為零。4. 在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)，改變差動放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示為2mV，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持不變，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，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表1-1，關(guān)閉電源。重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）表1-1五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)表1-1的實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度

4、(輸出電壓變化量，重量變化量)和非線性誤差，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；為滿量程（200g）輸出平均值。六、 注意事項(xiàng)：加在應(yīng)變傳感器上的壓力不應(yīng)過大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞。圖1-1圖1-2實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不能性能，了解其特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：THSRZ-1傳感器系統(tǒng)集合實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、電源、萬用表。三、 實(shí)驗(yàn)原理：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，如圖2-1。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： （2-1）

5、E為電橋電源電壓，式2-1表明半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。圖2-1四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1 應(yīng)變傳感器安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。2 差動放大器調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟2。3 按圖2-1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，直流電源（從主控臺接入），電橋輸出接到差動放大器的輸入端。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)使電壓表顯示為零。4 在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)，改變差動放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示為10mV，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持不變，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，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填

6、入下表1-2，關(guān)閉電源。重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）表2-1五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)表2-1的實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度，非線性誤差。六、 思考題：引起半橋測量時(shí)非線性誤差的原因是什么？實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：THSRZ-1傳感器系統(tǒng)集合實(shí)驗(yàn)裝置的應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、電源、萬用表。三、 實(shí)驗(yàn)原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出： (3-1)E為電橋電源電壓，式3-1表

7、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。圖3-1四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1. 應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖1-1。2. 差動放大器調(diào)零，參考實(shí)驗(yàn)一步驟2。3. 按圖3-1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，直流電源（從主控臺接入），電橋輸出接到差動放大器的輸入端。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)使電壓表顯示為零。4. 在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)，改變差動放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示為0.020V，讀取數(shù)顯表數(shù)值，保持不變，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，記下實(shí)驗(yàn)

8、結(jié)果，填入下表3-1，關(guān)閉電源。重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）表3-1五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：根據(jù)記錄表3-1的實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度，非線性誤差。六、 思考題：比較單臂，半橋，全橋測量電路的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)四 直流電橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庵绷魅珮虻膽?yīng)用及電路的定標(biāo)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：同實(shí)驗(yàn)一。三、實(shí)驗(yàn)原理：電子秤實(shí)驗(yàn)原理同實(shí)驗(yàn)三上午全橋測量原理，通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺比較原始的電子秤。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：1 按實(shí)驗(yàn)三的步驟1、2、3接

9、好線并將電路調(diào)零。2 將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上,調(diào)節(jié)電位器，（滿量程時(shí)的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V(2V檔測量)。3 拿去托盤上的所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.00V，若不為0.00V，再次調(diào)節(jié)調(diào)零。4 重復(fù)2、3步驟的定標(biāo)過程，直到精確為止，把電壓量綱改為重量量綱即可以稱重。5 將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯數(shù)值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表，關(guān)閉電源。重量（g）20406080100120140160180200電壓（mV）表4-1五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 根據(jù)記錄表3-1的實(shí)驗(yàn)資料，計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)五 差動變壓器的性能測定一、

10、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、?shí)驗(yàn)儀器：差動變壓器模塊、測微頭、通信接口、差動變壓器、信號源、直流電源。三、實(shí)驗(yàn)原理：差動變壓器由一只初級線圈和兩只次級線圈及一個(gè)鐵芯組成。鐵芯連接被測物體，移動線圈中的鐵芯，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈的感應(yīng)電動勢發(fā)生變化，一只次級感應(yīng)電動勢增加，另一只感應(yīng)電動勢則減小，將兩只次級線圈反向串接（同名端連接）引起差動輸出。輸出的變化反應(yīng)了被測物體的移動量。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1根據(jù)圖5-1將差動變壓器安裝在差動變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。圖5-12將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K的插座中，按圖5-2連線（1、2接音頻信號，3、4為差動變壓器輸出），音頻信號由振蕩器的“”除輸出，打開主控臺電源，調(diào)節(jié)音頻信號輸出的頻率和幅度（用頻率/轉(zhuǎn)速表和上位機(jī)軟件監(jiān)視），使輸出信號頻率為4-5KHz，幅度為。3用通信接口的CH1觀測差動變壓器的輸出，旋動測微頭，使上位機(jī)觀測到的波形峰-峰值為為最小，這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，另一個(gè)方向?yàn)樨?fù)位移，從最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從上位機(jī)讀出輸出電壓值，填入下表5-1，再從最小處反