測試技術(shù)實驗指導(dǎo)書5個機械類3個電阻、電容、電感(常熟理工學(xué)院)

1、實驗指導(dǎo)書常熟理工學(xué)院檢測技術(shù)實驗指導(dǎo)書（適用于電氣與自動化工程學(xué)院自動化專業(yè)）電氣與自動化工程學(xué)院2010年9月實驗注意事項1、在實驗前務(wù)必詳細閱讀實驗指南，并做好實驗預(yù)習(xí)報告，沒有做好預(yù)習(xí)報告者不得做實驗。2、嚴禁用酒精、有機溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機箱的面板和實驗?zāi)０迕姘濉?、請勿將主機箱的電源、信號源輸出端與地（）短接，因短接時間長易造成電路故障。4、請勿將主機箱的±電源引入實驗?zāi)０鍟r接錯。5、在更換接線時，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。6、實驗接線時，要握住手柄插拔實驗線，不能拉扯實驗線。7、實驗完畢后，請將傳感器及實驗?zāi)０宸呕卦帯嶒炓?金屬箔式應(yīng)

2、變片電橋性能實驗第一部分：單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂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)生機械變形時，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： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長度相對變化。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)換被測部位受力狀態(tài)變化。電橋的作用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)。對單臂電橋輸出電壓Uo1= EK/4。三、需用器件與單元：主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變式傳感

3、器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。圖1 應(yīng)變式傳感器四、實驗步驟：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逭f明：實驗?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片，沒有文字標記的5個電阻符號下面是空的，其中4個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設(shè)，圖中的粗黑曲線表示連接線。1、根據(jù)圖1應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實驗?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4和加熱器上。傳感器左下角應(yīng)變片為R1；右下角為R2；右上角為R3；左上角為R4。當傳感器托盤支點受壓時，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值減小，可用四位半數(shù)顯萬用進行測量判別。常態(tài)時應(yīng)變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。

4、安裝接線。 2、放大器輸出調(diào)零：將圖1實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖2 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗安裝、接線示意圖3、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灒翰鹑シ糯笃鬏斎攵丝诘亩探泳€，將暫時脫開的引線復(fù)原(見圖2接線圖)。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200

5、g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1畫出實驗曲線。表1重量(g)電壓(mv)4、根據(jù)表1計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負（受壓）應(yīng)變片（3）正、負應(yīng)變片均可以。 第二部分 半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈

6、敏度提高，非線性得到改善。當應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EK2。三、需用器件與單元：主機箱、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上。將實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零：用導(dǎo)線將實驗?zāi)０迳系?#177;15v、插口與主機箱電源±15v、分別相連，再將實驗?zāi)０逯械姆糯笃鞯膬奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖3 應(yīng)變式傳感器半橋接線圖2、拆去放大器輸入

7、端口的短接線，根據(jù)圖3接線。注意R2應(yīng)和R3受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗數(shù)據(jù)填入表2畫出實驗曲線，計算靈敏度S2UW，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。表2重量電壓五、思考題：1、半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。2、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)

8、變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。第三部分 全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：同上。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上。將實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零：用導(dǎo)線將實驗?zāi)０迳系?#177;15v、插口與主機箱電源±15v、分別相連，再將實驗?zāi)０逯械姆糯笃鞯膬奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)

9、放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖4 全橋性能實驗接線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據(jù)圖31接線。實驗方法與實驗二相同，將實驗數(shù)據(jù)填入表3畫出實驗曲線；進行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關(guān)閉電源。表3重量電壓五、思考題：1、測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖5，如何利

10、用這四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖5 應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖實驗二 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當差動變壓器隨著被測體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使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感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。三、需用器件與單元：主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗

11、模板、測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：測微頭組成和讀數(shù)如圖1測微頭讀數(shù)圖圖1測微頭組成與讀數(shù)測微頭組成： 測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標有數(shù)字的是整毫米刻線(1格)，另一排是半毫米刻線(.格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(.格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時，測桿就沿軸線方向進退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動微小位移.毫米，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準微分筒上的數(shù)值、可以估讀110分度

12、，如圖1讀數(shù)為.，不是.；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖1乙已過零則讀.；如圖1丙未過零，則不應(yīng)讀為，讀數(shù)應(yīng)為.。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動微分筒到處(為了保留測桿軸向前、后位移的余量)，再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動測微頭的安裝套(測微頭整體移動)使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置(視具體實驗而定)時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。實驗步驟：1、將差動變壓器和測微頭(參照附：測微頭使用)安裝在實驗?zāi)０宓闹Ъ茏希?/p>

13、差動變壓器的原理圖已印刷在實驗?zāi)０迳?，L1為初級線圈；L2、L3為次級線圈；號為同名端，如下圖2。2、按圖2接線，差動變壓器的原邊的激勵電壓必須從主機箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為45KHz（可用主機箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div）。3、松開測微頭的安裝緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為較小值(變壓器鐵芯大約處在中間位置)，擰緊緊固螺釘，仔細調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為最小值(零點殘余電壓)并定為位移的相對零點。這

14、時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，另一個方向位移為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭的微分筒，每隔0.2mm(可取1025點)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表1，再將測位頭退回到Vp-p最小處開始反方向做相同的位移實驗。在實驗過程中請注意：從Vp-p最小處決定位移方向后，測微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測微頭存在機械回差而引起位移誤差；所以，實驗時每點位移量須仔細調(diào)節(jié)，絕對不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點繼續(xù)做下一點實驗或者回到零點重新做實驗。當一個方向行程實驗結(jié)束，做另一方向時，測微頭回到Vp-p最小處時它的位移讀數(shù)有變化(沒有回到原來起始位置)是

15、正常的，做實驗時位移取相對變化量為定值，只要中途測微頭不回調(diào)就不會引起位移誤差。圖2差動變壓器性能實驗安裝、接線圖4、實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表1畫出Vop-pX曲線，作出位移為±1mm、±3mm時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。表1 V(mv)X(mm) 五、思考題：1、用差動變壓器測量振動頻率的上限受什么影響？2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？實驗三 電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：利用電容CAd和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇、A、d

16、中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）、測位移（d變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如下圖所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生X位移時，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說明C與位移X成正比，配上配套測量電路就能測量位移。三、需用器件與單元：主機箱、電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０?、測微頭。四、實驗步驟：1、測微頭的使用

17、和安裝參閱實驗三。按圖1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳喜磮D示意接線(實驗?zāi)０宓妮敵鼋又鳈C箱電壓表的)。2、將實驗?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳圈)。3、將主機箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關(guān)打到檔，合上主機箱電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動測微頭(同一個方向)5圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實驗起點值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)(這樣轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表1并作出實驗曲線(這樣單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的回差)。4、 根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非

18、線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。 圖1 電容傳感器位移實驗安裝、接線圖 表1電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)V(mv)實驗四 電渦流傳感器位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時可以進行位移測量。三、需用器件與單元：主機箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０?、電渦流傳感器、測微頭、被測體(銅圓片和鋁圓片)。四、實驗步驟：1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，如下圖這是一個平繞線圈。根據(jù)下圖安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器并接線。圖1 電渦流傳感器安裝、按線示意圖2、調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后