檢測與轉換技術

1、實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，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，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為：式中為電阻絲電阻的相對變化，為應變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化，金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它轉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的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓O1。應變片 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 應變片 圖1-1 應變式傳感器安裝示意圖 三、需用器

2、件與單元：應變式傳感器實驗模塊、應變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。四、實驗步驟：1、檢查應變傳感器的安裝根據(jù)圖1-1應變式傳感器已裝于應變傳感器模塊上。傳感器中各應變片已接入模塊的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模塊上，可用萬用表進行測量判別，各應變片初始阻值R1= R2= R3= R4=350，加熱絲初始阻值為50左右。2、差動放大器的調(diào)零首先將實驗模塊調(diào)節(jié)增益電位器Rw3順時針到底（即此時放大器增益最大。然后將差動放大器的正、負輸入端相連并與地短接，輸出端與主控臺上的電壓表輸入端Vi相連。檢查無誤后從主控

3、臺上接入模塊電源±15V以及地線。合上主控臺電源開關，調(diào)節(jié)實驗模塊上的調(diào)零電位器Rw4，使電壓表顯示為零（電壓表的切換開關打到2V檔）。關閉主控箱電源。（注意： Rw4的位置一旦確定，就不能改變，一直到做完實驗為止）3、電橋調(diào)零+4V -4V 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 圖1-2 應變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖 接數(shù)顯表 Vi 地 R1 加熱 適當調(diào)小增益Rw3（順時針旋轉3-4圈，電位器最大可順時針旋轉5圈），將應變式傳感器的其中一個應變片R1（即模塊左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好，其

4、中模塊上虛線電阻符號為示意符號，沒有實際的電阻存在），按圖1-2完成接線，接上橋路電源±4V（從主控箱引入），同時，將模塊左上方撥段開關撥至左邊“直流”檔（直流檔和交流檔調(diào)零電阻阻值不同）。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。備注：1、如出現(xiàn)零漂現(xiàn)象，則是應變片在供電電壓下，應變片本身通過電流所形成的應變片溫度效應的影響，可觀察零漂數(shù)值的變化，若調(diào)零后數(shù)值穩(wěn)定下來，表示應變片已處于工作狀態(tài)，時間大概510分鐘。2、如出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，電壓表讀數(shù)隨機跳變情況，可再次確認各實驗線的連接是否牢靠，且保證實驗過程中，盡量不接觸實驗線，另外，由于應變實

5、驗增益比較大，實驗線陳舊或老化后產(chǎn)生線間電容效應，也會產(chǎn)生此現(xiàn)象。4、測量并記錄在電子秤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完。記下實驗結果填入表1-1，關閉電源。表1-1 單臂電橋輸出電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mv）5、計算靈敏度和誤差 根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計算非線性誤差：f1=F S×100%，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值，此處為500g或200g。五、思考題：單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（

6、受壓）應變片（3）正、負應變片均可。實驗二 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的：比較半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩片應變片（實驗模塊上對應變片的受力方向有標識）接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當兩片應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓Uo2=。三、需要器件與單元：應變式傳感器實驗模塊、應變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。四、實驗步驟：1、 保持金屬箔式應變片實驗中的Rw3和Rw4的當前位置不變。接主控箱電源輸出 接主控箱電源輸出 接數(shù)顯表Vi 地 圖2-1

7、 應變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖 2、根據(jù)圖2-1接線。R1、R2為實驗模塊左上方的應變片，此時要根據(jù)模塊上的標識確認R1和R2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）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4V，檢查連線無誤后，合上主控箱電源，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1進行橋路調(diào)零。依次輕放標準砝碼，將實驗數(shù)據(jù)記入表2-1，根據(jù)表2-1計算靈敏度S=，非線性誤差f2。表2-1 半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mv）五、思考題：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）應變片應變效應是非線性的（3）調(diào)零值不是

8、真正為零。實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的：了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應變片接入電橋?qū)?，受力方向不同的接入鄰邊，當應變片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其變化值R1=R2=R3=R4時，其橋路輸出電壓Uo3=。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：應變式傳感器實驗模塊、應變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。四、實驗步驟：圖3-1接線圖1、保持單臂、半橋?qū)嶒炛械腞w3和Rw4的當前位置不變。2、根據(jù)圖3-1接線，

9、實驗方法與半橋?qū)嶒炏嗤珮驕y量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，將實驗結果填入表3-1；進行靈敏度和非線性誤差計算。表3-1全橋輸出電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mv）3、根據(jù)表3-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計算非線性誤差：f1=F S×100%，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值。實驗十五 電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。二、基本原理：利用平板電容和其他結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、A、d三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只

10、改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）、測微小位移（d變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗模塊、測微頭、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、直流穩(wěn)壓源。四、實驗步驟：1、 按圖15-1安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模塊上。圖15-1電容傳感器安裝示意圖 電容傳感器 模塊 測量架 測微頭 接主控箱電源輸出 接主控箱數(shù)顯表 Vi 地 圖15-2 電容傳感器位移實驗接線圖 2、將電容傳感器專用連線插入電容傳感器實驗模塊專用接口，接線圖如圖15-23、將電容傳感器實驗模塊的輸出端Vo1與數(shù)顯表單元（主控臺電壓表）Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw

11、調(diào)節(jié)到中間位置。4、接入±15V電源，旋動測微頭推進電容傳感器動極板位置，每隔0.5mm記下位移X與輸出電壓值（此時電壓檔位打在20v），填入表4-1。表15-1 電容傳感器位移與輸出電壓值X（mm）V（mv）5、根據(jù)表15-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。畫出特性曲線 v=f(x)實驗十七 直流激勵時霍爾式傳感器的 位移特性實驗一、實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。二、基本原理：根據(jù)霍爾效應、霍爾電勢UH = KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進行位移測量。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗模塊、霍爾傳感器、直流源±4V、±

12、15V、測微頭、數(shù)顯單元。四、實驗步驟：1、將霍爾傳感器按圖17-1安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗模塊的連接按圖17-2進行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。 主控箱 數(shù)顯表 3 1 2 4 圖17-2 霍爾傳感器位移直流激勵接線圖 1 2 3 4 連線插座編號 1、3為電源線 2、4為信號輸出Vi 2、開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。圖17-13、旋轉測微頭向軸向方向推進，每轉動0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表17-1。表17-1X（mm）V（mv）作出V-X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差

13、。五、思考題：本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗三十三 熱電偶測溫性能實驗一、實驗目的：了解熱電偶測量溫度的性能與應用范圍。二、基本原理：當兩種不同的金屬組成回路，如兩個接點有溫度差，就會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱電效應。溫度高的接點稱工作端，將其置于被測溫度場，以相應電路就可間接測得被測溫度值，溫度低的接點就稱冷端（也稱自由端），冷端可以是室溫值或經(jīng)補償后的0ºC、25ºC。三、需用器件與單元：熱電偶K型、E型、溫度測量控制儀、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、直流穩(wěn)壓電源±15V。四、實驗步驟：1、 在溫度控制儀上選擇控制方式為內(nèi)控方式，將K，E熱

14、電偶插到溫度測量控制儀的插孔中，K型的自由端接到溫度控制儀上標有傳感器字樣的插孔中。2、 從主控箱上將±15V電壓，地接到溫度模塊上，并將R5，R6兩端短接同時接地，打開主控箱電源開關，將模塊上的Vo2與主控箱數(shù)顯表單元上的Vi相接。將Rw2旋至中間位置，調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示為零。設定溫度測量控制儀上的溫度儀表控制溫度T=40。3、 去掉R5，R6接地線及連線，將E型熱電偶的自由端與溫度模塊的放大器R5，R6相接，同時E型熱電偶的藍色接線端子接地。觀察溫控儀表的溫度值，當溫度控制在40時，調(diào)節(jié)Rw2，對照分度表將Vo2輸出調(diào)至和分度表10倍數(shù)值相當（分度表見后）。4、 調(diào)節(jié)溫度儀表

15、的溫度值T=50，等溫度穩(wěn)定后對照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，若電壓值超過分度表的10倍數(shù)值時，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使Vo2輸出與分度表10倍數(shù)值相當。5、 重新將溫度設定值設為T=40，等溫度穩(wěn)定后對照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，此時Vo2輸出值是否與10倍分度表值相當，再次調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使其與分度表10倍數(shù)值接近。6、 重復步驟4，5以確定放大倍數(shù)為10倍關系。記錄當T=50時數(shù)顯表的電壓值。重新設定溫度值為40+nt,建議t=5,n=17，每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電壓值與溫度值，并記入表11-3中。表33-1 E型熱電偶電勢（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)(考慮到熱電偶的精度及處理電路的本身誤差，分

16、度表的對應值可能有一定的偏差)T+n·tV（mv）表33-1 五、思考題：1、同樣實驗方法，完成K型熱電偶電勢（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)2、通過溫度傳感器的三個實驗你對各類溫度傳感器的使用范圍有何認識？3、能否用Pt100設計一個直接顯示攝氏溫度-50ºC-50ºC的數(shù)字式溫度計，并利用本實驗臺進行實驗。 E型熱電偶分度表          E           

17、0;                參考端溫度：0                         整10度值01020304050607080900059111921801241930473683432949835646100631769967683837790789787105011122211949126812001341914161149091566116417171781794218710194812025630021033218142259723383241712496125754265492734528143400289432974430546313503215532960337673457435382361905003699937808394264023641045418534266243470442784508