中南大學(xué)機(jī)械工程技術(shù)測(cè)試技術(shù)試驗(yàn)報(bào)告

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：*班級(jí):*學(xué)號(hào):*時(shí)間：2018-5-12實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片一一全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤(pán)、祛碼、數(shù)顯電壓表、15V、4V電源、萬(wàn)用表三、實(shí)驗(yàn)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：AR/R=Ke,式中AR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，c=Al/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)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

2、被拉伸，或被壓縮。圖1-1接主段福電汨著出圖1-2全橋面板接線圖通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測(cè)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，如圖1-2所示，全橋測(cè)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(duì)邊，不同的接入鄰邊，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出Uo=E（1-1）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟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(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入土15V電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw4調(diào)到增益最大位置（

3、順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺(tái)電源。（Rw3Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）。3 .按圖3-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對(duì)應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4,加托盤(pán)后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui,檢查接線無(wú)誤后,合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。5.在應(yīng)變傳感器托盤(pán)上放置一只整碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加整碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g整碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。重量(g)020406080100120140160180200電壓(mV)-0.213326439153367080794310791215

4、13516.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=AU/AW和全橋的非線性誤差602.計(jì)算全橋的非線性誤差61）由擬合圖線求得的理論值及差值重量（g）電Vm理論電質(zhì)NM）020406080100120140160180200-C21332643915336708079431079121513511492519745(-61545I2S3曳69813009歷3576次55即35)軌.1510即1253813儂5554536365038159399529175143550465052851(1052)非線性誤差6=AVmax/(Vmax-Vmin)=9.

5、3995/1351.2=0.70%六、思考題全橋測(cè)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R1wR2時(shí)，是否可以組成全橋？答：不可以。七、討論與分析總結(jié)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我了解了用全橋電路測(cè)重的方便性，以及全橋電路的高靈敏性，相信通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可以幫助我在以后的實(shí)驗(yàn)以及學(xué)習(xí)中更好地運(yùn)用全橋電路。實(shí)驗(yàn)二、差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性二、實(shí)驗(yàn)儀器差動(dòng)變壓器模塊、測(cè)微頭、差動(dòng)變壓器、信號(hào)源、土15V直流電源、示波三、實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和兩只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成。鐵芯連接被測(cè)物體，移動(dòng)線圈中的鐵芯，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之

6、間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)發(fā)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)則減小，將兩只次級(jí)線圈反向用接（同名端連接）引出差動(dòng)輸出。輸出的變化反映了被測(cè)物體的移動(dòng)量。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.根據(jù)圖2-1將差動(dòng)變壓器安裝在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上2a接信號(hào)源音頻輸出皿10口45kHwVp-p=0.5VLl圖2-2差動(dòng)變壓器模塊接線圖2.接入15V直流穩(wěn)壓電源，將差動(dòng)式傳感器專用引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K的插座中，音頻信號(hào)由信號(hào)源的“Us1”處輸出，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，調(diào)節(jié)音頻信號(hào)的頻率和幅度（用示波器監(jiān)測(cè)），使輸出信號(hào)頻率為4-5kHz,幅度為Vp-p=0.5V,按圖12-2接線（1、2接音頻信

7、號(hào)，3、4為差動(dòng)變壓器輸出，接放大器輸入端）。3.用示波器觀測(cè)Uo的輸出，旋動(dòng)測(cè)微頭，使上位機(jī)觀測(cè)到的波形峰-峰值Vp-p為最小，這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰疲硪粋€(gè)方向位稱為負(fù)，從Vp-p最小開(kāi)始旋動(dòng)測(cè)微頭，每隔0.2mm從上位機(jī)上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表，再?gòu)腣p-p最小處反向位移做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意左、右位移時(shí)，初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。V(mV)0.070.130.190.260.340.400.470.540.60X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.6V(mV)0.670.740.820.860.920.991.07X(mm)1.82.

8、02.22.42.62.83.0V(mV)0.070.120.190.280.360.440.510.580.63X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6V(mV)0.700.770.830.900.981.051.12X(mm)-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.04.實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意差動(dòng)變壓器輸出的最小值即為差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓大小。根據(jù)表121畫(huà)出Vp-p-X曲線，作出量程為土1mm3mm靈敏度和非線性誤差。1 .殘余電壓大小為0.07mV2 .Vp-p-X曲線：Vpp(mV)1

9、?-4-3-2-10二233 .量程為1mm3mm靈敏度和非線性誤差。1) 1mm寸擬合得到的圖線及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格時(shí)擬合圖線)X(mm)00.20.40.60.81Vpp(mV)0.070.130.190.260.340.4理論電壓(mV)0.06380.130940.198080.265220.332360.3995V(mV)0.00620.000940.008080.005220.007640.0005-1mm時(shí)擬合圖線X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1Vpp(mV)0.070.120.190.280.360.44理論電壓(mV)0.05330.12930.20530.281

10、30.35730.43332V(mV)0.01670.00930.01530.00130.00270.00672)1mm寸的靈敏度L、非線性誤差6分別為+1mm-1mm靈敏度mV/mm0.33570.38非線性誤差2.45%4.52%3)3mm寸擬合得到的圖線及對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表格+3mm時(shí)擬合圖線Xi(m)002040608112141618222242628VppV00701301902603404047054060670740820860920993107理論電(業(yè))壓7006690133562002202668303335404002046686)53352)6001806668407335

11、08001866829334810001410668VV)0003100035601022000688)006460000200031400648X)0018031600065001984)00682D1348D0101400032-3mm時(shí)擬合圖線Xmm)0VppV)007理論電壓00699(即)2V(rV)00001-02-04-06-08-1-12-14-16-18-2-22-24-26-28-30120190280360440510580630707708309098105112014021010280203503042040490505606063070700807709084109

12、1110981210513112140020020100002000970019600195001940000700008000090011001110001200013000144)3mnW的靈敏度L、非線性誤差6分別為+3mm-3mm靈敏度mV/mm0.33330.3505非線性誤差1.99%1.91%六、注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加在差動(dòng)變壓器原邊的音頻信號(hào)幅值不能過(guò)大，以免燒毀差動(dòng)變壓器傳感器。七、思考題在本實(shí)驗(yàn)中，如果將兩只次級(jí)線圈正向申接會(huì)產(chǎn)生出差動(dòng)輸出嗎？若有輸出。其變化反映了什么？答：正向用接不會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)輸出；此時(shí)有輸出，輸出反映了兩次級(jí)線圈兩端電動(dòng)勢(shì)之和的大小。八、討論與分析總結(jié)在調(diào)

13、節(jié)測(cè)微頭時(shí)應(yīng)仔細(xì)緩慢單向的調(diào)節(jié)位移，并不要調(diào)節(jié)過(guò)量，避免回程差產(chǎn)生的誤差。采用補(bǔ)償線路可減小零點(diǎn)殘余電壓，使差動(dòng)傳感器測(cè)量更準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)三、電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙輦鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)儀器電容傳感器、電容傳感器模塊、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套三、實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理：(3-1)式中，S為極板面積，d為極板間距離，e0真空介電常數(shù)，er介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測(cè)物理量使Sd或er發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而

14、僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類(lèi)型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖3-1兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個(gè)極板用導(dǎo)線引出，形成差動(dòng)電容輸出。圖3-1電容傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.按圖3-2將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K插座中。圖3-2電容傳感器安裝示意圖2,將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。3 .接入土15V電源，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將

15、電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)RW使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（選擇2V檔）。（Rw確定后不能改動(dòng)）4 .旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mV)4812161923262932五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差61.系統(tǒng)靈敏度S1）由Excel擬合得到圖線如下V(mV)2)由圖線得，靈敏度L=17.5mV/mm2,非線性誤差1)由擬合圖線求得的理論值及差值X(mm)0.20.40,60.81121.41,61.8V(mV)4812161923262932理論電壓(mV)4.77788.277811777815.277818777822277825777829,277832,7778iV(mV)0.77780.27780.22220.72220.22220.72220.22220.27780.77782)6=AV