實(shí)驗(yàn)八 位移傳感器

1313122334414i實(shí)驗(yàn)八

位置傳感器1.金屬箔式應(yīng)變片傳器單臂、半橋、全橋比較一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察了解金屬箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)、粘貼方式。2.測(cè)量懸臂梁變形的應(yīng)變輸出。3.比較各種橋路的輸出關(guān)系。二.實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，將應(yīng)變片用粘合劑牢固地粘貼在測(cè)試件表面上。當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的敏感柵也隨之變形，使其電阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測(cè)量電路最終將其轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化。本實(shí)驗(yàn)裝置將應(yīng)變片粘貼在懸臂梁上，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使懸臂梁移動(dòng)端上下位移時(shí)，懸臂梁產(chǎn)生變形，使應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，通過電橋電路將其轉(zhuǎn)換為電壓的變化。電橋電路是最常用的把被測(cè)非電量通過電阻變化轉(zhuǎn)換成為電壓或電流變化的測(cè)量電路，橋路對(duì)臂阻值乘積相等時(shí)電橋平衡，輸出為零。在橋臂四個(gè)電阻R、R、RR中，電阻的相對(duì)變化率分別ΔR/、ΔR/、ΔR/、ΔR/，一般情況R=R=R=R=R本實(shí)驗(yàn)裝置就是全等臂電橋=352）。當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，ΣR=ΔR/R使用二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，Σ=2Δ/；使用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，Δ/R三.實(shí)驗(yàn)所需部件直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、金屬箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭、數(shù)字電壓表。四.實(shí)驗(yàn)步驟差放器電表零直流穩(wěn)壓電源置2V檔，數(shù)字電壓表置2V，開啟儀器主、副電源開關(guān)。差動(dòng)放大器增益置最大（順時(shí)針方向旋到底），“＋”“－”輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路，輸出端接數(shù)字電壓表輸入端V用差動(dòng)放大器“調(diào)零”電位器調(diào)整，使數(shù)字電壓表顯示為0然后關(guān)閉副電源開關(guān)，調(diào)零結(jié)束。（注意：零后“調(diào)零”電位器位置不要變化,改變差動(dòng)放大器增益后需要重新調(diào)零）單直電測(cè)

12314111231411（1）按圖1實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成單臂電橋測(cè)試橋路。橋路中R、R、R、和W為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R接入一個(gè)金屬箔式應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片應(yīng)變片）。（2測(cè)微頭安裝于懸臂梁移動(dòng)端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)測(cè)微頭使懸臂梁處于基本水平狀態(tài)（目測(cè)），設(shè)此時(shí)為懸臂梁移動(dòng)端初始位置，位移x=。（3確認(rèn)接線無誤后開啟副電源開關(guān)，調(diào)整電橋調(diào)平電位器，使輸出電壓為0（4逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁移動(dòng)端由初始位置向上移動(dòng)，移動(dòng)端的位移值由測(cè)微頭上的千分尺讀出，每移動(dòng)0.5mm測(cè)量一個(gè)輸出電壓值，記入表1圖單直電橋?qū)嶒?yàn)線路圖（5向上行程完成后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁移動(dòng)端向下移動(dòng)，回到初始位置，若此時(shí)輸出電壓不能回到0調(diào)整W，使輸出電壓為0（6再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁移動(dòng)端向下移動(dòng)，每移動(dòng)0.5mm測(cè)量一個(gè)輸出電壓值，記入表1表金屬箔應(yīng)變片單臂直流電橋測(cè)量數(shù)據(jù)0.5-U0.00-0.5

1.01.52.02.53.03.54.04.55.0-----0.026-0.030-0.034-0.0100.0140.037-1.0-1.5-2.0-3.0-3.5-4.5-5.0U

半差直電測(cè)

3434圖半橋差動(dòng)直流電橋?qū)嶒?yàn)線路圖完成單臂電橋?qū)嶒?yàn)后，不改變差動(dòng)放大器增益和“調(diào)零”電位器位置，將懸臂梁移動(dòng)端調(diào)回初始位置，關(guān)閉副電源開關(guān)。按圖將R換為與R反變應(yīng)變片，組成半橋差動(dòng)電路。開啟副電源開關(guān)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟中（）、（4、（5、（，記入表2表2金箔式應(yīng)變片半橋差動(dòng)直流橋測(cè)量數(shù)據(jù)

0.5

1.0

1.52.02.53.54.0

4.55.0

--0.5

--1.0

-0.025-0.033-0.042-0.050-1.5-2.0-2.5-3.0

--4.0

---4.5-5.0

1212全差直電測(cè)完成半橋?qū)嶒?yàn)后，不改變差動(dòng)放大器增益和“調(diào)零”電位器位置，將懸臂梁移動(dòng)端調(diào)回初始位置，關(guān)閉副電源開關(guān)。按圖再將R、R換為應(yīng)變片，形成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)，組成全橋差動(dòng)電路。開啟副電源開關(guān)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟中（3、（4、（、（6，記入表3圖全橋差動(dòng)直流電橋?qū)嶒?yàn)線路圖表3金箔式應(yīng)變片全橋差動(dòng)直流橋測(cè)量數(shù)據(jù)xUVxUV五.思考題

0.54.04.55.0-0.5-1.0-4.5-5.01.在同一坐標(biāo)圖上畫出單臂、半橋、全橋的U－x線。2.分別計(jì)算三種橋路的靈敏度，并比較，做出定性的結(jié)論。六.注意事項(xiàng)1.直流激勵(lì)電壓不能過大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。2.求靈敏度時(shí)可將正Δ靈敏度與負(fù)Δx的靈敏度分開計(jì)算再求平均值。3.由于懸臂梁彈性恢復(fù)滯后，雖然測(cè)微頭回到起始刻度，但差動(dòng)放大器輸出電壓并不回零，此時(shí)可反方向旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使輸出電壓過零后再回到初始位置，反復(fù)幾次，差放電壓即到零，然后進(jìn)行負(fù)方向?qū)嶒?yàn)。4.在其它實(shí)驗(yàn)中用到差動(dòng)放大器時(shí)，都要提前按實(shí)驗(yàn)步驟中的方法進(jìn)行調(diào)零。

S+S+O+2.一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式力傳感器實(shí)驗(yàn)了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作原理和工作情況。二.實(shí)驗(yàn)原理擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器一般是在單晶硅的基片上擴(kuò)散出電阻條并接成電橋形式。在壓力作用下，基片產(chǎn)生應(yīng)力，根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻條的電阻率會(huì)產(chǎn)生很大變化，從而引起電阻值的變化，我們把這一變化量引入測(cè)量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。本實(shí)驗(yàn)裝置采用的是差壓式壓阻傳感器，高壓腔連接高壓咀H，低壓腔連接低壓咀L低壓咀L處于放空狀態(tài)，低壓腔內(nèi)壓力為空氣大氣壓。待測(cè)壓力由高壓咀H導(dǎo)高壓腔，高于低壓腔內(nèi)壓力時(shí)輸出為正，壓差越大輸出越大。三.實(shí)驗(yàn)所需部件直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、數(shù)字電壓表、擴(kuò)散硅壓阻式傳感器（差壓）、壓力表、加壓配件、萬用表。四.實(shí)驗(yàn)步驟1.直流穩(wěn)壓電源置2V，數(shù)字電壓表置2V檔，差動(dòng)放大器增益適中。2.按圖1線，壓阻式傳感器的正負(fù)電源端V、V分別接入±2V輸出端V、V接差動(dòng)放大器。注意接線正確，否則易損壞元器件。圖壓阻式壓力傳感器實(shí)驗(yàn)線路圖

O+O-O+O-圖供壓回路示意圖3.按圖接好供壓回路，橡膠管壓力輸出端插入實(shí)驗(yàn)臺(tái)右端塑料氣咀（高壓咀）。4.將氣壓皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲擰松，壓力表示值為。5.開啟主、副電源，用萬用表（200mV檔）測(cè)量壓阻式傳感器的輸出端V、V之間電壓值（零點(diǎn)偏移電壓），記入表。用儀器上的數(shù)字電壓表測(cè)量差動(dòng)放大器的輸出電壓，此時(shí)一般不為0調(diào)整差動(dòng)放大器“調(diào)零”旋鈕，使電壓表指示為0系統(tǒng)的零點(diǎn)調(diào)整）。6.擰緊氣壓皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲，輕按、多次加壓皮囊，注意不要用力太大（壓力和傳感都量程制切不超），當(dāng)壓力表示值為時(shí)，將壓阻式傳感器的輸出電壓和差動(dòng)放大器的輸出電壓記入表17.然后進(jìn)一步輕按加壓皮囊加壓，每間隔4kPa測(cè)量一次，記入表1表壓式壓力傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)

kPa

122024U五.思考題

1.畫出UP線。2.求出靈敏度。3.此壓阻式傳感器的零點(diǎn)偏移電壓值是多少？六.注意事項(xiàng)：

1.壓力表和傳感器都有量程限制，切不可超過40kPa2.如在實(shí)驗(yàn)中壓力不穩(wěn)定，應(yīng)檢查加壓氣體回路是否有漏氣現(xiàn)象，氣壓皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲是否擰緊。3.如讀數(shù)誤差較大氣管是否有折壓現(xiàn)象感器的供氣壓力不均勻。4.如覺得差動(dòng)放大器增益不理想，可調(diào)整其“增益”旋鈕，每次調(diào)整增益后都應(yīng)重新調(diào)零。

3.

差動(dòng)變壓器位移測(cè)量統(tǒng)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解差動(dòng)變壓器位移測(cè)量系統(tǒng)的組成。2.用此測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行位移測(cè)量。二.實(shí)驗(yàn)原理由實(shí)驗(yàn)三可以看出用差動(dòng)變壓器進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)于需加交流電壓輸出仍為交流電壓，銜鐵上、下移動(dòng)同樣位移時(shí)，輸出電壓大小相等，但相位相差，輸出指示不易判斷出位移方向。若采用相敏檢波器就可鑒別出位移方向波電路要求參考電壓和差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出電壓同頻率位相同或相反此還需要在線路中接入移相電路。如果位移量很小，差動(dòng)變壓器輸出端還要接入放大器。通過相敏檢波輸出的信號(hào)須經(jīng)過低通濾波器去調(diào)制時(shí)引入的高頻信號(hào)，只讓與x移信號(hào)對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)通過。三.實(shí)驗(yàn)所需部件差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、相敏檢波器、移相器、低通濾波器、測(cè)微頭、數(shù)字示波器、電壓表。圖差變器測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)線路圖四.實(shí)驗(yàn)步驟

112o112oooo1.差動(dòng)放大器增益調(diào)至最小，調(diào)零后關(guān)閉主、副電源。在實(shí)驗(yàn)三基礎(chǔ)上按圖1接入電位器W、、差動(dòng)放大器、相敏檢波器、移相器、低通濾波器、數(shù)字電壓表，開啟主、副電源。2.調(diào)相位：用示波器第一通道、第二通道分別觀察相敏檢波器的、端口波形，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使銜鐵位置到最低，調(diào)節(jié)移相器電位器，使所觀察到的波形正好同相或反相，系統(tǒng)輸出可做到正負(fù)對(duì)稱，移去示波器探頭，調(diào)相位結(jié)束。3.調(diào)節(jié)測(cè)微頭到實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)步驟5=0，調(diào)節(jié)電位器W、W使0時(shí)系統(tǒng)輸出為（若無法調(diào)整輸出為零，可微調(diào)測(cè)微頭）。4.以=0起點(diǎn)，上、下移動(dòng)測(cè)微頭，每移動(dòng)取相應(yīng)的U值，并記入表1。表1差變壓器位移測(cè)量數(shù)據(jù)向上x(mm)0.0

0.52.5

3.5

4.0U(V)向下x(mm)0.0-0.5-1.0-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-5.0U(V)五.思考題

0.01.畫出U－x線。2.求出系統(tǒng)靈敏度。

4.

電渦流式傳感器的位測(cè)量及被測(cè)體材料的影響一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解電渦流式傳感器基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性。2.用電渦流式傳感器測(cè)量位移。3.驗(yàn)證電渦流的大小與被測(cè)體的材料性質(zhì)有關(guān)。二.實(shí)驗(yàn)原理電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻Z而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離x有關(guān)。當(dāng)平面線圈屬渦流片確定持環(huán)境溫度不變，阻抗Z與距離x有關(guān)阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓輸出輸出電壓是距離的單值函數(shù)。若平面線圈、距x激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻Z與被測(cè)體（渦流片）的性質(zhì)有關(guān)。三.實(shí)驗(yàn)所需部件電渦流線圈、金屬渦流片（鐵、銅、鋁片各一片）、渦流變換器、數(shù)字示波器、數(shù)字電壓表、測(cè)微頭、小改錐。圖1電流式傳感器靜態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)路圖四.實(shí)驗(yàn)步驟1.數(shù)字電壓表置20V，安裝好電渦流線圈和鐵質(zhì)渦流片，注意兩者必須保持平行。

00000000000000000000000000000000000000000000002.按圖1線儀器主源開關(guān)右側(cè)測(cè)微頭使電渦流線圈完全貼緊鐵質(zhì)渦流片時(shí)渦流變換器中的振蕩電路停振流變換器輸出電壓為零。設(shè)此時(shí)位移=03.緩慢旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使電渦流線圈離開鐵片表開始有讀數(shù)點(diǎn)位移值為x錄此時(shí)千分尺示值移小于時(shí)無輸出，稱為死區(qū)），每位移0.25mm讀取相應(yīng)的電壓輸出值U，并記入表1鐵表1被體為鐵片時(shí)電渦流式傳感位移測(cè)量數(shù)據(jù)x

x=

xx+0.75x+1.00+1.50x+1.75+2.00xU(V)

00.961.76x

xx+2.75xx+3.50+4.25x+4.50+4.75xU(V)2.252.502.964.將鐵質(zhì)渦流片分別換為銅、鋁質(zhì)渦流片，重復(fù)步驟，將U、U值銅鋁記入表2（注意：對(duì)銅、鋁質(zhì)渦流片x=0時(shí)，U不為0無死區(qū)）表被測(cè)體銅、鋁片時(shí)電渦流式傳感器位移測(cè)量數(shù)據(jù)x(mm)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5U(V)U(V)x(mm)

3.5

4.0

4.5

5.0U(V)U(V)五.思考題1.在同一坐標(biāo)上畫出U－xU－xU－線。鐵銅鋁2.求出不同材料時(shí)系統(tǒng)的靈敏度和線性范圍。由此得出被測(cè)材料不同時(shí)靈敏度與線性范圍都不同，必須分別進(jìn)行標(biāo)定的結(jié)論。六.注意事項(xiàng)被測(cè)體與渦流傳感器測(cè)試探頭平面盡量平行頭盡量對(duì)準(zhǔn)被測(cè)體中間，以減少渦流損失。

o5.

電容式傳感器的靜態(tài)性一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯幕窘Y(jié)構(gòu)、工作原理和特性。二.實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器有多種形式實(shí)驗(yàn)采用的是差動(dòng)平板變面積式兩組定極板和一組動(dòng)極板組成安裝于測(cè)試臺(tái)上的動(dòng)極板上位移兩組定極板之間的重疊面積發(fā)生變化時(shí)間電容也發(fā)生相應(yīng)變化為差動(dòng)電容將上層定極板與動(dòng)極板形成的電容定為極板與動(dòng)極板形成的電容定為C，當(dāng)將C和C接入電容變換器時(shí)，輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與測(cè)試臺(tái)的位移有關(guān)。三.實(shí)驗(yàn)所需部件電容傳感器、電容放大器、低通濾波器、差動(dòng)放大器、低頻振蕩器、測(cè)微頭、數(shù)字示波器、數(shù)字電壓表。圖電式感器靜態(tài)測(cè)量實(shí)驗(yàn)線路圖四.實(shí)驗(yàn)步驟1.數(shù)字電壓表置20V，差動(dòng)放大器和電容放大器的增益適中，按圖接線。2.開啟主源測(cè)微頭帶動(dòng)測(cè)試臺(tái)上下位移容傳感器動(dòng)極板位于兩靜極板