傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除實(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)，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(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：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。圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器電子秤、砝碼、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1根據(jù)圖（1-1）應(yīng)變式傳感器（電子秤）已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)行測量判別，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為50左右。2接入模板電源15V（從主控臺引入），檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器RW3順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為將差放的正負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源（注意：當(dāng)Rw3、Rw4的位置一旦確定，就不能改變。一直到做完實(shí)驗(yàn)三為止）。3將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)電阻應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個(gè)橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器RW1，接上橋路電源4V（從主控臺引入），此時(shí)應(yīng)將4地與15地短接。如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)。調(diào)節(jié)RW1，使數(shù)顯表顯示為零。圖1-2應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖 4在電子稱上放置一只砝碼，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(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。表1-1單臂電橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)5根據(jù)表1-1計(jì)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f1=m/yFS100式中m為輸出值（多次測量時(shí)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）。五、思考題： 單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。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同性能、了解其特點(diǎn)。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，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓U02EK2。三、需用器件與單元：同實(shí)驗(yàn)一。圖2-1應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖四、實(shí)驗(yàn)步驟：1傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。做實(shí)驗(yàn)（一）的步驟2，實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零。2根據(jù)圖2-1接線。R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2應(yīng)和R1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。接入橋路電源4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器RW1進(jìn)行橋路調(diào)零，實(shí)驗(yàn)步驟3、4同實(shí)驗(yàn)一中4、5的步驟，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表2-1，計(jì)算靈敏度S2UW，非線性誤差f2。若實(shí)驗(yàn)時(shí)無數(shù)值顯示說明R2與R1為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個(gè)應(yīng)變片。表2-1半橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)五、思考題：1半橋測量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。2橋路（差動(dòng)電橋）測量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋海?）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。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、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，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：同實(shí)驗(yàn)一四、實(shí)驗(yàn)步驟：1傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。2根據(jù)圖3-1接線，實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表3-1；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。圖 3-1全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖表3-1全橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)五、思考題：1全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時(shí)，即R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，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(jìn)行材料拉力測試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖3-2，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖3-2應(yīng)變式傳感器受拉時(shí)傳感器圓周面展開圖實(shí)驗(yàn)四 直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理：電子秤實(shí)驗(yàn)原理為實(shí)驗(yàn)三，全橋測量原理，通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量綱（g）即成為一臺原始電子秤。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1按實(shí)驗(yàn)一中2的步驟，將差動(dòng)放大器調(diào)零，按圖3-1全橋接線，合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)電橋平衡電位RW1，使數(shù)顯表顯示0.00V。2將10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器RW3（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.200V。3拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器RW4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.000V。4重復(fù)2、3步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，就可以稱重。成為一臺原始的電子秤。5把砝碼依次放在托盤上，填入下表4-1。表4-1全橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)6根據(jù)上表，計(jì)算誤差與非線性誤差。實(shí)驗(yàn)五 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理：利用平板電容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中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）測微小位移（變d）和測量液位（變A）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(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1按圖5-1意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，判別CX1和CX2時(shí)，注意動(dòng)極板接地，接法正確則動(dòng)極板左右移動(dòng)時(shí)，有正、負(fù)輸出。不然得調(diào)換接頭。一般接線：二個(gè)靜片分別是1號和2號引線，動(dòng)極板為3號引線。圖5-1傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖2將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆薞o1與數(shù)顯表單元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw調(diào)節(jié)到中間位置。3接入15V電源，旋動(dòng)測微頭推進(jìn)電容器傳感器動(dòng)極板位置，每間隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表5-1。表5-1電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) V(mv)4 表5-1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f。五、 思考題：設(shè)計(jì)利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素？實(shí)驗(yàn)六 直流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢UHKHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就可以進(jìn)行位移測量。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、直流源、測微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1將霍爾傳感器按圖6-1安裝，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄??；魻杺鞲衅髋c實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓倪B接按圖6-2進(jìn)行。1、3為電源4V，2、4為輸出。圖6-1 霍爾傳感器安裝示意圖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使數(shù)顯表指示為零。圖6-2霍爾傳感器位移直流激勵(lì)實(shí)驗(yàn)接線圖3測微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表6-1。表6-1測微頭位移與輸出電壓值X（mm）V(mv)4作出V-X曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？實(shí)驗(yàn)七 壓電式傳感器測振動(dòng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動(dòng)的原理和方法。二、基本原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。三、需用器件與單元：振動(dòng)臺、壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉ｋp蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1壓電傳感器已裝在振動(dòng)臺面上。2將低頻振蕩器信號接入到臺面三源板振動(dòng)源的激勵(lì)源插孔。圖7-1壓電式傳感器性能實(shí)驗(yàn)接線圖3將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍍奢斎攵?，見圖7-1，與傳感器外殼相連的接線端接地，另一端接R1。將壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐份敵龆薞01，接R6。將壓電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐份敵龆薞02，接入低通濾波器輸入端Vi，低通濾波器輸出V0與示波器相連。4合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺振動(dòng)，觀察示波器波形。5改變低頻振蕩器的頻率，觀察輸出波形變化。6用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形。實(shí)驗(yàn)八 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動(dòng)變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個(gè)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(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測體移動(dòng)時(shí)，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(dòng)輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動(dòng)量。三、需用器件與單元：差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、差動(dòng)變壓器、音頻信號源（音頻振蕩器）、直流電源、萬用表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1根據(jù)圖8-1，將差動(dòng)變壓器裝在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?。圖8-1差動(dòng)變壓器電容傳感器安裝示意圖2將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄?。在模塊上按圖8-2接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的Lv端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為45KHz（可用主控箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）。調(diào)節(jié)輸出幅度為峰峰值Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div，Y軸CH1為1V/div，CH2為20mv/div）。圖中1、2、3、4、5、6為連接線插座的編號。接線時(shí)，航空插頭上的號碼與之對應(yīng)。當(dāng)然不看插孔號碼，也可以判別初次級線圈及次級同名端。判別初次線圖及次級線圈同中端方法如下：設(shè)任一線圈為初級線圈，并設(shè)另外兩個(gè)線圈的任一端為同名端，按圖8-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動(dòng)時(shí)，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當(dāng)次級波形輸出幅度值變化很大，基本上能過零點(diǎn)，而且相應(yīng)與初級線圈波形（Lv音頻信號Vp-p2V波形）比較能同相或反相變化，說明已連接的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）為實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的插孔編號。3旋動(dòng)測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰峰值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最小開始旋動(dòng)測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表8-1，再