西安交通大學(xué)檢測技術(shù)課內(nèi)實驗報告

1、西安交通大學(xué)現(xiàn)代檢測技術(shù)實驗報告實驗一 金屬箔式應(yīng)變片電子秤實驗實驗二 霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗實驗三 光電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗實驗四 E 型熱電偶測溫實驗實驗五 E 型熱電偶冷端溫度補償實驗實驗一金屬箔式應(yīng)變片一一電子秤實驗、實驗?zāi)康?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，直流全橋工作原理和性能，了解電路的定標。二、實驗儀器：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、土15V、土 4V電源、萬用表（自備）。三、實驗原理：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Rk（ 1-1）RR式中為電阻絲電阻相對變化；Rk為應(yīng)變靈敏系數(shù)；1為電阻絲長度相

2、對變化。l金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1-1所示，將四個金屬箔應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。圖1-1雙孔懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖書潢祐;+U,世J礒主控箱弓黑界憲H5Y JJL -1SS12 o應(yīng)變傳感器實驗?zāi)KK：-j呂揍主控謂_直沖諭出R180* Rn0 Rwj圖1-2全橋面板接線圖R Gml山 oCHi11R12ttM113i全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=ERR(3-1)式中

3、E為電橋電源電壓。R為電阻絲電阻相對變化;R式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。電子稱實驗原理同全橋測量原理，通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g ）即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內(nèi)容與步驟1 .應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3 R4上，可用萬用表測量判別，R仁R2=R3=R4=35d。2差動放大器調(diào)零。從主控臺接入土15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端 Ui短接并與地短接，輸出端 Uo接數(shù)顯電壓表（選擇 2V檔）。將電位器

4、Rw3 調(diào)到增益最大位置（順時針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺電源。（Rw3Rw4的位置確定后不能改動）3.按圖1-2接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4將10只砝碼置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器Rw3（滿量程時的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V （2V檔測量）。5 拿去托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V，若不為零，再次將差動放大器調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零（調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V）。6 .重復(fù)4、5步驟，直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱 Kg即可以稱重。5.將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯

5、表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結(jié)果，填入下表。6 .去除砝碼，托盤上加一個未知的重物（不要超過1Kg）,記錄電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求出重物的重量。7.實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設(shè)備。五、實驗結(jié)果實驗結(jié)果記錄如下表:重量（g）20406080100120140160180電壓（mV）1938587593112129147165從上式可以看出重量與電壓呈線性關(guān)系U=0.91 （g/mv） *W由所得數(shù)據(jù)繪出單臂電橋的傳感器特性曲線如下傳感器特性曲線180V = 0.903( + 2.OSSh- 1601401008UGO1001.S0?00(1) 計算系統(tǒng)靈敏度：+ ( 1

6、65-147 ) /8=146/8=18.25mvV= (38-19 ) + (58-38 ) + W=20gS= V/ W=0.91mV/g(2) 計算非線性誤差：m = 5.5496 /9=0.6166mVyFs=165mV3f =Am / yFS X 100%=.37% 全橋測量中，當(dāng)兩組對邊( R1、R3為對邊)電阻值 R相同時，即 R1= R3, R2= R4,而R*R2時，是否可以組成全橋？不可以，因為此時電橋輸出電壓-2 不為零，不能進行預(yù)調(diào)平衡。實驗二霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗、實驗?zāi)康?了解霍爾組件的應(yīng)用一一測量轉(zhuǎn)速。二、實驗儀器：霍爾傳感器、可調(diào)直流電源、轉(zhuǎn)動源、頻率/轉(zhuǎn)速表。

7、三、實驗原理；利用霍爾效應(yīng)表達式：Uh= KhIB，當(dāng)被測圓盤上裝上 N只磁性體時，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測 出被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。四、實驗內(nèi)容與步驟1 安裝根據(jù)圖3-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。轉(zhuǎn)盤2.將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表(切換到測轉(zhuǎn)速位置)。3打開實驗臺電源，選擇不同電源+4V、+6V、+8V、+10V、12V ( 6 )、16V ( 8)、20V( 10)、24V驅(qū)動轉(zhuǎn)動源，可以觀察到轉(zhuǎn)動源轉(zhuǎn)速的變化，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄相應(yīng)驅(qū)

8、動電壓下 得到的轉(zhuǎn)速值。也可用示波器觀測霍爾元件輸出的脈沖波形。電壓(V)+4V+6V+8V+10V12V15V20V24V轉(zhuǎn)速(rpm)28970210901469240934164038五、實驗報告1. 分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。2根據(jù)記錄的驅(qū)動電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。實驗三光電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私夤怆娹D(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法。二、實驗儀器：轉(zhuǎn)動源、光電傳感器、直流穩(wěn)壓電源、頻率/轉(zhuǎn)速表、示波器三、實驗原理：光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的， 傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過轉(zhuǎn)盤上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號，由

9、于轉(zhuǎn)盤上有等間距的6個透射孔，轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、實驗內(nèi)容與步驟1 光電傳感器已安裝在轉(zhuǎn)動源上，如圖4-1所示。+5V電源接到三源板“光電”輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表的“ f/n ”。2. 打開實驗臺電源開關(guān)，用不同的電源驅(qū)動轉(zhuǎn)動源轉(zhuǎn)動，記錄不同驅(qū)動電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)速， 填入下表，同時可通過示波器觀察光電傳感器的輸出波形。圖4-1驅(qū)動電壓V(V)4v6v8v10v15v20v24v轉(zhuǎn)速n(rpm)41585513041758267535494190五、實驗報告根據(jù)測的驅(qū)動電壓和轉(zhuǎn)速，作 V-n曲線。并與霍爾傳感器測得的曲線比較。實驗

10、四E型熱電偶測溫實驗、實驗?zāi)康?了解E型熱電偶的特性與應(yīng)用二、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗?zāi)K。三、實驗原理：熱電偶傳感器的工作原理：熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)，即兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體 A或B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點處的溫度不同，一端 溫度為T,另一端溫度為 To,則回路中就有電流產(chǎn)生，見圖50-1（a）,即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。圖 5-1（ b）圖 5-1 （a）兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合被稱為熱電偶。當(dāng)回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢Et，其極性和量值與回路

11、中的熱電勢一致,見圖50-1 （ b），并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當(dāng)Et較小時，熱電勢 Et與溫度差（T-To）成正比，即Et=Sab（ T-To）（ 1）Sab為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于 熱電極材料的相對特性。熱電偶的基本定律：（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。（2）中間導(dǎo)體定律用兩種金屬導(dǎo)體 A，B組成熱電偶測量時， 在測溫回路中必須通過連接導(dǎo)線接入儀表測量溫 差電勢Eab（ T，To），而這些導(dǎo)體材料和熱電偶導(dǎo)體A

12、，B的材料往往并不相同。在這種引入了中間導(dǎo)體的情況下，回路中的溫差電勢是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導(dǎo)體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體 C兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體C對熱電偶回路總熱電勢 Eab（T，To）沒有影響。（3）中間溫度定律如圖49-2所示，熱電偶的兩個結(jié)點溫度為T1，T2時，熱電勢為 Eab（T1, T2）；兩結(jié)點溫度 為T2, T3時，熱電勢為Eab (T2, T3),那么當(dāng)兩結(jié)點溫度為 T1, T3時的熱電勢則為Eab (Ti, T2)+ Eab (T2, T3)=Eab (Ti, T3)(2)式(2)就是中間溫度定律的表達式。譬如：Ti=l00 C, T2=40C,

13、T3=0 C,貝VEab(100, 40) +Eab (40, 0) =Eab (100, 0)( 3)圖5-2熱電偶的分度號熱電偶的分度號是其分度表的代號(一般用大寫字母S、R、B、K、E、J、T、N表示)。它是在熱電偶的參考端為 0C的條件下，以列表的形式表示熱電勢與測量端溫度的關(guān)系。四、實驗內(nèi)容與步驟1.利用Pt100溫度控制調(diào)節(jié)儀將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入E型熱電偶溫度傳感器。2將土 15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗?zāi)K中。溫度傳感器實驗?zāi)K的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3 將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器R

14、w4使直流電壓表顯示為零。汩度傳感器實驗?zāi)KO 伽】O m00圖5-34 拿掉短路線，按圖5-3接線，并將E型熱電偶的兩根引線，熱端(紅色)接 a,冷端(綠 色)接b;記下模塊輸出 Uo2的電壓值。5 .改變溫度源的溫度每隔5C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至 120C。并將實驗結(jié)果填入下表:T (C)5055606570758085Uo2 (V)0.0780.0940.1140.1280.1510.1690.1890.207T (C)9095100105110115120Uo2 (V)0.2230.2430.2600.2760.2930.3120.326五、實驗報告1.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出UO

15、2-T曲線，分析E型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。實驗結(jié)果：Uo2-T曲線如下圖所示：Uo2-T曲線圖035111110.1018R1 = 0.99920.0036X0 150 05由作圖可知，E型熱電偶的溫度特性曲線呈線性關(guān)系。非線性誤差=標準特性曲線與擬合直線的最大偏差/相對滿量程*100%經(jīng)計算，當(dāng)T=95 0 C時有最大偏差0.0028. =0.0028/(0.326-0.078) X 100%=1.3%2.根據(jù)中間溫度定律和E型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數(shù)A。結(jié)果：因 T=50 C Eab(T,0)=3.047mv 實驗結(jié)果輸出 Uo2=0.078=78

16、mv而 Tn=19 C (室溫)Eab(Tn,0)=1.131mv又 Eab(T,0)=Eab(T,Tn) + Eab(Tn,0)Eab(T,T n)= Eab(T,0)- Eab(T n,0)所以 A= Uo2/ Eab(T,T n) = Uo2/ (Eab(T,0)-Eab(T n,0)=78/(3.047-1.131)=78/1.916=40.7附1 :溫度調(diào)節(jié)儀洞節(jié)收電孫眈括11 I r-r附2: E型熱電偶分度表（分度號：K,單位：mV溫度C）熱電動勢（mV012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100

17、.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.7322.7952.8582.9212.984503.0473.1103.1733.2373.3003.3643.4283.4913.5553.619603.6833.7483.8123.8763.9414.0054.0704.1344

18、.1994.264704.3294.3944.4594.5244.5904.6554.7204.7864.8524.917804.9835.0475.1155.1815.2475.3145.3805.4465.5135.579905.6465.7135.7805.8465.9135.9816.0486.1156.1826.2501006.3176.3856.4526.5206.5886.6566.7246.7926.8606.9281106.9967.0647.1337.2017.2707.3397.4077.4767.5457.6141207.6837.7527.8217.8907.9608

19、.0298.0998.1688.2388.3071308.3778.4478.5178.5878.6578.8278.8428.8678.9389.0081409.0789.1499.2209.2909.3619.4329.5039.5739.6149.7151509.7879.8589.92910.00010.07210.14310.21510.28610.3584.429、實驗?zāi)康?了解熱電偶冷端溫度補償?shù)脑砗头椒ǘ?、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗?zāi)K三、實驗原理：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校罕?、恒溫槽法和電橋自動補償法（圖6-1），電橋自動補償

20、法常用，它是在熱電偶和測溫儀表之間接入一個直流電橋，稱冷端溫度補償器，補償器電橋在0C時達到平衡（亦有 20C平衡）。當(dāng)熱電偶自由端溫度升高時 （ 0C ）熱 電偶回路電勢Uab下降，由于補償器中，PN呈負溫度系數(shù)，其正旳RSY c圖6-1向壓降隨溫度升高而下降，促使Uab上升，其值正好補償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢,達到補償目的。四、實驗內(nèi)容與步驟溫度傳感畚實鯊模塊饗丙板十15譏-L射電育ICFUf-：.Ui圖6-2啞 KI.Ty 畑-E-CZD-g-1 選擇智能調(diào)節(jié)儀的“輸入選擇”為Pt100” ,將溫度傳感器 PT100接入“ PT100輸入”（同色的兩根接線端接蘭色，另一根接黑色插座），打開實驗臺總電源。并記下此時的實驗室溫度T2。2將溫度控制在50C，在另一個溫度傳感器插孔中插入E型熱電偶溫度傳