東南大學(xué)檢測技術(shù)第1次實驗報告(共25頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上東南大學(xué)傳感器技術(shù)·檢測技術(shù)實驗報告實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗實驗五 差動變壓器的性能實驗院 （系）： 自動化 專 業(yè)： 自動化 姓 名： 學(xué) 號： 實 驗 室： 常州樓5樓 實驗時間： 2016 年 11月17日評定成績： 審閱教師： 目 錄實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、 實驗?zāi)康?#183;··············

2、3;·······································4二、 基本原理·········&#

3、183;·············································4三、 實驗器材···

4、··················································

5、··4四、 實驗步驟··············································

6、3;········5五、 實驗數(shù)據(jù)處理········································

7、···········6六、 思考題······································

8、;···················7實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一、 實驗?zāi)康?#183;·························

9、3;····························8二、 基本原理····················&#

10、183;··································8三、 實驗器材··············

11、·········································8四、 實驗步驟·······

12、3;···············································8五、 實驗數(shù)據(jù)處理·

13、··················································

14、9六、 思考題·················································

15、;········10實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、 實驗?zāi)康?#183;····································

16、83;·················11二、 基本原理·······························

17、························11三、 實驗器材························

18、83;······························11四、 實驗步驟··················

19、·····································11五、 實驗數(shù)據(jù)處理···········&

20、#183;·······································12六、 思考題·········

21、;················································12實驗五 差動變壓器

22、的性能實驗一、 實驗?zāi)康?#183;···············································

23、·······16二、 基本原理·········································

24、83;·············16三、 實驗器材···································

25、····················16四、 實驗步驟····························

26、83;··························16五、 實驗數(shù)據(jù)處理·····················

27、3;·····························19六、 思考題···················&#

28、183;·····································21設(shè)計思考1、 設(shè)計原理··········&

29、#183;············································212、 設(shè)計框圖···

30、3;·················································

31、3;·213、 電路設(shè)計···············································&

32、#183;·······21實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理1、 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)。2、 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。3、 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，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。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(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋

33、輸出電壓 Uo 1 = EK/4。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2.1 應(yīng)變傳感器安裝示意圖1、 如圖 2-1，將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上，應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０迳?。傳感器左下角?yīng)變片為 R1，右下角為 R2，右上角為 R3，左上角為 R4。當(dāng)傳感器托盤支點受壓時，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。2、 如圖 2-2，應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逯械?R1、R2、R3、R4 為應(yīng)變片。沒有文字標(biāo)記的 5 個電阻是空的，其中 4 個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設(shè)

34、的。3、 傳感器中 4 片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實驗?zāi)０遄笊戏降?R1、R2、R3、R4 和加熱器上?？捎萌f用表進行測量判別，常態(tài)時應(yīng)變片阻值為 350，加熱絲電阻值為 50左右。圖2.2 應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⒔泳€示意圖圖2.3單臂電橋工作原理圖四、實驗步驟1、 根據(jù)圖 2.3 工作原理圖、圖 2.2 接線示意圖安裝接線。圖2.3 單臂電橋工作原理圖2、 放大器輸出調(diào)零將實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到 2V 檔，合上主機箱電源開

35、關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、 電橋調(diào)零拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時脫開的引線復(fù)原。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄?RW1，使電壓表顯示為零。4、 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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。實驗結(jié)果填入表 2-1，畫出實驗曲線。5、 根據(jù)表 2-1 計算系統(tǒng)靈敏度 SU/W（U 為輸出電壓變化量，W 為重量變化量）和非線性誤差 。=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS 為滿量程輸出平均值，此處為

36、200g（或 500g）。實驗完畢，關(guān)閉電源。6、 利用虛擬儀器進行測量。五、實驗數(shù)據(jù)處理1、實驗數(shù)據(jù)重量(g)020406080100120140160180200電壓（mv）0.1591419232832384347表2-1 記重量為X，電壓為Y，擬合曲線表達式為： y=0.2357x-0.1045非線性誤差的計算：由擬合曲線及散點圖可以看出，最大偏差在點（140,32）處，故m=3.79g，yFS=200g=myFS ×100%=1.895%系統(tǒng)靈敏度：S=UW=0.23572、實驗曲線六、思考題1、單臂電橋工作時，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（

37、受壓）應(yīng)變片（3）；正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：正負(fù)均可。單臂電橋?qū)?yīng)變計的受力方向沒有限制，無論應(yīng)變計是受拉還是受壓，其阻值都會發(fā)生變化，從而使得橋路有電壓輸出。實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康谋容^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，其橋路輸出電壓 Uo 2 EK2。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1、 根據(jù)圖 2.4 工作原理圖、圖 2.5 接線示意圖安裝接線。2、

38、放大器輸出調(diào)零將實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到 2V 檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器 RW4，使電壓表顯示為零。3、 電橋調(diào)零恢復(fù)實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄?RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4、 應(yīng)變片半橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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。實驗結(jié)果填入表 2-2，畫出實驗曲線。5

39、、 計算靈敏度 SUW，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。6、 利用虛擬儀器進行測量。圖2.4 半橋工作原理圖圖2.5應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、接線示意圖五、實驗數(shù)據(jù)處理1、 實驗數(shù)據(jù)重量(g)20406080100120140160180200電壓（mv）9172736455363728089表2-2 記重量為X，電壓為Y，擬合曲線表達式為： y=0.4468x-0.0455非線性誤差的計算：由擬合曲線及散點圖可以看出，最大偏差在點（40,17）處，故m=1.85g，yFS=200g=myFS ×100%=0.925%系統(tǒng)靈敏度：S=UW=0.44682、 實驗曲線六、思考題1、 半橋測量

40、時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：鄰邊。2、 半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：對邊。3、 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(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。答：電橋測量原理上存在非線性。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值 R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4 時，其橋路輸出電壓

41、 Uo 3 KE。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、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1、 根據(jù)圖 2-6 工作原理圖、圖 2-7 接線示意圖安裝接線。2、 差動放大器調(diào)零將實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到 2V 檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器 RW4，使電壓表顯示為零。3、 電橋調(diào)零恢復(fù)

42、實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄?RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4、 應(yīng)變片全橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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。實驗結(jié)果填入表 2-3，畫出實驗曲線。5、 計算靈敏度 SUW，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。6、 利用虛擬儀器進行測量。圖2.6全橋工作原理圖圖2.7應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、接線示意圖五、 實驗數(shù)據(jù)處理1、 實驗數(shù)據(jù)重量(g)20406080100120140160180200電壓（mv）20416082102123144163185206表2-3記重量為

43、X，電壓為Y，擬合曲線表達式為： y=1.0295x-0.5909非線性誤差的計算：由擬合曲線及散點圖可以看出，最大偏差在點（160,163）處，故m=1.097g，yFS=200g=myFS ×100%=0.5485%系統(tǒng)靈敏度：S=UW=1.02952、 實驗曲線六、 思考題1、 測量中，當(dāng)兩組對邊（如 R1、R3 為對邊）電阻值 R 相同時，即 R1R3，R2R4，而 R1R2 時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：不可以。2、 某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖-，能否如何利用四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖2.8受拉力時應(yīng)變

44、式傳感器圓周面展開圖答：可以利用它們組成電橋。對于左圖，可以任意選取兩個電阻接入電橋的對邊，輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，如果已知泊松比則可知縱向應(yīng)變。對于右圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)?，則輸出為兩倍的縱向應(yīng)變。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻組成電橋。3、 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較?；驹砣鐖D-（a）、（b）、（c）。比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。注意：比較實驗中，（a）、（b）、（c）放大電路的放大器增益必須相同。圖2.9 應(yīng)變電橋 單臂U0 U1U3(R1R1)/(R1R1R2)-R4/(R3R4)

45、E (1+R1/R1)/(1+R1/R1+R2/R1)-(R4/R3)/(1+R4/R3)E設(shè) R1R2R3R4，且R1/R11。 U0(1/4)(R1/R1)E所以電橋的電壓靈敏度：SU0/(R1/R1)kE=(1/4)E 半橋 U012R1R1E；S(1/2)E 全橋 U0R1R1E；SE4、金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響電阻應(yīng)變片的溫度影響主要有兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致而產(chǎn)生附加應(yīng)變。當(dāng)溫度變化時，即使被測體受力狀態(tài)不變，輸出也會有變化。 按照全橋性能實驗步驟，將 200g 砝碼放在砝碼盤上，在數(shù)顯表上讀取數(shù)值 Uo 1 。 將主

46、機箱中直流穩(wěn)壓電源5V、地（）接于實驗?zāi)０宓募訜崞?V、地（）插孔上，數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù) Uot 。 （Uot-Uo1 ）即為溫度變化的影響。 溫度變化產(chǎn)生的相對誤差：=Uot-Uo1Uo1×100% 如何消除金屬箔式應(yīng)變片溫度影響？答：利用溫度補償片或采用全橋測量。實驗五 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、基本原?、 差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。2、 當(dāng)被測體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化

47、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），引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。三、實驗器材主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０濉y微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1、 測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖 3-1。圖3.1測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成：測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm/格)，另一排是半毫米刻線(0.5mm/格)；微分筒前部圓周表面上刻有

48、50等分的刻線(0.01mm/格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時，測桿就沿軸線方向進退。微分筒每轉(zhuǎn)過 1 格，測桿沿軸方向移動微小位移0.01毫米，這也叫測微頭的分度值。測微頭讀數(shù)方法：先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值，可以估讀1/10分度，如圖 3-1 甲讀數(shù)為3.678mm，不是3.178mm；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖 3-1乙已過零則讀2.514mm；如圖 3-1 丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首

49、先轉(zhuǎn)動微分筒到10mm處（為了保留測桿軸向前、后位移的余量），再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動測微頭的安裝套（測微頭整體移動）使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置（視具體實驗而定）時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。圖3.2差動變壓器性能實驗原理圖圖3.3差動變壓器性能實驗?zāi)０?、接線圖、差動變壓器實驗 按圖 3-3 接線。將差動變壓器和測微頭安裝在實驗?zāi)０宓闹Ъ茏希?L1 為初級線圈；L2、L3 為次級線圈；號為同名端。 差動變壓器的原邊L1的激勵電壓從主機箱中音頻振蕩器的 Lv 端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)

50、節(jié)音頻振蕩器的頻率為 45KHz（可用主機箱的頻率表輸入 Fin 來監(jiān)測）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為 Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測：X 軸為 0.2ms/div）。 松開測微頭的安裝緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使差動變壓器的次級輸出（示波器第二通道）波形 Vp-p 為較小值（變壓器鐵芯大約處在中間位置）。擰緊緊固螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使差動變壓器的次級輸出波形 Vp-p 為最小值（零點殘余電壓），并定為位移的相對零點。這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，則另一個方向位移為負(fù)。 從零點（次級輸出波形 Vp-p 為最小值）開始旋動測微頭的微分筒，每隔 0.2mm（可取1025 點）從示波器上讀出輸出電壓 Vp-p 值，填入表 3-1。一個方向結(jié)束后，再將測位頭退回到零點反方向做相同的位移實驗。 從零點決定位移方向后，測微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測微頭存在機械回差而引起位移誤差。實驗時每點位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對不能調(diào)節(jié)過