西安交通大學(xué)檢測(cè)技術(shù)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、西安交通大學(xué)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片電子秤實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)二 霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 E型熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 E型熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片電子秤實(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)，直流全橋工作原理和性能，了解電路的定標(biāo)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。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 （1-1）式中 為電阻絲電阻相對(duì)變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度

2、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，將四個(gè)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)圖圖1-2 全橋面板接線圖全橋測(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，如圖3-1，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= （3-1）式中為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對(duì)變化；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(jìn)一步改善。電子稱實(shí)驗(yàn)原理同全橋測(cè)量原理，通過(guò)調(diào)節(jié)放大電路對(duì)電橋輸出的放大倍數(shù)使電路

3、輸出電壓值為重量的對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺(tái)比較原始的電子稱。四、實(shí)驗(yàn)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(wàn)用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入±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Rw3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)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(tái)電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)）3按圖1-2接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對(duì)應(yīng)變

4、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(shí)的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測(cè)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(dòng)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)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入下表。6去除砝碼，托盤上加一個(gè)未知的重物（不要超過(guò)1Kg），記錄電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，求出重物的重量。7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、

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)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: （1）計(jì)算系統(tǒng)靈敏度： V= （38-19）+（58-38）+（165-147）/8=146/8=18.25mvW=20g   S=V/W=0.91mV/g （2）計(jì)算非線性誤差：  m =5.5496/9=0.6166mV yFS=165mV f&#

6、160;=m / yFS×100%=0.37% (3)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R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋？不可以，因?yàn)榇藭r(shí)電橋輸出電壓e0=R1R3-R2R4(R1+R2)(R3+R4)不為零，不能進(jìn)行預(yù)調(diào)平衡。實(shí)驗(yàn)二 霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柦M件的應(yīng)用測(cè)量轉(zhuǎn)速。二、實(shí)驗(yàn)儀器：霍爾傳感器、可調(diào)直流電源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、頻率/轉(zhuǎn)速表。三、實(shí)驗(yàn)原理；利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UHKHIB，當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過(guò)放大

7、、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。四、實(shí)驗(yàn)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(duì)著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。圖3-12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(cè)轉(zhuǎn)速位置）。3打開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，選擇不同電源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6）、16V（±8）、20V（±10）、24V驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄相應(yīng)驅(qū)動(dòng)電壓下得到的轉(zhuǎn)速值。也可用示波器觀測(cè)霍爾元件輸出的脈沖波形。電壓(V)+4V+6V+8V+10V12V15V20V24V轉(zhuǎn)速(rpm)2

8、89 702 10901469240934164038 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)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(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。實(shí)驗(yàn)三 光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤怆娹D(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理及方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：轉(zhuǎn)動(dòng)源、光電傳感器、直流穩(wěn)壓電源、頻率/轉(zhuǎn)速表、示波器三、 實(shí)驗(yàn)原理：光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)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(guò)轉(zhuǎn)盤上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤上有等間距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1光電傳感器

9、已安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)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(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，用不同的電源驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，填入下表，同時(shí)可通過(guò)示波器觀察光電傳感器的輸出波形。圖4-1驅(qū)動(dòng)電壓V(V)4v6v8v10v15v20v24v轉(zhuǎn)速n(rpm)41585513041758267535494190五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)測(cè)的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V-n曲線。并與霍爾傳感器測(cè)得的曲線比較。實(shí)驗(yàn)四 E型熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釫型熱電偶的特性與應(yīng)用二、實(shí)驗(yàn)儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。三、

10、實(shí)驗(yàn)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(gè)回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點(diǎn)處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，見(jiàn)圖50-1（a），即回路中存在電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)被稱為熱電勢(shì)。 圖5-1（a） 圖5-1（b） 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(kāi)時(shí)，在斷開(kāi)處a，b之間便有一電動(dòng)勢(shì)ET，其極性和量值與回路中的熱電勢(shì)一致，見(jiàn)圖50-1（b），并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時(shí)，稱A為正極，B為負(fù)極。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)ET較小時(shí)，熱電勢(shì)ET與溫度差（T-T0）成

11、正比，即 ET=SAB（T-T0） （1）SAB為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢(shì)率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號(hào)和大小取決于熱電極材料的相對(duì)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(zhǎng)度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢(shì)。（2）中間導(dǎo)體定律 用兩種金屬導(dǎo)體A，B組成熱電偶測(cè)量時(shí)，在測(cè)溫回路中必須通過(guò)連接導(dǎo)線接入儀表測(cè)量溫差電勢(shì)EAB（T，T0），而這些導(dǎo)體材料和熱電偶導(dǎo)體A，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(shì)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

12、入中間導(dǎo)體C對(duì)熱電偶回路總熱電勢(shì)EAB（T，T0）沒(méi)有影響。（3）中間溫度定律 如圖49-2所示，熱電偶的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度為T1，T2時(shí)，熱電勢(shì)為EAB（T1，T2）；兩結(jié)點(diǎn)溫度為T2，T3時(shí)，熱電勢(shì)為EAB（T2，T3），那么當(dāng)兩結(jié)點(diǎn)溫度為T1，T3時(shí)的熱電勢(shì)則為EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （2）式（2）就是中間溫度定律的表達(dá)式。譬如：T1=100，T2=40，T3=0，則EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （3）圖5-2熱電偶的分度號(hào)熱電偶的分度號(hào)是其分度表的代號(hào)（一般用大寫(xiě)字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在熱

13、電偶的參考端為0的條件下，以列表的形式表示熱電勢(shì)與測(cè)量端溫度的關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)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(gè)溫度傳感器插孔中插入E型熱電偶溫度傳感器。2將±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K中。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出Uo2接主控臺(tái)直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動(dòng)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Rw4使直流電壓表顯示為零。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50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1

14、200C。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表：T（）5055606570758085Uo2（V）0.0780.0940.1140.1280.1510.1690.1890.207T（）9095100105110115120Uo2（V）0.2230.2430.2600.2760.2930.3120.326五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析E型熱電偶的溫度特性曲線，計(jì)算其非線性誤差。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：UO2-T曲線如下圖所示：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(biāo)準(zhǔn)特性曲線與擬合直線的最大偏差/相對(duì)滿量程*100%經(jīng)計(jì)算，當(dāng)T=95 o C時(shí)有最大偏差0.0028.=0.002

15、8/(0.326-0.078)×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(jì)算出差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)A。結(jié)果：因 T=50 Eab(T,0)=3.047mv 實(shí)驗(yàn)結(jié)果輸出 Uo2=0.078=78mv而 Tn=19(室溫) Eab(Tn,0)=1.131mv 又 Eab(T,0)=Eab(T,Tn) + Eab(Tn,0) Eab(T,Tn)= Eab(T,0)- Eab(Tn,0)所以 A= Uo2/ Eab(T,Tn) = Uo2/ (Eab(T,0)-Eab(Tn,0)=78/(3.047-1.131)=78/1.916=40.7由上述得，差動(dòng)放大器的放大

16、倍數(shù)A為40.7。附1：溫度調(diào)節(jié)儀附2： E型熱電偶分度表（分度號(hào)：K，單位：mV）溫度（）熱電動(dòng)勢(shì)（mV）012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.

17、7322.7952.8582.9212.984503.0473.1103.1733.2373.3003.3643.4283.4913.5553.619603.6833.7483.8123.8763.9414.0054.0704.1344.1994.264704.3294.3944.4594.5244.5904.6554.7204.7864.8524.917804.9835.0475.1155.1815.2475.3145.3805.4465.5135.579905.6465.7135.7805.8465.9135.9816.0486.1156.1826.2501006.3176.3856.45

18、26.5206.5886.6566.7246.7926.8606.9281106.9967.0647.1337.2017.2707.3397.4077.4767.5457.6141207.6837.7527.8217.8907.9608.0298.0998.1688.2388.3071308.3778.4478.5178.5878.6578.8278.8428.8678.9389.0081409.0789.1499.2209.2909.3619.4329.5039.5739.6149.7151509.7879.8589.92910.00010.07210.14310.21510.28610.3

19、584.429實(shí)驗(yàn)五 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕祭涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)脑砗头椒ǘ?、?shí)驗(yàn)儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K三、實(shí)驗(yàn)原理：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校罕?、恒溫槽法和電橋自?dòng)補(bǔ)償法（圖6-1），電橋自動(dòng)補(bǔ)償法常用，它是在熱電偶和測(cè)溫儀表之間接入一個(gè)直流電橋，稱冷端溫度補(bǔ)償器，補(bǔ)償器電橋在0時(shí)達(dá)到平衡（亦有20平衡）。當(dāng)熱電偶自由端溫度升高時(shí)(0)熱電偶回路電勢(shì)Uab下降，由于補(bǔ)償器中，PN呈負(fù)溫度系數(shù)，其正 圖6-1向壓降隨溫度升高而下降，促使Uab上升，其值正好補(bǔ)償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢(shì)，達(dá)到補(bǔ)償目的。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 圖6-21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(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源。并記下此時(shí)的實(shí)驗(yàn)室溫度T2。2將溫度控制在500C，