西安交通大學檢測技術課內(nèi)實驗報告

1、西安交通大學現(xiàn)代檢測技術實驗報告實驗一 金屬箔式應變片電子秤實驗 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 金屬箔式應變片電子秤實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，直流全橋工作原理和性能，了解電路的定標。二、實驗儀器：應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±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，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為 （1-1）式中 為電阻絲電阻相對變化；為應變靈敏系數(shù)；為電阻絲長度

2、相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件。如圖1-1所示，將四個金屬箔應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量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當應變片初始值相等，變化量也相等時，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

3、輸出電壓值為重量的對應值，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應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動放大器調(diào)零。從主控臺接入±15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端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（順時針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關閉主控臺電源。（Rw3、Rw4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的數(shù)顯表值，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，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、

5、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)全橋測量中，當兩組對邊（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？不可以，因為此時電橋輸出電壓e0=R1R3-R2R4(R1+R2)(R3+R4)不為零，不能進行預調(diào)平衡。實驗二 霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗目的：了解霍爾組件的應用測量轉(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。三、實驗原理；利用霍爾效應表達式：UHKHIB，當被測圓盤上裝上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變化，輸出電勢通過放大

7、、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。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)定后記錄相應驅(qū)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)2

8、89 702 10901469240934164038 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、 實驗目的：了解光電轉(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

9、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，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。實驗四 E型熱電偶測溫實驗一、實驗目的：了解E型熱電偶的特性與應用二、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗模塊。三、

10、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，即兩種不同的導體或半導體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T0，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（a） 圖5-1（b） 兩種不同導體或半導體的組合被稱為熱電偶。當回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢ET，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖50-1（b），并規(guī)定在冷端，當電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當ET較小時，熱電勢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)導體定律 由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導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）中間導體定律 用兩種金屬導體A，B組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導線接入儀表測量溫差電勢EAB（T，T0），而這些導體材料和熱電偶導體A，B的材料往往并不相同。在這種引入了中間導體的情況下，回路中的溫差電勢是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導體C兩端溫度相同，那么接

12、入中間導體C對熱電偶回路總熱電勢EAB（T，T0）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），那么當兩結(jié)點溫度為T1，T3時的熱電勢則為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

13、電偶的參考端為0的條件下，以列表的形式表示熱電勢與測量端溫度的關系。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±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出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。并將實驗結(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、實驗報告1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析E型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。 實驗結(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T=95 o C時有最大偏差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，用平均值計算出差動放大器的放大倍數(shù)A。結(jié)果：因 T=50 Eab(T,0)=3.047mv 實驗結(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：K，單位：mV）溫度（）熱電動勢（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實驗五 熱電偶冷端溫度補償實驗一、實驗目的：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、溫度傳感器實驗模塊三、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0時達到平衡（亦有20平衡）。當熱電偶自由端溫度升高時(0)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 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 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500C，