檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、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：式中為電阻絲電阻的相對(duì)變化，為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長(zhǎng)度相對(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)變敏感元件，通過(guò)它轉(zhuǎn)換被測(cè)部位的受力狀態(tài)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)。單臂電橋輸出電壓O1。應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 三、需用器

2、件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺(tái)上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、檢查應(yīng)變傳感器的安裝根據(jù)圖1-1應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模塊上，可用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量判別，各應(yīng)變片初始阻值R1= R2= R3= R4=350，加熱絲初始阻值為50左右。2、差動(dòng)放大器的調(diào)零首先將實(shí)驗(yàn)?zāi)K調(diào)節(jié)增益電位器Rw3順時(shí)針到底（即此時(shí)放大器增益最大。然后將差動(dòng)放大器的正、負(fù)輸入端相連并與地短接，輸出端與主控臺(tái)上的電壓表輸入端Vi相連。檢查無(wú)誤后從主控

3、臺(tái)上接入模塊電源±15V以及地線。合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)K上的調(diào)零電位器Rw4，使電壓表顯示為零（電壓表的切換開(kāi)關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源。（注意： Rw4的位置一旦確定，就不能改變，一直到做完實(shí)驗(yàn)為止）3、電橋調(diào)零+4V -4V 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 接主控箱 電源輸出 圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖 接數(shù)顯表 Vi 地 R1 加熱 適當(dāng)調(diào)小增益Rw3（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3-4圈，電位器最大可順時(shí)針旋轉(zhuǎn)5圈），將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R1（即模塊左上方的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)已連接好，其

4、中模塊上虛線電阻符號(hào)為示意符號(hào)，沒(méi)有實(shí)際的電阻存在），按圖1-2完成接線，接上橋路電源±4V（從主控箱引入），同時(shí)，將模塊左上方撥段開(kāi)關(guān)撥至左邊“直流”檔（直流檔和交流檔調(diào)零電阻阻值不同）。檢查接線無(wú)誤后，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。備注：1、如出現(xiàn)零漂現(xiàn)象，則是應(yīng)變片在供電電壓下，應(yīng)變片本身通過(guò)電流所形成的應(yīng)變片溫度效應(yīng)的影響，可觀察零漂數(shù)值的變化，若調(diào)零后數(shù)值穩(wěn)定下來(lái)，表示應(yīng)變片已處于工作狀態(tài)，時(shí)間大概510分鐘。2、如出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，電壓表讀數(shù)隨機(jī)跳變情況，可再次確認(rèn)各實(shí)驗(yàn)線的連接是否牢靠，且保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，盡量不接觸實(shí)驗(yàn)線，另外，由于應(yīng)變實(shí)

5、驗(yàn)增益比較大，實(shí)驗(yàn)線陳舊或老化后產(chǎn)生線間電容效應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生此現(xiàn)象。4、測(cè)量并記錄在電子秤上放置一只砝碼，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 單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mv）5、計(jì)算靈敏度和誤差 根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計(jì)算非線性誤差：f1=F S×100%，式中為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值，此處為500g或200g。五、思考題：?jiǎn)伪垭姌驎r(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)（

6、受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可。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：不同受力方向的兩片應(yīng)變片（實(shí)驗(yàn)?zāi)K上對(duì)應(yīng)變片的受力方向有標(biāo)識(shí)）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)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓Uo2=。三、需要器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺(tái)上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 保持金屬箔式應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)中的Rw3和Rw4的當(dāng)前位置不變。接主控箱電源輸出 接主控箱電源輸出 接數(shù)顯表Vi 地 圖2-1

7、 應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖 2、根據(jù)圖2-1接線。R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)K左上方的應(yīng)變片，此時(shí)要根據(jù)模塊上的標(biāo)識(shí)確認(rèn)R1和R2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，檢查連線無(wú)誤后，合上主控箱電源，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1進(jìn)行橋路調(diào)零。依次輕放標(biāo)準(zhǔn)砝碼，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表2-1，根據(jù)表2-1計(jì)算靈敏度S=，非線性誤差f2。表2-1 半橋測(cè)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：橋路（差動(dòng)電橋）測(cè)量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋海?）電橋測(cè)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

8、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(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)。二、基本原理：全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄芰Ψ较虿煌慕尤豚忂?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其變化值R1=R2=R3=R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo3=。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：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表（主控臺(tái)上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬(wàn)用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：圖3-1接線圖1、保持單臂、半橋?qū)嶒?yàn)中的Rw3和Rw4的當(dāng)前位置不變。2、根據(jù)圖3-1接線，

9、實(shí)驗(yàn)方法與半橋?qū)嶒?yàn)相同，全橋測(cè)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，將?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。表3-1全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mv）3、根據(jù)表3-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計(jì)算非線性誤差：f1=F S×100%，式中為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差，F(xiàn) S滿量程輸出平均值。實(shí)驗(yàn)十五 電容式傳感器的位移特性實(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：利用平板電容和其他結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇、A、d三個(gè)參數(shù)中，保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只

10、改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)谷物干燥度（變）、測(cè)微小位移（d變）和測(cè)量液位（A變）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)K、測(cè)微頭、數(shù)顯單元（主控臺(tái)電壓表）、直流穩(wěn)壓源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 按圖15-1安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。圖15-1電容傳感器安裝示意圖 電容傳感器 模塊 測(cè)量架 測(cè)微頭 接主控箱電源輸出 接主控箱數(shù)顯表 Vi 地 圖15-2 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 2、將電容傳感器專用連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K專用接口，接線圖如圖15-23、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出端Vo1與數(shù)顯表單元（主控臺(tái)電壓表）Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw

11、調(diào)節(jié)到中間位置。4、接入±15V電源，旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器動(dòng)極板位置，每隔0.5mm記下位移X與輸出電壓值（此時(shí)電壓檔位打在20v），填入表4-1。表15-1 電容傳感器位移與輸出電壓值X（mm）V（mv）5、根據(jù)表15-1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。畫出特性曲線 v=f(x)實(shí)驗(yàn)十七 直流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器的 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(shì)UH = KHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、霍爾傳感器、直流源±4V、±

12、15V、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將霍爾傳感器按圖17-1安裝?；魻杺鞲衅髋c實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連接按圖17-2進(jìn)行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。 主控箱 數(shù)顯表 3 1 2 4 圖17-2 霍爾傳感器位移直流激勵(lì)接線圖 1 2 3 4 連線插座編號(hào) 1、3為電源線 2、4為信號(hào)輸出Vi 2、開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。圖17-13、旋轉(zhuǎn)測(cè)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17-1。表17-1X（mm）V（mv）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

13、。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)三十三 熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y(cè)量溫度的性能與應(yīng)用范圍。二、基本原理：當(dāng)兩種不同的金屬組成回路，如兩個(gè)接點(diǎn)有溫度差，就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點(diǎn)稱工作端，將其置于被測(cè)溫度場(chǎng)，以相應(yīng)電路就可間接測(cè)得被測(cè)溫度值，溫度低的接點(diǎn)就稱冷端（也稱自由端），冷端可以是室溫值或經(jīng)補(bǔ)償后的0ºC、25ºC。三、需用器件與單元：熱電偶K型、E型、溫度測(cè)量控制儀、數(shù)顯單元（主控臺(tái)電壓表）、直流穩(wěn)壓電源±15V。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 在溫度控制儀上選擇控制方式為內(nèi)控方式，將K，E熱

14、電偶插到溫度測(cè)量控制儀的插孔中，K型的自由端接到溫度控制儀上標(biāo)有傳感器字樣的插孔中。2、 從主控箱上將±15V電壓，地接到溫度模塊上，并將R5，R6兩端短接同時(shí)接地，打開(kāi)主控箱電源開(kāi)關(guān)，將模塊上的Vo2與主控箱數(shù)顯表單元上的Vi相接。將Rw2旋至中間位置，調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示為零。設(shè)定溫度測(cè)量控制儀上的溫度儀表控制溫度T=40。3、 去掉R5，R6接地線及連線，將E型熱電偶的自由端與溫度模塊的放大器R5，R6相接，同時(shí)E型熱電偶的藍(lán)色接線端子接地。觀察溫控儀表的溫度值，當(dāng)溫度控制在40時(shí)，調(diào)節(jié)Rw2，對(duì)照分度表將Vo2輸出調(diào)至和分度表10倍數(shù)值相當(dāng)（分度表見(jiàn)后）。4、 調(diào)節(jié)溫度儀表

15、的溫度值T=50，等溫度穩(wěn)定后對(duì)照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，若電壓值超過(guò)分度表的10倍數(shù)值時(shí)，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使Vo2輸出與分度表10倍數(shù)值相當(dāng)。5、 重新將溫度設(shè)定值設(shè)為T=40，等溫度穩(wěn)定后對(duì)照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，此時(shí)Vo2輸出值是否與10倍分度表值相當(dāng)，再次調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使其與分度表10倍數(shù)值接近。6、 重復(fù)步驟4，5以確定放大倍數(shù)為10倍關(guān)系。記錄當(dāng)T=50時(shí)數(shù)顯表的電壓值。重新設(shè)定溫度值為40+nt,建議t=5,n=17，每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電壓值與溫度值，并記入表11-3中。表33-1 E型熱電偶電勢(shì)（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)(考慮到熱電偶的精度及處理電路的本身誤差，分

16、度表的對(duì)應(yīng)值可能有一定的偏差)T+n·tV（mv）表33-1 五、思考題：1、同樣實(shí)驗(yàn)方法，完成K型熱電偶電勢(shì)（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)2、通過(guò)溫度傳感器的三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)銓?duì)各類溫度傳感器的使用范圍有何認(rèn)識(shí)？3、能否用Pt100設(shè)計(jì)一個(gè)直接顯示攝氏溫度-50ºC-50ºC的數(shù)字式溫度計(jì)，并利用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 E型熱電偶分度表          E           

17、0;                參考端溫度：0                         整10度值01020304050607080900059111921801241930473683432949835646100631769967683837790789787105011122211949126812001341914161149091566116417171781794218710194812025630021033218142259723383241712496125754265492734528143400289432974430546313503215532960337673457435382361905003699937808394264023641045418534266243470442784508