自動化檢測實驗指導(dǎo)

實一

應(yīng)片臂半、橋性較一、實目的：二、基原理：

了解電阻應(yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成，一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感,此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化,再過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出.可用能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。三、需器件與單元

機(jī)頭中的應(yīng)變梁的應(yīng)變片、測微頭；顯示面板中的F/V表（電壓表步進(jìn)調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片、調(diào)理電路單元中的電橋、差動放大器；五、實步驟：

位數(shù)顯萬用表（自備1、在變梁自然狀態(tài)（不受力）的情況用4

位數(shù)顯萬用表Ω阻檔測量所有應(yīng)變片阻值；在應(yīng)變梁受力狀態(tài)（用手壓、提梁的自由端）的情況下，測應(yīng)變片阻值，觀察一下應(yīng)變片阻值變化情況(標(biāo)有下箭頭的片應(yīng)片縱向受力阻值有變化標(biāo)左右箭頭的2片變片橫向受力阻值無變化，是溫度補償片圖1—7所示。圖1—7觀察應(yīng)變片阻值變化情示意圖2、差放大器調(diào)零點：按下圖1-8示接線。將F／V表或電壓表）的量程切換開關(guān)切換到2V檔,合上主電開差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)一點(放大器的增益為最大一點的目:電位器觸點在根部估計會接觸1

不良)，調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零位器，使電壓表顯示電壓為零。差動放大器的零點調(diào)節(jié)完成，關(guān)閉主電源圖1-8差調(diào)零接線圖3、應(yīng)變片單臂電橋特性實驗：⑴將±2V～±10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源切換到4V檔將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片（標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片中任意一片為工作)與橋單元中R

1

23

組成電橋電路，電橋的一對角接4V直流電源，另一對角作為電橋的輸出接差動放大器的二輸入端將W電位r電直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋(W1電器二固定端接電橋的±4V電源端W

的活動端r電阻電橋的輸出),如圖1—9意接(粗細(xì)曲線為連接).圖1-9應(yīng)片單臂電橋特性實驗原理圖與接線示意圖⑵檢查接線無誤后合上主電源開當(dāng)機(jī)頭上應(yīng)變梁自由端的測微頭離開自由(梁處于自然狀態(tài)圖1—7機(jī)所示時節(jié)電橋的直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)W1電位器使壓表顯示為0或近0。⑶在測微頭吸合梁的自由端前調(diào)節(jié)測微頭的微分筒微頭的讀數(shù)為10mm左右測頭微分筒的刻度線與測微頭軸的1刻度線對準(zhǔn)松開測微頭支架軸套的緊固螺,2

調(diào)節(jié)測微頭支架高度使梁吸合后進(jìn)一步調(diào)節(jié)支架高度觀察電壓表顯示絕對值盡量為最小時固定測微頭支架高（緊固螺釘圖1機(jī)頭所示微調(diào)測微頭的微分筒使電壓表顯示值為0(梁受力處自然狀態(tài)時測微頭刻度線位置作為梁位移的相對0位位移點首確定某個方向位以后每調(diào)節(jié)測微頭的微分筒一周產(chǎn)生位根據(jù)表1位數(shù)據(jù)依次增加0并取相應(yīng)的電壓值填入表1;然反方向調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使電壓表顯示（時測微頭微分筒的刻度線不在原來的0位位移點位置上，是由于測微頭存在機(jī)械回程差，以電壓表的0V為標(biāo)準(zhǔn)作為0位移點并取固定的相對位移Δ消除了機(jī)械回程差),再根據(jù)表1位數(shù)據(jù)依次反方向增加0并取相應(yīng)的電壓值填入表1中＊：節(jié)微要細(xì)，分每一Δ；如節(jié)過再調(diào)則生回差表1應(yīng)片單臂電橋特性實驗:位移(mm)電壓(）

-8.0…—1.0-0.5+0+1.0……+8.0⑷根據(jù)表1數(shù)畫出實驗曲線并算靈敏度＝

ΔΔ

X（

Δ

V輸出電壓變化量Δ

X位移變化量和非線性誤差(用最小二乘法δ=m/yFS×100％式中Δm為出值多次測量時為平均值與擬合直線的最偏差：yFS滿量輸出平均值，此處為相對總位移量。實驗完畢，關(guān)閉電源。3

六、應(yīng)片全橋特性驗步驟除實驗接線按圖1示意接線片應(yīng)變片組成電橋電路外驗驟和實驗數(shù)據(jù)處理方法與單臂電橋特性實驗完全相同。實驗完畢，關(guān)閉電源。圖1-10應(yīng)變?nèi)珮蛱匦詫嶒炘瓐D與接線示意圖4

七、思題：1、

Δ

R轉(zhuǎn)換Δ

V輸出用什么方法答可利橋電路轉(zhuǎn)2、根據(jù)圖4機(jī)中應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)，梁的自由端往下施力時上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向（是拉還是壓答：梁的變的變向拉,梁則壓3還可以用什么方法消除測微的機(jī)械回程差？提示驗驟⑶中不設(shè)0位移點,直接從位移最大處單方向調(diào)節(jié)測微.4、應(yīng)變片組成全橋橋時應(yīng)注意么問題？5

11212122211121212221222112212222實二

差變器位實一、實目的：二、基原理：

了解差動變壓器測位移時的應(yīng)用方法差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原.動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖2-1所，一個一次繞組1和個二次繞組2、3一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二

次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化繞組間的互感隨被測位移改變而變化于二個二次繞組反向串接（同名端相接差動電輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當(dāng)差動變壓器工作在理想情況(略渦流損耗滯損耗和分布電容等影)的等效電路如圖2所。圖中U為一次繞組激勵電;M、M分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感L分為一次繞組的電感和有效電阻分別為兩個二次繞組的電感；R、R分為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時，圖2—1差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意

圖2—2差變壓器的等效電路圖兩個二次繞組互感相同而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同于個二次繞組反向串接,所以差動輸出電動勢為零當(dāng)銜鐵移向二次繞組L

,這時互感M

大，M

小因二次繞組L內(nèi)應(yīng)電動勢大于二次繞組L內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程,銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L一邊移動差動輸出電動勢仍不為但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。由圖2—2可看出一次繞組的流為：二次繞組的感應(yīng)動勢為：6

21222212222由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動勢為：其有效值為差動變壓器的輸出特性曲線如圖2—3示圖中E分為兩個二次繞組的輸出感應(yīng)電動勢，為動輸出電動線表示理想的輸性為點殘上的不對稱以余電動勢的點附此值能好壞的重要指標(biāo)為了減小法

勢，x表示鐵偏離中心位置的距離。其中E的出特性，而虛線部分表示實際的輸出特余電動勢，這是由于差動變壓器制作及鐵心位置等因素所造成的殘存在，使得傳感器的輸出特性在零近不靈敏,給測量帶來誤差，的大小是衡量差動變壓器性零點殘余電動勢可采取以下方圖2

差動變壓器輸出特性1、盡可能保證傳感器幾何尺寸線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。磁性材料要經(jīng)過處,消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn).2、選用合適的測量電路，如采相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。3、采用補償線路減小零點殘余動勢。圖12—4是其中典型的幾種減小零點殘余電動勢的補償電路在動變壓器的圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)W1時可使零點殘余電動勢減小。7

(a）(b)(c)圖2-4

減小零點殘余電動勢電路差動變壓器在應(yīng)用時要想法消除零點殘余電動勢和死,用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路既判別銜鐵移位移方又可改善輸出特性消除測量范圍內(nèi)的死區(qū).圖2是動變壓器測位移原理框.圖2—5差動變壓器測位移原理圖三、用器件與單：頭中的振動臺測微頭差動變壓器顯面板中的F／V（電壓表、頻振蕩器；調(diào)理電路面板傳感器輸出單元中的電感、調(diào)理電路面板中的電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波雙蹤示波器。四、實步驟:1、按圖2—6示意接線。8

eq\o\ac(△,)圖2差變壓器測位移組成、接線示意圖2、將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最幅度旋鈕逆時針輕轉(zhuǎn)到底壓表(F／V表的量程切換開關(guān)切到2V檔。查線無誤后合上主、副電源開關(guān)。調(diào)節(jié)音頻振蕩器（用示波器監(jiān)測率f=5KHz，幅值Vp3、調(diào)整差動放大器增益：差動大器增益旋鈕順時針緩慢轉(zhuǎn)到,再逆時針回轉(zhuǎn)1/2。4、調(diào)節(jié)測微頭到15mm處使動變壓器銜鐵明顯偏離位移中點位置后，調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器監(jiān))，如相鄰波形谷底不在同一水平線上，則調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零旋鈕使相鄰波形谷底在同一水平線上。再仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭，使相敏檢波器輸出波形幅值絕對值盡量為最?。ㄣ曡F處在初級線圈的中點位置.5、調(diào)節(jié)電橋單元中的W

、W

(二交替配合反復(fù)調(diào)節(jié)）使相檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0(以電壓表顯示為主）.7調(diào)節(jié)測微頭到20mm處并記錄壓表讀數(shù)作為位移始點后順時針方向調(diào)節(jié)測微頭每X=0.2mm從壓表上讀出出電壓V值20mm全行程范圍入表2。表2差動壓器測位移實驗數(shù)據(jù)X(mm）V（mV）8、根據(jù)表15的驗數(shù)據(jù)作出實驗曲線（自設(shè)十字坐)在曲線上截取線性較好的曲線段作為位移測量范（為傳感器的量程算靈敏度VX與性度實驗完畢關(guān)閉所有電源開關(guān).五、思題：1、此動變壓器的量程多大？9

2、差變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點殘余電壓和死區(qū)？答消了3、從驗曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎？實三

光位傳器位特實一、實目的：

了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。二基本理

光纖傳感器是利用光纖的特性研制而成的傳感光纖具有很多優(yōu)異的性,例如：抗電磁干擾和原子輻射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能，絕緣、無感應(yīng)的電氣性能，耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能,能夠在人達(dá)不到的地(如高溫區(qū)，者對人有害的地（核輻射區(qū)人耳目的作用且還能超越人的生理界,接收人的感官所感受不到的外界信息.光纖傳感器主要分為兩類：功能型光纖傳感器及非功能型光纖傳感(也稱為物性型和結(jié)構(gòu)型。能型光纖傳感器利用對外界信息具有敏感能力和檢測功能的光纖，構(gòu)成“傳”和“感”合為一體的傳感器。這里光纖不僅起傳光的作用，而且還起敏感作用。工作時利用10

檢測量去改變描述光束的一些基本參數(shù)，如光的強(qiáng)度、相位、偏振、頻率等，它們的改變反映了被測量的變化由于對光信的檢測通常使用光電二極管等光電元件以的那些參數(shù)的變化最終都要被光接收器收并被轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)度及相位的變化些化經(jīng)信號處理后，就可得到被測的物理量。應(yīng)用光纖傳感器的這種特性可以實現(xiàn)力、度等物理參數(shù)的測量。非功能型光纖傳感器主要是利用光纖對光的傳輸作,由其他敏感元件與光纖信息傳輸回路組成測試系統(tǒng)，光纖在此僅起傳輸作用。本實驗采用的是傳光型光纖位移傳感它由兩束光纖混合后，組成Y形纖，半園分布即雙分光端部與源相接發(fā)射光束束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，另一束光纖接收光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，如圖3—1所示發(fā)光接光（a)光纖測位移工作原理）Y光纖圖3Y形纖測位移工作原圖傳光型光纖傳感器位移量測是根據(jù)傳送光纖之光場與受訊光纖交叉地方視景做決定當(dāng)光纖探頭與被測物接觸或零間隙則全部傳輸光量直接被反射至傳輸光纖有提供光給接收端之光纖，輸出訊號便為“零頭與被測物之距離增加時，接收端之光纖接收之光量也越多,輸出訊號增大，當(dāng)探頭與被測物之距離增加到一定值時，接收端光纖全部被照明為,此時也被稱之“光峰值達(dá)到光峰值之后探與被測物之距離繼續(xù)增加時將成反射光擴(kuò)散或超過接收端接收視野。使得輸出之訊號與量測距離成反比例關(guān)系。如圖3-2曲線所示，一般都用線性范圍較好的前坡為測試區(qū).圖3-2光位移特性曲線三、器與單元：頭中的振動臺、被測(鐵圓片拋光反射面）、Y光纖探頭、光纖11

eq\o\ac(△eq\o\ac(△,隔)座（光電變)、測微頭顯面中的表；調(diào)理電路面板傳感器輸出單元中的光;調(diào)理電路單元中的差動放大器。四、實驗步驟：1、擰松光纖探頭支架安裝軸套的螺釘，小心緩慢地拔出支架安裝軸。觀察二根多模光纖組成的Y形移傳感器：將二根光纖尾部端包鐵端部）對住自然光照射，觀察探頭端面現(xiàn)象，當(dāng)其中一根光纖的尾部端面用不透光紙擋住時，探頭端面為半圓雙D形構(gòu)。2、按圖27-3示意安裝、接線：在振動臺上安裝被測體（鐵圓片拋光反射)，在振臺與測利頭吸合的情況下調(diào)節(jié)測微頭到10mm處。⑵安裝光纖：安裝光纖時，要用手抓捏兩根光纖尾部的包鐵部分輕輕插入光纖座中，絕對不能用手抓捏光纖的黑色包皮部分進(jìn)行插拔插時不要過分用力以免壞光纖座組件中光電管光纖探頭支架安裝軸插入軸套中光探頭支架纖頭自由貼住振動臺的被測體反射面時擰緊軸套的緊固螺.⑶再按圖3示接線。圖3光傳感器位移實驗安裝、接線示意圖3、檢查接線無誤后合上主、副源開關(guān)，將F／V的量程切換開關(guān)切換到2V檔。將差動放大器的增益電位器順時針方向緩慢轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)一點點差放大器的調(diào)零電位器使F表示為4、順時針調(diào)節(jié)測微,每X=0.1mm讀電壓表顯示值（取＞8mm行程的數(shù)據(jù)12

數(shù)據(jù)填入表3。XV(v）

10999.259.008888.007.757.5000。2910.7541.16811.8032.032。212。3322.46表3光纖移傳感器輸出電壓與移數(shù)據(jù)5根據(jù)表27中的據(jù)作出實驗線并找出線性區(qū)域較好的范前坡作為光纖位移傳感器的量程計算靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉主、副電.五數(shù)處:＝V/ΔX=0。984v/mm光傳器轉(zhuǎn)實一、實目的:

了解光電轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方.二、本原理：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（光電斷續(xù)器也稱光耦感器端部二內(nèi)側(cè)分別裝有發(fā)光管和光電管，發(fā)光管發(fā)出的光源透過轉(zhuǎn)盤上通孔后由光電管接收轉(zhuǎn)換成電信號于盤上有均勻間隔的6個轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速有關(guān)的脈沖數(shù)脈經(jīng)處理頻率表顯示ｆ可得到轉(zhuǎn)速ｎ=10f實原理框圖如圖3—4所。圖3光測轉(zhuǎn)速實驗原理框圖三、需器件與單元

機(jī)頭中的小電機(jī)、光電傳感器(裝在轉(zhuǎn)速盤)；顯示面板中的F/V表、電控制、±2V~±10V步可調(diào)直流穩(wěn)壓電源；調(diào)理電路面板傳感器輸出單元中的光電。四、實步驟：1、按圖3-5所示接線，將F／V表切換到頻率2KHz檔直流穩(wěn)壓電源調(diào)到10V檔13

圖3光電傳感器測轉(zhuǎn)速實驗接線示意圖2檢接線無誤后合上主副源開,調(diào)節(jié)電機(jī)控制旋,／V表就顯示相應(yīng)的頻率f，計算轉(zhuǎn)速為=10f。驗完畢，關(guān)閉主、副電源。五、數(shù)處理:測得（HZ)，n=10f=9800(r/min)14

實四

熱偶原及象驗一、實目的：二、基原理：

了解熱電偶測溫原理1821年德物理學(xué)家賽貝克T發(fā)現(xiàn)和證明了兩種不同材料的導(dǎo)體和B組的合回路兩個結(jié)點溫度不相同時路中將產(chǎn)生電動勢這種物理現(xiàn)象稱為熱電效(塞貝克效應(yīng))熱電偶測溫原理是利用熱電效應(yīng)。如—1示，熱電偶就是將A和B二不同金屬材料的一端焊接而.和B為熱電極，焊接的一端是接觸熱場的T端稱工作端或測量端，也稱熱端;未焊接的一端處在溫T稱自由端0或參考端，也稱冷端接線用來連接測量儀表的

圖4—1熱電偶兩根導(dǎo)線C是樣的材料，可以和B不同種材料）.T與的差愈大，熱電偶的輸出0電動勢愈大溫為0時，電的出動為0;因此,可以用測熱電動勢大小衡量溫度的大小國際上將電偶的A熱電極材料不同分成若干分度號并且有相應(yīng)的分度表即參考端溫度為0℃時的測量端溫與熱電動勢的對應(yīng)關(guān)系表以通過測量熱電偶輸出的熱電動勢值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。熱電偶一般用來測量較高的溫,應(yīng)用在冶金、化工和煉油行業(yè)，用于測量、控制較高的溫度。本實驗只是定性了解熱電偶的熱電勢現(xiàn)象儀所配的熱電偶是由銅—康銅組成的簡15

易熱電偶分度號為T.實驗儀有個熱電偶，它們封裝在懸臂雙平行梁上、下梁的上、下表面中，二個熱電偶串聯(lián)在一起，產(chǎn)生熱電勢為二者之和。三、需器件與單元機(jī)頭平行梁中的熱電偶、加熱器；顯示面板中的F/V表（或電壓表—15V電；調(diào)理電路面板中傳感器輸出單元中的熱電偶熱器調(diào)理電路單元中的差動放大器室溫溫度計（自備四、實步驟：1熱電偶無溫差時差動放大器調(diào)零電壓表量程切換到2V檔按示接線,檢查接線無誤后合上主源關(guān)動大器的增益電位器順時針方向緩慢轉(zhuǎn)到(增益為101倍時回轉(zhuǎn)一（電位器的可調(diào)觸點在極限端點位置接觸不良節(jié)差動放大器的調(diào)零旋鈕，使電壓表顯示0V左右，再將電壓表量程切換到200mV檔續(xù)調(diào)零，使電壓表顯示。記錄下自備溫度計所測的室溫tn圖4熱電偶無溫差時差動放器調(diào)零接線示意圖2、將—15V直電源接入加熱器的一加熱器的另一端接如圖4—3所.觀察電壓表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下電壓表顯示的電壓值V。此電壓值V為個銅－康銅熱電偶串聯(lián)經(jīng)放大100倍的熱電.16

圖4-3熱偶測溫實驗接線示意圖3、根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度間的關(guān)系式（t，to）=E(t,tn)+E（tn,to）算熱電勢。式中：——-——-熱電偶的熱端工作端或稱測溫端）溫度。tn——電偶的冷端(自端即熱電勢輸出端也就是室溫。to——---—0℃⑴、首先計算熱端溫度為t，端溫度為室溫時熱電:E（t，tn）=電壓表V÷（100×2）式中：100為差動放大器的放大,2為個電.⑵、其次查以下所附銅－康銅熱電偶分度表，得到熱端溫度為室溫（溫度計測得端溫度為0℃時的熱電勢E（tn，to):⑶最計算熱端溫度為t，冷溫度為0時的熱電勢（t，tn，to)，根據(jù)計算結(jié)果查度表得所測溫度（加熱器功率較小，升溫10℃右附：-銅電分表自由溫為0時t-mV對應(yīng)）分度號T（自由端溫度0℃）012346789工作端溫度℃—10

熱電動勢（mV—0?！??！??！?。-0459-0.4964215710.6086467200

-0.000

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