傳感器試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)電氣

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試驗(yàn)一電容傳感器位移測(cè)量靜態(tài)特性校準(zhǔn)試驗(yàn)

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

把握電容式傳感器的工作原理和測(cè)量方法。熟悉位移傳感器靜態(tài)特性校準(zhǔn)方法

進(jìn)一步把握計(jì)算傳感器非線性度，遲滯誤差和重復(fù)性誤差的方法二、試驗(yàn)原理

電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動(dòng)平行變面積式。傳感器由兩組定片和一組動(dòng)片組成。當(dāng)安裝于振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對(duì)面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。如將上層定片與動(dòng)片形成的電容定為CX1，下層定片與動(dòng)片形成的電容定為CX2，當(dāng)將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動(dòng)臺(tái)的位移有關(guān)。三、試驗(yàn)所需部件

電容傳感器、電容變換器、差動(dòng)放大器、低通濾波器、低頻振蕩器、測(cè)微頭。

圖（1）

四、試驗(yàn)步驟

1．按圖（1）接線，電容變換器和差動(dòng)放大器的增益適度。

2．裝上測(cè)微頭，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)位移，使電容動(dòng)片位于兩靜片中，此時(shí)差動(dòng)放大器輸出應(yīng)為零。

3．以此為起點(diǎn)，向上和向下位移電容動(dòng)片，每次0.5mm，直至動(dòng)片與一組靜片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并作出V—X曲線，求得靈敏度。X(mm)V(v)0CX2CX1電容變換器低通差放電壓表

－＋4．低頻振蕩器輸出接“激振I〞端，移開(kāi)測(cè)微頭，適當(dāng)調(diào)理頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀測(cè)波形。五、本卷須知

1．電容動(dòng)片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時(shí)可稍做調(diào)整。位移和振動(dòng)時(shí)均應(yīng)避免擦片現(xiàn)象，否則會(huì)造成輸出信號(hào)突變。

2．假使差動(dòng)放大器輸出端用示波器觀測(cè)到波形中有雜波，請(qǐng)將電容變換器增益進(jìn)一步減小。

3.由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后，進(jìn)行反相采集時(shí)測(cè)微儀雖然回到起始位置，但系統(tǒng)輸出電壓可能并不回到零，此時(shí)可反向位移懸臂梁使輸出電壓過(guò)零后再回起始位置，待系統(tǒng)輸出為零后進(jìn)行反方向的采集。

試驗(yàn)二（1）箔式應(yīng)變片性能――應(yīng)變電橋

一、試驗(yàn)?zāi)康兀?/p>

1．觀測(cè)了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2．測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3．比較各橋路間的輸出關(guān)系。二、試驗(yàn)原理：

本試驗(yàn)說(shuō)明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作狀況。

應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要穩(wěn)固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨行變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。

電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為△R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，?R?變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有?R?＝R2＝R3＝R4＝R，?R?Δ；當(dāng)二個(gè)應(yīng)R2ΔR；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1R4ΔR。R由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、試驗(yàn)所需部件：

直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。四、試驗(yàn)步驟：

1．調(diào)零。開(kāi)啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針?lè)较蛐K究），“＋、－〞輸入端用試驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零〞電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉試驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。

-2-

2．按圖（2）將試驗(yàn)部件用試驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流鼓舞電源為±4V。

圖（2）

測(cè)微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)理使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。3．確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋WD電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。

4．以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零為起點(diǎn)，旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，測(cè)微頭每移動(dòng)0.5mm（每圈是0.5mm）記錄一個(gè)差動(dòng)放大器輸出電壓值，并列表。（或在雙孔懸臂梁稱重平臺(tái)上依次放上砝碼，進(jìn)行上述試驗(yàn)）。

位移（圈）＋4VRR2＋WD－4VR3R1－V-4-3-2-1012345電壓V根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S，S＝△V／△X，并在坐標(biāo)圖上做出V－X關(guān)系曲線。五、本卷須知：

1．試驗(yàn)前應(yīng)檢查試驗(yàn)接插線是否完好，連接電路時(shí)應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。

2．接插線插入插孔，以保證接觸良好，，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂。

3．穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路。

試驗(yàn)二（2）箔式應(yīng)變片三種橋路性能比較

一、試驗(yàn)原理：

說(shuō)明實(shí)際使用的應(yīng)變電橋的性能和原理。

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已知單臂、半橋和全橋電路的∑R分別為△R/R、2△R／R、4△R／R。根據(jù)戴維南定理可以得出測(cè)試電橋的輸出電壓近似等于1/42E2∑R，電橋靈敏度Ku＝V／△R／R，于是對(duì)應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)。二、試驗(yàn)所需部件

直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測(cè)微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。三、試驗(yàn)步驟：

1．在完成試驗(yàn)二（1）的基礎(chǔ)上，不變動(dòng)差動(dòng)放大器增益和調(diào)零電位器，依次將圖（1）中電橋固定電阻R1、R2、R3換成箔式應(yīng)變片，分別接成半橋和全橋測(cè)試系統(tǒng)。

2．重復(fù)試驗(yàn)二（1）中3－4步驟，測(cè)出半橋和全橋輸出電壓并列表，計(jì)算靈敏度。3．在同一坐標(biāo)上描出V－X曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié)論。四、本卷須知：

1．應(yīng)變片接入電橋時(shí)注意其受力方向，一定要接成差動(dòng)形式。

2．直流鼓舞電壓不能過(guò)大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。

3．由于進(jìn)行位移測(cè)量時(shí)測(cè)微頭要從零→正的最大值，又回復(fù)到零，再→負(fù)的最大值，因此簡(jiǎn)單造成零點(diǎn)偏移，因此計(jì)算靈敏度時(shí)可將正△X的靈敏度與負(fù)的△X的靈敏度分開(kāi)計(jì)算。再求平均值，以后試驗(yàn)中凡需過(guò)零的試驗(yàn)均可采用此種方法。

試驗(yàn)二（3）箔式應(yīng)變片的溫度效應(yīng)

一、試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

說(shuō)明溫度變化對(duì)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的影響。二、試驗(yàn)原理：

溫度變化引起應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲與測(cè)試中的膨脹系數(shù)不同。由此引起測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。三、試驗(yàn)所需部件：

直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、電壓表、測(cè)微頭、加熱器、溫度計(jì)（可用儀器中的P－N結(jié)溫度傳感器或熱電偶作測(cè)溫參考）。四、試驗(yàn)步驟：

1．按圖（2）接線，開(kāi)啟電源，調(diào)整系統(tǒng)輸出為零。

2．記錄加熱前測(cè)試系統(tǒng)感受的溫度，可用溫度計(jì)、熱電偶或集成溫度傳感器測(cè)得。3．開(kāi)啟“加熱〞電源，觀測(cè)測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓隨溫度升高而發(fā)生的變化。待電壓讀

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數(shù)基本穩(wěn)定后記錄下來(lái)電壓值及溫度升高值。（加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)燒壞應(yīng)變片，建議加熱時(shí)間不超過(guò)2分鐘）

4．求出溫度漂移值△V／△T。五、本卷須知：

由于本儀器中所使用的BHF箔式應(yīng)變片具有防自蠕變性能，因此溫度系數(shù)還是比較小的。

試驗(yàn)二（4）應(yīng)變電路的溫度補(bǔ)償

一、試驗(yàn)?zāi)康模?/p>

由于溫度變化引入了測(cè)量誤差，因此實(shí)用測(cè)試電路中必需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。二、試驗(yàn)原理：

用補(bǔ)償片法是應(yīng)變電橋溫度補(bǔ)償方法中的一種，如圖（3）所示。

在電橋中，R1為工作片，R2為補(bǔ)償片，R1＝R2。當(dāng)溫度變化時(shí)兩應(yīng)變片的電阻變化△R1與△R2符號(hào)一致，數(shù)量相等，橋路如原來(lái)是平衡的，則溫度變化后R1R4＝R2R3，電橋仍滿足平衡條件，無(wú)漂移電壓輸出，由于補(bǔ)償片所貼位置與工作片成90°，所以只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)變。

R1R2VRR43圖（3）

圖（4）

WD＋4VR′R－＋差放電壓表V－4VR