自动检测技术与传感器原理通电4学时实验指导书.docx

1、自动检测技术与传感器原理通电4学时实验指导书目录实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、5V电源、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为 （1-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧

2、，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。图1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片串联或并联组成电桥。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R6=R7=R8=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 （1-2）为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1悬臂梁上的各应变片已分别接到调理电路面板左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2按图1-2只接好“差动放大器”和“电压放大器”部

3、分，将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接数显电压表（选择2V档），开启直流电源开关。将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V。关闭直流开关电源。（两个增益调节的位置确定后不能改动）3按图1-2接好所有连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R6、R7、R8构成一个单臂直流电桥。电桥输出接到“差动放大器”的输入端，电压放大器的输出接数显电压表。预热五分钟。4加托盘后调节Rw2使电压表显示为零。5在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到

4、200g砝码加完，记录实验数据填入表1-1。表1-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1根据实验所得数据计算系统灵敏度SU/W（U输出电压变化量，W重量变化量）；2计算单臂电桥的非线性误差f1=m/yF.S 100。式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

5、二、实验仪器同实验一三、实验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 （2-1）式中 为电阻丝电阻相对变化；为应变灵敏系数；为电阻丝长度相对变化；为电桥电源电压。式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。图2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。2按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路”。“差动放大器”调零，参考实验一步骤2。3按图2-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。4加托盘后电桥调零，

6、参考实验一步骤4。5在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表2-1。表2-1重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据所得实验数据，计算灵敏度S=U/W和半桥的非线性误差f2。六、思考题引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器同实验一三、实

7、验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo= （3-1）式中为电桥电源电压。为电阻丝电阻相对变化；式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图3-1 全桥面板接线图四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4均为应变片，可参考图1-1。2差动放大器调零，参考实验一步骤2。3按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。4加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 5在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值

8、，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入下表。重量(g)电压(mV)6实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验数据，计算灵敏度S=U/W和全桥的非线性误差f3。六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥？七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验四直流全桥的应用电子称实验一、实验目的了解直流全桥的应用及电路的定标。二、实验仪器同实验一三、实验

9、原理电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出电压的放大倍数，使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。四、实验内容与步骤1按实验三的步骤1、2、3接好线并将“电压放大器”调零。2将10只砝码置于传感器的托盘上，调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量）。3拿掉托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将“电压放大器”调零和加托盘后电桥调零。4重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g即可以称重。5将砝码依次放到托盘上并读取相应的数

10、显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表。6拿掉砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过0.5Kg），记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。重量(g)电压(V)7实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验记录的数据，计算电子称的灵敏度S=U/W，非线性误差f4。六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大（称重传感器量程为0.5Kg），以免造成应变传感器的损坏！实验五 差压变送器调校实验指导书一、实验目的：1、了解差压变送器基本工作原理和结构；2、掌握差压变送器基本操作和调校方法。二、实验设备和仪器

11、：1、差压变送器 11512、精密压力表 YBT-2543、毫安表 C31-A4、稳压电源三、1151型差压变送器介绍1、1151型差压变送器简介1151压力变送器有两个气室高压气室和低压气室。被测介质的两种压力通入高、低两压力室，作用在元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔膜片和元件内的填充液传到预张紧的测量膜片两侧，测量膜片与两侧绝缘体上的电极各组成一个电容器。在无压力通入或两压力均等时测量膜片处于中间位置，两侧两电容器的电容量相等；当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容就不等。通过检测、放大、转换成4-20mA的二线制电流信号。差压变送器用途广泛

12、，可用于测量变送差压、液位、流量等工艺参数。2、变送器实验基本概念零点调整（调零点）：当变送参数的下限值（测量起点）为零时，使得变送器的输出为标准信号的下限值（4.00mA），这样的调整称零点调整，习惯上称调零点。在本实验中，调零点就是使得变送器的测量变送起点为0.000 MPa时变送器输出为4.00mA。零点迁移：当变送参数的下限值（测量起点）不为零时，使得变送器输出的标准信号为下限值（4.00mA），这样的调整称零点迁移。零点迁移就是使得变送器的测量起点不在0.000 MPa（例如0.100MPa）时，使得变送器输出为4.00mA。零点迁移有正迁移和负迁移之分，当测量变送起点由零变为某一正

13、值时为正迁移，当测量变送起点由零变为某一负值时为负迁移。 零点调整和零点迁移的目的，都是使变送器输出信号的下限值（即统一标准信号的下限值）与测量范围（变送范围）的下限值相对应。 上限调整（满度调整）：当变送参数为上限值（测量上限）时，使得变送器输出的标准信号为上限值（20.00mA），这样的调整称上限调整，有时也称为量程调整（不严格）。严格讲，量程与测量上限不是同一概念。 两线制与四线制：电源线与信号线共用的变送器称为两线制变送器，电源线与信号线分设的变送器称为四线制变送器。本实验使用的1151型差压变送器为两线制变送器。四、实验电路：1151差压变送器为两线制输出，变送器实验电路如图1所示。

14、 图1 两线制差压变送器实验接线图五、实验任务及步骤：1、按实验电路完成接线。2、调零给定差压0MPa，差压变送器输出（读电流表）应为4mA。若电流表读数不为4mA，则调整调零螺丝Z，使得差压变送器输出为4mA。3、调整量程通过加压球，增加差压至0.06MPa，差压变送器输出（读电流表）应为20mA。若电流表读数不为20mA，则调整量程螺丝R，使得差压变送器输出为20mA。4、重复实验步骤1、25、测量数据，计算基本误差设计绘制表格，记录数据。P(MPa)00.010.020.030.040.050.06理论电流输出AO实际电流输出AX绝对误差计算基本误差：得出结论：被测仪表在0-0.06MPa范围内符合（不符合）1.0精度等级要求。6、完成实验后，拆线，整理桌面。