级工程测试与信号处理实验指导书Word文档下载推荐.docx

1、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、基本原理：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： RRK式中RR为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,=l/l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元件，通过它转换被测部位受力状态变化 、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压 Uo1= EK/4。三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器电子秤、砝码、数显表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤

2、：1、 根据图（11）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1R2R3R4350，加热丝阻值为50左右图11 应变式传感器安装示意图2、 接入模板电源15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一

3、旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源4V（从主控台引入）如图12所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节RW1，使数显表显示为零。图12应变式传感器单臂电桥实验接线图4、 在电子称上放置一只砝码，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（或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表11，关闭电源。重量（g）电压（mv）5、 根据表11计算系统灵敏度SU/W（U输出电压变化量，

4、W重量变化量）和非线性误差f1=m/yF.S100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满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。五、思考题： 单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2EK2。三、 需用器件与单元：同实验一。四、 实验步骤：1、 传感器安装同实验一。做实验（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零。2、 根据图13接

5、线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源4V，调节电桥调零电位器RW1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表12，计算灵敏度S2UW，非线性误差f2。若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。图13应变式传感器半桥实验接线图表12半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量电压五、 思考题：1、 半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。2、 桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因

6、为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。了解全桥测量电路的优点。全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压U03KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。三、需用器件和单元：同实验一2、 根据图14接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表13；进行灵敏度和非线性误差计算。14全桥性能实验接线图表13全桥输出电压与加负载重量值1、 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

7、否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。2、 某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。FR1R3R2R4图15应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图实验四 金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。实验五 电容式传感器的位移实验一、 实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、 基本原理：利用平板电容CAd和其它结

8、构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。1、 按图31安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。2、 将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图41）

9、。图41电容传感器位移实验接线图3、 将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。4、 接入15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表41。表41 电容传感器位移与输出电压值X（mm）V（mv）5、 根据表41数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验六 磁电式转速传感器测速实验一、 实验目的：了解磁电式测量转速的原理。基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势： 发生变化，因此

10、当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源224V。1、 磁电式转速传感器按图54安装传感器端面离转动盘面2mm左右。将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔。（磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）2、 将显示开关选择转速测量档。3、 将转速电源224V用引线引入到台面板上24V插孔，合上主控箱电开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？了解霍尔转速传感器的应用。利用霍尔效应表达式：UHKHIB，当被测圆盘上装

11、上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。霍尔转速传感器、直流源5V、转动源224V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。1、 根据图54，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内的磁钢。图71霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图2、 将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。3、 将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。4、 将转速调节中的2V24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。5、 将数显单元上的开关拨到转速档。6、 调节转速调节电压

12、使转动速度变化。观察数显表转速显示的变化。1、 利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？2、 本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？实验八 光电转速传感器的转速测量实验了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有相间的16个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。光电转速传感器、直流电源5V、转动源及224V直流源、数显单元。1、 光电转速传感器已安装在三源板上，把三源板上的5V、接地V0与主控箱上的5

13、V、地、数显表的Vin相连。数显表转换开关打到转速档。2、 将转速源224V输出旋到最小，接到转动源24V插孔上。3、 合上主控箱电源开关，使电机转动并从数显表上观察电机转速。思考题：已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。实验九 电涡流传感器位移实验了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。1、 根据图81安装电涡流传感器。图81电涡流传感器安装示意图图9

14、-1 电涡流传感器安装示意图图92电涡流传感器位移实验接线图2、 观察传感器结构，这是一个平绕线圈。3、 将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。4、 在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5、 将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6、 用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有15V的插孔中。7、 使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表81。表81电涡流传感器位移X与输出电压数据V（v）8、 根据

15、表81数据，画出VX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。1、 电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2、 用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。实验十 被测体材质对电涡流传感器特性影响了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。除与实验二十五相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。1、 传感器安装与实验二十五相同。2、 将原铁圆片换成铝和铜圆片。3、 重复实验二十五步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表82和表83。表82被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据表83被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据4、 根据表82和表83分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。5、 分别比较实验二十五和本实验所得结果进行小结。 当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？