传感器实验指导书.docx
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传感器实验指导书
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、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:
式中为电阻丝电阻的相对变化,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元件,通过它转换被测部位的受力状态变化,电桥的作用是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。
单臂电桥输出电压O1。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:
1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模块上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模块调节增益电位器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Vo2与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi相连,调节实验模块上调零电位器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。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。
在电子秤上放上托盘,检查接线无误后,合上主控箱电源开关。
调节Rw1,使数显表显示为零。
4、在电子秤上放置一只砝码,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一,关闭电源。
表一单臂电桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
5、根据表一计算系统灵敏度S,S=(输出电压变化量;重量变化量)计算线性误差:
f1=F•S×100%,式中为输出值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大偏差:
F•S满量程输出平均值,此处为200g。
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。
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。
二、基本原理:
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压Uo2=。
三、需要器件与单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
做实验
(一)2的步骤,实验模块差动放大器调零。
2、根据图2-1接线。
R1、R2为实验模块左上方的应变片,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,将实验数据记入表二,计算灵敏度S=,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。
表二半桥测量时,输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
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。
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、基本原理:
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,不同的接入邻边,当应变片初始阻值:
R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uo3=。
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。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
2、根据图3-1实验方法与实验二相同。
将实验结果填入表三;进行灵敏度和非线性误差计算。
表三全桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
五、思考题:
1、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)电阻值R相同时,即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:
(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?
实验四直流全桥的应用——电子秤实验
一、实验目的:
了解应变片直流全桥的应用及电路的标定。
二、基本原理:
电子秤实验原理为实验三全桥测量原理,通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值,电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、±15V电源、±4V电源。
四、实验步骤:
1、按实验一中2的步骤将差动放大器调零:
按图3-1全桥接线,合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器Rw1,使数显表显示0.00V。
2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上,调节电位器Rw3(增益即满量程调节),使数显表显示为0.200V(2V档测量)或-0.200V。
3、拿去托盘上的所有砝码,调节电位器Rw4(零位调节),使数显表显示为0.000V或-0.000V。
4、重复2、3步骤的标定过程,一直到精确为止,把电压量纲V改为重量量纲g,就可称重,成为一台原始的电子秤。
5、把砝码依次放在托盘上,填入下表四:
重量(g)
电压(mv)
6、根据上表计算误差与非线性误差。
实验二十四电涡流传感器位移特性实验
一、实验目的:
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理:
通以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。
三、需用器件与单元:
电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、实验步骤:
1、根据图8-1安装电涡流传感器。
2、观察传感器结构,这是一个扁平绕线圈。
3、将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中,作为振荡器的一个元件(传感器屏蔽层接地)。
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、将实验模块输出端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、用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模块上标有+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(参考测量间隔)读一个数,直到输出几乎不变为止。
将结果列入表8-1。
表8-1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X(mm)
V(v)
8、根据表8-1数据,画出V-X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、3mm、5mm时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。
五、思考题:
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,如何根据使用量程选用传感器?
实验二十五被测体材质对电涡流传感器的
特性影响实验
一、实验目的:
了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、基本原理:
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。
三、需用器件与单元:
除与实验二十四相同外,另加铜和铝的被测体小圆片。
四、实验步骤:
1、传感器安装与实验二十四相同。
2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。
3、重复实验二十四步骤,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8-2和表8-3。
表8-2被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据
X(mm)
V(v)
表8-3被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据
X(mm)
V(v)
4、根据表8-2和表8-3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、比较实验二十四和本实验所得的结果,并进行小结。
五、思考题:
当被测体为非金属材料时,如何利用电涡流传感器进行测试?
实验二十六被测体面积大小对电涡流传感器的
特性影响实验
一、实验目的:
了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。
二、基本原理:
电涡流传感器在实际应用中,由于被测体的形状、大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分,会减弱甚至不产生涡流效应,因此影响电涡流传感器的静态特性,所以在实际测量中,往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。
三、需用器件与单元:
直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模块、不同面积的铝被测体、数显单元。
四、实验步骤:
1、传感器安装见图8-1,与前面静态特性实验相同。
2、按照测静态特性实验要求连接好测量线路。
3、在测微头上分别用两种不同的被测铝(小圆片、小圆柱体)进行电涡流位移特性测定,分别记入表8-5。
表8-5不同尺寸时的被测体特性数据
X(mm)
被测体1
被测体2
4、根据表8-5数据计算目前范围内两种被测体:
被测体1、2的灵敏度,并说明理由。
五、思考题:
目前现有一个直径为10mm的电涡流传感器,需对一个轴直径为8mm的振动进行测量,试说明具体的测试方法与操作步骤。
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