傳感器與檢測技術(shù)第一次實驗報告

1、 傳感器與檢測技術(shù)實驗報告姓 名： 謝雨蒙 學(xué) 號： 22011209 專 業(yè)：儀器科學(xué)與工程學(xué)院 實 驗 室： 常州樓518 實驗時間： 2013年11月 同組人員： 梁佳琪 評定成績： 審閱教師： 實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、 實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。二、 基本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： 式中：為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成

2、電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓 。 三、 實驗器材 主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、 實驗步驟1. 根據(jù)接線示意圖安裝接線。2. 放大器輸出調(diào)零。將實驗?zāi)０迳系姆糯笃鲀奢斎攵丝谝€暫時脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接（）；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置（先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)K放大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3. 電橋調(diào)零。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，先粗調(diào)節(jié)Rw1，再細(xì)調(diào)RW4使數(shù)顯表顯示為零。4. 應(yīng)變片單臂電

3、橋?qū)嶒?。在傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值，記下實驗結(jié)果填入表五、 實驗數(shù)據(jù)記錄及分析測得數(shù)據(jù)如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）5111620263136414651實驗曲線如下所示：分析：由圖可以看出，輸出電壓與加載的重量基本成線性關(guān)系， 5. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為重量變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿量程輸出值，此處為51mv。 =51mv， =200g， 所以 =0.6909mv， =51mv， 所以 六、 思考題 單臂電

4、橋工作時，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)變片受拉，所以選（1）正應(yīng)變片。實驗二 金屬箔片應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點二、基本原理 不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋暑促靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓。三、實驗器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調(diào)零。具體做法如實驗一3.電橋調(diào)零。具體做法如實驗一4.應(yīng)變片半橋?qū)嶒灐＞唧w做法如實驗一五、實驗數(shù)據(jù)記錄及

5、分析 實驗結(jié)果如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）91929395060708191101實驗曲線如下所示： 分析：從圖中可見，輸出電壓與加載重量成線性。數(shù)據(jù)點與擬合直線相對單臂更為接近，即線性性更好。5. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為重量變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿量程輸出值，此處為101mv。 =101mv， =200g，所以 =0.4182mv， =101mv，所以 六、思考題1.半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：（

6、2）鄰邊。2.半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入點橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：（1）對邊。3.橋路測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的；（3）調(diào)零值不是真正為零。答：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點二、基本原理 全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1=R2=R3=R4、其變化值時，其橋路輸出電壓。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差都得到了

7、改善。三、實驗器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調(diào)零。3.電橋調(diào)零。4.應(yīng)變片全橋?qū)嶒炍?、實驗?shù)據(jù)記錄及分析數(shù)據(jù)記錄如下表所示：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）21416282102123143163184204實驗曲線如下所示： 分析：從圖中可見，數(shù)據(jù)點基本在擬合曲線上，線性性比半橋進(jìn)一步提高。根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為重量變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿量程輸出值，此處為204 mv。 =204m

8、v， =200g，所以 =0.3636mv， =204mv，所以 六、思考題1.測量中，當(dāng)兩組對邊電阻值R相同時，即R1=R3，R2=R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。2.某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，能否及如何利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。答：能夠利用它們組成電橋。對于左邊一副圖，可以任意選取兩個電阻接入電橋的對邊，則輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，如果已知泊松比則可知縱向應(yīng)變。對于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)?，則輸出為兩倍的縱向應(yīng)變。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻組成電橋。3.金屬箔式

9、應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。答：根據(jù)實驗結(jié)果可知： 靈敏度： 全橋半橋單臂 非線性度：單臂單橋全橋 理論上： 靈敏度： 單臂 ，半橋 ，全橋 。 非線性度：單臂，半橋 ，全橋 。 因為全橋能使相鄰兩臂的傳感器有相同的溫度特性，達(dá)到消除溫度誤差的效果。同時還能消除非線性誤差。結(jié)論：利用差動技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。4.金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響 電阻應(yīng)變片的溫度影響主要有兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù) 如何消除金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響？答：利用溫度補(bǔ)償片或采用全橋測量

10、。實驗五 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康?了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理 差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式。 當(dāng)被測物體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化。將兩只次級反向串接，引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三、實驗器材主機(jī)箱、差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1.按照接線圖連接線路。2.差動變壓器L1的激勵電壓從主機(jī)箱中的音頻振蕩器的Lv端引入，音頻振蕩器的頻率為

11、45KHz，輸出峰峰值為2V。3.松開測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使變壓器次級輸出的Vp-p較小。 然后擰緊螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使變壓器的次級輸出Vp-p為最小值（零點殘余電壓），定義為位移的相對零點。4.從零點開始旋動測微頭的微分筒，每隔0.2mm從示波器上讀出示波器的輸出電壓Vp-p，記入表格中。 一個方向結(jié)束后，退到零點反方向做相同的實驗。5.根據(jù)測得數(shù)據(jù)畫出Vop-p X曲線，做出位移為1mm、3mm時的靈敏度和非線性誤差。數(shù)據(jù)表格如下：X(mm)-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0V(mv)262.5232.5206.5174152128.596.578.547.530X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mv)48.578.597.5128.5152174205231.5262.5實驗曲線如下：分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關(guān)于x=0對稱的，在零點時存在一個零點誤差。X=1mm