大學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2013 - 2014 學(xué)年第 1 學(xué)期 院系名稱(chēng)：自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生姓名：專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：班 級(jí)： 實(shí)驗(yàn)一 金屬箔氏應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證單臂、半橋的性能及相互之間關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)步驟：1、檢查檢查所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、f/v表、測(cè)微頭、雙平衡梁、應(yīng)變片、主、副電源。2、檢查完畢后，調(diào)節(jié)有關(guān)旋鈕的初始值：直流穩(wěn)壓電源打到2v檔，f/v表打到2v檔，差動(dòng)放大器增益打到最大。3、將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線(xiàn)將差動(dòng)放大器的正（）、負(fù)（）、地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與f/v表的輸入插口vi 相連；開(kāi)啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差

2、動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使f/v表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。4、根據(jù)圖2-1接線(xiàn)r1、r2、r3為電橋單元的固定電阻。r4為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置4v檔，f/v表置20v檔。調(diào)節(jié)測(cè)微頭脫離雙平行梁，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的w1，使f/v表顯示為零，然后將f/v表置2v檔，再調(diào)電橋w1（慢慢地調(diào)），使f/v表顯示為零。圖2-15、調(diào)整測(cè)微頭使雙平行梁處于水平位置(目測(cè))，將直流穩(wěn)壓電源打到4v檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)整電橋平衡電位器w1，使表頭顯示零(需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來(lái))。6、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔0 .5mm讀一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源：7

3、、保持放大器增益不變，將r3固定電阻換為與r4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng) 變片，即取二片受力方向不同的應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置（目測(cè)），調(diào)節(jié)電橋w1使f/v表顯示表顯示為零，重復(fù)“6”過(guò)程同樣測(cè)得讀數(shù)，填入下表：8、在同一坐標(biāo)紙上描出x-v曲線(xiàn)，比較二種接法的靈敏度。注意事項(xiàng)：（1）在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。（2）在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過(guò)載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。（3）在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。（4）直流穩(wěn)壓電源4v不能打的過(guò)大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。（5）接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。3、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、 單臂電橋測(cè)得數(shù)

4、據(jù)：位移（mm）0.51.01.52.02.53.0電壓（mv）-0.20-0.010-0.0010.0060.0160.0242、 差動(dòng)半橋測(cè)得數(shù)據(jù)：位移（mm）0.51.01.52.02.53.0電壓（mv） 0.340.0170.0010.0120.0280.0433、 在同一坐標(biāo)紙上描出x-v曲線(xiàn)，比較二種接法的靈敏度： 圖中紅線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的直線(xiàn)是單臂電橋的情況，藍(lán)線(xiàn)是半橋的情況。通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)它們的斜率是兩倍的關(guān)系。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單臂時(shí)，ku=e/4；半橋時(shí)ku=e/2。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié):經(jīng)過(guò)此次的實(shí)驗(yàn)，我對(duì)電橋的工作原理有了更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。我們了解不同電橋的特性和實(shí)現(xiàn)方法，以及

5、了解單臂電橋特性、差動(dòng)半橋特性和差動(dòng)全橋特性和他們各自的工作原理和工作情況。得知單臂電橋的靈敏度最低，差動(dòng)半橋的靈敏度為單臂電橋的2倍。通過(guò)此次試驗(yàn)我們明白了理論要靠實(shí)際實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的道理。實(shí)驗(yàn)二 壓電傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘娛絺鞲衅鞯脑?、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。2、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備： 低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線(xiàn)、壓電傳感器、雙線(xiàn)示波器、激振線(xiàn)圈、磁電傳感器、f/v表、主、副電源、振動(dòng)平臺(tái)。3、 實(shí)驗(yàn)步驟： （1）觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖3-1的電路結(jié)構(gòu)，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙線(xiàn)示波器連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線(xiàn)路。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸

6、入端相連。圖3-1 （2）將低頻振蕩信號(hào)接入振動(dòng)臺(tái)的激振線(xiàn)圈。 （3）調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表：f(hz)51015202530v(p-p)0.3512.953.351.0851.321.132 （4）示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較觀察其波形相位差。 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：f(hz)51015202530v(p-p)0.3512.953.351.0851.321.132 五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：隨著頻率的增大電壓先增大后減小。壓電傳感器的工作原理是壓電效應(yīng)，即某些單晶體或者

7、多晶體陶瓷電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面上便產(chǎn)生符號(hào)相反的等量電荷，當(dāng)外力消失后，電荷也消失，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)三 熱電偶的原理及現(xiàn)象一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象二、所需單元及附件：15v不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、f/v表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)（自備）、主副電源三、旋鈕初始位置：f/v表切換開(kāi)關(guān)置2v檔，差動(dòng)放大器增益最大。四、實(shí)驗(yàn)步驟： （1）了解熱電偶原理：二種不同的金屬導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。

8、通常把兩種不同金屬的這種組合稱(chēng)為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書(shū)。 （2）解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，（參見(jiàn)附錄）實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為t。實(shí)驗(yàn)儀有二個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。 （3）按圖4-1接線(xiàn)、開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使fv表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。 圖4-1 （4）將15v直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察fv表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下fv表顯示的讀數(shù)e。 （5）用自備的

9、溫度計(jì)測(cè)出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來(lái)。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。 （6）根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：eab(t,to)=eab(t,tn)+eab(tn,to)其中：t -熱電偶的熱端（工作端或稱(chēng)測(cè)溫端）溫度； tn-熱電偶的冷端（自由端即熱電勢(shì)輸出端）溫度也就是室溫； to-0。 熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)。eab(t,tn)=(f/v顯示表e)/100*2(100為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2為二個(gè)熱電偶串聯(lián))。 熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅康銅的熱電勢(shì)：eab(tn,to):查以下所附的熱電偶自由端為0時(shí)的熱電勢(shì)

10、和溫度的關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測(cè)得）時(shí)熱電勢(shì)。 計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時(shí)的熱電勢(shì)，eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。 （7）熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢(shì)現(xiàn)象）。 （8）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器15v電源（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去15v電源連接線(xiàn)）其它旋鈕置原始位置。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）實(shí)驗(yàn)第三步測(cè)得室溫25 。（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)第四步記錄讀數(shù)為e=0.207v，由于差動(dòng)放大器的增益為100，且2個(gè)熱電偶串聯(lián)，所以處理數(shù)據(jù)后得熱電動(dòng)勢(shì)為：e=2.

11、027mv(3) 由計(jì)算得熱電動(dòng)勢(shì)與分度表對(duì)比得工作溫度為大概50。 六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：本次實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)觀測(cè)熱電動(dòng)勢(shì)大小，通過(guò)對(duì)比表格來(lái)測(cè)得溫度，與室溫相比有所上升，來(lái)驗(yàn)證熱電效應(yīng)，從而了解熱電偶原理及現(xiàn)象，該實(shí)驗(yàn)要細(xì)心操作，調(diào)試使盡量減小操作誤差，使實(shí)驗(yàn)更加完美，總體來(lái)說(shuō)本次實(shí)驗(yàn)基本完成。實(shí)驗(yàn)四 光纖位移傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的測(cè)速運(yùn)用。二、所需單元及部件： 電機(jī)控制、差動(dòng)放大器、小電機(jī)、f/v表、光纖位移傳感器、直流穩(wěn)壓電源、主、副電源、示波器。3、 實(shí)驗(yàn)步驟：（1）了解電機(jī)控制，小電機(jī)（小電機(jī)端面上貼有兩張反射紙）在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置，小電機(jī)在振動(dòng)臺(tái)的左邊。 （2）

12、按圖3-1接線(xiàn)，將差動(dòng)放大器的增益置最大，f/v表的切換開(kāi)關(guān)置2v，開(kāi)啟主、副電源。圖3-1（3）將光纖探頭移至電機(jī)上方對(duì)準(zhǔn)電機(jī)上的反光紙，調(diào)節(jié)光纖傳感器的高度，使f/v表顯示最大。再用手稍微轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，讓反光面避開(kāi)光纖探頭。調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零，使f/v表顯示接近零。 （4）將直流穩(wěn)壓電源置10v檔，在電機(jī)控制單元的v+處接入+10v電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 。 （5）f/v表置2k檔顯示頻率，用示波器觀察f。輸出端的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。(vp-p=4v)； （6）根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率及電機(jī)上反光片的數(shù)目換算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。 （7）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，拆除接線(xiàn)，把所有旋鈕復(fù)原。注：如示波器上觀察不到脈沖波形而實(shí)驗(yàn)(二)又正常，請(qǐng)調(diào)整探頭與電機(jī)間的距離，同時(shí)檢 查一下示波器的輸入衰減開(kāi)關(guān)位置是否合適（建議使用不帶衰減的探頭）。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）電機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)，測(cè)得脈沖信