西安交通大學檢測技術課內(nèi)實驗報告

1、西安交通大學現(xiàn)代檢測技術實驗報告實驗一金屬箔式應變片電子秤實驗實驗二霍爾傳感器轉速測量實驗實驗三光電傳感器轉速測量實驗實驗四E 型熱電偶測溫實驗實驗五E 型熱電偶冷端溫度補償實驗實驗一金屬箔式應變片電子秤實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，直流全橋工作原理和性能，了解電路的定標。二、實驗儀器：應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、± 4V 電源、萬用表（自備） 。三、實驗原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為R（1-1 ）kR式中R 為電阻絲電阻相對變化；Rk 為應變靈敏系數(shù)；l為

2、電阻絲長度相對變化。l金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感組件。如圖1-1 所示，將四個金屬箔應變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。圖 1-1 雙孔懸臂梁式稱重傳感器結構圖圖 1-2 全橋面板接線圖全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1 ，當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=ER（3-1 ）R式中 E 為電橋電源電壓。R 為電阻絲電阻相對變化；R式 3-1 表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。電子稱實驗原理同全橋測量原理，

3、 通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對應值，電壓量綱（ V）改為重量量綱（ g）即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內(nèi)容與步驟1應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4 上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350。2差動放大器調(diào)零。從主控臺接入±15V 電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關，將差動放大器的輸入端Ui 短接并與地短接，輸出端Uo2 接數(shù)顯電壓表（選擇2V 檔）。將電位器Rw3調(diào)到增益最大位置 （順時針轉到底） ，調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關閉主控臺電源。（ Rw3、Rw4的位置確定后不能改

4、動）3按圖 1-2 接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應變片分別接入電橋的鄰邊。4將 10 只砝碼置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器Rw3（滿量程時的增益） ，使數(shù)顯電壓表顯示為 0.200V （ 2V 檔測量）。5拿去托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V ，若不為零，再次將差動放大器調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零（調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V）。6重復4、 5 步驟，直到精確為止，把電壓量綱V 改為重量量綱Kg 即可以稱重。5將砝碼依次放到托盤上并讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g 砝碼加完，記下實驗結果，填入下表。6去除砝碼，托盤上加一個未知的重物（不要超過1Kg），記錄

5、電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求出重物的重量。7實驗結束后，關閉實驗臺電源，整理好實驗設備。五、實驗結果實驗結果記錄如下表：重量 (g)20406080100120140160180電壓 (mV)1938587593112129147165從上式可以看出重量與電壓呈線性關系U=0.91 （ g/mv） *W由所得數(shù)據(jù)繪出單臂電橋的傳感器特性曲線如下:（ 1）計算系統(tǒng)靈敏度：V= （ 38-19 ） +（ 58-38 ） +（ 165-147 ） /8=146/8=18.25mvW=20gS=V/W=0.91mV/g（ 2）計算非線性誤差：m = 5.5496 /9=0.6166mVyFS =16

6、5mVf =m / yFS × 100%=0.37%(3) 全橋測量中，當兩組對邊（ R1、 R3 為對邊）電阻值 R 相同時，即 R1 R3，R2 R4，而 R1R2 時，是否可以組成全橋？不可以，因為此時電橋輸出電壓不為零，不能進行預調(diào)平衡。實驗二霍爾傳感器轉速測量實驗一、實驗目的：了解霍爾組件的應用測量轉速。二、 實驗儀器：霍爾傳感器、可調(diào)直流電源、轉動源、頻率/轉速表。三、實驗原理；利用霍爾效應表達式：U H K H IB ，當被測圓盤上裝上N 只磁性體時，轉盤每轉一周磁場變化 N 次，每轉一周霍爾電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測出被測旋轉物的轉

7、速。四、實驗內(nèi)容與步驟1安裝根據(jù)圖 3-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對著轉盤上的磁鋼。圖 3-12將 +5V 電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端， “霍爾”輸出接到頻率 /轉速表（切換到測轉速位置） 。3打開實驗臺電源，選擇不同電源+4V 、+6V 、+8V 、+10V 、12V（± 6）、16V（± 8）、20V（± 10）、 24V 驅動轉動源，可以觀察到轉動源轉速的變化，待轉速穩(wěn)定后記錄相應驅動電壓下得到的轉速值。也可用示波器觀測霍爾元件輸出的脈沖波形。電壓 (V)+4V+6V+8V+10V12V15V20V24V轉速 (rpm)289

8、70210901469240934164038五、實驗報告1分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。2根據(jù)記錄的驅動電壓和轉速，作V-RPM 曲線。實驗三光電傳感器轉速測量實驗一、實驗目的：了解光電轉速傳感器測量轉速的原理及方法。二、實驗儀器：轉動源、光電傳感器、直流穩(wěn)壓電源、頻率 / 轉速表、示波器三、實驗原理：光電式轉速傳感器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池， 發(fā)光管發(fā)出的光源通過轉盤上的孔透射到光電管上，并轉換成電信號，由于轉盤上有等間距的 6 個透射孔， 轉動時將獲得與轉速及透射孔數(shù)有關的脈沖，將電脈計數(shù)處理即可得到轉速值。四、實驗內(nèi)容與步驟1光電傳感器已安裝

9、在轉動源上，如圖4-1 所示。 +5V 電源接到三源板“光電”輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉速表的“ f /n”。2打開實驗臺電源開關，用不同的電源驅動轉動源轉動，記錄不同驅動電壓對應的轉速，填入下表，同時可通過示波器觀察光電傳感器的輸出波形。圖 4-1驅動電壓 V(V)4v6v8v10v15v20v24v轉速 n(rpm)41585513041758267535494190五、實驗報告根據(jù)測的驅動電壓和轉速，作V-n 曲線。并與霍爾傳感器測得的曲線比較。實驗四E 型熱電偶測溫實驗一、實驗目的：了解 E 型熱電偶的特性與應用二、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、 PT100 、E 型熱電偶、溫度源、溫

10、度傳感器實驗模塊。三、實驗原理：熱電偶傳感器的工作原理：熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821 年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應，即兩種不同的導體或半導體A 或 B 組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T ，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，見圖50-1（a），即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。圖 5-1（ a）圖 5-1（ b）兩種不同導體或半導體的組合被稱為熱電偶。當回路斷開時， 在斷開處 a，b 之間便有一電動勢ET，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖 50-1（ b），并規(guī)定在冷端，當電流由A 流向 B 時，稱 A 為正極， B 為負極

11、。實驗表明，當ET 較小時，熱電勢 ET 與溫度差 （T-T0）成正比，即ET=SAB（T-T0）（ 1）SAB 為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于熱電極材料的相對特性。熱電偶的基本定律：（ 1）均質(zhì)導體定律由一種均質(zhì)導體組成的閉合回路，不論導體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。（ 2）中間導體定律用兩種金屬導體A ，B 組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導線接入儀表測量溫EAB（ T，T0），而這些導體材料和熱電偶導體AB中間導體的情況下，回路中的溫差電勢是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導體定律指出：在熱電偶回路中，只

12、要中間導體C 兩端溫度相同，那么接入中間導體C 對熱電偶回路總熱電勢EAB（ T，T0）沒有影響。（ 3）中間溫度定律如圖49-2 所示，熱電偶的兩個結點溫度為T1 ，T2 時，熱電勢為EAB（T1，T2）；兩結點溫度為 T2，T3 時，熱電勢為 EAB（T2，T3），那么當兩結點溫度為T1，T3 時的熱電勢則為EAB（T1，T2）+ E AB（T2，T3）=E AB（T1，T3）（2）式（ 2）就是中間溫度定律的表達式。譬如：T1=100， T2=40， T3=0 ，則EAB（100，40） +E AB（40，0）=E AB（ 100，0）（ 3）圖 5-2熱電偶的分度號熱電偶的分度號是其分

13、度表的代號（一般用大寫字母 S、R、B、 K、E、J、T、 N 表示）。它是在熱電偶的參考端為 0的條件下，以列表的形式表示熱電勢與測量端溫度的關系。四、實驗內(nèi)容與步驟1利用 Pt100 溫度控制調(diào)節(jié)儀將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入E 型熱電偶溫度傳感器。2將± 15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗模塊中。溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。圖5-34拿掉短路線，按圖5-3 接線，并將E 型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b

14、；記下模塊輸出Uo2的電壓值。5改變溫度源的溫度每隔 50 C 記下 Uo2 的輸出值。直到溫度升至 1200C。并將實驗結果填入下表：T（）5055606570758085Uo2（V ） 0.0780.0940.1140.1280.1510.1690.1890.207T（）9095100105110115120Uo2（V ） 0.2230.2430.2600.2760.2930.3120.326五、實驗報告1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)， 作出 UO 2-T 曲線，分析 E 型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。實驗結果： UO 2-T 曲線如下圖所示：由作圖可知， E 型熱電偶的溫度特性曲線呈線性關系

15、。非線性誤差 =標準特性曲線與擬合直線的最大偏差 /相對滿量程 *100% 經(jīng)計算，當 T=95 o C 時有最大偏差 0.0028.=0.0028/(0.326-0.078) × 100%=1.3%2根據(jù)中間溫度定律和E 型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數(shù)A 。結果：T=50Eab(T,0)=3.047mvUo2=0.078=78mv而 Tn=19 ( 室溫 ) Eab(Tn,0) =1.131mv又 Eab(T,0)=Eab(T,Tn) + Eab(Tn,0)所以A= Uo2/ Eab(T,Tn) = Uo2/ (Eab(T,0)-Eab(Tn,0)=78/(3.

16、047-1.131)=78/1.916=40.7由上述得，差動放大器的放大倍數(shù)A 為 40.7。附 1：溫度調(diào)節(jié)儀附2： E型熱電偶分度表（分度號：K，單位： mV）溫度熱電動勢（ mV）（）012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.

17、2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.7322.7952.8582.9212.984503.0473.1103.1733.2373.3003.3643.4283.4913.5553.619603.6833.7483.8123.8763.9414.0054.0704.1344.1994.264704.3294.3944.4594.5244.5904.6554.7204.7864.8524.917804.9835.0475.1155.1815.2475.3145.3805.4465.5135.579905.6465.7135.7805.8465.913

18、5.9816.0486.1156.1826.2501006.3176.3856.4526.5206.5886.6566.7246.7926.8606.9281106.9967.0647.1337.2017.2707.3397.4077.4767.5457.6141207.6837.7527.8217.8907.9608.0298.0998.1688.2388.3071308.3778.4478.5178.5878.6578.8278.8428.8678.9389.0081409.0789.1499.2209.2909.3619.4329.5039.5739.6149.7151509.7879.

19、8589.92910.00010.07210.14310.21510.28610.3584.429實驗五熱電偶冷端溫度補償實驗一、實驗目的：了解熱電偶冷端溫度補償?shù)脑砗头椒ǘ?、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、 PT100、E 型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗模塊三、實驗原理：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校罕?、恒溫槽法和電橋自動補償法（圖6-1），電橋自動補償法常用，它是在熱電偶和測溫儀表之間接入一個直流電橋，稱冷端溫度補償器，補償器電橋在0時達到平衡（亦有20平衡）。當熱電偶自由端溫度升高時( 0 )熱電偶回路電勢Uab 下降，由于補償器中， PN 呈負溫度系數(shù)，其正圖 6-1向壓降隨溫度升高而下降， 促使 Uab 上升，其值正好補償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢，達到補償目的。四、實驗內(nèi)容與步驟圖 6-21選擇智能調(diào)節(jié)儀的“輸入選擇”為“Pt100”，將溫度傳感器PT100 接入“ PT100 輸入”（同色的兩根接線端接蘭色，另一根接黑色插座），打開實驗臺總電源。并記下此時的實驗室溫度 T2。2將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入E 型熱電偶溫度傳感器。3將±