实验指导书单台.doc
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1、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、实验仪器应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、5V电源、万用表(自备)。三、实验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 (1-1)式中 为电阻丝电阻相对变化;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组件。如图1-1所示,将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧,弹性体受到压力发生形变,应变片随弹性体形变被拉伸,或被压缩。图1-1 双孔悬臂梁式称重传感
2、器结构图通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化,电桥的作用完毕电阻到电压的比例变化,如图1-2所示R5=R6=R7=R为固定电阻,与应变片一起构成一个单臂电桥,其输出电压 (1-2)为电桥电源电压;式1-2表白单臂电桥输出为非线性,非线性误差为L=。图1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与环节1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上,可用万用表测量判别,R1=R2=R3=R4=350。2差动放大器调零。从主控台接入15V、5V电源,检查无误后,合上主控台电源开关,将差动放大器的输入端Ui短接,输出端Uo2接数显电压表(选择2V档)。调节电位器Rw
3、3使电压表显示为0V。关闭主控台电源。3按图1-2连线,将应变式传感器的其中一个应变电阻(如R1)接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。4加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui,检查接线无误后,合上主控台电源开关,预热五分钟,先调节Rw1使电压表显示近似为零,再调节Rw4约中间位置。备注:在后面的测量过程中不能再改变Rw1、 Rw3。5在应变传感器托盘上放置一只砝码,读取数显表数值,依次增长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,填入下表。重量(g)电压(mV)6实验结束后,关闭实验台电源,整理好实验设备。五、实验报告1根据实验所得数据计算系统灵敏
4、度SU/W(U输出电压变化量,W重量变化量);2计算单臂电桥的非线性误差f1=m/yF.S 100。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为满量程(200g)输出平均值。六、注意事项实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器,量程为1kg,最大超程量为120。因此,加在传感器上的压力不应过大,以免导致应变传感器的损坏!实验二 差动变压器性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二、实验仪器差动变压器模块、测微头、差动变压器、信号源、15V直流电源、虚拟示波器。三、实验原理差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体,移动线圈中的铁芯
5、,由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化,一只次级感应电动势增长,另一只感应电动势则减小,将两只次级线圈反向串接(同名端连接)引出差动输出。输出的变化反映了被测物体的移动量。四、实验内容与环节图7-1 差动变压器与测微头安装图图7-2 差动变压器接线原理图1根据图7-1将差动变压器安装在差动变压器实验模块上。 2将传感器引线插头插入实验模块的插座中,按图7-2接线(1、2接音频信号,3、4为差动变压器输出),音频信号由“信号源音频端口”输出,从实验台上接入15V直流电源到实验模块上。保证无误后,启动实验台上电源,调节音频信号输出的频率和幅度(用频率/转速表和虚
6、拟示波器软件监视),使输出信号频率为4-5KHz,幅度为Vp-p=2V。3用虚拟示波器的AD1观测差动变压器的输出,旋动测微头,使虚拟示波器观测到的波形峰峰值Vp-p为最小值。这时可以左右移动测微头,假设其中一个方向为正位移,另一个方向为负位移,从Vp-p最小开始旋动测微头,每隔0.2mm从虚拟示波器上读出输出电压Vp-p值,填入下表71,再从Vp-p最小处反向位移做实验。在实验过程中,注意左、右位移时,初、次级波形的相位关系。五、实验报告1实验中差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表71画出Vop-pX曲线,作出量程为1mm、3mm灵敏度和非线性误差。表(7-1)差动
7、变压器位移X值与输出电压数据表。V(mV)X(mm)实验二(续) 差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的了解差动变压器零点残余电压补偿的方法。二、实验仪器差动变压器模块、测微头、差动变压器、信号源、15V直流电源、虚拟示波器。(同实验七)三、实验原理由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称,初级线圈的纵向排列不均匀性,次级线圈的不均匀、不一致性,铁芯的B-H特性非线性等,因此当铁芯处在差动线圈中间位置时其输出并不为零,称其为零点残余电压。四、实验内容与环节1 安装好差动变压器,运用示波器观测并调整信号源的音频输出为4kHz ,2V峰峰值;按图8-1接线。2 实验模块R1、C1、RW1、R
8、W2为电桥单元中调平衡网络。3 用示波器监测放大器输出;4 调整测微头,使放大器输出信号最小。5 依次调整RW1、RW2,使示波器显示的电压输出波形幅值降至最小。6 此时示波器显示即为零点残余电压的波形。7 记下差动变压器的零点残余电压值峰峰值(Vp-p)。(注:这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压V零点 p-pK,K为放大倍数)。8 可以看出,通过补偿后的残余电压的波形是一不规则波形,这说明波形中有高频成分存在。图8-1 差动变压器零点残余电压补偿接线原理图9 实验结束后,关闭实验台电源,整理好实验设备。五、实验报告分析通过补偿的零点残余电压波形。六、注意事项实验过程中加在差动变压器原边
9、的音频信号幅值不能过大,以免烧毁差动变压器传感器实验三 电涡流传感器的特性实验一、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、实验仪器电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、数显直流电压表。三、实验原理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。四、实验内容与环节1按图19-1安装电涡流传感器。图19-1传感器安装示意图2在测微头端部装上铁质金属圆盘,作为电涡流传感器的被测体。调节测微头,使铁质金属圆盘的平面贴到电涡流传感器的探测端,固定测微头。图19-2 电涡流传感器接线
10、示意图3传感器连接按图19-2,将电涡流传感器连接线接到模块上标有“”的两端,实验模块输出端Uo与直流电压表输入端Ui相接。直流电压表量程切换开关选择电压20V档,模块电源用2号导线从实验台上接入+15V电源。 4合上实验台上电源开关,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19-1。表19-1X(mm)UO(V)五、实验报告1根据表19-1数据,画出UX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,并计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度(可以用端点法或其它拟合直线)。实验三(续)被测体材质、面积大小对电涡流传感器特性的影响
11、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、实验仪器除实验十九所需仪器外,另加铜和铝的被测体圆盘。三、实验原理涡流效应与金属导体自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。在实际应用中,由于被测体的材料、形状和大小不同会导致被测体上涡流效应的不充足,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。四、实验内容与环节1安装图及接线图与实验十九相同。2反复实验十九的环节,将铁质金属圆盘分别换成铜质金属圆盘和铝质金属圆盘。将实验数据分别记入下面表20-1、20-2。表20-1 铜质被测体X(mm
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