自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)一

1、.東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告課程名稱： 檢 測(cè) 技 術(shù) 第 1 次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 實(shí)驗(yàn)一、三、五、八、九 院 （系）： 自動(dòng)化 專 業(yè)： 自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 實(shí) 驗(yàn) 室： 實(shí)驗(yàn)組別： 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2013 年 11 月 16 日評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、基本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，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：RRK 式中：RR 為電阻絲電阻相對(duì)變化，K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)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(cè)部位受力狀

2、態(tài)的變化。電橋的作用是完成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Uo1= EK/4。二、實(shí)驗(yàn)器材及連線主機(jī)箱(4V、15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖 2-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖圖2-2 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒔泳€示意圖 圖 2-3 單臂電橋工作原理圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-3 工作原理圖、圖2-2 接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3 大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換

3、開關(guān)打到2V 檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時(shí)脫開的引線復(fù)原。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-1，畫出實(shí)驗(yàn)曲線。表2-1重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)15.230.545.961.577.092.4108.0132.8148.3163.9擬合方程為： 重量(g)2040608

4、0100120140160180200電壓(mv)15.230.545.961.577.092.4108.0132.8148.3163.9擬合電（mv）12.4929.1745.8562.5379.2195.89112.57129.25145.93162.61偏差（mv）2.711.330.05-1.03-2.21-3.49-4.573.552.371.295、根據(jù)表2-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U為輸出電壓變化量，W 為重量變化量）和非線性誤差。=m/yFS 100式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉

5、電源。由擬合直線知，系統(tǒng)靈敏度可以用擬合曲線的斜率表示，即：S=0.834=m/yFS 100=4.57/200=2.29%6、利用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量。四、思考題單臂電橋工作時(shí)，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。應(yīng)變片受拉，所以應(yīng)選正應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、基本原理全橋測(cè)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R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo3KE。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均得到改善。二、實(shí)驗(yàn)步驟1、

6、按圖接線示意圖安裝接線。2、差動(dòng)放大器調(diào)零將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時(shí)脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時(shí)針旋到底，再順時(shí)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(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-3，畫出實(shí)驗(yàn)曲線

7、。5、計(jì)算靈敏度SUW，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。6、利用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量。重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)5.112.518.223.829.435.140.545.752.057.7制作圖如下擬合方程為：重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)5.112.518.223.829.435.140.545.752.057.7擬合電（mv）6.2811.99817.7123.4329.1434.8640.5746.2952.0157.72偏差（mv）-1.180.510.490.370.260.24-0.07-0.

8、59-0.01-0.02由擬合直線知，系統(tǒng)靈敏度可以用擬合曲線的斜率表示，即：S=0.2858=m/yFS 100=1.18/200=0.59%五、思考題1、測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（如R1、R3 為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)，即R1R3，R2R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。不可以2、某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖，能否如何利用四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。能夠組成電橋。對(duì)于左邊一副圖，可以任意選取兩個(gè)電阻接入電橋的對(duì)邊；對(duì)于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)?。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻。3、金屬箔式應(yīng)變片單

9、臂、半橋、全橋性能比較基本原理如圖（a）、（b）、（c）。比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。靈敏度全橋最大，半橋次之，單臂最小；非線性度單臂最大，單橋次之，全橋最小4、金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響利用溫度補(bǔ)償片或采用全橋測(cè)量。實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、基本原理差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)被測(cè)體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化（一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少）。

10、將兩只次級(jí)反向串接（同名端連接），引出差動(dòng)電勢(shì)輸出。其輸出電勢(shì)反映出被測(cè)體的移動(dòng)量。二、實(shí)驗(yàn)步驟1、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn) 按圖接線。將差動(dòng)變壓器和測(cè)微頭安裝在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓闹Ъ茏希?L1 為初級(jí)線圈；L2、L3 為次級(jí)線圈；號(hào)為同名端。 差動(dòng)變壓器的原邊的激勵(lì)電壓從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為45KHz（可用主機(jī)箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測(cè)）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p2V（可用示波器監(jiān)測(cè)：X軸為0.2ms/div）。 松開測(cè)微頭的安裝緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使差動(dòng)變壓器的次級(jí)輸出（示波器第二通道）波形Vp-p為較小值（變壓器鐵芯大約處在中

11、間位置）。擰緊緊固螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使差動(dòng)變壓器的次級(jí)輸出波形Vp-p為最小值（零點(diǎn)殘余電壓），并定為位移的相對(duì)零點(diǎn)。這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，則另一個(gè)方向位移為負(fù)。 從零點(diǎn)（次級(jí)輸出波形Vp-p為最小值）開始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔0.2mm（可取1025 點(diǎn)）從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表3-1。一個(gè)方向結(jié)束后，再將測(cè)位頭退回到零點(diǎn)反方向做相同的位移實(shí)驗(yàn)。 從零點(diǎn)決定位移方向后，測(cè)微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測(cè)微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差。實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過量而回調(diào)，如過量則只好剔除這一點(diǎn)繼續(xù)做下一點(diǎn)

12、實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測(cè)微頭回到次級(jí)輸出波形Vp-p最小處時(shí)它的位移讀數(shù)有變化（沒有回到原來起始位置），這是正常的。做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量為定值，只要中途測(cè)微頭不回調(diào)就不會(huì)引起位移誤差。2、實(shí)驗(yàn)過程中注意差動(dòng)變壓器次級(jí)輸出的最小值即為差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。根據(jù)表畫出Vop-pX 曲線，作出位移為1mm、3mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源（起始點(diǎn)調(diào)整到3mm處，所以X=Xi-3）X(mm)1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8V(v)0.3600.3320.3050.2770.2490.2290.2010.17

13、30.1520.118X(mm)3.03.23.43.63.84.04.24.44.64.8V(v)0.100.1250.1530.1730.1940.2150.2350.2560.2840.312作圖如下：當(dāng)X=1mm 時(shí)，U-1=0.229V U+1=0.215V，U0=0.1V擬合知小于0時(shí)，擬合方程為： S1=0.1305, 最大擬合偏差。大于0時(shí)，擬合方程為： S1=0.1134，最大擬合偏差。所以靈敏度S=（S1+S2）/2=0.122 (V/mm);非線性誤差 五、思考題：1、用差動(dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)頻率的上限受什么影響？導(dǎo)線自身狀態(tài)會(huì)影響上限2、試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異

14、同？（1）同：利用電磁感應(yīng)原理工作。（2）異：差動(dòng)變壓器為開磁路，一、二次側(cè)間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變；一般變壓器為閉合磁路，一、二次側(cè)間的互感為常數(shù)。實(shí)驗(yàn)八 差動(dòng)變壓器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、基本原理由差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)基本原理可知，當(dāng)差動(dòng)變壓器的鐵芯連接桿與被測(cè)體連接時(shí)就能檢測(cè)到被測(cè)體的位移或振動(dòng)。二、實(shí)驗(yàn)步驟1、將差動(dòng)變壓器按圖卡在傳感器安裝支架的U 型槽上，并擰緊差動(dòng)變壓器的夾緊螺母；調(diào)整傳感器安裝支架，使差動(dòng)變壓器的鐵芯連桿與振動(dòng)臺(tái)中心點(diǎn)磁鋼吸合，并擰緊傳感器安裝支架壓緊螺帽；再調(diào)節(jié)升降桿使差動(dòng)變壓器鐵芯大約處于線圈的中心位置。2、按圖接線，并調(diào)整好有關(guān)部分，調(diào)整如下：（1）檢查接線無誤后

15、，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，用頻率表、示波器監(jiān)測(cè)音頻振蕩器LV 的頻率和幅值，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度旋鈕，使Lv輸出45KHz、Vp-p=2V的激勵(lì)電壓。（2）用示波器觀察相敏檢波器輸出（圖中低通濾波器輸出接的示波器改接到相敏檢波器輸出），調(diào)節(jié)升降桿（松開鎖緊螺釘轉(zhuǎn)動(dòng)升降桿的銅套）的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（3）仔細(xì)調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓腞W1和RW2（交替調(diào)節(jié)）使示波器（相敏檢波器輸出）顯示的波形幅值更小，基本為零點(diǎn)。（4）用手按住振動(dòng)平臺(tái)（讓傳感器產(chǎn)生一個(gè)大位移）仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為一個(gè)接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失變?yōu)橐粭l接近零點(diǎn)

16、線（否則再調(diào)節(jié)RW1和RW2）。（6）振動(dòng)源的低頻輸入接上主機(jī)箱的低頻振蕩器，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振蕩較為明顯。用示波器觀察相敏檢波器輸出及低通濾波器輸出波形。3、保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率，用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入下表。f(Hz)25811141720232628Vpp(V)0.1160.1440.1580.4180.1370.1230.1160.1160.1160.1034、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出梁的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率的近似值，并與實(shí)驗(yàn)四使用應(yīng)變片測(cè)出的結(jié)果相比較。振幅頻率特性曲線5、保持低頻振蕩器頻率不變，

17、改變振蕩幅度，同樣可得到振幅與電壓峰峰值Vp-p曲線（定性）。振蕩頻率不變（11Hz）振幅（V）0.7310.7650.8050.8660.9531.1071.2881.315Vp-p(V)0.0820.0890.1030.1160.1300.1440.3290.3566、注意事項(xiàng)：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。三、思考題1、如果用直流電壓表來讀數(shù)，需增加哪些測(cè)量單元，測(cè)量線路該如何設(shè)計(jì)？增加整流電路，把交流轉(zhuǎn)化為所需要的直流。2、利用差動(dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)，在應(yīng)用上有些什么限制？輸入只能是交流，而且交流頻率有上限。實(shí)驗(yàn)九 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、基

18、本原理利用電容CAd的關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路，可以選擇、A、d三個(gè)參數(shù)中保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，就可以組成測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測(cè)位移（d變）和測(cè)距離、液位（A變）等多種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖所示：由二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2 是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生X 位移時(shí)，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說明C 與位移X 成正比，配上配套測(cè)量電路就能測(cè)量位移。二、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希瑢?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鰋1 接主機(jī)箱電壓表的in。2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳3圈）。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向