中南大學(xué)機(jī)械工程技術(shù)測試技術(shù)試驗報告

1、機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)實驗報告姓名：*班級:*學(xué)號:*時間：2018-5-12實驗一金屬箔式應(yīng)變片一一全橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、實驗儀器應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、托盤、祛碼、數(shù)顯電壓表、15V、4V電源、萬用表三、實驗原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，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：AR/R=Ke,式中AR/R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，c=Al/l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)變敏感組件，如圖1-1所示，四個金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變

2、被拉伸，或被壓縮。圖1-1接主段福電汨著出圖1-2全橋面板接線圖通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，如圖1-2所示，全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=E（1-1）E為電橋電源電壓，R為固定電阻值，四、實驗內(nèi)容與步驟1 .應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K上，可參考圖1-1。2 .差動放大器調(diào)零。從主控臺接入土15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，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Rw4調(diào)到增益最大位置（

3、順時針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw3使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺電源。（Rw3Rw4的位置確定后不能改動）。3 .按圖3-1接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4,加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui,檢查接線無誤后,合上主控臺電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。5.在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只整碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加整碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g整碼加完，記下實驗結(jié)果，填入下表。重量(g)020406080100120140160180200電壓(mV)-0.213326439153367080794310791215

4、13516.實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設(shè)備五、實驗報告根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，計算靈敏度L=AU/AW和全橋的非線性誤差602.計算全橋的非線性誤差61）由擬合圖線求得的理論值及差值重量（g）電Vm理論電質(zhì)NM）020406080100120140160180200-C21332643915336708079431079121513511492519745(-61545I2S3曳69813009歷3576次55即35)軌.1510即1253813儂5554536365038159399529175143550465052851(1052)非線性誤差6=AVmax/(Vmax-Vmin)=9.

5、3995/1351.2=0.70%六、思考題全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1=R3,R2=R4,而R1wR2時，是否可以組成全橋？答：不可以。七、討論與分析總結(jié)通過本次實驗，我了解了用全橋電路測重的方便性，以及全橋電路的高靈敏性，相信通過本次實驗可以幫助我在以后的實驗以及學(xué)習(xí)中更好地運用全橋電路。實驗二、差動變壓器性能實驗二實驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦远嶒瀮x器差動變壓器模塊、測微頭、差動變壓器、信號源、土15V直流電源、示波三、實驗原理差動變壓器由一只初級線圈和兩只次級線圈及一個鐵芯組成。鐵芯連接被測物體，移動線圈中的鐵芯，由于初級線圈和次級線圈之

6、間的互感發(fā)生變化促使次級線圈的感應(yīng)電動勢發(fā)生變化，一只次級感應(yīng)電動勢增加，另一只感應(yīng)電動勢則減小，將兩只次級線圈反向用接（同名端連接）引出差動輸出。輸出的變化反映了被測物體的移動量。四、實驗內(nèi)容與步驟1.根據(jù)圖2-1將差動變壓器安裝在差動變壓器實驗?zāi)K上2a接信號源音頻輸出皿10口45kHwVp-p=0.5VLl圖2-2差動變壓器模塊接線圖2.接入15V直流穩(wěn)壓電源，將差動式傳感器專用引線插頭插入實驗?zāi)K的插座中，音頻信號由信號源的“Us1”處輸出，打開實驗臺電源，調(diào)節(jié)音頻信號的頻率和幅度（用示波器監(jiān)測），使輸出信號頻率為4-5kHz,幅度為Vp-p=0.5V,按圖12-2接線（1、2接音頻信

7、號，3、4為差動變壓器輸出，接放大器輸入端）。3.用示波器觀測Uo的輸出，旋動測微頭，使上位機(jī)觀測到的波形峰-峰值Vp-p為最小，這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，另一個方向位稱為負(fù)，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從上位機(jī)上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表，再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關(guān)系。V(mV)0.070.130.190.260.340.400.470.540.60X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.6V(mV)0.670.740.820.860.920.991.07X(mm)1.82.

8、02.22.42.62.83.0V(mV)0.070.120.190.280.360.440.510.580.63X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6V(mV)0.700.770.830.900.981.051.12X(mm)-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.04.實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設(shè)備五、實驗報告實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表121畫出Vp-p-X曲線，作出量程為土1mm3mm靈敏度和非線性誤差。1 .殘余電壓大小為0.07mV2 .Vp-p-X曲線：Vpp(mV)1

9、?-4-3-2-10二233 .量程為1mm3mm靈敏度和非線性誤差。1) 1mm寸擬合得到的圖線及對應(yīng)的數(shù)據(jù)表格時擬合圖線)X(mm)00.20.40.60.81Vpp(mV)0.070.130.190.260.340.4理論電壓(mV)0.06380.130940.198080.265220.332360.3995V(mV)0.00620.000940.008080.005220.007640.0005-1mm時擬合圖線X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1Vpp(mV)0.070.120.190.280.360.44理論電壓(mV)0.05330.12930.20530.281

10、30.35730.43332V(mV)0.01670.00930.01530.00130.00270.00672)1mm寸的靈敏度L、非線性誤差6分別為+1mm-1mm靈敏度mV/mm0.33570.38非線性誤差2.45%4.52%3)3mm寸擬合得到的圖線及對應(yīng)的數(shù)據(jù)表格+3mm時擬合圖線Xi(m)002040608112141618222242628VppV00701301902603404047054060670740820860920993107理論電(業(yè))壓7006690133562002202668303335404002046686)53352)6001806668407335

11、08001866829334810001410668VV)0003100035601022000688)006460000200031400648X)0018031600065001984)00682D1348D0101400032-3mm時擬合圖線Xmm)0VppV)007理論電壓00699(即)2V(rV)00001-02-04-06-08-1-12-14-16-18-2-22-24-26-28-30120190280360440510580630707708309098105112014021010280203503042040490505606063070700807709084109

12、1110981210513112140020020100002000970019600195001940000700008000090011001110001200013000144)3mnW的靈敏度L、非線性誤差6分別為+3mm-3mm靈敏度mV/mm0.33330.3505非線性誤差1.99%1.91%六、注意事項實驗過程中加在差動變壓器原邊的音頻信號幅值不能過大，以免燒毀差動變壓器傳感器。七、思考題在本實驗中，如果將兩只次級線圈正向申接會產(chǎn)生出差動輸出嗎？若有輸出。其變化反映了什么？答：正向用接不會產(chǎn)生差動輸出；此時有輸出，輸出反映了兩次級線圈兩端電動勢之和的大小。八、討論與分析總結(jié)在調(diào)

13、節(jié)測微頭時應(yīng)仔細(xì)緩慢單向的調(diào)節(jié)位移，并不要調(diào)節(jié)過量，避免回程差產(chǎn)生的誤差。采用補(bǔ)償線路可減小零點殘余電壓，使差動傳感器測量更準(zhǔn)確實驗三、電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康牧私怆娙輦鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點二、實驗儀器電容傳感器、電容傳感器模塊、測微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套三、實驗原理電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實質(zhì)上是具有一個可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理：(3-1)式中，S為極板面積，d為極板間距離，e0真空介電常數(shù)，er介質(zhì)相對介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測物理量使Sd或er發(fā)生變化時，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個參數(shù)不變而

14、僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖3-1兩只平板電容器共享一個下極板，當(dāng)下極板隨被測物體移動時，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個極板用導(dǎo)線引出，形成差動電容輸出。圖3-1電容傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖四、實驗內(nèi)容與步驟1.按圖3-2將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實驗?zāi)K插座中。圖3-2電容傳感器安裝示意圖2,將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。3 .接入土15V電源，合上主控臺電源開關(guān)，將

15、電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)RW使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（選擇2V檔）。（Rw確定后不能改動）4 .旋動測微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mV)4812161923262932五、實驗報告根據(jù)表中的數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差61.系統(tǒng)靈敏度S1）由Excel擬合得到圖線如下V(mV)2)由圖線得，靈敏度L=17.5mV/mm2,非線性誤差1)由擬合圖線求得的理論值及差值X(mm)0.20.40,60.81121.41,61.8V(mV)4812161923262932理論電壓(mV)4.77788.277811777815.277818777822277825777829,277832,7778iV(mV)0.77780.27780.22220.72220.22220.72220.22220.27780.77782)6=AV