宿遷學(xué)院傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一電阻應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜る娮钁?yīng)變式傳感器在位移測(cè)量中的應(yīng)用比較單臂電橋、雙臂電橋和雙差動(dòng)全橋式電阻應(yīng)變式傳感器的靈敏度比較半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器和金屬電阻應(yīng)變式傳感器的靈敏度通過實(shí)驗(yàn)熟悉和了解電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路的組成及工作原理二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單臂電橋、雙臂電橋和雙差動(dòng)全橋組成的位移測(cè)量電路，半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器位移測(cè)量電路。三．實(shí)驗(yàn)步驟1．調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針方向旋到底），“＋、－”輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對(duì)地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2．按圖（1）將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵(lì)電源為±4V。＋4VR＋4VRR2－4VR3R1WD＋－V圖（1）測(cè)微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。3．接線無誤后開啟儀器電源，預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋WD電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零起點(diǎn)，向上和向下移動(dòng)各6mm，測(cè)微頭每移動(dòng)1計(jì)算各種情況下測(cè)量電路的靈敏度S。S＝△U／△x表1金屬箔式電阻式應(yīng)變片單臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）1208554304-34-74-108-147-184-235平均靈敏度S（mV/mm）35.5表2金屬箔式電阻式應(yīng)變片雙臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）236180123590-53-108-163-222-282-339平均靈敏度S（mV/mm）57.5表3半導(dǎo)體應(yīng)變片雙臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）558040502610129010-980-2370-3770-5300-6810-8360平均靈敏度S（mV/mm）1394實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。二．實(shí)驗(yàn)原理：差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖（1）Lv5KHZLv5KHZ示波器第一通道第二通道R1LK1R3R2LoLoMaMb圖（1）1．變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次線圈及鐵芯組成，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)傳感器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)，由于初級(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，將兩只次級(jí)反向串接，就引出差動(dòng)輸出。其輸出電勢(shì)則反映出被測(cè)體的移動(dòng)量。2．由于差動(dòng)變壓器二只次級(jí)線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，初級(jí)線圈的縱向排列的不均勻性，二次級(jí)的不均勻、不一致，鐵芯B－H特性的非線性等，因此在鐵芯處于差動(dòng)線圈中間位置時(shí)其輸出電壓并不為零。稱其為零點(diǎn)殘余電壓。3．壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。(觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度結(jié)構(gòu))工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。 三、實(shí)驗(yàn)所需部件：差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、測(cè)微頭、示波器。移相器移相器Φ1Φ2－＋差放相敏低通電壓表音頻振蕩器WALVWDR四、實(shí)驗(yàn)步驟：1．按圖（2）接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv／格。2．音頻振蕩器輸出頻率5KHZ，輸出值VP-P為1.5V。3．用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端。4．旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)差動(dòng)變壓器銜鐵在線圈中移動(dòng)，從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓VP-P值，讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。5．仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭使次級(jí)線圈的輸出波形至不能再小，這就是零點(diǎn)殘余電壓。可以看出它與輸入電壓的相位差約為π／2，是基頻分量。表1相敏檢波器輸入/輸出關(guān)系測(cè)試條件相敏檢波器輸入為0時(shí)相敏檢波器輸入為180時(shí)輸出波形表2差動(dòng)變壓器位移測(cè)量系統(tǒng)的輸出特性位移x（mV）00.51.01.52.02.53.0輸出U0（mV）-1.16-1.44-1.73-2.03-2.32-2.61-2.90位移x（mV）0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0輸出U0（mV）-1.16-0.93-0.65-0.38-0.110.130.37實(shí)驗(yàn)三電渦流式傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性。2.通過實(shí)驗(yàn)說明不同的渦流感應(yīng)材料對(duì)電渦流傳感器特性的影響。3．通過實(shí)驗(yàn)掌握用電渦流傳感器測(cè)量振幅的原理和方法。4．了解電渦流傳感器在靜態(tài)測(cè)量中的應(yīng)用。5．了解電渦流傳感器的實(shí)際應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)電路圖及原理：圖(1)電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（渦流片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)所需部件：電渦流線圈、金屬渦流片、電渦流變換器、測(cè)微頭、示波器、電壓表、三種金屬渦流片。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1．按圖連線，差動(dòng)放大器調(diào)零，將電渦流傳感器對(duì)準(zhǔn)金屬圓盤。2．旋轉(zhuǎn)測(cè)微器旋鈕移動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，使電渦流傳感器與金屬片接觸，此時(shí)渦流變換器的輸出電壓為零，由此開始向上旋轉(zhuǎn)測(cè)微器旋鈕，每隔0.5mm用電壓表讀取變換器的輸出電壓，將數(shù)據(jù)填入表1。3．分別將銅片和鋁片代替鐵片，重復(fù)2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別填入表2和表3。4．將電渦流傳感器連支架移到金屬轉(zhuǎn)盤上方，調(diào)整到其端面距盤面0.5～1.0mm處，注意保持其端面與盤面的平行，不可碰擦。5．渦流變換器的輸出端與數(shù)字頻率表相連，開啟電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，則電機(jī)轉(zhuǎn)速可由下式得到：電機(jī)轉(zhuǎn)速＝頻率表顯示值/金屬轉(zhuǎn)盤等分值×2（本實(shí)驗(yàn)中等分值為4）五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析:表1電渦流傳感器對(duì)鐵片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-2.03-2.53-2.99-3.40-3.76-4.06-4.33-4.54-4.71-4.89-5.02-5.12表2電渦流傳感器對(duì)銅片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-3.14-3.30-3.85-4.28-4.56-4.80-5.00-5.12-5.21-5.31-5.40-5.45表3電渦流傳感器對(duì)鋁片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-3.78-4.19-4.51-4.75-4.95-5.11-5.20-5.30-5.39-5.45-5.48-5.53

實(shí)驗(yàn)四熱電式傳感器――熱電偶一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河^察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)，熟悉熱電偶的工作特性，學(xué)會(huì)查閱熱電偶分度表。二、實(shí)驗(yàn)原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，當(dāng)其熱端和冷端的溫度不同時(shí)，即產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)。通過測(cè)量此電動(dòng)勢(shì)即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或0℃三、實(shí)驗(yàn)所需部件：熱電偶、加熱器、差動(dòng)放大器、電壓表、溫度計(jì)（自備）四、實(shí)驗(yàn)步驟：1．打開電源，差動(dòng)放大器增益放100倍，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使差放輸出為零。2．差動(dòng)放大器雙端輸入接入熱電偶，打開加熱開關(guān)，迅速將差動(dòng)放大器輸出調(diào)零。3．隨加熱器溫度上升，觀察差動(dòng)放大器的輸出電壓的變化，待加熱溫度不再上升時(shí)（達(dá)到相對(duì)的熱穩(wěn)定狀態(tài)），記錄電壓表讀數(shù)。4．本儀器上熱電偶是由兩支銅－康銅熱電偶串接而成，（CSY10B型實(shí)驗(yàn)儀為一支K分度熱電偶），熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計(jì)算熱電勢(shì)時(shí)均應(yīng)考慮進(jìn)去。用溫度計(jì)讀出熱電偶參考端所處的室溫t1。E（t,to）=E（t,t1）+E（t1,to）實(shí)際電動(dòng)勢(shì)測(cè)量所得電勢(shì)溫度修止電動(dòng)勢(shì)式中E為熱電偶的電動(dòng)勢(shì)，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0℃，t1為熱電偶參考端所處的溫度。查閱銅－康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t5.CSY10B型實(shí)驗(yàn)儀的K分度熱電偶如插入數(shù)字式溫度表端口，則直接顯示℃溫度值。五、注意事項(xiàng)：因?yàn)閮x器中差動(dòng)放大器放大倍數(shù)≈100倍，所以用差動(dòng)放大器放大后的熱電勢(shì)并非十分精確，因此查表所得到的熱端溫度也為近似值。K分度熱電偶銅―康熱電偶分度 （自由端溫度0℃工作端溫度0123456789de/dt（vu）00.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.4921.5341.57641.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8301.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.2602.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8703.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.32544.5