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1、自动检测实验指导书实验一电阻应变片性能测试及应用一、实验目的：1 观察了解应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁变形的应变输出，比较各桥路间的输出关系。二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作
2、，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验设备：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、实验装置9000型（数显表、15V电源、4V电源）、万用表(自备)。四、实验步骤： （一） 金属箔式应变片单臂电桥性能实验1、观察应变片。根据图1,应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，加热丝阻值约为50左右。图1 应变式传感器安装示意图 2、实验模板放大电路调零，方法为:接入
3、模板电源15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图2接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显
4、表显示为零。图2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，记下实验结果填入表1。表1 单臂测量时，输出电压与负载重量的关系： 5、根据表1计算系统灵敏度S：S=V/W(V为输出电压平均变化量；W重量变化量)，计算非线性误差：f1=m/yFS100%，式中m为输出电压值(多次测量时为平均值)与拟合直线的最大电压偏差量：yFS为满量程时电压输出平均值。 （二）金属箔式应变片半桥性能实验1、保持实验（一）的各旋钮位置不变。 2、根据图1-3接线，R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必
5、须是传感器中两片受力方向相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片。接入桥路电源4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。注意保持增益不变。图3 应变式传感器半桥实验接线图 3、同实验（一）4步骤，将实验数据记入表2，计算灵敏度S=V/W，非线性误差f2。若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。表2 半桥测量时，输出电压与负载重量的关系（三）金属箔式应变片全桥性能实验1、保持实验（二）的各旋钮位置不变。2、根据图4接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增
6、益不变，逐一加上砝码。将实验结果填入表3；进行灵敏度和非线性误差计算。图4 应变式传感器全桥实验接线图表3 全桥测量时,输出电压与负载重量的关系根据实验（一）、（二）、（三）所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性误差，从理论上进行分析比较，阐述理由五、注意事项： 1实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 2接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。 3实验（一）、（二）、（三）中的放大器增益必须相同。六、思考题：1 简述电阻应变式压力传感器的工作原理2 单臂
7、电桥时，作为桥臂的电阻应变片应选用：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均可以。3 半桥侧量时两片不同受力状态的电阻应变片在接入电桥时，应放在：(1)对边？(2)邻边的位置？4 全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1= R3, R2= R4,而R1R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。 实验二 差动电容传感器的应用实验人员要先观察系统的对称性：将传感器的可动电极放到最左端和最右端，观察其输出电压。如果不对称，则调节调零螺母，使其对称，让传感器工作于最大线性范围。一、实验目的：1. 了解电容式传感器的结构。2. 了解电容式传感器的静态测量
8、原理与方法。3. 了解电容式传感器的动态测量原理与方法。（选做）二、基本原理：利用平板电容C=A/d的关系,在、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：变的湿度电容传感器。变d的电容式压力传感器。变A的电容式位移传感器。本实验采用第种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。另：利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量。三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板（移相/相敏检波/滤波模板、低通滤波模板）、测微头、双线示波器（
9、选用），测量控制仪9000型（数显单元、直流稳压电源）。 四、实验步骤： 1、静态测量（1） 按图1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。图1 电容式传感器安装示意图（2） 将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图2。图2 电容式传感器实验接线图（3） 将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。（4） 接入15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，
10、重复实验过程。表1电容式传感器位移与输出电压的关系（5） 根据表1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差f，分析误差来源。（6） 本实验采用的是差动变面积式电容传感器，根据下面提供的电容传感器尺寸，计算在移动0.5mm时的电容变化量(c)。传感器外圆筒半径R=8mm，内圆筒半径r=7.25mm，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度L=16mm。 2、动态测量(选做)（1） 按图3-5安装传感器，并按图4-1接线。实验模板输出端V01接低通滤波器输入端、低通滤波器输出端。接示波器一个通道（示波器轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使01输出在零点附近。
11、（2） 将低频信号接入振动源，振动频率选612Hz之间，幅度旋钮置最小。（3） 将15V电源接到实验模板上，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。（4） 保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，从示波器上读出传感器实验模板输出电压01峰峰值。（5） 作出幅频特性曲线，考虑一下这条曲线是传感器的特性还是振动梁的特性? 五、思考题：试设计一个利用的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？为了进一步提高电容传器的灵敏度，本实验用的传感器可作何改进？附温控仪表操作说明 1、通电前检查接线正确无误，感温元件与仪表分度号一致，仪表通电5秒
12、内显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗先输出代码,后显示PV窗量程上限、SV 量程下限,随后即进入工作状态,按SET键0.5秒SV显示窗闪烁,此时可改变设定值,再按SET键0.5秒确认,如需修改其它参数,必须按住SET键大于3秒,即进入B菜单,可按要求逐一修改内容(见操作流程表),修改完毕再按SET键0.5秒若干下, 退出B菜单,如15秒内无键按下(该窗内新设置的数据无效)自动进入新的工作状态。 2、在输入信号大于量程上限时,仪表显示 ,在输入信号小于量程下限时,仪表显示 。 3、当温度控制效果不够理想时,可以人工或自整定来改变PID参数。操作方法如下：人工修正：将仪表进入B菜单至窗，再用 键来
13、修正P值，再按SET键0.5S进入I窗，I、D、T的修正方法同上，然后再按SET键0.5S若干下返回正常工作状态，即开始新的PID参数。自整定修正：将仪表进入B菜ATU窗后选择(1)(选0时为不自整定)，选好按SET键确认后仪表即进入自整定状态，同时AT灯亮，待自整定完成AT灯闪时再按SET键2秒确认后即按新的自整定PID参数工作。用自整修正PID值时应注意当负载为多段串联加热方式(如挤出机械)，其中某段进入自整定过程时，应注意保持前拍二段的温度不变,否则会影响自整定效果。 4、PID参数的设置原则:P为比例带(加热侧),如过冲大可加大比例带。如希升温快可减小比例带。I为积分时间，如温度波动较
14、大则加长积分，反之则减小积分。一般来说系统滞后现象越严重，积分时间越长。D为微分时间，一般取积分时间的(1/51/4)。 5、PID控制与位式控制功能的切方法：若需把仪表切换成位式控制(常规仪表出厂设置均为PID控制)，正常工作状态仪表按住SET键3S以上进入B菜单后，再按SET键0.5S若干下至P窗,把P设为0后按SET键若干下至T窗，把T设为1即进入位式控制，其控温范围(切换差)可通过改变dP值来实现,位式控制时的dP值举例：SV100时，设dP=12.5,则实际输出控制范围为87.5112.5。若需返回至PID控制时,把P、dP值还原即可。PID控制适用于高精度控温场合,系统配置稳定合理
15、可达1个字精度；位式控制适用于控制某一段范围内的温度。 6、进入C菜单的设置方法：(C菜单因仪表功能不同而有所不同; 非专业人士及无特殊情况下请勿进入C菜单)。先进入B菜单的ATU窗后同时按住键0.5秒至PV窗显示L，可设置量程下限；再按SET键0.5秒，PV 窗显示H,可设置量程上限; 按SET 0.5秒，PV窗显示LP，LP=下冲限，常规值26；按SET 0.5秒，PV窗显示L1，在L1值内无开机及设定后默认值,常规610；按SET 0.5秒，PV窗显示HL，在SV窗选1或0，(选1时=AL1=上限报警，若选0时=AL2=下限报警）；按SET 0.5秒，PV窗显示A，在SV窗选1或0，选1时为绝对值报警(报警设定值=报警输出值)，选0时=偏差值报警(主控值报警设定值=报警输出值)；当测量值低于下限报警
