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1、测试与传感技术实验指导书李江全 编石河子大学机电学院电气工程系二 0 一五年八月2前 言实验课是测试技术课程的重要教学环节之一。通过实验、观察、记录、分析、总结等工作，要求达到以下目的：1、验证课堂讲授的测试理论，加深和巩固课堂学到的理论知识，建立对传感器、测试仪器的感性知识。2、了解和掌握有关非电量电测的最基本的测试技术和有关的主要仪器的操作和调试。3、对测试的全过程进行初步实践，掌握测试系统的初步设计。为了保证实验课的顺利进行，按时完成实验内容，保证教学质量，要求学生做到以下几点：1、实验前认真学习、阅读实验指导书及教材中有关内容，对当次实验的目的、内容、所用仪器设备、实验步骤等做到心中有
2、数。对有关的理论，要进行复习，以防止盲目地参加实验。2、实验态度要认真，思想要集中，严格按照实验步骤进行实验。3、爱护仪器设备，节约实验材料，非经辅导老师准许不要动用与当次实验无关的仪器设备。如遇仪器损坏，必须及时向指导教师报告。4、遵守实验规则，进实验室不要大声喧哗，注意安全，严防触电、烙伤、碰伤。5、实验完毕，将仪器、电线、元件等整理好，放回原处方能离开实验室。6、必须按时完成实验报告。无正当理由拖延不交实验报告，按不及格计入平时成绩。实验指导书由兵团精品课程“测试技术”主持人李江全老师编写，恳请同学们提出宝贵意见。3目 录实验一 电阻应变传感器应用 1（静态载荷测量）实验二 电阻应变传感
3、器应用 2（动态载荷测量）实验三 电容传感器应用（位移测量）实验四 电感传感器应用（接近开关）实验五 热电传感器应用（温度测量与控制） 实验六 霍耳传感器应用（转速、计数测量）实验七 光电传感器应用（转速、计数测量）实验八 光纤传感器应用（位移测量）4实验一 电阻应变传感器应用 1（静态载荷测量）一、实验目的1认识电阻应变片的类型、组成与结构；2掌握单臂半桥、双臂半桥、四臂全桥的连接；3验证电阻应变片电桥加减特性；4了解静态电阻应变仪的使用。二、实验器件序号 名 称 数 量1 YJ-31 型静态电阻应变仪 12 YD-28A 型动态电阻应变仪 13 等强度悬臂梁式电阻应变传感器 14 标准砝码
4、（1Kg/个） 45 标准电阻(120*2) 16 起子 17 数字万用表 1主要仪器简介1等强度悬臂梁式电阻应变传感器的结构，见图 1-1。R13(2)(4)R补图 1-1 传感器 图 1-2 电桥电路52YJ-31 型静态电阻应变仪YJ-31 型静态电阻应变仪主要用于实验应力分析及静态强度研究中测量结构及材料任意点的应变，其主要特点是将应变仪与平衡箱二者合为一体。1）仪表各部分功能说明（1）灵敏度电位器：根据应变片灵敏系数不同，可调节该电位器使仪器灵敏系数与应变灵敏系数一致。如灵敏系数为 2 时，标定值为-10000。（2）调零电位器：当测量桥路处于不平衡状态时，调节该电位器使仪器显示为
5、0000或-0000 。（3）本机切换开关：在本机测量时开关置“本机”状态，当 10 点测量时开关置开关置切换状态。（4）10 点转换开关：当开关置“1”状态，表示第“1”点测量；当开关置“2”状态，表示第“2”测量。依次类推。可测量“10”点。当开关置“切换”状态可与外接预调平衡箱相连并测试。2）仪表操作说明（1）在半桥测量时将 D1、D、D2 接线柱用金属连接片连接起来并旋紧。（2）将标准电阻分别与主机 A、B、C 接线柱相连。仪表电桥电路见图 1-2。（3）接通电源开关。（4）按下“基零”键仪表显示“0000”或“-0000” （仪表内部已调好） 。（5）按下“测量”键，显示测量值，将测
6、量值调到“0000”或“-0000” 。（6）按下“标定”键，仪表显示-10000 附近值（内部已调好） 。（7）将“本机、切换”开关置“切换”状态。（8）进行多点测量时，将被测量应变片分别与对应通道的 A、B、C 接线柱相连，而主机的 A、B、C 接线柱上的标准电阻去掉。三、实验内容与操作步骤（一）认识电阻应变片电阻应变片由基底、敏感栅、盖片和引线等部分组成，见图 1-3 和图 1-4。图 1-3 金属丝式电阻应变片 图 1-4 箔式电阻应变片6观察等强度悬臂梁式电阻应变传感器上的电阻应变片及其粘贴、布置，用万用表测量电阻应变片的电阻值为：_。（二）单臂半桥测量1关闭应变仪电源。将 D1、
7、D、D2 接线柱用金属片短接；将托盘悬挂在悬梁臂上。2按图 1-5 接线。将应变片 R1 接到 1 通道的 A、B 端点，将应变片 R 补 接到 1 通道的 B、C 端点（ R1 是受力应变片，称为工作片；R 补 是不受力应变片，称为补偿片） 。3检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上） 。4调零：用起子调节 1 通道的调零按钮，使显示屏的指示值为零（可能由于干扰误差，调整时显示值不为零，应尽可能使其接近于零） 。5加载：将 1 个标准砝码轻轻的放到托盘上。6读数：待托盘稳定后读取显示屏的数值并记录到表 1-1 中。7继续往托盘上加砝码，每加一个，待托盘稳定后读取数值并记录到表 1 中，
8、累计加载 4 个砝码。8卸载：逐个从托盘上去掉砝码，每去一个，待托盘稳定后读取数值并记录到表 1-1 中，直到去完为止。表 1-1 单臂半桥测量数据0 1 2 3 4正行程（加载）反行程（卸载）9关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。载荷(Kg)应变值()图 1-5 单臂半桥接线图7（三）双臂半桥测量1按图 1-6 接线，将应变片 R1 接到 1 通道的 A、B 端点，将应变片 R2 接到 1 通道的 B、C 端点。2检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上） 。3按单臂半桥测量步骤 4步骤 8 进行操作，将实验数据记录到表 1-2 中。表 1-2 双臂异号半桥测量数据0 1 2 3 4正
9、行程（加载）反行程（卸载）4关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。5按图 1-7 接线，将应变片 R1 接到 1 通道的 A，B 端点，将应变片 R3 接到 1 通道的 B，C 端点。图 1-6 双臂异号半桥接线图载荷(Kg)应变值()图 1-7 双臂同号半桥接线图86检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上） 。7按单臂半桥测量步骤 4步骤 8 进行操作，将实验数据记录到表 1-3 中。表 1-3 双臂同号半桥测量数据0 1 2 3 4正行程（加载）反行程（卸载）8关掉应变仪电源，从电桥盒上去掉应变片。（四）四臂全桥测量1将 D1、D、D2 之间的金属片去掉。2按图 1-8 接线，将应变
10、片 R1 接到 1 通道的 A、B 端点，将应变片 R2 接到 1 通道的 B、C 端点，将应变片 R3 接到 C、D 端点，将应变片 R4 接到 D、A 端点。3检查无误后接通应变仪的电源（在仪器的后面板上） 。4按单臂半桥测量步骤 4步骤 8 进行操作，将实验数据记录到表 1-4 中。表 1-4 四臂全桥测量数据0 1 2 3 4正行程（加载）反行程（卸载）5关掉应变仪电源；从电桥盒上去掉应变片。图 1-8 四臂全桥接线图载荷(Kg)应变值()载荷(Kg)应变值()9四、实验思考题将实验数据填入表 1-5 中。表 1-5 实验数据记录表电桥类型 0 1 2 3 4正行程（加载）单臂半桥反行
11、程（卸载）正行程（加载）双臂异号半桥 反行程（卸载）正行程（加载）双臂同号半桥 反行程（卸载）正行程（加载）四臂全桥反行程（卸载）1接完每一种电桥，加载前为什么要调零？2根据表中所记录的测量数据画出单臂半桥、双臂异号半桥、四臂全桥输入-输出曲线（正行程，加载-卸载分别画） 。从各个曲线特点可得到哪些结论？3从实验测量数据分析电桥的输出特性，得到电桥加减特性结论。4实验测量数据与理论值存在差异，请问误差产生的原因是什么？输入（Kg）输出( )10实验二 电阻应变传感器应用 2（动态载荷测量）一、实验目的1掌握动态压力测量的方法及系统组成；2了解动态应变仪、数字存储示波器的使用方法。二、实验器件Y
12、D-28 型动态电阻应变仪、等强度悬臂梁式电阻应变传感器（图 2-1） 、DS5042M 数字存储示波器、计算机、PCI-1710 数据采集卡、测控实验箱ZCY型综合传感器实验仪。所需单元和部件：磁电式传感器、压电式传感器、电压放大器、差动放大器、V/F 表、低通滤波器、低频振荡器。三、实验内容与操作步骤1关闭应变仪电源，按图 2-2 将应变片接到应变仪的电桥盒上，组成四臂全桥。2按图 2-3 利用数字存储示波器构成动态力测量系统：将动态应变仪的电压输出接数字存储示波器的 1 通道。3按下“总调零”按钮调零。4给应变传感器加动态载荷，通过数字示波器观察动态力测量曲线并保存曲线。5按图 2-4
13、利用计算机构成动态力测量系统：将动态应变仪的电压输出接到计算机中的数据采集卡的 1 通道。 6按下“总调零”按钮调零。7给应变传感器加动态载荷，通过计算机观察动态力测量曲线并保存曲线。图 2-1 等强度悬臂梁式电阻应变传感器R1R3(2)(4)R补F11四、实验思考题如何从实验曲线判断某一瞬间力的大小？图 2-4 动态力测量系统 2电阻应变传感器 动态电阻应变仪电桥 计算机动 态 力 曲 线数据采集卡电阻应变传感器 动态电阻应变仪电桥 数字存储示波器动 态 力 曲 线图 2-3 动态力测量系统 1图 2-2 电桥电路12实验三 电容传感器应用（位移测量）一、实验目的1了解差动变面积式电容传感器
14、的结构和工作原理；2使用差动变面积式电容传感器进行位移测量。二、实验器件ZCY型综合传感器实验仪。所需单元和部件：电容变换器、差动放大器、低通滤波器、V/F 表、测微器。三、实验内容与操作步骤1观察差动变面积式电容传感器的结构，如图 3-1（a）所示。2ZCY型综合传感器实验仪旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，V/F 表置于 V 表 20V 档。3转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于（目测）水平位置，见示意图 3-1(a)，再向上转动 5mm，使梁的自由端往上位移（这时电容片的一组动片一般处于上组定片的中间） 。4根据图 3-1(b)的电路结构，将电容片的
15、动片和上下两组定片，与电容变换器、差动放大器、低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。5顺时针转动测微器，使梁的自由端往下产生位移，从而改变电容片的动片和定片的相对位置（改变覆盖面积） 。每转 1 圈（位移 0.5mm） ，记一个电压数值，填入下表。X(mm)V(mv)四、实验思考题根据所得数据作出 V-X 关系曲线。分析差动变面积式电容传感器位移测量特点。图 3-1 位移测量实验线路13实验四 电感传感器应用（接近开关）一、实验目的1了解电感传感器的结构和工作原理；2利用电感接近开关组成控制系统。二、实验器件计算机、电感接近开关、继电器（DC24V） 、红绿指示灯（DC24V） 、直流
16、稳压电源（DC24V） 、导线、起子等。三、实验内容与操作步骤（一）电感传感器的结构认识差动变压器传感器如图 4-1 所示，电涡流传感器如图 4-2 所示，电感接近开关如图 4-3 所示。图 4-1 差动变压器传感器结构图 图 4-2 电涡流传感器结构 图图 4-3 电感接近开关结构图14（二）电感接近开关控制系统1电感接近开关控制原理如图 4-4 所示。2接线：按图 4-5 所示，将电感接近开关、继电器、指示灯、直流电源等连成开关控制系统，以控制指示灯的亮和灭。 （继电器的 6 和 4 端点、5 和 3 端点组成 2 对常开开关，6 和 2 端点、5 和 1 端点组成 2 对常闭开关）3接好线检查无误后，接通电源开关，此时绿
