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1、1工 程 测 试 技 术实 验 报 告 册姓 名： 班 级： 学 号： 任课老师： 2实验一 应变片及电桥电路实验一、实验目的1.了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。2.比较单臂电桥、半桥与全桥的不同性能，了解其特点。二、基本原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R RK 式中 RR 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数,=l/l 为电阻丝长度相对变化。通过金属箔式应变片转换可被测部位受力状态变化，电桥的作用就是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反应了相应的受力状态。单臂电桥输出电压 ：UO1= EK
2、/4邻臂半桥输出电压 ：UO2= EK/2全桥输出电压：UO3= EK三、实验仪器应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、15V 电源、4V 电源、万用表。四、实验步骤1应变式传感器已装于应变传感器模板上。2接入模板电源15V，检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器 RW3 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零。3将应变式传感器的其中一个电阻应变片 R1 接入电桥作为一个桥臂与 R5、R 6、R 7 接成直流电桥，接好电桥调零电位器 RW1，接上桥路电源4V，如图 1-2 所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节 RW1，使数显表显示为零。图 12
3、应变式传感器单臂电桥实验接线图4在电子称上放置一只砝码（20g） ，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 200g 砝码加完。记下实验结果填入表 1-1，关闭电源。5. 根据表 1-1 计算系统灵敏度 S U/W（U 输出电压变化量，W 重量变化量）和非线性误差 f1=m/yF.S 100式中 m 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线3的最大偏差：y FS 满量程输出平均值，此处为 200g。6. 根据图 1-3 接线。接入桥路电源4V ，调节电桥调零电位器 RW1 进行桥路调零，实验步骤 3、4 同实验一中 4、5 的步骤，将实验数据记入表 1-2，计算灵敏度S2 U
4、W，非线性误差 f2。图 1-3 应变式传感器半桥实验接线图7. 根据图 1-4 接线，R 1、R 2、R 3、R 4 为实验模板上的应变片，接成全桥方式。接入桥路电源4V，调节电桥调零电位器 RW1 进行桥路调零，重复实验步骤 4、5，将实验数据记入表 1-3，并根据表 1-3 计算系统灵敏度 S 和线性误差 f3。1-4 全桥性能实验接线图五、数据处理1.单臂电桥实验表 1-1 单臂电桥测量时，输出电压与负载重量值4重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200电压（mv） 3 6 8 11 14 18 21 23 26 29系统灵敏度： WSu/g/m
5、v15.0 )10249810623401623( 由表 1-1 绘制传感器特性曲线：特性曲线051015202530350 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 W/gU/mv实际特性曲线参考直线由上图可知 m=2mv线性化误差： %1/1SFfym022.半桥实验表 1-2 半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200电压（ mv） 6 11 17 23 29 36 41 46 53 59系统灵敏度： WSu/g/mv298.0 )102958103674013(51 由表 1
6、-2 数据绘制传感器特性曲线如下图：5特性曲线0102030405060700 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 W/gU/mv实际特性曲线参考直线由上图可知 m=1.5mv线性化误差： %1/2SFfym75.0.3.全桥实验表 1-3 全桥输出电压与加负载重量值重量（g） 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200电压（mv） 11 23 38 52 66 81 95 108 122 138系统灵敏度： WSu/g/mv712.0 )102638105638402958(5 由表 1-3 绘制传感器特性曲线：特性曲线
7、0204060801001201401600 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 W/gU/mv实际特性曲线参考直线由上图可知 m=1mv线性化误差： %1/2SFfym6%5.012六、结论实验所得单臂、半桥和全桥的灵敏度基本满足理论关系：4 单=2 半=全（0.15，0.298，0.712）非线性度基本满足理论关系：单臂半桥全桥（1% ，0.75%，0.5% ）理论：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、R 2、R 3、R 4 中，电阻的相对变化率分别为 ，当使4321 RR、用一个应变片时， ；当二个应变片组成差
8、动状态工作，则有 ；R2用四个应变片组成二个差动对工作，且 。根据戴维,4321南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于 1/4 E R，电桥灵敏度，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为 1/4E、1/2E 和 E。RVKu/7实验二 差动变压器实验一、实验目的1了解差动变压器的工作原理和工作情况。2了解差动变压器零点残余电压补偿方法。二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电
9、势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接） ，就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、实验仪器音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器、差动放大器模板、移相器/相敏检波器/滤波模板、数显单元、低频振荡器、直流稳压电源。四、实验步骤1. 根据图 2-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。2. 模块上按图 2-2 接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的 Lv 端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为 4-5KHz 调节输出幅度为峰峰值。图 2-2 双踪示波器与差动变压器连结示意图3. 旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值 Vp-p 为最小（记住此时旋动测微
10、头的读数） ，这时可以旋转测微头使铁芯左右移动，并假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从 Vp-p 最小开始旋动测微头，每隔 0.2mm 从示波器上读出输出电压 Vp-p 值，填入表 3-1，再从 Vp-p 最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表 2-1 差动变压器位移 X 值与输出电压数据表X(mm) -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 - 0 + 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0V(mv) 104 80 64 41 24 4 Vp-p最小 4 24 40 64 80 1044. 实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为
11、差动变压器的零点残余电压大小。根据实验表 2-1 画出 Vp-p-X 曲线，计算量程为1mm 灵敏度和非线性误差。5. 按图 2-3 接线，音频信号源从 LV 插口输出，实验模板 R1 、C 1 、R W1 、R W2 为电桥单元中调平衡网络。6. 利用示波器调整音频振荡器输出为 2V 峰- 峰值。7. 调整测微头，使差动放大器输出电压最小。8. 依次调整 RW1、R W2，使输出电压降至最小。8图 2-3 零点残余电压补偿电路9. 将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。10. 从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰-峰值） 。 （注：这时的零点残余电压
12、经放大后的零点残余电压V 零点 p-pK，K 为放大倍数）五、数据处理表 2-1 差动变压器位移 X 值与输出电压数据表X(mm) -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 - 0 + 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0V(mv) 104 80 64 41 24 4 Vp-p最小 4 24 40 64 80 104量程为 1mv 时灵敏度： ）（ 4.0-12.-86.-311 XVSm/v0量程为-1mv 时灵敏度： )0-6.2.80-4.1-(31 VS-9.v/67由表 2-1 得：020406080100120-1.2-1 -0.8-0.6-0.4-0.20 0.20.4
13、0.60.8 1 1.2V-X理 想 特 性由图可知量程为 1mv 时 m=4mv线性化误差： %1SFfym9%410量程为-1mv 时 m=4mv线性化误差： 101-SFfym4测量的 V 零点 p-p=8mV零点残余电压=V 零点 p-p/KVm8.01六、结论差动变压器中，如果没有误差，在绝对调零跟峰峰值为零的情况下，电压与位移的值在正负两个方向应该是对称相等的，Vp-pX 曲线呈抛物线形状。10实验三 电涡流传感器一、实验目的1. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2. 了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应
14、产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。涡流效应与金属导体本身的电阻率与磁导率有关，因此不同材料就会有不同的性能。电涡流传感器在实际应用中，由于被测物体的形状、大小不同，会导致被测物体上的涡流效应不同。三、需用器件与单元电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片、铝圆片、铜圆片。四、实验步骤1. 根据图 3-1 安装电涡流传感器。2. 观察传感器结构。3. 按图 3-2 将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有 L 的两端插孔中，作为振荡器的一个元件（传感器屏蔽层接地） 。4. 在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5
15、. 将实验模板输出端 Vo 与数显单元输入端 Vi 相接。数显表量程切换开关选择电压20V 档。6. 用连结导线从主控台接入 15V 直流电源接到模板上标有15V 的插孔中。7. 使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔 0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表 3-1。图 3-2 电涡流传感器位移实验接线图8. 根据表 3-1 数据，画出 V-X 曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，计算量程为 1mm、3 mm 及 5mm 时的灵敏度和线性度。9. 将原铁圆片换成铝和铜圆片，重复上述实验，并将数据记入表 3-2 和表 3-3。10. 根据表 3-2 和表 3-3 计算量程为 1mm、3mm 及 5mm 时的灵敏度和线性度。11在测微头上分别用两种不同大小形状的铝材料（小圆盘和小圆柱体）进行上述实验，结果记入表 3-4 中。12根据表 3-4 计算两种不同形状被测体的灵敏度。11五、数据处理（1）电涡流传感器位移实验（铁片）表 3-1 电涡流传感器位移 X 与输出电压数据（铁片）X（mm） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4V(v
