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1、机械工程测试技术实验指导书实验一、霍尔传感器的直流激励特性一、 实验目的加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制霍尔传感器静态特性特性曲线，掌握数据处理方法。二、 实验原理当保持元件的控制电流恒定时，元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片，当霍尔元件控制电流I不变时，Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数，则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K，K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系，霍尔电动势的极性，反映了霍尔元件位移的方
2、向。三、 实验步骤1. 有关旋钮初始位置：差动放大器增益打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置2V档。 2. .RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。3. 差动放大器调零，按图61接好线，装好测微头。4. 使霍尔片处于梯度磁场中间位置，调整RD使电压表指示为零。5. 上、下旋动测微头，以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm，从离开电压表指示为零向上5mm的位置开始向下移动，建议每0.5mm读一数，记下电压表指示并填入下表X(mm）V(v)X(mm)V(v)6. 用以上的位移和输出电压数据，绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。7. 将位移和输出电压数据分
3、成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度值。实验可见：本实验测出的实际是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。四、 思考题1. 为什么霍尔元件位于磁钢中间位置时，霍尔电动势为0。2. 在直流激励中当位移量较大时，差动放大器的输出波形如何？ 实验二、电容传感器的直流特性实验内容：加深对电容传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法，绘制电容传感器静态特性曲线，掌握数据处理方法。实验步骤1. 按图71差动放大器“+”、“”输入端对地短接，旋动放大器调零电位器，使低通滤波器输出为零。电容变换器增益，
4、处于最大位置（顺时针到头）。2. 差动放大器增益旋钮开到中间，V/F表打到2V档，调节测微头，使输出为零。3. 旋动测微头，改变振动台位置，每次0.5mm，记下此时测微器的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。X(mm)V(v)4. 退回测微器至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法记下X（mm)及V（v）值：X(mm)V(v)5. 用以上的位移和输出电压数据，绘出电容传感器静态特性的位移和输出电压VX特性曲线。6. 将位移和输出电压数据分成两组，用“点系中心法”对数据进行处理，并计算两点联线的斜率，即得到灵敏度值。思考题 1. 为什么要采用差动电容结构？ 2. 观
5、察差动电容传感器，试推导覆盖面积而变化的表达式。（设差动电容分别为C1、C2）实验三、金属箔式应变片单臂单桥的特性一. 实验原理金属箔式应变片是利用栅状金属片代替栅状金属丝。金属箔栅上丝系用光刻技术制造,线条均匀,尺寸准确,限值一致性好。箔片厚约110m,散热性好。把应变片用特制胶水粘固再弹性元件或需要测量变形的物体表面上。在外力的作用下,电阻丝随该物体一起变形,其电阻值发生相应变化。由此被测量转换为电阻变。.单臂单桥这里是直流电桥,四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4,其中R4为电阻应变片。电桥调对称平衡后R1=R2,R3=R4。这是通常所说的第一种对称电桥,电桥工作在第一种对称形式下可
6、获得最大的灵敏度。二. 实验步骤1. 将差动放大其调零(方法见前面介绍差动放大器).调好后调零电位器不动,差动放大器增益电位器适当减少。2. 观察梁上的应变片。3. 根据图3-1的电路结构,利用电桥单元的接线柱和调零网络,用导线连接好测量线路(差动放大器接成同相反均可) 4 上测微投,旋紧固定螺钉,转动测微头使双平行梁处于水平位置(目测)。5 将直流稳压电源开关打开4V档,预热数分钟,调整直流电桥平衡电位器RD,使电压表指示为零。6 旋动测微头,记下梁端位移与表头显示电压的数值,每1mm记下位移指示值和电压表显示数值.填入下表:位移mm电压V7.根据所得结果计算系统的灵敏S,并作出V-X关系曲
7、线。 SV/X8.若紧接着做下一个实验则不用拆接线.实验四、金属箔式应变片三种桥路性能比较一、实验原理：说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全桥电路的R分别为R/R、2RR、4RR。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4ER，电桥灵敏度KuVRR，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。三、实验步骤： 1在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。2重复上实
8、验的步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。3在同一坐标上描出VX曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。单臂桥数据位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V半桥数据位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V全桥数据位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V位移mm电压V四、注意事项： 1应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。2直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。3由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，再负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。1.2.3
