检测技术实验报告

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1、实验一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。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：AR/R=K8式中：AR/R为电阻丝电阻相对变化， K为应变灵敏系数，8=L/L为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位 受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的 受力状态。单臂电桥输出电压Uo1= EKe/4o三、实验器材主机箱（4V、15V、电压表）、应变传感器实验模板、托盘、

2、砝码、万用表、导线等。引出线固定螺丝/加热丝 应变片应变片托盘限程螺丝弹性体固定垫圈图2-1应变式传感器安装示意图如图2-1，将托盘安装到应变传感器的托盘支点上，应变式传感器（电子秤传感器）已 安装在应变传感器实验模板上。传感器左下角应变片为R1，右下角为R2,右上角为R3,左 上角为R4。当传感器托盘支点受压时，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值减小。如图2-2,应变传感器实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片。没有文字标记的5个电 阻是空的，其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设的。传感器中4片应变片和 加热电阻已连接在实验模板左上方的R1、R2、R3、R4和加热器上。可用万用

3、表进行测量 判别，常态时应变片阻值为350Q，加热丝电阻值为50Q左右。四、实验步骤1、根据图2-3工作原理图、图2-2接线示意图安装接线。应变传感器实验模板图2-2应变传感器实验模板、接线示意图图2-3单臂电桥工作原理图2、放大器输出调零:将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，再用导线将两输入端 短接(Vi=0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针 旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验 模板放大器的调零电位器RW4,使电压表显示为零。3、电桥调零:拆去放大器输入端口的短接线，将暂时脱开的引线复原。调节实验模板

4、上的桥 路平衡电位器RW1，使电压表显示为零。4、应变片单臂电桥实验:在应变传感器的托盘上放置一只砝码，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 (或500 g)砝码加完。实验结果填入表2-1，画出实 验曲线。表2-1重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)51015202631364247525、根据表2-1计算系统灵敏度S=AU/AW （AU为输出电压变化量，W为重量变化量） 和非线性误差a。8 = Am/yFS X100%式中Am为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大 偏差；yFS为满量程输出平均值，此处为200g （或5

5、00g）。解：S=5/20=0.255f1=Am/yFS X 100%=2/200X 100%=1 %实验完毕，关闭电源。*6、利用虚拟仪器进行测量。五、思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压） 应变片（3）；正、负应变片均可以。答：应选用正应变片。实验二金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。 当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=EK8/2。三、实验器材主机箱（4V、15V、电压表）、应变传感器实验模

6、板、托盘、砝码、万用表、导线等。图2-4半桥工作原理图图2-5应变传感器实验模板、接线示意图四、实验步骤1、根据图2-4工作原理图、图2-5接线示意图安装接线。2、放大器输出调零：将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，用导线将两输入口 短接(Vi=0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋 转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板 放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。3、电桥调零：恢复实验模板上放大器的两输入口接线，调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零。4、应变片半桥实验：在应变

7、传感器的托盘上放置一只砝码，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 (或500 g)砝码加完。实验结果填入表2-2，画出实验 曲线。表2-2重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)112233445465768798109重量怎)5、计算灵敏度S=U/W,非线性误差5。S=U/W=11/20=0.555=（1/109）*100%=0.091%6、实验完毕，关闭电源。*7、利用虚拟仪器进行测量。五、思考题1、半桥测量时，两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。 答：邻边。2、半桥测量时，两片相同受力状态的

8、电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边；（2）邻边。 答： 对边。3、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性；（2） 应变片应变效应是非线性的；（3）调零值不是真正为零。答：电桥测量原理上存在非线性。实验三金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、基本原理全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻 边。当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值 R1 =A R2=A R3=A R4时，其桥路 输出电压Uo3 = KE8。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到 改善。三、实

9、验器材主机箱（4V、15V、电压表）、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。图2-6全桥工作原理图0*0 O O应变传感器实验模板主机箱电压表图2-7应变传感器实验模板、接线示意图四、实验步骤1、根据图2-6工作原理图、图2-7接线示意图安装接线。2、差动放大器调零：将实验模板上放大器的两输入端口引线暂时脱开，用导线将两输入口 短接(Vi=0)；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋 转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板 放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。3、电桥调零：恢复实验模板上放大器的两输入

10、口接线，调节实验模板上的桥路平衡电位器 RW1，使主机箱电压表显示为零。4、应变片全桥实验：在应变传感器的托盘上放置一只砝码，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 (或500 g)砝码加完。实验结果填入表2-3，画出实验 曲线。表2-3重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)21436485106126147168189210重量)v(压电5、计算灵敏度S=U/W，非线性误差5。实验完毕，关闭电源。S=U/W=21/20=1.055=1/209 X100%=0.48 %*6、利用虚拟仪器进行测量。五、思考题1、测量中，当两组对边（如

11、R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3, R2=R4，而R1 NR2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。答：不可以。2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图2-8,能否如何 利用四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。图2-8受拉力时应变式传感器圆周面展开图答：将这两组应变片分别按照两个不同的方向贴在棒材上面就可以了，然侯利用不同的两组 测量值就可以组成一个全桥电路，进而获得测量结果，无需再引入外界电阻。3、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较基本原理如图2-9 （a）、（b）、（c）。比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理

12、论分析，阐述原因， 得出相应的结论。注意：比较实验中，（a）、（b）、（c）放大电路的放大器增益必须相同。(a)单臂(c)全桥(b)半桥图2-9应变电桥 单臂 U = U - U = (AR + R )/(AR + R + R ) - R /(R + R )E01311112434=(AR /R + 1)/(AR /R + R /R +1)-(R /R )/(1+ R /R )E1111214343设 R = R = R = RAR / R 1123411U0 = (1/4)( AR / R)ES = (1/4) E 半桥 U0 = (1/2)(AR / R )E S = (1/2)E 全桥

13、U0 = (AR RE S = E实验五差动变压器的性能实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。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。当被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使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，另一只感应电势则 减少)。将两只次级反向串接(同名端连接)，引出差动电势输出。其输出电势反映出被测 体的移动量。三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。四、实验步骤1、测微头的组成

14、与使用测微头组成和读数如图3-1。微分筒微调钮图3-1测位头组成与读数测微头组成：测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是 整毫米刻线（1mm/格），另一排是半毫米刻线（0.5mm/格）；微分筒前部圆周表面上刻 有50等分的刻线（0.0 1mm/格）。用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方 向移动微小位移0 .0 1毫米，这也叫测微头的分度值。测微头读数方法：先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线 对准微分筒上的数值，可以估读1/10分度，如图3-1甲读数为3.6 7 8 mm，不是3 . 17 8mm ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零， 如图3-1乙已过零则读2.5 14 mm ；如图3-1丙未过零，则不应读为2 mm，读数应为 1.9 8 0 mm。测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转 动微分筒到1 0 mm处（为了保留测杆轴向前、后位移的余量），再将测微头轴套上的主尺 横线面向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套（测微头整体移动）使测杆与被测 体连接