CSY自动检测实验指导书振动.docx
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CSY自动检测实验指导书振动
目录
试验台介绍…………………………………………………………………
(2)
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验…………………………………(3)
实验二金属箔式应变片半桥性能实验………………………………………(5)
实验三金属箔式应变片全桥性能实验………………………………………(6)
扩展实验直流全桥的应用—电子秤实验………………………………………(7)
实验四直流激励时霍尔式位移传感器特性实验……………………………(8)
扩展实验霍尔式位移传感器的应用—电子秤实验……………………………(9)
实验五霍尔转速传感器测速实验……………………………………………(10)
实验六磁电式转速传感器测速实验……………………………………………(11)
实验七光纤传感器的位移特性实验……………………………………………(12)
实验八光纤传感器测量转速实验……………………………………………(13)
实验九光电转速传感器的转速测量实验………………………………………(13)
实验十压电式传感器振动测量实验……………………………………………(14)
实验十一气敏(酒精)传感器气体浓度测量实验…………………………………(15)
实验十二湿度传感器湿度测量实验…………………………………………………(15)
实验十三电容式传感器的位移实验…………………………………………………(16)
实验十四电容式传感器的动态特性实验……………………………………………(17)
试验台介绍
CSY2000型系列传感器与检测(控制)技术实验台由主控台、测控对象、传感器、实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等六部分组成。
1、主控台部分:
提供高稳定的±15V、+5V、±2V~±10V、+2V~+24V可调四种直流稳压电源,主控台面板上装有数显电压、频率、转速、压力表。
0.4KHz~10KHz可调音频信号源;1Hz~30Hz可调低频信号源;0~20kpa可调气压源;高精度温度控制仪表,电源故障报警指示,RS232计算机串行接口;浮球流量计。
2、测控对象有:
振动台1Hz~30Hz(可调);旋转源0~2400转/分(可调);温度源<200℃(可调)。
3、传感器:
1.电阻应变式传感器、2.扩散硅压力传感器、3.差动变压器、4.电容式传感器、5.霍尔式位移传感器、6.霍尔式转速传感器、7.磁电转速传感器、8.压电式传感器、9.电涡流位移传感器10.光纤位移传感器、11.光电转速传感器、12.集成温度传感器、13.K
型热电偶、14.E型热电偶、15.Pt100铂电阻、16.湿敏传感器、17气敏传感器。
4、实验模块部分:
应变式、压力、差动变压器、电容式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波、气敏、湿敏。
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验
一、实验目的:
了解金属箔式应变片的应变效应,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:
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值,K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,用它来转换被测部位的受力大小及状态,通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化,对单臂电桥而言,电桥输出电压,
=EKε/4。
(E为供桥电压)。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码(每只约20g)、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:
1、根据图(1-1),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=350Ω,加热丝阻值约为50Ω左右。
图1-1应变式传感器安装示意图
2、实验模板差动放大器调零,方法为:
①接入模板电源±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,②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),完毕后关闭主控箱电源。
3、参考图(1-2)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使数显表显示为零。
图1-2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(1-1)。
表1-1:
单臂测量时,输出电压与负载重量的关系:
重量(g)
电压(mV)
5、根据表(1-1)计算系统灵敏度S:
S=ΔV/ΔW(ΔV为输出电压平均变重量化量;ΔW重量变化量),计算非线性误差:
,式中Δm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:
为满量程时电压输出平均值。
五、思考题:
单臂电桥时,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。
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:
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压U02=EK/ε2,比单臂电桥灵敏度提高一倍。
三、需用器件与单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、保持实验
(一)的各旋钮位置不变。
2、根据图2-1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。
3、同实验一(4)步骤,将实验数据记入表2-1,计算灵敏度S=ΔV/ΔW,非线性误差δf2。
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。
时,输出电压与负载重量的关系
图2-1应变式传感器半桥实验接线图
表2-1,半桥测量时,输出电压与负载重量的关系
重量(g)
电压(mV)
五、思考题:
1、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?
2、桥路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误差?
(2)应变片应变效应是非线性的?
(3)零点偏移?
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,将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,应变片初始阻值是R1=R2=R3=R4,当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,桥路输出电压U03=KEε,比半桥灵敏度又提高了一倍,非线性误差进一步得到改善。
三、需用器件和单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、保持实验
(二)的各旋钮位置不变。
。
2、根据图3-1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,保持增益不变,逐一加上砝码。
将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。
图3-1应变式传感器全桥实验接线图
表3-1,全桥测量时,输出电压与负载重量的关系
重量(g)
电压(mV)
五、思考题:
1、全桥测量中,当两组对边(R1、R3)电阻值相同时,即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:
(1)可以,
(2)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,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
图3-2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
3、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。
(注意:
实验一、二、三中的放大器增益必须相同)。
扩展实验直流全桥的应用—电子秤实验
一、实验目的:
了解应变片直流全桥的应用及电路标定。
二、基本原理:
电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理,通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值,将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、±15V电源、±4V电源。
四、实验步骤:
1、按图3-1全桥接线,电压表置2V档,合上主控箱电源开关,调节电桥平衡电位器Rw1,并细调Rw4使数显表显示0.00V。
2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上,调节增益电位器Rw3(即满量程调整),使数显表显示为0.200V或-0.200V。
3、拿去所有砝码,再次调零。
4、重复2、3步骤的标定过程,一直到满量程显示0.200V,空载时显示0.000V为止,把电压量纲V改为重量量纲g,即成为一台原始的电子秤。
5、把砝码依次放在托盘上,将相应的电压表数值填入下表:
重量(g)
电压(mV)
6、根据上表计算非线性差值。
7、分析误差来源,比较一下这个实验结果与实验三结果有什么不同点?
8、在托盘上放上一未知重量的物体(<200g),根据电压表指示值,它有多重?
实验四直流激励时霍尔式位移传感器特性实验
一、实验目的:
了解霍尔式位移传感器原理与应用。
二、基本原理:
根据霍尔效应,霍尔电势UH=KHIB,保持KH、I不变,若霍尔元件在梯度磁场B中运动,且B是线性均匀变化的,则霍尔电势UH也将线性均匀变化,这样就可以进行位移测量。
三、需用器件与单元:
霍尔传感器实验模板、线性霍尔位移传感器、直流电±源±4V、15V、测微头、数显单元。
四、实验步骤:
1、将霍尔传感器按图4-1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图4-2进行。
①、③为电源±4V,②、④为输出,R1与④之间联线可暂时不接。
图4-1霍尔传感器安装示意图
2、开启电源,接入±15V电源,将测微头旋至10mm处,左右移动测微头使霍尔片处在磁钢中间位置,即数显表电压指示最小,拧紧测量架顶部的固定镙钉,接入R1与④之间的联线,调节RW2使数显电压表指示为零(数显表置2V档)。
图4-2霍尔位移传感器直流激励实验接线图
3、旋转测微头,每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数,并将读数填入表5-1,将测微头回到10mm处,反向旋转测微头,重复实验过程,填入表4-1。
表4-1:
霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系:
作出V-X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度S和非线性误差δ。
五、思考题:
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?
扩展实验霍尔式位移传感器的应用―电子秤实验
一、实验目的:
了解霍尔式传感器用于称重的原理。
二、基本原理:
当振动台加载时悬臂梁会产生一相应的位移量,通过霍尔式位移传感器测量位移可将重量转换成电压。
三、需用器件与单元:
霍尔传感器实验模板、振动台、直流电源、砝码、数显单元。
四、实验步骤:
1、传感器安装如下图,线路接法参照实验四图(4-2)。
2、在霍尔实验模板上加上直流电压±4V和±15V,电压表量程置2V档。
3、利用实验十六的结果(V-X曲线)当振动台无重物时,调节传感器高度活动杆在位移线性段的起点,调RW2使数显表指示为零,用手按压振动台,传感器活动杆不应有卡住现象,否则需重新调整传感器的安装位置。
、、4、在振动台面上分别加砝码:
20g、40g、60g、80g、100g,读出数显表指示的相应值,依下表。
重量(g)
电压(mV)
5、根据表5-2计算该称重系统的灵敏度S及非线性误差δ。
6、放上未知重物,读出数显表显示的电压值。
7、计算出未知重物大约为g。
8、注:
因传感器活动杆存在一定的摩擦力,同时振动梁又是一个简易弹性体,它的非线性形变较大。
所以该实验精度误差较大,只做为原理性演示。
五、思考题:
1、该电子称重系统所加重量受到什么限制?
2、试分析本称重系统的误差。
实验五霍尔转速传感器测速实验
一、实验目的:
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理:
根据霍尔效应表达式:
UH=KHIB,当KHI不变时,在转速圆盘上装上只磁性体,并在磁钢上方安装一霍尔元件。
圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次,霍尔电势也相应变化N次,此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。
三、需用器件与单元:
霍尔转速传感器、转动源。
四、实验步骤:
1、根据图5-1,将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上,探头对准转盘内的磁钢。
图5-1霍尔转速传感器安装示意图
2、将主控箱上的+5V直流电源加于霍尔转速传感器的电源输入端,红(+)、绿(⊥),不要接错。
3、将霍尔转速传感器输出端(黄线)插入数显单元fin端,转速/频率表置转速档。
4、将主控台上的+2V—+24V可调直流电源接入转动电机的+2V—+24V输入插口(2000型)。
调节电机转速电位器使转速变化,观察数显表指示的变化。
五、思考题:
1、利用霍尔元件测转速,在测量上是否有限制?
2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否只用一只磁钢?
实验六磁电式转速传感器测速实验
一、实验目的:
了解磁电式传感器测量转速的原理。
二、基本原理:
基于磁电感应原理,当一个n匝的线圈在穿过线圈的磁通量发生变化时,线圈中的感应电势,因此当转盘上嵌入Ⅳ个磁钢,并在磁钢上方放置一线圈,转盘每转一周,线圈中的磁通量(/)发生了N次变化,而产生N次感应电势,该电势通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
三、需用器件与单元:
磁电传感器、转速电机。
四、实验步骤:
1、参照实验五图5-1安装磁电式转速传感器,传感器端面离转动盘面约2mm左右,并且对准转盘内的磁钢。
将磁电式传感器的输出线插入主控台fim输入端,并将转速/频率表置转速档。
2、将主控台上的+2V—+24V可调直流电源接入转动电机的+2V—+24V插口(2000型),调节电机转速电位器使转速变化。
观察数显表指示的变化。
五、思考题:
①为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动,能说明理由吗?
②磁电式传感器需要供电吗
实验七光纤传感器的位移特性实验
一、实验目的:
了解光纤传感器的工作原理和特性。
二、基本原理:
本实验用的是导光型多模光纤,它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头,一束光纤端部与光源相接用来传递发射光,另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光,两光纤束混合后的端部是工作端即探头,当它与被测体相距X时,由光源发出的光通过一束光纤射出后,经被测体反射由另一束光纤接收,通过光电转换器转换成电压,该电压的大小与X有关,因此可用于测量位移。
三、需要器件与单元:
光纤传感器、光纤传感器实验模版、数显单元、测微头、直流电源±15V、铁测片。
四、实验步骤:
1、根据图7-1安装光纤位移传感器,二束光纤分别插入实验板上光电变换内。
其内装有发光管D及光电转换管T。
图7-1光纤传感器安装示意图
2、将光纤实验模板输出端V0与数显单元相连,见图7-2。
图7-2光纤传感器位移实验接线图
3、在测微头顶端装上铁质圆片,作为反射面,调节测微头使探头与反射面轻
微接触,数显表置20V档。
4、实验模板接入±15V电源,合上主控箱电源开关,调节RW2使数显表显示为零。
5、旋转测微头,使被测体离开探头,每隔0.1mm读出数显表显示值,将其填入表7-1。
注:
电压变化范围从0→最大→最小必须记录完整。
表7-1:
光纤位移传感器输出电压与位移数据
6、根据表9-1数据,作出光纤位移传感器的位移特性图,并加以分析、计算出前坡和后坡的灵敏度及两坡段的非线性误差。
五、思考题:
光纤位移传感器测量位移时,对被测体的表面有些什么要求?
实验八光纤传感器测量转速实验
一、实验目的:
了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。
二、基本原理:
利用光纤位移传感器在被测物的反射光强弱明显变化时所产生的相应信号,经电路处理转换成相应的脉冲信号即可测量转速。
三、需用器件与单元:
光纤传感器、光纤传感器实验模板、直流源±15V、转动源。
四、实验步骤:
1、将光纤传感器按实验十三图5-1装于传感器支架上,使光纤探头与电机转盘平台上的反射点对准。
2、按图7-2接线,将光纤传感器实验模板输出V01与数显单元fin端相接,接上实验模板上±15V电源接近零态响应范围可能会不够。
五、思考题:
1、测量转速时转速盘上反射点的多少与测速精度有否影响?
2、你可以用实验来验证一下转盘上仅一个反射点的情况吗?
实验九光电传感器的转速测量实验
一、实验目的:
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、基本原理:
光电式转速传感器有反射型和对射型二种,本实验采用反射型。
传感器内部有发光管和光电管,发光管发出的光在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号,由于转盘上有黑白相间的12个反射点,转动时将获得相应的反射脉冲数,将该脉冲数接入转速表即可得到转速值。
三、需用器件与单元:
光电转速传感器、+5V直流电源、可调直流电源、转动源、数显转速/频率表。
四、实验步骤:
1、光电转速点,将传感器引线分别插入主控台上相应插孔,其中棕色接直流电源+5V、黑色接地端、兰色接主
五、思考题:
①已进行的转速实验中用了多种传感器测量,试分析比较一下在本仪器上哪种方法最简单、方便。
②分析一下各种传感器的使用场合有什么不同?
实验十压电式传感器振动测量实验
一、实验目的:
了解压电传感器测量振动的原理和方法。
二、基本原理:
压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成(观察实验用压电加速度计结构)。
工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上,由于压电效应,压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面荷,经电荷放大器转换成电压,即可测量物体的运动加速度。
三、需用器件与单元:
振动台、压电传感器、检波/移相/低通滤波器模板、压电式传感器实验模板、双线示波器。
四、实验步骤:
1、将压电传感器吸装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入插孔(2000型)。
在、将压电传感器两输出端插入压电传感器实验模板的两输入端,见图7-1,屏蔽层接地。
将压电传感器实验模板电路输出端V01(如增益不够大则V01接入IC2,V02接入低通滤波器)接入低通滤波器输入端VI,低通滤波器输出V0与示波器相连。
4、合上主控箱电源开关,调节Rw使低通滤波器输出Vo为零。
调节低频振荡器的频率及幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波形。
5、改变低频振荡器频率,观察输出波形变化,比较一下频率不同时的输出有什么不同?
6、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形,试比较一下有什么区别?
低通滤波器的作用是什么?
7、比较一下低通滤波器的输出信号与低频振荡器的输出信号的相位有什么不同?
实验十一气敏(酒精)传感器气体浓度测量实验
一、实验目的:
了解气敏传感器的工作原理及特性。
二、基本原理:
气定的表面电阻值(10MΩ左右),当遇有一定含量的酒精成份气体时,其表面电阻可迅速下降,通过检测回路可将这变化的电阻值转成电信号输出。
三、需用器件与单元:
气敏传感器、酒精棉球、相应的电阻处理模块、直流稳压电源±10V输出档。
四、实验步骤:
1、将+10V电源接入“气敏传感器模块”。
3、打开电源开关,给气敏传感器预热数分钟,(按正常的工作标准应为10分钟)若时间较短可能会产生较大的测试误差。
4、将酒精棉球逐步靠近传感器,观察红色LED指示灯的点亮情况,移开酒精棉球,观察指示灯的熄灭情况。
5、在已知所测酒精浓度的情况下,调整RW1可进行实验模块的输出电压标定。
6、将变换电路的电压输出端接至电压表,重复上述④步,观察电压表指示的变化情况。
实验十二湿度传感器湿度测量实验
一、实验目的:
了解湿度传感器的工作原理及特性。
二、基本原理:
本实验采用的是高分子薄膜湿敏电阻。
感测机理是:
,其阻值的对数与相对湿度成近似的线性关系,通过电路予以修正后,可得出与相对湿度成线性关系的电信号。
三、需用器件与单元:
+5V直流电源、湿敏传感器实验模板、数字电压表。
四、实验步骤:
注:
本实验的湿度传感器已由内部放大器进行放大、校正、输出的电压信号相对湿度成近似线性关系,标定在:
0-3V→0-99%HR。
1、将主控箱+5V电源接入传感器实验模板电源输入端,信号电压输出端与数字电压表相接,电压表置20V档。
2、准备好热湿棉球。
3、将热湿棉球置于传感器上方,并微微吹气,使棉球周围的空气湿度发生变化,观察LED指示灯的点亮情况,同时注意观察数显电压表的指示值。
4、考虑一下为什么在实验模块通电后,湿度指示灯仪有几盏已点亮。
实验十三电容式传感器位移实验
一、实验目的:
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理:
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε、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:
①变ε的湿度电容传感器。
②变d的电容式压力传感器。
③变A的电容式位移传感器。
本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
三、需用器件与单元:
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤:
1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
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4-1。
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4-1。
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- CSY 自动检测 实验 指导书 振动