传感器与检测技术综合实验有数据及答案Word格式.docx
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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。
对单臂电桥输出电压
UOi=EKs/4。
三、需用器件与单元:
主机箱(土4V、土15V、电压表)、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、41位数显万用表(自备)。
图1应变片单臂电桥性能实验安装、接线示意图
四、实验步骤:
应变传感器实验模板说明:
实验模板中的R1、R2、R3、R4为应变片,没有文字标记的5个电阻符号下面是空的,其中4个组成电桥模型是为实验者组成电桥方便而设,图中的粗黑曲线表示连接线。
1、根据图1〔应变式传感器(电子秤传感器)已装于应变传感器模板上。
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。
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、F4阻值减小,可用四位半数显万用进行测量判别。
常态时应变片阻值为
350Q,加热丝电阻值为50Q左右。
丨安装接线。
2、放大器输出调零:
将图1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R4使电压表显示为零。
3、应变片单臂电桥实验:
拆去放大器输入端口的短接线,将暂时脱开的引线复原(见图
1接线图)。
调节实验模板上的桥路平衡电位器FW,使主机箱电压表显示为零;
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500g)砝码加完。
记下实验结果填入表1画出实验曲线。
表1
重量(g)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压
(mv)
-3
-4
-6
-8
-10
-11
-13
-15
-16
-18
4、根据表1计算系统灵敏度S=AU/△W(AU输出电压变化量,△W重量变化量)和非线性误差S,
*Am/yFsX100%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
满量程输出平均值,此处为200g(或500g)。
实验完毕,关闭电源。
五、思考题:
单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用:
(1)正(受拉)应变片
(2)负(受压)
应变片(3)正、负应变片均可以。
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。
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=EK&
/2。
主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
四、实验步骤:
1将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。
将实验模板差动放大器调零:
用导线将实验模
板上的土15v、丄插口与主机箱电源土15v、丄分别相连,再将实验模板中的放大器的两输入口短接(Vi=0);
调节放大器的增益电位器R3大约到中间位置(先逆时针旋到底,再顺时针
旋转2圈);
调节实验模
O5OOO应变传感器实验模板
板放大器的调零电位器Rw,使电压表显示为零。
图2应变式传感器半桥接线图
2、拆去放大器输入端口的短接线,根据图2接线。
注意R2应和R3受力状态相反,即将
传感器中两片受力相反(一片受拉、一片受压)的电阻应变片作为电桥的相邻边。
调节实验
模板上的桥路平衡电位器FWi,使主机箱电压表显示为零;
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500g)砝码
加完。
记下实验数据填入表2画出实验曲线,计算灵敏度S2=U/W非线性误差3。
实验完毕,关闭电源。
表2
重量
电压
-21
-25
-28
-32
-35
二、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。
2、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。
—、实验目的:
了解全桥测量电路的优点。
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:
Rl=R2=R3=R4,其变化值厶R=AR2=AR3=AR4时,其桥路输出电压U03=KEs。
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、需用器件和单元:
同实验二。
1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。
用导线将实
验模板上的土15v、丄插口与主机箱电源土15v、丄分别相连,再将实验模板中的放大器的两
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);
调节实
验模板放大器的调零电位器Rw4使电压表显示为零。
图3—1全桥性能实验接线图
2、拆去放大器输入端口的短接线,根据图3—1接线。
实验方法与实验二相同,将实验
数据填入表3画出实验曲线;
进行灵敏度和非线性误差计算。
表3
-23
-33
-38
-43
-48
五、思考题:
1、测量中,当两组对边(R、F3为对边)电阻值R相同时,即Ri=R3,R2=F4,而R丰F2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,如图3—2,如何利
用这四片应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
——|1R4_
RsR2K2
—E3
图3-2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
实验四磁电式转速传感器测速实验
一、实验目的:
了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理:
d①
基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场的磁通变化时,线圈中感应电势:
e=-N
dt
发生变化,因此当转盘上嵌入N个磁棒时,每转一周线圈感应电势产生N次的变化,通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。
主机箱、磁电式传感器、转动源。
升降支架工作平台
琏电转速传感器测量安装示苣图
图17磁电转速传感器实验安装、接线示意图
磁电式转速传感器测速实验除了传感器不用接电源外,其它完全与实验十六相同;
请按图17和实验十六中的实验步骤做实验。
表14
V(mm
7.64
8.66
9.69
10.65
11.69
12.71
13.71
14.71
15.70
16.72
n(r/min)
1490
1880
1895
1930
2360
2590
2750
2930
3095
3225
为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动,能说明理由吗?
实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
了解霍尔式传感器原理与应用。
根据霍尔效应,霍尔电势UH=KhIB,当霍尔元件处在梯度磁场中运动时,它的电势会发生变化,利用这一性质可以进行位移测量。
主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。
按图14示意图接线(实验模板的输出V。
1接主机箱电压表的Vin),将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2v档。
2、检查接线无误后,开启电源,调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置,再调节Rwi使数显表指示为零。
图14霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图
3、以某个方向调节测微头2mm位移,记录电压表读数作为实验起始点;
再反方向调
节测微头每增加0.2mm记下一个读数(建议做4mm位移),将读数填入表14。
X(mm
4.0
3.8
3.6
3.4
3.2
3.0
2.8
2.6
2.4
2.2
V(mv)
-1
-0.8
-0.4
-0.2
0.2
0.4
0.7
0.9
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?
实验六霍尔测速实验
了解霍尔转速传感器的应用。
利用霍尔效应表达式:
LH=KhIB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,圆盘
每转一周磁场就变化N次。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化,输出电势通过放大、整形
和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
主机箱、霍尔转速传感器、转动源。
1、根据图16将霍尔转速传感器安装于霍尔架上,传感器的端面对准转盘上的磁钢并调
节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2〜3mm。
图16霍尔转速传感器实验安装、接线示意图
2、首先在接线以前,合上主机箱电源开关,将主机箱中的转速调节电源2—24v旋钮
调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择打到20v档)监测大约为1.25V;
然
后关闭主机箱电源,将霍尔转速传感器、转动电源按图16所示分别接到主机箱的相应电源
和频率/转速表(转速档)的Fin上。
3、合上主机箱电源开关,在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源
(调节电压改变电机电枢电压),观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据);
画出电机的v—n(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。
9.16
10.24
11.10
12.10
13.34
14.28
15.06
16.13
17.05
18.19
650
860
1025
1205
1435
1610
1765
1950
2110
2315
三、思考题:
1、利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制?
2、本实验装置上用了六只磁钢,能否用一只磁钢?
实验七电涡流传感器位移实验
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
通过交变电流的线圈产生交变磁场,当金属体处在交变磁场时,根据电磁
感应原理,金属体内产生电流,该电流在金属体内自行闭合,并呈旋涡状,故称为涡流。
涡流的大小与金属导体的电阻率、导磁率、厚度、线圈激磁电流频率及线圈与金属体表面的距
离x等参数有关。
电涡流的产生必然要消耗一部分磁场能量,从而改变激磁线线圈阻抗,涡
流传感器就是基于这种涡流效应制成的。
电涡流工作在非接触状态(线圈与金属体表面不接
触),当线圈与金属体表面的距离x以外的所有参数一定时可以进行位移测量。
主机箱、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测
体(铁圆片)。
1、观察传感器结构,这是一个平绕线圈。
测微头的读数与使用可参阅实验九;
根据图
19安装测
微头、被测体、电涡流传感器并接线。
图19电涡流传感器安装、按线示意图
2、调节测微头使被测体与传感器端部接触,将电压表显示选择开关切换到20V档,检
查接线无误后开启主机箱电源开关,记下电压表读数,然后每隔0.1mm读一个数,直到输出几乎不变为止。
将数据列入表19。
表19电涡流传感器位移X与输出电压数据
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.5
4.5
V(v)
5.02
7.44
8.13
8.25
8.35
8.43
8.49
8.54
8.58
3、根据表19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(即曲线线性段的中点),试计算测量范围为1mm与3mm时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量土5mm的量程应如何设计传感器?
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器。
实验八光纤传感器的位移特性实验
了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
本实验采用的是传光型光纤,它由两束光纤混合后,组成Y型光纤,半园
分布即双D分布,一束光纤端部与光源相接发射光束,另一束端部与光电转换器相接接收光
束。
两光束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相距X,由光源发出的光纤传到端
部出射后再经被测体反射回来,另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量,而光电转
换器转换的电量大小与间距X有关,因此可用于测量位移。
三、器件与单元:
主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。
1、根据图24示意安装光纤位移传感器和测微头,二束光纤分别插入实验模板上的光电
座(其内部有发光管D和光电三极管T)中;
测微头的安装、使用可参阅实验九附:
测微头的组成与使用。
其它接线接图24。
光纤传感器实验模板
图24光纤传感器位移实验接线图
2、检查接线无误后,合上主机箱电源开关。
调节测微头,使光反射面与Y型光纤头轻
触;
再调实验模板上的使主机箱中的电压表(显示选择开关打到20V档)显示为0V。
3、旋转测微头,被测体离开探头,每隔0.1mm读取电压表显示值,将数据填入表24。
根据表24数据画出实验曲线,计算测量范围1mm时的灵敏度和非线性误差。
实验完毕,关
闭电源。
表24光纤位移传感器输出电压与位移数据
0.1
0.3
0.6
0.8
0.04
0.11
0.16
0.22
0.29
0.36
0.42
0.48
0.54
光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求?
实验九光电转速传感器测速实验
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本实验装置是透射型的(光电
断续器),传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管,发光管发出的光源透过转盘上通孔
后由光电管接收转换成电信号,由于转盘上有均匀间隔的6个孔,转动时将获得与转速有关
的脉冲数,将脉冲计数处理即可得到转速值。
主机箱、转动源、光电转速传感器一光电断续器(已装在转动源上)°
图25光电传感器测速实验
1、将主机箱中的转速调节2-24V旋钮旋到最小(逆时针旋到底)并接上电压表;
再按图25所示接线,将主机箱中频率/转速表的切换开关切换到转速处。
2、检查接线无误后,合上主机箱电源开关,在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压),观察电机转动及转速表的显示情况。
3、从2V开始记录每增加IV相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据);
画出电机的
v—n(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。
根据表24数据画出实验曲线,计算测量范围1mm时的灵敏度和非线性误差。
V(mv)
8.59
9.60
10.67
11.60
12.69
13.63
14.56
15.54
16.63
17.62
660
815
1045
1230
1445
1665
1840
2040
2275
2465
已进行的实验中用了多种传感器测量转速,试分析比较一下哪种方法最简单、方便。
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