自动检测实验指导书12级

1自动检测实验指导书电子信息工程学院编2014年3月17日2目录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——全桥性能实验.............................................................5实验三直流激励时霍尔传感器的位移特性实验.....................................................6实验四霍尔测速实验.................................................................................................7实验五铂热电阻温度特性测试...............................................................................8实验六K型热电偶测温实验.............................................................................10实验七光电传感综合性实验任务书.....................................................................12实验八设计性实验（三题选一）.........................................................................163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、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。三、实验原理：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kRR（1-1）式中RR为电阻丝电阻相对变化；k为应变灵敏系数；ll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组件。如图1-1所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。图1-1双孔悬臂梁式称重传感器结构图通过这些应变片转换弹性体被测部位受力状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5=R6=R7=R为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压RRRREU211/40（1-2）E为电桥电源电压；式1-2表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021RR。4图1-2单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤1．应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。2．差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）。将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动）3．按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。5．在应变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，填入下表。重量(g)电压(mV)6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告1．根据实验所得数据计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）；2．计算单臂电桥的非线性误差δf1=Δm/yF..S×100％。式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。六、注意事项实验所采用的弹性体为双孔悬臂梁式称重传感器，量程为1kg，最大超程量为120％。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！5实验二金属箔式应变片——全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器：同上实验。三、实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=RRE（3-1）式中E为电桥电源电压。RR为电阻丝电阻相对变化；式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。四、实验内容与步骤1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2．差动放大器调零，参考实验一步骤2。3．按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。4．加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。5．在应变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，填入下表。重量(g)电压(mV)6．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告根据实验数据，计算灵敏度L=ΔU/ΔW和全桥的非线性误差δf3。六、思考题全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥？图3-1全桥面板接线图6实验三直流激励时霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的：了解霍尔传感器的原理与应用。二、实验仪器：霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表。三、实验原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决定，当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。四、实验内容与步骤1．将霍尔传感器安装到霍尔传感器模块上，传感器引线接到霍尔传感器模块9芯航空插座。按图24-1接线。2．开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“10mm”处，手动调节测微头的位置，先使霍尔片大概在磁钢的中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调节Rw1使数显表显示为零。3．分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入下表X（mm）U(mV)表24-1图24-1霍尔传感器直流激励接线图五、实验报告作出U－X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。7实验四霍尔测速实验一、实验目的：了解霍尔组件的应用——测量转速。二、实验仪器：霍尔传感器、+5V、+4、±6、±8、±10V直流电源、转动源、频率/转速表。三、实验原理；利用霍尔效应表达式：UH＝KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化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出被测旋转物的转速。四、实验内容与步骤1．安装根据图28-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。图28-12．将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。3．打开实验台电源，选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6）、16V（±8）、20V（±10）、24V驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后记录相应驱动电压下得到的转速值。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。表28-1电压(V)+4V+6V+8V+10V12V16V20V24V转速(rpm)五、实验报告1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。2．根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。8实验五铂热电阻温度特性测试一、实验目的：了解铂热电阻的特性与应用。二、实验仪器：智能调节仪、PT100（2只）、温度源、温度传感器实验模块。三、实验原理：利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换电信号，即可得到被测温度。四、实验内容与步骤1．学会用智能调节仪来控制温度：1)在控制台上的“智能调节仪”单元中“输入”选择“Pt100”，并按图1-1接线。将“+24V输出”经智能调节仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调节仪电源。图1-1智能调节仪温度控制接线图2)按键，进入智能调节仪设置菜单，仪表靠上的窗口显示“”，靠下窗口显示待设置的设定值。按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的设定值。再按回到初始状态。2．调节智能调节仪，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入另一只铂热电阻温度传感器PT100。3．将±15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。温度传感器实验模块的输出Uo2接实验台直流电压表。94．将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui短接，调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。5按图2-2并将PT100的3根引线插入温度传感器实验模块中Rt两端（其中颜色相同的两个接线端是短路的）。图2-2铂热电阻测试5．拿掉短路线，将R6两端接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。6．改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表。表1铂热电阻的输出电压与温度的关系T（℃）Uo2（V）三、实验报告根据表1实验数据，作出UO2-T曲线，分析PT100的温度特性曲线，计算其非线性误差。10实验六K型热电偶测温实验一、实验目的：了解K型热电偶的特性与应用二、实验仪器：智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。三、实验原理：热电偶传感器的工作原理热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端温度为T，另一端温度为T0，则回路中就有电流产生，见图2-1（a），即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。图2-1（a）图2-1（b）两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势ET，其极性和量值与回路中的热电势一致，见图50-1（b），并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即ET=SAB（T-T0）（1）SAB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。热电偶的基本定律：（1）均质导体定律：由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如何，都不能产生热电势。（2）中间导体定律：用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温差电势EAB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。在这种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。（3）中间温度定律：热电偶的两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时的热电势则为EAB（T1，T2）+EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3）（2）式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3=0℃，则EAB（100，40）+EAB（40，