测试技术实验指导书20124

目录实验一电阻应变式传感器应用....................................................1实验二悬臂梁动态参数测试........................................................4实验三电涡流传感器测量位移实验............................................8实验四磁电式传感器测转速实验..............................................121实验一电阻应变式传感器应用一、实验目的与要求1.了解布片组桥方法2.掌握传感器静态标定方法3.掌握直流放大器的应用方法4.掌握对传感器进行精度分析的方法5.学会利用应变式传感器称重二、实验仪器及装置1．万用表2．直流放大器（带供桥稳压电源）3．悬臂梁实验台4.砝码5.被称重试件三、实验内容1.标定实验1)布片组桥：利用悬臂梁实验台，将粘贴在等强度梁上的应变片，按照一定的规则组桥(如图所示)。AACABADAU0AUyR1R2R4R3I1I2AA—＋22)接线：传感器全桥的供电端Uo及输出端Uy与直流放大器的输入电缆相接，直流放大器的输入电缆为四芯屏蔽电缆，其中两芯为供桥电源（10V），另外两芯传输电桥输出电压；直流放大器的输出电缆与万用表相接，万用表的档位拨到直流2V档或20V档。3)加载：在等强度应变梁悬臂端的加载挂架处用砝码进行加载，每次0.5kg，由小到大逐点递增,在加载的过程中记录砝码的重量与桥路（直流放大器）的电压输出信号。4)卸载：将输入量由大到小逐点递减，同时记录在卸载过程中砝码的重量与桥路（直流放大器）的电压输出信号。5)重复加载、卸载3次，将所得输出—输入测试数据记录在下表。表1-1传感器标定实验记录载荷P(kg)输出电压U（V）平均值（V）U=f(P)（V）第一次第二次第三次00.51.01.52.01.51.00.5036)画出标定曲线：传感器加载、卸载曲线01234500.511.52加载的重量(kg)传感器输出信号(V)7）数据处理。根据标定曲线确定传感器灵敏度、线性度、迟滞、重复性。2．称重实验试利用已标定的应变式传感器称出所给被称重试件的重量。具体要求：1)把被称重试件放在传感器的加载挂架上，记录直流放大器输出的电压值；2)根据标定数据得到“输出电压值与被称重量”的关系式，利用该关系式确定被称重试件的重量。4实验二悬臂梁动态参数测试一、实验目的本实验主要目的是培养同学面对实际测试任务，自己独立实施实验的能力。要求同学综合运用已学知识，构思自己的实验方案——如何组成测试系统；选用哪些测试仪器及设备；在该系统中起何作用?二、实验要求1．测试悬臂梁的动态参数；2．掌握传感器、激振器等常用振动测试设备的使用方法；3．了解振动测试的基本方法和系统构成。三、实验仪器(参考)1．功率放大器2．激振器3．信号发生器4．加速度传感器5．电荷放大器四、实验任务现有一根钢板，长L=40cm，厚b=O.5cm，宽c=5cm，用它做成插入端悬臂梁(如图所示)。5外伸臂长可调节成三种长度：Ll=28cmL2=24cmL3=20cm1.试计算三种长度下悬臂梁的一阶固有频率0f试件原始数据的量测与计算表2-1原始数据表梁的几何尺寸(cm)材料性能LbcaEIo2.试设计一个测试系统，用实验的方法实测这三种长度下悬臂梁的一阶固有频率0f，将实验结果填入表2-2与理论值对比（理论值计算参见本章附录），具体要求如下：1）拟定实验的原理方法；2）画出所设计的测试系统框图；63）写出在该测试系统中选用的测试仪器及设备的名称、作用及工作原理；4）使用这些仪器及设备应注意哪些问题?五、实验数据处理与分析1.实验与理论结果对比,分析误差原因填写理论值与实验值比较表表2-2理论值与实验值比较表频率（Hz）长度(cm)L1=L2=L3=理论值实际值2．实验中所遇问题的讨论7[附录]插入端悬臂梁固有频率0f的计算:02202EILaf（2-1）式中：a——振型常数，一阶振型时a=1.875L——悬臂梁外伸长度(cm)；E——梁的弹性模量(kgf／cm2)；Io——梁的截面惯性矩（cm4）；——单位长度的质量(kgf·s2/cm2)。梁的尺寸为：b=0.5cmc=5cmL可调横截面积为：b×c设L=40cm而E=2.1×610kgf/cm2424330102.5052.012)5.0(512cmcmcbIcmkgcmcmgcbv/105.19)(55.0)/(8.7..323式中v为梁的单位体积质量，将kg化为工程质量单位：mskgfkg/8.911222523/1099.11108.95.19cmskgfcmmskgf将各数值代入公式(2-1)中Hzf88.2525.1621099.1102.5101.2)40(2)875.1(5262208实验三电涡流传感器测量位移实验一、实验目的：1.了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2.了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。3.了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。二、实验原理：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。三、实验器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、被测体（铁质圆片，铝质圆片，铜质圆片，铝质圆柱）。四、实验步骤1．根据图3-1安装电涡流传感器。图8－1电涡流传感器安装示意图图图3-1电涡流传感器安装示意图9图3-2实验装置原理图2．观察传感器结构，这是一个平绕线圈。3．将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。4．在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5．将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6．用连接导线从主控台接入15V直流电源，接到模板上标有＋15V的插孔中。7．使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.5mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表3-1。表3-1被测体为铁质圆片时的位移与输出电压数据X（mm）V(v)X（mm）V(v)108．根据表3-1数据，画出V－X曲线，试计算量程为3mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。9.将铁质圆片换成铝质圆片和铜质圆片，重复5~7步骤，进行被测体材料对电涡流传感器性能影响实验。分别列入表3-2和表3-3，并根据表中数据计算量程为3mm时的灵敏度和线性度。表3-2被测体为铝质圆片时的位移与输出电压数据X（mm）V(v)X（mm）V(v)表3-3被测体为铜质圆片时的位移与输出电压数据X（mm）V(v)X（mm）V(v)11分别比较三种不同材质被测体实验结果的差异：10.将被测体换成铝质圆柱，重复5~7步骤，进行被测体形状和尺寸对电涡流传感器性能影响实验。将数据列入表3-4，并根据表中数据计算量程为3mm时的灵敏度和线性度。表3-4不同形状和尺寸时的被测体特性数据X（mm）铝片V(v)铝柱V(v)X（mm）铝片V(v)铝柱V(v)试比较被测体形状和尺寸对电涡流传感器特性的影响：五、实验结论（体会与收获）12实验四磁电式传感器测转速实验一、实验目的：了解磁电式传感器测量转速的原理。二、实验原理：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：发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁钢时，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。三、实验器件：主机箱、磁电式传感器、转动源。四、实验步骤：1、根据图4-1将磁电式传感器安装于磁电支架上，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4-1磁电式传感器实验安装、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)，接入电压表(显示选择打到20V档)监测大约为0V左右；然后关闭主机箱电源，将磁电式传感器、转动电源按图4-1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（线号1接Fin+，线号2接Fin-）。dtdNe133、合上主机箱电源开关，在小于10Ｖ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4Ｖ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),列入表4-1；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。实验完毕，关闭电源。表4-1电压与电机转速数据电压V（V）转速n(r/min)