检测技术与实验报告

测量技术与实验学院中德工学院专业化学工程与工艺年级09姓名学号日期2011年4月7日实验目录金属箔式应变片——单臂电桥性能试验.................................2金属箔式应变片-半桥性能试验........................................8金属箔式应变片——全桥性能试验....................................10金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较............................14直流全桥的应用——电子秤实验......................................16金属箔式应变片的温度影响实验......................................18光电转速传感器测速实验............................................20电涡流传感器位移实验..............................................22被测体材质对电涡流传感器特性影响..................................28被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验........................36气敏传感器实验....................................................42湿敏传感器实验....................................................44金属箔式应变片——单臂电桥性能试验1.1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1.2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：RR/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元件，通过它状花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，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4/1EKUo1.3实验器材及单元主机箱（4V、15V、电压表）、应变式传感器实验模板、托盘、砝码、214位数显万用表（自备）。1.4接线示意图1.5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，途中的粗黑曲线表示连接线。1.5.1根据接线图。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。当传感器托盘指点受压时，R1、R3组织增加，R2、R4阻值减小1.5.2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。1.5.3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(见接线图)。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；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。表一重量（g）电压（mv）1.5.4根据表1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δ，δ=Δm/yFS×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：yFS满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。实验完毕，关闭电源。1.6实验原始数据及结果重量（g）20406080100120140160180200电压0.0080.0160.0230.0300.0370.0430.0520.0570.0640.070（mv）图1.2电压-重量曲线图灵敏度S=10^-41.7实验思考单臂电桥时，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。答：正（受拉）应变片金属箔式应变片-半桥性能试验1.1实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。1.2实验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＝EKε／2。1.3实验器材及单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。1.4实验步骤1.4.1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±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥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)；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。1.4.2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RW1，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δ。实验完毕，关闭电源。重量（g）电压（mv）1.5实验原始数据及结果重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）0.0100.0210.0310.0410.0510.0610.0700.0810.0910.100S=3.9*10^-5图2.1电压-质量曲线1.6实验思考1.6.1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。选（2）1.6.2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。选（1）金属箔式应变片——全桥性能试验1.1实验目的：了解全桥测试电路的优点1.2实验原理：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ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。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。1.3实验器材和单元与实验二相同。1.4实验步骤1.4.1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±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥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)；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。1.4.2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。实验完毕，关闭电源。重量（g）电压（mv）1.5实验结果重量（g）20406080100120140160180200电压（mv）0.0200.0430.0600.0830.1050.1230.1450.1600.1900.201S=1.8*10^-41.6实验思考1.6.1.1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：（1）可以（2）不可以。答：不可以1.6.1.2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，如何利用这四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。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，然后利用不同的两组测量值就可以组成一个全桥电路，进而获得测量加过，无需再引入外界电阻金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较1.1实验目的比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论1.2实验原理：从左至右（a）（b）（c）（a）、U0＝U①－U③＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R2)－R4／(R3＋R4)〕E＝〔（1＋△R1／R1）／（1＋△R1／R1＋R2／R2）－（R4／R3）／（1＋R4／R3）〕E设R1＝R2＝R3＝R4，且△R1／R1＜＜1。U0≈(1／4)(△R1／R1)E所以电桥的电压灵敏度:S＝U0／(△R1／R1)≈kE＝(1／4)E(b)、同理:U0≈(1／2)(△R1／R1)ES＝(1／2)E(C)、同理:U0≈(△R1／R1)ES＝E1.3实验器材及单元：主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码1.4实验步骤根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，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）。实验完毕，关闭电源。1.5实验结论通过实验，也可看出全桥是半桥的两倍，半桥是单臂的两倍，也就是说，灵敏度：全=2*半=4*单。直流全桥的应用——电子秤实验1.1实验目的：了解应变直流全桥的应用及电路的标定1.2实验原理：数字电子秤实验原理如图，全桥测量原理。本实验只做放大器输出UO实验，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始电子秤。1.3实验器材：主机箱、应变式传感器实验模板、砝码1.4实验步骤：1.4.1实验模板差动放大器调零：将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连。用导线将实验模板中的放大器两输入口短接(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。按图3－1直流全桥接线，合上主机箱电源开关，调节电桥平衡电位RW1，使数显表显示0.00V。1.4.2将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器RW3（增益即满量程调节）使数显表显示为110.200V(2V档测量)或－0.200V。1.4.3拿去托盘上的所有砝码，调节电位器RW4（零位调节）使数显表显示为0.00V。1.4.4重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量纲g，就可以称重。成为一台原始的电子秤。1.4.5把砝码依次放在托盘上，并依次记录重量和电压数据填入下表6。1.4.6根据数据画出实验曲线，计算误差与线性度。实验完毕，关闭电源。重量（g）电压（mv）1.5实验结果误差为0线性度r=1质量（g)20406080100120140160180200电压（mv)20406080100120140160180200金属箔式应变片的温度影响实验1.1实验目的：了解温度对应变测试系统的影响1.2实验原理：电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。1.3实验器材与单元：主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、加热器（在实验模板上，已粘贴在应变传感器左下角底部）。1.4实验步骤1.4.1按照实验三。1.4.2将200g砝码放在砝码盘上，在数显表上读取数值UO1。1.4.3将主机箱中直流稳压电源＋5v、⊥接于实验模板的加热器＋6v、⊥插孔上，数分钟1.4.4后