一金属箔式应变片性能单臂电桥Word格式文档下载.docx
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4、
直流电阻:
10Q左右由两个铜一康铜热电偶串接而成,分度号为T冷端温度为环境温
度。
5、
土》2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。
6、
由半导体热敏电阻NTC:
温度系数为负,25C时为10KQO
7、光纤传感器
由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器,线性范围》2mm。
红外线发射、接收、直流电阻:
500Q-1.5kQ2X60股丫形、半圆分布。
8、
10Kpa(差压)供电:
<6V直流电阻:
VS+---Vs-:
350Q-450QVo+---V。
-:
3KQ—3.5KQ
美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器,具有温度自补偿功能,先进的X
型工作片(带温补)。
9、抹电加速茂讣
PZT-5双压电晶片和铜质量块构成。
谐振频率:
》10KHZ,电荷灵敏度:
q》20pc/g。
10、应变式传感器
箔式应变片阻值:
350Q、应变系数:
2
11、PN
利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器,能直接显示被测温度。
灵敏度:
-2.1mV/C。
12、磁电式传感器
0.21X1000□沅1_附:
30Q-40Q由线圈和动铁(永久磁钢)组成,灵敏度:
0.5v/m/s
13、气敏传感器
MQ3酒精:
测量范围:
50-2000ppm。
14、湿敏电阻
高分子薄膜电阻型:
Rh:
几兆Q-几KQ响应时间:
吸湿、脱湿小于10秒。
湿度系数:
0.5RH%/C测量范围:
10%—95%工作温度:
0C—50C
朽号及变唤:
1、电桥:
用于组成应变电桥,提供组桥插座,标准电阻和交、直流调平衡网络。
2通频带0〜10kHz可接成同相、反相,差动结构,增益为1-100倍
的直流放大器。
3、电容变换器由高频振荡,放大和双T电桥组成的处理电路。
4、二,1;
般占斧增益约为5倍同相输入通频带0~10KHz
5、移胡胖允许最大输入电压10Vp-p移和浪川止±
20o(5kHz时)
6、和戟捡液胖可检波电压频率o—10kHz允r「最.mmovp-p
极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路
7、电荷放大器
电容反馈型放大器,用于放大压电传感器的输出信号。
8、低迪汩汶斧
9、涡流变换容
由50Hz陷波器和RC滤波器组成,转折频率35Hz左右
输出电压》|8|V(探头离开被测物
变频式调幅变换电路,传感器线圈是振荡电路中的电感元件
10、光电变换座由红外发射、接收组成。
〈三〉、二套显示仪表
数字式电压/频率表:
3位半显示,电压范围0—2V、0—20V,频率范围3Hz—2KHz10Hz—20KHz,灵敏度》50mV
指针式毫伏表:
85c1表,分500mV50mV5mV三档,精度2.5%。
〈四〉、二种振荡器
音频振荡器:
0.4KHz—10KHz输出连续可调,V-p-p值20V,180°
、0°
反相输出,Lv端最大功率输出电流0.5A。
低频振荡器:
1—30Hz输出连续可调,Vp-p值20V,最大输出电流0.5A,Vi端可提供用做电流放大器。
〈五〉、二套悬臂梁、测微头
双平行式悬臂梁二副(其中一副为应变梁,另一副装在内部与振动圆盘相连),梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头,可进行压力位移与振动实验。
电加热器二组
电热丝组成,加热时可获得高于环境温度30C左右的升温。
测速电机一组
由可调的低噪声高速轴流风扇组成,与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速实验。
〈八〉二组稳压电稳
直流土15V,主要提供温度实验时的加热电源,最大激励1.5A。
±
2V—10V分五档输出,最大输出电流1.5A。
提供直流激励源。
实验一金属应变片传感器
⑴金属箔式应变片性能一单臂电桥
实验n的:
了解金屈箔式应变丿&
旦臂单桥的工作廉理利工作情况=
所需单元及部件:
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、
F/V表、士、|胡1历忌
实验步骤:
(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置,观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底
箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片,测微头在
双平行梁前面的支座上・可以乙下、甫、后、左、厂谨亿
(2)将差动放大器调零.
(3)根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻,R4为应变片。
调节测微头脱离双
平行梁,开启主、副电源,调节电桥平衡网络中的W1使电桥平衡。
*¥
°
(&
VI
图I
(4)旋转测微头使得双平等梁的自由端与磁钢吸合,调节测微头支柱的高度(梁的自由端
跟随变化)使F/V表显示最小,再旋动测微头,使F/V表显示为零(细调零),这时的测微头刻度为零位的.柑应亥・
(5)往下或往上旋动测微头,使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。
建议每旋动
测微头一周即△X=0.5mm记一个数值填入表格1中:
表格1
位移(mm
0.5mm
1.0mm
1.5mm
电压(mV
(6)据所得结果计算灵敏度S=AV/AX(式中△X为梁的自由端位移变化,△V为相应F/V表显示的电压相应变化)。
注意节项:
做此实验吋应密低烦振荡器的幅度关辛最小,以减小莫对n決屯侨的影响t
问题:
木实验屯路对育流也斥屯沥和对贞x溜有何要应?
(2)金属箔式应变片:
单恢丫桥、全桥比较
实验H的:
验证单臂、半乐仝桥的性能及相互之间关系匚
所雷旦元利部件:
肓婕稳圧也源、差劝M攵丿'
、落、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
单臂电桥性能测试如实验一
(1)所示。
半桥测量电路中,将图1电路中R3固定电阻换为与R4应变片状态相反的另一应变片,即取两片受力方向不同应变片,形成半桥。
保持差动放大器增益不变,调零。
调节测微头脱离双平衡梁,调节W1使电桥平衡
重复实验一
(1)中(4)-(5)步骤,数据记录在表格2中,根据测量结果计算半桥测量电路灵敏度S=AV/AX。
表格2
位移(mr)i
(6)全桥测量电路中,将图1电路中R1,R2两个固定电阻换成另两片受力应变片(即
R1换成,R2换成,)组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同,邻臂应变片的受力方向相反即可,否则相互抵消没有输出,这样接成一个直流全桥测量电路,
(7)重复实验一
(1)中(4)-(5)步骤,数据记录在表格3中,根据测量结果计算全桥测量电路灵敏度S=AV/AX。
表格3
(8)在同一坐标纸上描出X-V曲线,比较三种测量电路的显段度。
注意事项:
(1)花史換呵变片nr;
甫电柠義闭。
(2)fl垃脸汇杆川女」厅发现电匕农茫卞过戟「切壬电,I•J洱扩人:
(3)在本实验中只能将放大器接成差动形式,否则系统不能正常工作。
(4)直流稳压电源土4V*況:
丁f-jj.it占…工免损坏网嗖片应追成i1-贡q热氓、皿..
(5)接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
实验二电容式传感器、压电式传感器实验
(1)差动变面积式电容传感的静态及动态特性
实验目的:
了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。
电容传感器、差动放大器、低通滤波器、F/V表、低频振荡器、
示波器
实验原理:
电容式传感器有多种形式,本仪器是差动平行变面积式。
传感器由两片定片
和一组动片组成。
当安装于振动台上的动片上,下改变位置,与两组静片之间的重叠面积发
生变化,极间电容也发生相应变化,成为差动电容。
如将上层定片与动片形成的电容定为CX1,
下层定片与动片形成的电容定为CX2,当将CX1,和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时,
桥路的输出电压量与电容量的变化有关,即于振动台的位移有关。
实验内容:
(1)静态特性测量电路如图1所示:
电容变换嶷
图1
(2)差动放大器增益旋钮首先置于最大,调零后旋钮再置于中间。
(3)F/V表打到合适档位,磁棒吸合平台2,调节测微头,使F/V表输出为零。
此刻
X(mm及V(mv)值。
的测微头刻度为零位的相应刻度。
X(mm)
0.1mm
0.2mm
V(mv)
(4)转动测微头,每次0.1mm,记下此时测微头的读数及电压表的读数,直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。
退回测微头至初始位置。
并开始以相反方向旋动。
同上法,记下
-0.1mm
-0.2mm
(5)计算系统灵敏度SoS=AV/AX(式中△V为电压变化,△X为相应的梁端位移变化),并作出V-X关系曲线。
(6)
动态特性测量电路如图2,卸下测微头,磁棒不吸合震动台2,断开电压表,接通激振器线圈1,使平台产生震动,用示波器观察输出波形。
调节频率,调节时用频率表监测频率,
f(Hz)
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
/(P-P)
(7)固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置,也可用示波器读出频率,用示波器读出峰峰值填入下表
(1)注意差动电容器上下两个静片之间绝缘;
两个静片与动片之间绝缘。
(2)理想情况下,差动变容器动态特性测量示波器输出正弦波。
测量中注意去除环境周围对振动平台2的影响。
(3)如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波,请将电容变换器增益进一步减小。
(2)压电式传感器的动态响应测试
了解压电式传感器的原理、结构及应用。
所需单元及设备:
低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、压电传感器、双踪示波器、激振线圈、F/V表、主、副电源、振动平台。
(1)观察压电式传感器的结构,传感器由PZT-5锆钛酸铅压电晶片和铜质量块构成。
根
据图1的电路结构,将压电式传感器,电荷放大器,低通滤波器,双线示波器连接起来,组成一个测量线路。
并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
压电传感器电荷放大器低通滤波器示玻器
(2)将低频振荡信号接入振动台的激振线圈2。
(3)调整好示波器,低频振荡器的幅度旋钮固定至最大,调节频率,调节时用频率表监测频率,也可用示波器读出频率,用示波器读出峰峰值填入下表:
F(HZ)
17
20
25
V(p-p)
思考:
根据实验结果,可以知道振动台的自振频率大致多少?
试回答压电式传感器的特点。
注意:
由于双平衡梁结构,压电加速度传感器动态响应测试中,示波器输出正弦波中波峰和波谷均发生内凹现象。
实验三热电偶、热电阻、PN温度传感器实验
(1)热电偶原理及现象
了解热电偶的原理及现象
所需单元及附件:
-15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、水银温度计(自
备)、主副电源
旋钮初始位置:
F/V表切换开关置2V档,差动放大器增益最大。
热电偶工作原理:
二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时,当两个接点温度不同时
回路中就会产生电流,这一现象称为热电效应,产生电流的电动势叫做热电势。
通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。
热电偶的两种不同金属线焊接在一起后形成两个结点,如图(a)所示,环路电压VOUT为热结点结电压与冷结点(参考结点)结电压之差。
因为VH和
VC是由两个结的温度差产生的,也就是说VOUT是温差的函数。
比例因数a对应于电压差与
温差之比,称为Seebeck系数。
热电偶测温原理
图(b)所示是一种最常见的热电偶应用。
该配置中引入了第三种金属(中间金属)和两个
额外的结点。
本例中,每个开路结点与铜线电气连接,这些连线为系统增加了两个额外结点,只要这两个结点温度相同,中间金属(铜)不会影响输出电压。
这种配置允许热电偶在没有独
立参考结点的条件下使用。
VOUT仍然是热结点与冷结点温差的函数,与Seebeck系数有关。
然而,由于热电偶测量的是温度差,为了确定热结点的实际温度,冷结点温度必须是已知的。
冷结点温度为0C(冰点)时是一种最简单的情况,如果TC=OC,则VOUT=VH这种情况下,
热结点测量电压是结点温度的直接转换值。
不过,在实际应用中这是难以实现的。
为此,美国国家标准局(NBS)提供了各种类型热电偶的电压特征数据与温度对应关系的查找表,所有数
据均基于0C冷结点温度。
利用冰点作为参考点,通过查找适当表格中的VH可以确定热结点温度。
(1)解热电偶在实验仪上的位置及符号,(参见附录)实验仪所配的热电偶是由铜—康
铜组成的简易热电偶,分度号为T。
实验仪有二个热电偶,它封装在双平行梁的上片梁的上
表面(在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点,就是热电偶)和下片梁的下表面,二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
(2)按图1接线、开启主、副电源,调节差动放大器调零旋钮,使F/V表显示零,记录下自备温度计的室温。
(3)将—15V直流电源接入加热器的一端,加热器的另一端接地,观察F/V表显示值
的变化,待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。
(4)用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。
(注意:
温度计的测
温探头不要触到应变片,只要触及热电偶处附近的梁体即可)。
(5)根据热电偶的热电势与温度之间的关系式:
Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)
其中:
t热电偶的热端(工作端或称测温端)温度。
tn------热电偶的冷端(自由端即热电势输出端)温度也就是室温。
to——0C
1.热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。
Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100*2(100为差
动放大器的放大倍数,2为二个热电偶串联)。
2.热端温度为室温,冷端温度为0C,铜—康铜的热电势:
Eab(tn,to):
查以下所附的热
电偶自由端为0C时的热电势和温度的关系即铜—康铜热电偶分度表,得到室温(温度计测
得)时热电势。
3.计算:
热端温度为t,冷端温度为0C时的热电势,Eab(t,to),根据计算结果,查分度表得到温度tO
(6)热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。
(注意:
本实验仪所配的热电
偶为简易热电偶、并非标准热电偶,只要了解热电势现象)。
(7)实验完毕关闭主、副电源,尤其是加热器一15V电源(自备温度计测出温度后马上拆去-15V电源连接线)其它旋钮置原始位置。
(1)为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点?
(2)即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差,为什么?
(2)热敏电阻演示实验(998型)
热敏电阻特性:
热敏电阻的温度系数有正有负,因此分成两类:
PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC
热敏电阻(负温度系数NegativeTemperatureCoefficient)。
一般NTC热敏电阻测量范围较宽,主要用于温度测量;
而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄,一般用于恒温加热控制或
温度开关,也用于彩电中作自动消磁元件。
有些功率PTC也作为发热元件用。
PTC缓变型热
敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。
一般的NTC热敏电阻测温范围为:
-50C〜+300C。
热
敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜,并且本身阻值大,不需考虑引线长度带来的误差,适用于远距离传输等优点。
但热敏电阻也有:
非线性大、稳定性差、
右老化现象、汉差较丿s—致性差等缺点匚一股只适用丁•低精度対温度测莹’
NTC热敏电阻器是以锰、钴、镍和铜等金属氧化物为主要材料,采用陶瓷工艺制造而成的。
这些金属氧化物材料都具有半导体性质,因为在导电方式上完全类似锗、硅等半导体材料。
温度低时,这些氧化物材料的载流子(电子和孔穴)数目少,所以其电阻值较高;
随着温度的升高,载流子数目增加,所以电阻值降低。
NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在
100~1000000欧姆,温度系数-2%~-6.5%。
NTC热敏电阻器可广泛应用于温度测量、温度补偿、抑制浪涌电流等场合。
实验原理
热敏电阻
测量温度一般使用的温度计,除了常用的水银或酒精制成的温度计外,还有用其他材料
制成的温度计。
如热电偶、光测高温计、定容气体温度计等。
热敏电阻温度计也是一种常用
的测温仪器,它是利用半导体制成感温元件,它的电阻称为热敏电阻。
其阻值随温度升高而减小,具有负的温度系数。
电阻变化的范围比一般具有正温度系数的金属电阻大。
例如,当
温度变化1C时,热敏电阻的阻值变化范围可达3%—6%而且阻值可以很大,体积可以很小,
灵敏度高,热惯性小,价格又低,这些特点使它在生产与科研中有了广泛的应用。
R—T关系曲线
热敏电阻的阻值与温度的关系是一条曲线,如上图所示。
如用公式表示,近似为:
式中匚为某一绝对温度:
一时的电阻值,为绝对温度T时的电阻值,B为制成该热敏
电阻的材料常数;
e为自然对数的底。
热敏电阻的主要参数如下:
(1)标准阻值
丄二是指25:
C时的电阻值,又称冷电阻
1从UR
&
—IIJ,fl—
RdT
二值也是温度的函数。
通常是指—「一时的温度系数。
(3)
时间常数J,是指将温度为时的热敏电阻放在温度为
I11.'
J的介质中,
其阻值减少量达到(Rq~Am)的63%所需的时间。
式中儿是时的阻值,际是100“C时
了解NTC;
冬顷电阳现毀
加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、F/V表、
主副电源。
实脸步曝:
(1)了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号,它是一个兰色或棕色元件,封装在双平
行振动梁上片梁的表巨。
(2)将F/V表切换开关置2V档,直流稳压电源切换开关置土2V档(VS),按图3接线,开启主.副电源,调整W1(RD)电位器,使F/V表指示为100mV左右。
这时为室温时的Vi。
\W1B
'
■!
1
V
rWilr
Vj
■=
电
■
图3
(3)将-15V电源接入加热器,观察电压表的读数变化,电压表的输入电压:
(3)PN结温度传感器测温实验
所需单元:
主、副电源、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、差动放大器、电压放大
器、F/V表、加热器、电桥、水银温度计(自备)。
直流稳压电源土6V档,差放增益最小逆时针到底(1倍),电压放大器幅
度最大4.5倍。
(1)了解PN结,加热器,电桥在实验仪所在的位置及它们的符号。
(2)观察PN结传感器结构、用数字万用表二级管”档,测量PN结正反向的结电压,得出
其结果。
⑶把直流稳压电源V+插口用所配的专用电阻线
(51K)与PN结传感器的正端相连,并按
图2接好放大电路,注意各旋钮的初始位置,电压表置2V档。
(4)开启主、副电源,调节RD(W1)电位器,使电压表指示为零,同时记下此时水银温度计的室温值(△t
(5)将-15V接入加热器(—15V在低频振荡器右下角),观察电压表读数的变化,因PN
结温度传感器的温度变化灵敏度约为:
-2.1mV/C。
随着温度的升高,其PN结电压将下降△
乂该厶V电压经差动放大器隔离传递(增益为1),至电压放大器放大4.5倍,此时的系统灵敏度S~10mV/C。
待电压表读数稳定后,即可利用这一结果,将电压值转换成温度值,从
而演示出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值(△T)。
此时该点的温度为△T+At:
注意寧项:
(1)汐哄益仅祢対一个液八性唄险
(2)加热器不要长时间的接入电源,此实验完成后应立即将-15V电源拆去,以免影响梁
上的蛾交;
泮就:
.
旧题;
(1)分:
斤一卜该泄汨电跆忙啓来际
(2)如要将其作为一个0〜100C的较理想的测温电路,你认为还必须具备哪些条件?
实验四电感式、磁电式传感器实验
(1)-1差动变
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- 金属 应变 性能 电桥