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Wd
Rx
R1
R2
R3
图1.1B单臂电桥接线
电桥平衡网络
4、转动测微器,平行梁上中间的磁铁与测微头相吸(必要时松开测微器的固定螺钉,使之完全可靠吸附后,再拧紧固定螺钉),平行梁处于(目测)水平位置。
5、直流稳压电源输出置于4伏档,调整电桥平衡电位器Wd,电压表指示为零,稳定数分钟后,将电压表量程置于2伏档后,再仔细调零。
6、往下旋动测微器,平行梁的自由端往下产生位移,记下电压表显示的数值。
每次位移0.5mm记下一个电压数值,所记数据填入下表,根据所得结果计算灵敏度S。
S=∆V/∆X(式中∆V为电压变化,∆X为相应平行梁自由端位置变化)。
位移mm
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
电压V
三、注意事项
1、电桥单元上部所示的四个桥臂电阻(Rx)并未按装,仅作为组桥示意标记,表示在组桥时应外接桥臂电阻(如应变片或固定电阻)。
R1,R2,R3,作为备用的桥臂电阻,按需接入桥路。
电桥单元面板和差动放大器单元示意图见图1.1B。
2、做此实验时应将低频放大器、音频放大器的幅度调至最小,以减小对直流电桥的影响。
3、实验过程中,直流稳压电源输出不允许大于4伏,以防应变片过热损坏。
4、不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁,以免应变片损坏。
5、实验中用到所需单元,则该单元上有电源开关的应合上开关,完成实验后应关闭所有开关及输出。
四、所需单元和部件
直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微器、V/F表。
五、有关旋钮的初始位置
直流稳压电源输出置于0伏档,V/F表置于20伏档,差动放大器增益旋钮调至最大。
六、实验设备
CSY—10型传感器实验仪。
七、仪器说明书
见附录。
九、实验报告
1、根据实验结果,画出V—X关系曲线图。
2、实验电路对直流稳压电源有何要求,对放大器有何要求。
3、将应变片换成横向补偿后,又会产生怎样的数据,并根据结构说明原因。
1.2金属箔式应变片双臂电桥(半桥)
了解金属箔式应变片双臂电桥的工作原理和工作情况,与实验1.1进行线性度灵敏度较。
1、根据图1.2的电路结构,将两片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来,组成一个测量线路(这时直流稳压电源应置于0伏档,电压表应置于20伏档)。
此时两片应变片处于Rx位置组成半桥。
电压表
图1.2半桥电路接线图
2、转动测微器,平行梁上中间的磁铁与测微头相吸(必要时松开测微器的固定螺钉,使之完全可靠吸附后,再拧紧固定螺钉)。
平行梁处于(目测)水平位置,再向上位移5mm,平行梁的自由端往上产生位移。
3、直流稳压电源输出置于4伏档,调整电桥平衡电位器Wd,电压表指示为零,稳定数分钟后,电压表量程置于2伏档,仔细调零。
4、往下旋动测微器,平行梁的自由端往下产生位移,记下电压表显示的数值。
S=∆V/∆X(式中∆V为电压变化,∆X为相应平行梁自由端位置变化)。
R1,R2,作为备用的桥臂电阻,按需接入桥路。
双臂电桥的两片应变片应注意工作状态与方向,不能接错。
电桥单元面板和差动放大器单元示意图见图4.2。
2、实验时应将低频放大器、音频放大器的幅度调至最小,以减小对直流电桥的影响。
5、实验中用到所需单元时,则该单元上有电源开关的应合上开关,完成实验后应关闭所有开关及输出。
八、实验报告
2、根据应变片受力情况变化,对实验结果作出解释。
3、将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后,又会产生怎样的数据。
4、比较单臂,半桥两种接法的灵敏度。
1.3半导体式应变片性能
了解半导体式应变片性能,灵敏度和温度效应。
二、实验原理
对一块半导体的某一端轴向施加一定的载荷而产生应力时,它的电阻率会发生一定的变化,这种现象称为半导体的压阻效应。
不同的载荷施加方向,压阻效应也不一样。
三、实验内容
1、观察平行梁上半导体应变片,了解结构和粘贴位置(对应的受力,变形方向)。
2、根据图1.3的电路结构,将一片半导体应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来,组成一个测量线路(直流稳压电源置于0伏档,电压表置于20伏档)。
3、转动测微器,平行梁上中间的磁铁与测微头相吸。
平行梁处于(目测)水平位置。
4、直流稳压电源输出置于2伏档,调整电桥平衡电位器Wd,电压表指示为零。
5、往下旋动测微器,平行梁的自由端往下产生位移,记下电压表显示的数值。
S=∆V/∆X(式中∆V为电压变化,∆X为相应平行梁自由位置变化)。
6、重新调整测试系统输出为零,记录加温前的工作温度T。
7、接通“加热”开关,观察温度升高系统输出电压温度漂移情况。
待电压稳定后测得温升,求出系统的温度漂移∆V/∆T。
电压mv
四、注意事项
此实验中直流电源电压只能用±
2V,以免引起半导体自热。
五、所需单元和部件
直流稳压电源、差动放大器、电桥、V/F表、测微器,温度计(可用仪器中的P—N结温度传感器或热电偶温度传感器作测温参考)。
六、有关旋钮的初始位置
直流稳压电源输出置于0伏档,V/F表置于20伏档,差动放大器增益旋钮调至最小。
七、实验设备
CSY—10型传感器实验仪。
八、仪器说明书
2、差动放大器增益置于最大,是否可以与金属箔式应变片进行灵敏度比较,结果如何。
了解热电偶传感器的工作原理和工作情况,学会查阅热电偶分度表。
热电偶的基本工作原理是热电效应,当其热端和冷端的温度不同时,既产生热电动势。
通过测量此电动势既可知道两端温差。
如固定某一端温度(一般固定冷端为室温或0℃),则另一端的温度就可知,从而实现温度的测量。
CSY系列实验仪中热电偶为铜—康铜(T分度)和镍铬—镍硅(K分度)。
三、所需单元和部件:
热电偶,加热器,差动放大器,V/F表,水银温度计。
四、有关旋钮的初始位置
V/F表置于2V档,加热器处于关闭状态。
五、注意事项
1、差动放大器的放大被数≈100倍。
由于差动放大器放大后的热电势并非十分精确,因此查表所得到的热端温度也为近似值。
2、水银温度计安置时,不要放在应变片上,只要触及应变片附近的梁体即可。
及室温。
3、本实验采用的热电偶材料为铜——康铜。
4、本实验仪中,有2组热电偶,成串联接法,所以电压表显示的热电势是2组热电偶产生的电势的总和,公式计算时,应将电压表显示值除以2既为E(T,T1)。
六、实验内容
1、根据图2.1示的电路结构,将热电偶和电压表连接起来,组成一个测量线路(加热器处于关闭状态),记录下水银温度计的读数(即室温)。
2、按下加热器开关,电压表显示的数值会慢慢地发生变化。
当变化趋于稳定时,(到达热平衡需要一定的时间)记录电压表电压表显示的数值与水银温度计的读数。
3、根据热电偶中间温度定律的计算公式,试计算出工作端的温度,并与水银温度计的读数进行比较。
4、在热电偶回路中,俩接点温度为T、T0时的热电势等于热电偶在接点温度为T、T1和T1、T0时热电势的代数和。
即
E(T,T0)=E(T,T1)+E(T1,T0)
根据这一定律,只要给出热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系(即下列的热电偶的分度表),就可求出俩点在任意温度时的热电势,再求出测量端的温度来。
附、铜——康铜热电表(自由端温度为0℃)(S=ΔE/ΔT)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
S(μV)
0.00.0
0.039
0.078
0.116
0.155
0.194
0.234
0.273
0.312
0.352
38.6
10
0.391
0.431
0.471
0.510
0.550
0.590
0.630
0.671
0.711
0.751
39.5
20
0.792
0.832
0.873
0.914
0.954
0.995
1.036
1.077
1.118
1.159
40.4
30
1.201
1.242
1.284
1.352
1.367
1.408
1.450
1.492
1.534
1.576
41.3
40
1.618
1.661
1.703
1.745
1.788
1.830
1.873
1.916
1.958
2.001
42.4
50
2.044
2.087
2.130
2.174
2.217
2.260
2.304
2.347
2.391
2.435
43.0
60
2.478
2.522
2.566
2.610
2.654
2.698
2.743
2.787
2.831
2.876
49.8
70
2.920
2.965
3.010
3.054
3.099
3.144
3.189
3.234
3.279
3.325
44.5
80
3.370
3.415
3.491
3.506
3.552
3.597
3.643
3.689
3.735
3.781
45.3
90
3.827
3.873
3.919
3.965
4.012
4.058
4.105
4.151
4.198
4.244
46.0
100
4.291
4.338
4.385
4.432
4.479
4.529
4.573
4.621
4.668
4.715
46.8
1、CSY—10型传感器实验仪。
2、水银温度计。
本实验中,先根据温度计读出的室温,从分度表中读出E(T1,T0),再加上电压表读出来的工作端热电势E(T,T1),求出E(T,T0),而后从分度表中查出来。
了解热敏电阻传感器测量温度的原理和工作情况。
半导体材制成的热敏电阻具有灵敏度高,可用各领域的优点,热电偶一般测高温线性较好,热敏电阻则用于200度以下温度较为方便,本实验中所用热敏电阻为负温度系数。
温度变化时热敏电阻阻值的变化、将导至运放电路组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。
三、所需单元和部件
热敏电阻,温度变换器,加热器,V/F表,温度计(可用仪器中的P—N结温度传感器或热电偶作测温参考)。
V/F表置于20V档。
1、水银温度计探头安置时,不要放在应变片上,只要触及应变片附近的梁体即可。
2、本实验采用的热敏电阻为NTC热敏电阻,负温度系数。
1、根据图2.2的电路结构,将热敏电阻和温度变换器、电压表连接起来,组成一个测量电路。
(加热器处于关闭状态),记录下水银温度计的读数(即室温)。
调节“增益”旋钮,使加热前电压输出V0端电压值尽可能大但不能饱和。
用温度计测出环境温度T0值并记录。
2、打开加热器开关,电压表显示的数值会慢慢发生变化。
每升高1℃记录一个电压值,当变化趋于稳定状态时,(到达热平衡需要一定的时间)记录电压表显示的数值与水银温度计的读数。
3、在加热器过程中,也可以随时关闭加热器开关,此时电压表显示的峰值的数值与水银温度计的读数会出现在一个相对稳定的峰值(读数先升后降),记录此时电压表显示的峰值与水银温度计的读数。
4、在实验过程中,不应变动调零电位器。
To(℃)
Vo(V)
5、负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为
Rt=Rt0exp[Bn(1/T0)]
式中Rt,Rt0分别为温度T,T0时的阻值,Bn为电阻常数,它与材料激活能有关,一般情况下,Bn=2000——6000K,在高温时使用,Bn值将增大。
1、本实验可与热电偶实验进行比较。
2、作出T—V曲线,求出灵敏度S=ΔV/ΔT。
3.1电涡流式传感器静态位移性能研究
了解电涡流式传感器的工作原理和工作情况,和其它与之相关的实验进行灵敏度比较。
电涡流式传感器的结构是由线圈和金属涡流测试片组成,当线圈中通以高频交变电流后与其平行的金属片上感应产生电涡流,电涡流的大小影响线圈的阻抗Z,而涡流的大小与金属片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。
当线圈、被测体(涡流片)、激励信号源确定,保持温度不变,则阻抗Z只与距离X有关。
将阻抗变化经涡流变换器换成电压V输出,则输出电压是距离X的单值函数。
涡流变换器,涡流式传感器探头,铁测片,测微器,V/F表。
1、被测物体与涡流式传感器探头平面必须平行,探头尽量对准被测物体中间,以减小涡流损失。
2、由于信号调理单元电路结构的特殊性,涡流变换器的输出始终为负值。
(注:
涡流变换器见仪器面板示意图)。
3、当涡流变换器与电涡流传感器探头线圈连接,并处于工作状态时,在两者联接线端接入示波器后由于负载效应会影响线圈的阻抗,使变换器的输出电压减小(如果示波器探头阻抗太小,甚至会使变换器停振而无输出,或是使传感器在初始状态有一死区)。
1、转动测微器,振动圆平台中间的磁铁与“测微头”相吸,圆平台处于(目测)水平位置,按注意事项调整好涡流传感器探头(这时被测铁测片与涡流传感器探头平面相接)。
2、根据图3.1的电路结构,将涡流传感器探头、涡流变换器、电压表、示波器连接起来,组成一个测量线路。
3、开启仪器电源,将测微头位移,使得电涡流线圈与涡流片分开一定距离,此时输出端有一电压值。
用示波器连接涡流变换器输出端观察电涡流传感器高频波形,信号频率约为1MHz。
4、用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧铁测片,此时涡流变换器输出电压为零。
涡流变换器中的振荡电路“停振”。
5、往下旋动测微器,使圆平台的“自由端”往下产生位移(刚开始时,电压表显示的数值为零,一直到有一定距离后才会发生变化,这时的数据作为起始数据)。
每位移0.25mm,记一个电压表数值,将所记数据填入下表,根据所得数据计算灵敏度S。
S=ΔV/ΔX(式中ΔV为电压变化,ΔX为相应的振动圆平台的位移变化)。
X(mm)
0.0
V(mV)
2、双线示波器。
1、根据实验结果,作出V—X关系曲线
2、开始时,电压表显示的数值为零,一直到有一定距离后才会发生变化,为什么?
3、根据测试结果,找出当前被测物体为金属片时,线性范围的中点位置(最佳工作点),涡流传感器探头与铁测片的距离。
4、、如何提高其线性范围。
5、与其它传感器比较有什么优缺点。
3.2被测材料对电涡流式传感器的影响
通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。
二、所需单元和部件
涡流变换器,涡流式传感器探头,(铝、铜)质测试片,测微器,V/F表。
三、有关旋钮的初始位置
四、注意事项
1、更换测试片,被测物体与涡流传感器探头平面必须平行,探头尽可能对准被测体中间。
2、有必要时可以多测几个数据,便于统计计算。
五、实验内容
1、转动测微器,振动圆平台中间的磁铁与测微头相吸,圆平台处于(目测)水平位置,按注意事项调整好涡流传感器探头(这时被测片与电涡流传感器探头平面相接)。
2、根据实验图3.2的电路结构,将电涡流传感器探头,涡流变换器,电压表,示波器连接起来,组成一个测量线路。
电
涡
流
传
器
感
图3.2电涡流传感器接线图
示波器
表电压
涡流
变换器
2、往下旋动测微器,使圆平台的自由端往下产生位移,从而改变被测物体与涡流变换器探头之间距离(刚开始时,电压表显示的数值可能为零,一直到有一定距离后才会发生变化),这时的数据作为起始数据。
每位移0.25mm,记一个电压表数值,将所记数据填入下表。
3、将铁质测试片换下,按装上铝质测试片,和铜质测试片。
重复实验1、2、3,根据所得数据分别计算灵敏度S。
S=ΔV/ΔX(式中ΔV为电压变化,ΔX为相应的平台端位移变化)进一步比较不同被测物体的线性范围和灵敏度。
在同一坐标轴上作出V—X曲线。
4、分别找出各被测物体的线性范围,灵敏度,最佳工作点(双向或单向),并进行比较。
X(mm)
V铝(V)
V铜(V)
1、使用铁测片时,刚开始,电压表显示的数值为零,一直到有一定距离后才会发生变化,而使用铝测片时,刚开始,电压表显示的数值不为零,这是为什么。
2、从实验中得出什么结论?
了解磁电式传感器的工作原理和工作情况。
磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器,所以也称为感应式传感器。
根据电磁感应定律,ω匝线圈中的感应电动势е的大小决定于穿过线圈的磁通φ的变化率:
е=-ω•dω/dt。
仪器中的磁电式传感器由“动铁”与感应线圈组成,永久磁钢做成的“动铁”产生恒定的直流磁场,当“动铁”与线圈有相对运动时,线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势,е与磁通变化率成正比,所以是一种动态传感器。
磁电式传感器,差动放大器,低频振荡器,激振器(I),涡流式传感器,涡流变换器。
差动放大器增益旋钮置于中间,低频振荡器幅度旋钮置于最小,并与“激振I”连接。
五、注意事项
实验过程中,低频振荡器幅度旋钮不能过大,以振动时不碰撞其它物体为佳。
1、观察磁电式传感器的结构,根据图4.1A的电路结构,将磁电式传感器,差动放大器,双线示波器连接起来,组成一个实验线路,并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
接通电源,调节振荡器频率和幅度,观察输出波形。
2、按图4.2B接好电涡流线圈和金属涡流片,注意两者必须保持平行(必要时可稍许调整探头角度)因为不要求进行位置测量,所以平面线圈与金属涡流片的相对位置可以高些,以振动时不相碰撞为宜。
F(Hz)
V(P-P)
3、双线示波器的通道1和通道2分别接差动放大器的输出端和涡流变换器的输出端,反复调节低频振荡器的振动频率和振幅,观察比较两波形。
通过观察,可以得出结论:
磁电式传感器对速度敏感,电涡流传感器对位置敏感,速度变化对它影响不大。
4、将“激振I”与“磁电”端接线互换,接通低频振荡器,观察差动放大器的输出端波形。
与原磁电式传感器波形比较。
可以得出结论,磁电式传感器是一种磁变电,电变磁转换的双向式
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