13电子专传感器实验讲义Word文件下载.docx
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E为电桥电源电压,式1-2表明,半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。
图1-3
3、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1-4,当应变片初始值相等,变化量也相等时,其桥路输出:
Uo=KEε(1-3)
E为电桥电源电压,式1-3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。
三、实验仪器及装置:
应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±
15V、±
4V电源。
四、实验内容与步骤
1.图1-1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.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,输出端Uo2接数显电压表(选择2V档),调节电位器Rw4,使电压表显示为0V。
Rw4的位置确定后不能改动。
关闭主控台电源。
3.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,见图1-2,接好电桥调零电位器Rw1,直流电源±
4V(从主控台接入),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,调节Rw1,使电压表显示为零。
4.在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示2mV,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,计下实验结果,填入下表1-1,关闭电源。
表1-1
重量(g)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mV)
2.1
6.5
10.8
15.1
19.5
23.9
28.3
32.6
37
41.4
5.按图1-3接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边,接入电桥调零电位器Rw1,直流电源±
6.在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示10mV左右,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,计下实验结果,填入下表,关闭电源。
表1-2
10.3
18.7
26.8
35.4
43.9
52.5
61
69.6
78.1
86.7
7.按图1-4接线,将受力相反(一片受拉,一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边,接入电桥调零电位器Rw1,直流电源±
4V(从主控台接入),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,调节Rw1,使电压表显示为零。
8.在应变传感器托盘上放置一只砝码,调节Rw3,改变差动放大器的增益,使数显电压表显示0.020V左右,读取数显表数值,保持Rw3不变,依次增加砝码和读取相应的数显表值,直到200g砝码加完,计下实验结果,填入下表1-3,关闭电源。
表1-3
五、实验报告
1、根据表1-1、1-2和1-3计算单臂、半桥和全桥系统的灵敏度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。
2、比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度,得出相应的结论。
思考题
1、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。
2、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。
3、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。
4、全桥测量中,当两组对边(R1、R3为对边)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。
5、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,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
实验二直流全桥的应用――电子秤实验
了解应变直流全桥的应用及电路的标定。
电子秤实验原理为全桥测量原理,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)改为重量纲(g)即成为一台原始电子秤。
三、实验器件及装置:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码
四、实验内容与步骤:
1、按实验一中2的步骤,将差动放大器调零,按图1-4全桥接线,合上主控台电源开关,调节电桥平衡电位RW1,使数显表显示0.00V。
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0.200V(2V档测量)或-0.200V。
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0.0000V。
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。
5、把砝码依次放在托盘上,填入下表2-1。
重量(g)
电压(mv)
五、实验报告:
根据上表2-1,计算误差与非线性误差。
实验三电涡流传感器的位移特性实验
一、实验目的:
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性,了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、实验原理:
通过高频电流的线圈产生磁场,当有导电体接近时,因导电体涡流效应产生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关,因此可以进行位移测量。
涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关,因此不同的材料就会有不同的性能。
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、铁圆片、铜圆片、铝圆片。
四、实验内容与步骤:
1、根据图3-1安装电涡流传感器。
图3-1电涡流传感器安装示意图
图3-1电涡流传感器安装图
图3-2电涡流传感器位移实验接线图
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、用连结导线从主控台接入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0.2mm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电涡流传感器位移X与输出电压数据
X(mm)
V(v)
8、将原铁圆片换成铝和铜圆片,重复以上步骤,进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试,分别记入表3-2和表3-3。
表3-2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据
表3-3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据
根据表3-1、3-2、3-3数据,画出V-X曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点,试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量±
5mm的量程应如何设计传感器?
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器。
3、当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试?
实验四磁电式转速传感器测速实验
了解磁电式测量转速的原理。
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个磁棒时,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。
磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2-24V。
1、磁电式转速传感器按图4-1安装传感器端面离转动盘面2mm左右。
将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔。
(磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔)
2、
将显示开关选择转速测量档。
3、将转速电源2-24V用引线引入到台面板上24V插孔,合上主控箱电开关。
使转速电机带动转盘旋转,逐步增加电源电压观察转速变化情况。
根据电源与转速的数据做出曲线。
为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动,能说明理由吗?
实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
了解霍尔式传感器原理与应用。
根据霍尔效应,霍尔电势UH=KHIB,当霍尔元件处在梯度磁场中运动时,它就可以进行位移测量。
霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元。
1、将霍尔传感器按图5-1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。
1、3为电源±
4V,2、4为输出。
2、开启电源,调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW1使数显表指示为零。
图5-1霍尔传感器安装示意图
3、
4、
图5-2霍尔传感器位移――直流激励实验接线图
3、微头向轴向方向推进,每转动0.2mm记下一个读数,直到读数近似不变,将读数填入表5-1。
表5-1
V(mv)
根据表5-1作出V-X曲线,计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化?
实验六速度测量实验
了解霍尔传感器和光电传感器测量转速的应用。
二、基本原理:
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,圆盘每转一周磁场就变化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量被测旋转物的转速。
光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本实验装置是透射型的(光电断续器),传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管,发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号,由于转盘上有均匀间隔的6个孔,转动时将获得与转速有关的脉冲数,将脉冲计数处理即可得到转速值。
三、需用器件与单元:
主机箱、霍尔转速传感器、光电转速传感器、转动源。
四、实验步骤:
1、根据图4-1将霍尔转速传感器安装于霍尔架上,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2mm~3mm。
图4-1 霍尔转速传感器实验安装、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2v~24v旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择打到20v挡)监测大约为1.25V;
然后关闭主机箱电源,将霍尔转速传感器、转动电源按图4-17所示分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表(转速挡)的Fin上。
3.合上主机箱电源开关,在小于12V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2V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),记入表4-1;
5.换光电式传感器重复1-4步进行实验,将数据记入表4-2;
表4-1
电压
转速
表4-2
五、实验报告:
根据表4-1、4-2的数据分别画出两种传感器的电机的v—n(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。
并比较两种传感器的特性。
六、思考题:
1.利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制?
2.本实验装置上用了六只磁钢,能否用一只磁钢?
3.此实验中用了多种传感器测量转速,试分析比较一下哪种方法最简单、方便。
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