机械制造中测试技术实验书.docx
- 文档编号:9993946
- 上传时间:2023-02-07
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:643.31KB
机械制造中测试技术实验书.docx
《机械制造中测试技术实验书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械制造中测试技术实验书.docx(36页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
机械制造中测试技术实验书
机械制造中的测试技术
实验指导书
辽宁石油化工大学
机械工程学院实验中心
目录
实验台介绍1
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验3
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验5
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验6
实验四金属箔式应变片的温度影响实验8
实验五直流全桥的应用——电子秤实验9
实验六交流全桥的应用——振动测量实验10
实验七压阻式压力传感器的压力测量实验13
实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验15
实验九交流激励时霍尔式传感器的位移实验16
实验十被测体材质对电涡流传感器特性影响17
实验十一集成温度传感器的特性实验18
附
(一)温控仪表操作说明20
附
(二)温控仪表操作说明22
实验十二热电阻测温特性实验24
实验台介绍
一、实验台组成
CSY-2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板(温度源、转动源、振动源)、15个(基本型)或22个(增强型)传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌六部分组成。
1、主控台部分,提供高稳定的±15V、+5V、±2V~±10V可调、+2V~
+24V可调四种直流稳压电源;主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。
音频信号源(音频振荡器)0.4KHz~10KHz(可调);低频信号源(低频振荡器)1Hz~30Hz(可调);气压源0~15kpa可调;高精度温度控制仪表(控制精度±0.5℃);RS232计算机串行接口;流量计。
2、三源板:
装有振动台1Hz~30Hz(可调);旋转源0-2400转/分(可调);加
热源<200℃(可调)。
3、传感器:
基本型传感器包括:
电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻,共十五个。
增强型部分:
可增加湿敏传感器、气敏传感器、PSD位置传感器、扭矩传感器、超声移传感器、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器等七种传感器和冲击实验台。
4、实验模块部分:
普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。
增强型还增加气敏、湿敏、PSD、扭矩、超声波、CCD、光栅、冲击实验八个模块。
5、数据采集卡及处理软件:
数据采集卡采用12位A/D转换、采样速度1000点/秒,采样速度可以选择,既可单步采样亦能边续采样。
标准RS-232接口,与计算机串行工作。
提供的处理软件有良好的计算机显示界面,可以进行实验项目选择与编辑,数据采集,特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。
6、实验台桌尺寸为1600×800×280(mm),实验台桌上预留计算机及示波器安放位置。
二、传感器的简要特性列于下表
传感器特性(参考值)
序号
实验模板
名称
量程
精度
实验内容
备注
1
基
本
型
电阻应变式传感器
电阻应变式传感器
0-500g(200g)
±0.5%
1-7
简易电子称
2
压力传感器
扩散硅压力传感器
0-50kpa
±2%
8-9
差压
3
差动变压器
差动变压器
±5mm
±1%
10-13
4
电容式传感器
电容式传感器
±2mm
±1%
14-15
5
霍尔式位移传感器
霍尔式位移传感器
±5mm
±2%
16-19
6
/
霍尔式转速传感器
0-2400转/分
±3%
20
7
/
磁电式传感器
0-2400转/分
≤1%
21-22
8
压电式传感器
压电式传感器
100kpa
±2%
23
9
电涡流位移传感器
电涡流位移传感器
±2mm
±3%
24-29
10
光纤位移传感器
光纤位移传感器
0-1mm
±2%
30-32
11
/
光电转速传感器
0-2400/分
≤1%
33-34
12
温度传感器
集成温度传感器
-55~+150℃
±2%
35
13
Pt100铂电阻
0-800℃
±2%
36
三线制
14
K型热电偶
0-800℃
±3%
37-38
15
E型热电偶
0-800℃
±3%
37-38
16
增
强
型
/
气敏传感器
50-2000PPm
40
对酒精敏感
17
/
湿敏传感器
10-95%RH
±5%
41
18
PSD位移传感器
PSD位置传感器
±2mm
±2%
42-43
19
扭矩传感器
扭矩传感器
±1%
44-45
20
超声位移传感器
超声位移传感器
5~30cm
1cm
46-47
21
CCD实验仪
CCD电荷耦合器件
测Φ3-6mm直径
2%
48-49
22
光栅位移传感器
光栅位移传感器
0-100mm
0.05%
50
有观察孔
实验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、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。
二、基本原理:
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:
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=ΔL/L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,通过它转换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,电桥的输出电压反应了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。
四、实验步骤:
1、根据图(1-1)应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。
加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。
图1-1应变式传感安装示意图
2、接入模板电源±15V(从主控箱引入),检查无误后,合上主控箱电源开关,将实验模板调节增益电位器Rw3顺时针调节大致到中间位置,再进行差动放大器调零,方法为将差放的正、负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数
显表电压输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)。
关闭主控箱电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所示。
检查接线无误后,合上主控箱电源开关。
调节Rw1,使数显表显示为零。
图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在电子称上放置一只砝码,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500g(或200g)砝码加完。
记下实验结果填入表1-1,关闭电源。
重量(g)
电压(mv)
5、根据表1-1计算系统灵敏度S,S=Δu/ΔW(Δu输出电压变化量;ΔW重量变化量)计算线性误差:
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满量程输出平均值,此外为500g或200g。
五、思考题:
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。
实验二金属箔式应变片——半桥性能实验
一、实验目的:
比较半桥与单臂电桥的不同性能,了解其特点。
二、基本原理:
不同受力方向的两片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。
当两片应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压U02=EK/ε2。
三、需用器件与单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
做实验
(一)2的步骤,实验模板差动放大器调零。
2、根据图2-1接线。
R1、R2为实验模板左上方的应变片,注意R2应和R1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。
接入桥路电源±4V,调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零,实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤,将实验数据记入表2-1,计算灵敏度S=ΔU/ΔW,非线性误差δf2。
若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。
图2-1应变片传感器半桥实验接线图
表2-1半桥测量时,输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
五、思考题:
1、半桥侧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。
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。
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的:
了解全桥测量电路优点。
二、基本原理:
全桥测量电路中,将受力性质相同的两应变片接入电桥对边,不同的接入邻边,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。
三、需用器件和单元:
同实验一。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验一。
2、根据图3-1接线,实验方法与实验二相同。
将实验结果填入表1-3;进
行灵敏度和非线性误差计算。
图3-1全桥性能实验接线图
表3-1全桥输出电压与加负载重量值
重量(g)
电压(mv)
五、思考题:
1、全桥测量中,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。
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,如何利用这四片电阻应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
图3-2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
实验四金属箔式应变片的温度影响实验
一、实验目的:
了解温度对应变片测试系统的影响。
二、基本原理:
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。
三、需用器件与单元:
应变传感器实验模板、数显表单元、直流源、加热器(已贴在应变片底部)
四、实验步骤:
1、保持实验三实验结果。
2、将200g砝码加于砝码盘上,在数显表上读取某整数值U01。
3、将5V直流稳压电源(主控箱)接于实验模板的加热器插孔上,数分钟后
待显表电压显示基本稳定后,记下读数Uot,Uot-Uo1即为温度变化的影响。
计算这一温度变化产生的相对误差。
五、思考题:
1、金属箔式应变片温度影响有些消除方法?
2、应变式传感器可否用于测量温度?
实验五直流全桥的应用——电子秤实验
一、实验目的:
了解应变片直流全桥的应用电路的标定。
二、基本原理:
电子秤实验原理为实验三全桥测量原理,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)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。
三、需用器件与单元:
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、±15V电源、±4V电源。
四、实验步骤:
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,合上主控箱电源开关调节电桥平衡电位器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档测显)或-0.200V。
3、拿去托盘上的所有法码,调节电器Rw4(零位调节),使数显表显示为0。
000V或—0。
000V。
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改为重量量纲g,就可秤重,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:
重量(g)
电压(mv)
6、根据上表计算误差与非线性误差。
实验六交流全桥的应用——振动测量实验
一、实验目的:
了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法。
二、基本原理:
对于交流应变信号用交流电桥测量时,桥路输出的波形为一调制波,不能直接显示其应变值,只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号,此信号可以从示波器读得。
三、需用器件与单元:
音频振荡器、低频振荡器、万用表(自备)、应变式传感实验模板、相敏检波器模板、台面上低频输入和应变输出双线示波器(自备)、振动源。
四、实验步骤:
1、模块上的传感器不用,改为振动梁的应变片(即台面上的应变输出)。
2、将台面三源板上的应变插座用连接线插入应变传感器实验模板上。
因振动梁上的四片应变片已组成全桥,引出线为四芯线,因此可直接接入实验模板面上电桥模型四个插孔上。
接线时应注意连接线上每个插头的意义,对角线的阻值为350Ω左右,若二组对角线阻值均为350Ω,则接法正确。
3、根据图6-1,接好交流电桥调平衡电路及系统,R8、Rw1、C、Rw2为交流电桥调平衡网络。
检查接线无误后,合上主控箱电源开关,将音频振荡器的频率调节到5KHZ左右,幅度调节到10Vp-p。
(频率可用数显表Fin监测,幅度可用示波器监测)。
将示波器接入相敏检波的输出端,观察示波器的波形,顺时针调节Rw3到最大,调节Rw1、Rw2、Rw4,使示波器显示的波形无高低且最小(示波器的Y轴为0.1V/div,X轴为0.2ms/div),用手按下振动圆盘(且按住不放),调节移相器为与相敏检波器的旋扭,使示波器显示的波形有检波趋向。
图6-1应变片振动测量实验接线图
4、将低频振荡器输出接入振动台低频输入插孔,调节低频振荡器输出幅度和频率使振动台(园盘)明显振动。
5、调节示波器Y轴为50mv/div、X轴为20ms/div,用示波器观察差动放大器输出端(调幅波)和相敏检波器输出端(解调波)及低通滤波器输出端(包络线波形——传感器信号)波形,调节实验电路中各电位器旋扭,用示波器观察各节波形,体会电路中各电位器的作用。
调节电位器使各波形接近理论波形,并使低通滤波器输出波形不失真并且峰一峰值最大。
6、固定低频振荡器幅度钮旋位置不变,低频输出端接入数显单元的Fin,把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率。
调节低频输出频率,用示波器读出低通滤波输出V0的电压峰-峰值,填入表1-5。
表6-1
F(Hz)
V0(p-p)
从实验数据得振动梁的自振频率为__________HZ。
五、思考题:
1、在交流电桥测量中,对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求?
2、请归纳直流电桥和交流电桥的特点?
3、移相器的电路原理,如图6-2,试分析其工作原理。
图6-2移相器电原理图
4、相敏检波器的电路原理如图6-3,试分析其工作原理。
图6-3相敏检波器的电路原理
小结:
电阻应变式传感器从1938年开始使用到目前,仍然是当前称重测力的主要工具,电阻应变式传感器最高精度可达万分之一甚至更高,除电阻应变片、丝直接用以测量机械、仪器及工程结构等的应变外,主要是与种种形式的弹性体相配合,组成各种传感器和测试系统。
如称重、压力扭矩、位移、加速度等传感器,常见的应用场合如各种商用电子称、皮带称、吊钩称、高炉配料系统、汽车衡、轨道衡等。
实验七压阻式压力传感器的压力测量实验
一、实验目的:
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、基本原理:
扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条,接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应,基片产生应力,电阻条的电阻率产生很大变化,引起电阻的变化,我们把这一变化引入测量电路,则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
三、需用器件与单元:
压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。
四、实验步骤:
1、根据图7-1连接管路和电路,主控箱内的气源部分,压缩泵、贮气箱、流量计主控箱内部已接好。
将压力表放置传感器支架上,三通连接管中硬管一
端插入主控板上的气源快速插座中(注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压,则硬管可轻松拉出)。
其余两根软导管分别与标准表和压力传感器接通。
这里选用的差压传感器两只气咀中,一只为高压咀,另一只为低压咀。
本实验模板连接见图2-2,压力传感器有4端:
3端接+2V电源,1端接地线,2端为U0+,4端为U0-。
1、2、3、4端顺序排列见图2-2。
端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。
图7-1压阻式压力传感器测量系统
2、实验模板上Rw2用于调节零位,Rw2可调放大倍数,按图7-2接线,模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的Vi插座。
将显示选择开关拨到20V档,反复调节Rw2(Rw1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。
3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮,开通流量计。
图7-2压力传感器压力实验接线图
4、合上主控箱上的气源开关K3,启动压缩泵,此时可看到流量计中的滚珠浮起悬于玻璃管中。
5、逐步关小流量计旋钮,使标准压力表指示某一刻度。
6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮,使在4~14KP之间每上升1KP分别读取压力表读数,记下相应的数显表值列于表(7-1)
表(7-1)压力传感器输出电压与输入压力值
P(KP)
V0(p-p)
7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。
8、如果本实验装置要成为一个压力计,则必须对电路进行标定,方法如下:
输入4KPa气压,调节Rw2(低限调节)使数显表显示0.400V,当输入12KPa气压,调节Rw1(高限调节),使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。
五、思考题:
利用本系统如何进行真空度测量?
实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一、实验目的:
了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理:
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。
三、需用器件与单元:
霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、±15V、测微头、数显单元。
四、实验步骤:
1、将霍尔传感器按图8-1安装。
霍尔传感器与实验模板的连接按图8-2进行。
1、3为电源±4V,2、4为输出。
图8-1霍尔传感器安装示意图
2、开启电源,调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2使数显表指示为零。
图8-2霍尔传感器位移直流激励实验接线图
3、旋转测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8-1。
表8-1
X(mm)
V(mv)
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。
五、思考题:
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?
实验九交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的:
了解交流激励时霍尔片的特性。
二、基本原理:
交流激励时霍尔元件与直流激励一样,基本工作原理相同,不同之处是测量电路。
三、需用器件与单元:
在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。
四、实验步骤:
1、传感器安装同实验十六,实验模板上连线见图9-1。
霍尔实验模板移相、相敏、低通模板
图9-1交流激励时霍尔传感器位移实验接线图
2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭,从LV输出用示波器测量,使输出为1KHZ、峰-峰值为4V,引入电路中(激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ,幅值为4V峰-峰值,注意电压过大会烧坏霍尔元件)。
3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点,先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小,然后从数显表上观察,调节电位器RW1、RW2使显示为零。
4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移,利用示波器观察相敏检波器输出,旋转移相单元电位器RW和相敏检波电位器RW,使示波器显示全波整流波形,且数显表显示相对值。
5、使数显表显示为零,然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数,填入表9-2。
表9-2交流激励时输出电压和位移数据
X(mm)
V(mv)
6、根据表5-2作出V-X曲线,计算不同量程时的非线性误差。
五、思考题:
利用霍尔元件测量位移和振动时,使用上有何限制?
实验十被测体材质对电涡流传感器特性影响
一、实验目的:
了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、基本原理:
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。
三、需用器件与单元:
除与实验二十四相同外,另加铜和铝的被测体小圆盘。
四、实验步骤:
1、传感器安装与实验二十四相同。
2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。
3、重复实验二十四步骤,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10-1和表10-2。
表10-1被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据
X(mm)
V(v)
表10-2被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据
X(mm)
V(v)
4、根据表10-1和表10-2分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差(线性度)。
5、分别比较实验二十四和本实验所得结果进行小结。
五、思考题:
当被测体为非金属材料,如何利用电涡流传感器进行测试?
实验十一集成温度传感器的特性实验
一、实验目的:
了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。
二、基本原理:
集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上,它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出,一般用
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械制造 测试 技术 实验