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1、传感器实验传感器实验实验一实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验金属箔式应变片单臂电桥性能实验一一实验目的实验目的了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。二二基本原理基本原理电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。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，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是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。单臂电桥输出电压Uo1 EK/4，其中K 为应变灵敏系数，L/L为电阻丝长度相对变化。三三实验器材实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。四四实验步骤实
2、验步骤1.根据接线示意图安装接线。2.放大器输出调零。3.电桥调零。4.应变片单臂电桥实验。测得数据如下：重量（g）电压（mv）03205401060138017100211202514029实验曲线如下所示：分析：由图可以看出，输出电压与加载的重量成线性关系，由于一开始调零不好，致使曲线没有经过原点，往上偏离了一段距离。5.根据表中数据计算系统的灵敏度S U/W（U为输出电压变化量，W为重量变化量）和非线性误差 m/yFS 100%，式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程输出平均值，此处为140g。U=30mv，W=140g，0所以S 3 0/1 40.2m
3、 1v 4 3gm=1.9768g，y F S=140g，4 01 0 0%所以1.9 7 6 8/16.利用虚拟仪器进行测量。测得数据如下表所示：重量（g）电压（mv）00.7205.0409.5601.8018.710023.412028.314032.913.9相应的曲线如下：五五思考题思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。答：应变片受拉，所以选（1）正应变片。实验三实验三金属箔式应变片全桥性能实验金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的一、实验目的了解全桥测量电路的优点二、基本原理二、基本原理全桥测量电
4、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R1 R2 R3 R4时，其桥路输出电压Uo3 EK。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都得到了改善。三、实验器材三、实验器材主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。四、实验步骤四、实验步骤1.根据接线示意图安装接线。2.放大器输出调零。3.电桥调零。4.应变片全桥实验数据记录如下表所示：重量（g）电压（mv）0020164031604780631007912095140111实验曲线如下所示：分析：从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性
5、比半桥进一步提高。5.计算灵敏度 S=U/W，非线性误差。U=141.2mv，W=140g；所以S=141.2/140=1.0086 mv/g;m=0.1786g，y F S=140g，4 01 0 0%0.1 7 8 6/16.利用虚拟仪器进行测量测量数据如下表所示：重量（g）0204006080100120140电压（mv）-1.119.640.461.181.7102.4122.0142.0实验曲线如下所示：五、思考题五、思考题1.测量中，当两组对边电阻值R 相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1R2 时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。答：答：（2）不可以。2.某工程技术
6、人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。答：答：能够利用它们组成电桥。对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图，可以选取R3、R4 接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。答答：根据实验结果可知：灵敏度：全桥半桥单臂非线性度：单臂单桥全桥理论上：灵敏度：单臂S 非线性度
7、：单臂EE，半桥S，全桥S E。42K100%，半桥 0，全桥 0。2 K因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性，达到消除温度误差的效果。同时还能消除非线性误差。结论：利用差动技术，能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。4.金属箔式应变片的温度影响如何消除金属箔式应变片的温度影响？答答：利用温度补偿片或采用全桥测量。实验五实验五 差动变压器的性能实验差动变压器的性能实验一、实验目的一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式。当被测物体移动
8、时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化。将两只次级反向串接，引出差动电势输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。三、实验器材三、实验器材主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。四、实验步骤四、实验步骤1.按照接线图连接线路。2.差动变压器 L1 的激励电压从主机箱中的音频振荡器的 Lv 端引入，音频振荡器的频率为45KHz，输出峰峰值为 2V。3.松开测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p 较小。然后拧紧螺钉，仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出 Vp-p 为最小值
9、（零点残余电压），定义为位移的相对零点。4.从零点开始旋动测微头的微分筒，每隔 0.2mm 从示波器上读出示波器的输出电压 Vp-p，记入表格中。一个方向结束后，退到零点反方向做相同的实验。5.根据测得数据画出 Vop-p X 曲线，做出位移为1mm、3mm 时的灵敏度和非线性误差。数据表格如下：X(mm)V(mv)X(mm)V(mv)-1.2930.653-1.0770.868-0.8621.083-0.6461.2100-0.4311.4116-0.2151.6133041.81490.2202.01650.4372.2181实验曲线如下：分析：从图中可见，曲线基本呈线性，关于x=0 对称
10、的，在零点时存在一个零点误差。X 1mm，S U/X 80.3672mv/mm；X=1mm 时，U 80.3672mv，3mx 0.0 1 1m，y F S 2 m m，x/yFS100%0.56%。五、思考题五、思考题1.用差动变压器测量，振动频率的上限受什么影响？答答：受导线的集肤效应和铁损等的影响，若频率过大会导致灵敏度下降。2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？答：答：相同点：利用电磁感应原理工作。不同点：差动变压器为开磁路，一、二次侧间的互感随衔铁移动而变，且两个绕组按差动方式工作；一般变压器为闭合磁路，一、二次侧间的互感为常数。实验九实验九电容式传感器的位移实验电容式传感器的
11、位移实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点二、基本原理利用电容 C=A/d 的关系式，通过相应的结构和测量电路，可以选择，A，d 三个参数中保持两个参数不变，而只改变其中的一个参数，就可以组成测介质的性质，测位移和测距离等多种电容传感器。三、实验器材主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤1、按图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，实验模板的输出Vo1接主机箱电压表的Vin。2、实验模板上 RW调节到中间位置。3、将主机箱上的电压表量程（显示选择）开关打到2v 档，合上主机箱电源开关。X X（mmmm）V(mV)V(mV)X X（mmmm）V(mV)V(mV)12.
12、69012.69099599510.19010.190-24-2412.19012.1908138139.6909.690-242-24211.69011.6906196199.1909.190-456-45611.19011.1904224228.6908.690-666-66610.69010.6902022028.1908.190-880-8806、画实验曲线，计算本系统的灵敏度和非线性误差。实验十一实验十一压电式传感器振动测量实验压电式传感器振动测量实验一、实验目的了解压电传感器的测量振动原理和方法。二、基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。工作时传感器感受与试件相同的
13、振动频率，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶体上产生正比于运动速度的表面电荷。三、实验器材主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。四、实验步骤1、按照连线图将压电传感器安装在振动台上，振动源的低频输入接主机箱的低频振荡器，其它连线按照图示接线。2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出波形。3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入和输出波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台，同时观察输出波形的变化。4、改变振动源的频率，观察输出波形的变化。低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，用频率表监测，用示波器读出峰峰
14、值填入表格。f(Hz)f(Hz)V(p-p)V(p-p)实验曲线：实验曲线：5 50.450.457 71.051.0512122.142.1415151.491.4917171.291.2920201.091.0925250.820.82五、思考题根据实验结果，可以知道振动台的自然频率大致是多少？传感器输出波形的相位差大致为多少？答答：根据实验曲线可知，振动台的自然频率大约为11Hz。t 6ms,T 108ms，所以 6ms3600 200。108ms实验十七实验十七霍尔转速传感器测量电机转速实验霍尔转速传感器测量电机转速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理利用霍尔效应表达
15、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 此。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整和计数电路计数就可以测量被测物体的转速。三、实验器材主机箱、霍尔转速传感器、振动源。四、实验步骤1、根据示意图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间距离大约为23mm。2、在接线前，先合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源 224V 旋钮调到最小，接入电压表，监测大约为1.25V；关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按照示意图分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表的 Fin 上。3、合上主机
16、箱电源开关，在小于 12V 的范围内调节主机箱的转速调节电源，观察电机转动及转速表的显示情况。4、从 2v 开始纪录，每增加 1v 相应电机转速的数据。电压（电压（v v）转速转速电压（电压（v v）转速转速2 23903907 7152015203 36206208 8176017604 48508509 9197019705 5106010601010220022006 612901290111124202420画出电机的 vn 特性曲线。五、思考题1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？答答：有。当被测体是磁性体时不能用霍尔元件测量。2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？答答：可以，但是会降低分辨率。