实训一箔式应变片性能――单臂电桥.doc
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1、目 录实训一箔式应变片性能单臂电桥2实训二 箔式应变片三种桥路性能比较4实训三箔式应变片的温度效应5实训四应变电路的温度补偿6实训五半导体应变计性能8实训六半导体应变计直流半桥测试系统10实训七箔式应变片与半导体应变片性能比较11实训八 移相器实训12实训九相敏检波器实训14实训十箔式应变片组成的交流全桥16实训十一激励频率对交流全桥的影响18实训十二交流全桥的应用振幅测量19实训十三交流全桥组成的电子秤20实训十四差动变压器性能21实训十五差动变压器零残电压的补偿23实训十六差动变压器的标定25实训十七差动变压器的振动测量27实训十八 差动螺管式电感传感器位移测量28实训十九差动螺管式电感传
2、感器振幅测量29实训二十激励频率对电感传感器的影响30实训二十一热电式传感器热电偶32实训二十二热敏式温度传感器测温实训1实训二十三PN结温度传感器2实训二十四光纤位移传感器位移测量3实训二十五光纤传感器转速测量5实训二十六光电传感器的应用光电转速测试6实训二十七霍尔式传感器的直流激励特性7实训二十八霍尔式传感器的交流激励特性9实训二十九霍尔传感器的应用振幅测量10实训三十 霍尔传感器的应用电子秤11实训三十一电涡流式传感器的静态标定12实训三十二被测材料对电涡流传感器特性的影响13实训三十三 电涡流式传感器的振幅测量14实训三十四 电涡流传感器的称重实训15实训三十五 电涡流传感器电机测试实
3、训16实训三十六 磁电式传感器17实训三十七 压电加速度式传感器18实训三十八 电容式传感器特性19实训三十九 扩散硅压力传感器(MPX)实训21实训四十 气敏传感器特性实训23实训四十一 湿敏传感器湿敏电阻实训24实训四十二 力平衡式传感器26实训四十三 双平行梁的动态特性正弦稳态响应28实训四十四 微机检测与转换数据采集处理29实训四十五 温度控制系统安装32实训一箔式应变片性能单臂电桥一、实训目地:1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁变形的应变输出。3 比较各桥路间的输出关系。二、实训原理:本实训说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件
4、。当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体表面,当测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路,转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种,当电桥平衡时,桥路对臂电阻乘积相等,电桥输出为零,在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中,电阻的相对变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4,当使用一个应变片时,;当二个应变片组成差动状态工作,则有;用四个应变片组成二个差动对工作,且R1R2R3R4R,。由此可知,单臂,半桥,全桥电路的灵敏度依次增大。三、实训所需部件:直流稳压电源(4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、(
5、或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表。四、实训步骤: 1调零。开启仪器电源,差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底),“、”输入端用实训线对地短路。输出端接数字电压表,用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实训线。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表,则将毫伏表输入端对地短路,调整“调零”电位器,使指针居“零”位。拔掉短路线,指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2按图(1)将实训部件用实训线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器,R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为4V。4V
6、 RR24V R3 R1WDV图 (1)测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状态。3确认接线无误后开启仪器电源,并预热数分钟。调整电桥WD电位器,使测试系统输出为零。4旋动测微头,带动悬臂梁分别作向上和向下的运动,以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点,向上和向下移动各5mm,测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值,并列表。(或在双孔悬臂梁称重平台上依次放上砝码,进行上述实训)。位移mm电压V根据表中所测数据计算灵敏度S,SVX,并在坐标图上做出VX关系曲线。五、注意事项: 1实训前应检查实训接插线是否完好,连接电路时应尽量使用较短的接插线,以避免引入干扰
7、。 2接插线插入插孔,以保证接触良好,切忌用力拉扯接插线尾部,以免造成线内导线断裂。实训二 箔式应变片三种桥路性能比较一、实训原理:说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全桥电路的R分别为R/R、2RR、4RR。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4ER,电桥灵敏度KuVRR,于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知,当E和电阻相对变化一定时,电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。二、实训所需部件 直流稳压电源(4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、(或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表。三、实训步骤: 1在完成实训
8、一的基础上,不变动差动放大器增益和调零电位器,依次将图(1)中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片,分别接成半桥和全桥测试系统。2重复实训一中34步骤,测出半桥和全桥输出电压并列表,计算灵敏度。3在同一坐标上描出VX曲线,比较三种桥路的灵敏度,并做出定性的结论。四、注意事项: 1应变片接入电桥时注意其受力方向,一定要接成差动形式。2直流激励电压不能过大,以免造成应变片自热损坏。3由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值,又回复到零,再负的最大值,因此容易造成零点偏移,因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算。再求平均值,以后实训中凡需过零的实训均可采用此种方法。实训三箔式
9、应变片的温度效应一、实训目的:说明温度变化对应变测试系统的影响。二、实训原理:温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。三、实训所需部件:直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计(可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考)。四、实训步骤: 1按图(1)接线,开启电源,调整系统输出为零。2记录加热前测试系统感受的温度,可用热电偶或集成温度传感器测得。3开启“加热”电源,观察测试系统输出电压随温度升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值及温度升高值。4求出温度漂移值VT。五、注意
10、事项:由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能,因此温度系数还是比较小的。实训四应变电路的温度补偿一、实训目的: 由于温度变化引入了测量误差,因此实用测试电路中必须进行温度补偿。二、实训原理:用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种,如图(2)所示。在电桥中,R1为工作片,R2为补偿片,R1R2。当温度变化时两应变片的电阻变化R1与R2符号相同,数量相等,桥路如原来是平衡的,则温度变化后R1R4R2R3,电桥仍满足平衡条件,无漂移电压输出,由于补偿片所贴位置与工作片成90,所以只感受温度变化,而不感受悬臂梁的应变。4V RR4V R RWDV差放 电压表R1 R2R3 R4 V 图
11、(2)图(3)三、实训所需部件:直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、温度计(可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考)。四、实训步骤: 1按图(3)接好线路,图中R和R分别为箔式工作片和补偿片。2重复实训三14步骤,求出接入补偿片后系统的温度漂移,并与实训三的结果进行比较。五、注意事项:应正确选择补偿片。在面板的应变片接线端中,从左至右18对接线端分别是:1上梁半导体应变片,2下梁半导体应变片。3.5上梁箔式应变工作片,4.6下梁。应变工作片,7.8上、下梁温度补偿片。电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。实训五半导体应变计性能一、实训目的:说明半导体应变计的灵敏度和
12、温度效应。二、实训原理:由于材料的阻值,则, 当应变,灵敏度; 对于箔式应变片,K箔12,主要是由形变引起。对于半导体应变计,K半(/)/,主要由电阻率变化引起。由于半导体材料的“压阻效应”特别明显,可以反映出很微小的形变,所以K半要大于K箔,但是受温度影响大。2V RRWDVR2V图(4)三、实训所需部件:直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计(可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考)。四、实训步骤: 1按图(4)接线,R是半导体应变计,另一臂电阻是电桥上固定电阻。开启电源后预热数分钟。2按单臂电桥实训步骤调整悬臂梁位置,调整系统输出,用测微头进行位移,
13、记录V,X数据,作出VX曲线,求出灵敏度。3重新调整测试系统输出为零。记录加温前的工作温度T。4打开“加热”开关,观察随温度升高系统输出电压温漂情况。待电压稳定后测得温升,求出系统的温漂VT。五、注意事项:此实训中直流激励电压只能用2V,以免引起半导体自热。实训六半导体应变计直流半桥测试系统一、实训目的:通过实际运用的半导体半桥电路,与实训五的半导体单臂电路进行性能比较,特别是要比较两种测试系统的漂移现象.二、实训所需部件: 直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、测微头、电压表、温度计(可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考)、加热器。三、实训步骤: 1按图(5)接线,电桥中R
14、和R为半导体应变计。 2按实训五步骤测出V,X值,画出VX曲线,求出灵敏度,测出温度变化时的温漂。2V RR2V R RWDV差放R图(5)四、注意事项:此实训的测试条件应与实训五一致。实训七箔式应变片与半导体应变片性能比较一、实训目的: 通过实训比较两种应变电路的灵敏度与温度特性二、实训所需部件:直流稳压电源、差动放大器、箔式应变片、半导体应变片、测微头、电压表、加热器、温度计(可用仪器中的PN结温度传感器或热电偶作测温参考)。三、实训步骤: 1分别做箔式单臂电桥和半导体式单臂电桥实训,接线如图(1)所示,直流激励源为2V,差动放大器增益为100倍。 调整系统,在相同的实训条件下分别测得两组
15、数据填入表格,求出灵敏度。位移Xmm灵敏度V半导体单臂V箔式单臂V半导体半桥V箔式半桥2将电桥中一固定电阻换成应变片,做箔式半桥和半导体半桥实训,将测得的两组数据分别填入表格,求出灵敏度。3在同一坐标上画出四条VX曲线以作比较。4分别对箔式变片和半导体应变片加热,测出两种测试电路的温漂,并进行比较。实训结果以证实实训五中对半导体应变片性能的分析。四、注意事项: 进行上述实训时激励电压,差动放大器增益、测微头起始点位置等实训条件必须一致,否则就无可比性。实训八 移相器实训一、实训目的: 说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理。R1 10KR4 10KR6 2KR5 10KR3 10KR210K
16、V入V出C1 8800PWC2 223652317移相器电路图(6)二、实训原理:图(6)为移相电路示意图。该电路的团环增益把拉普拉氏算符换成频率域的参数,则得到:又改写为在实训电路中,常设定幅频特性G(j)1,为此选择参数R1=RF=10K由上, R=20K,则输出幅度与频率无关,闭路增益可简化为:当R=2R1=2RRF时,G(j)1。由上式可以得到相频特性表达式:由tg表达式和正切三角函数半角公式可以得到:因此可以得到相移为:电阻R可以在很宽的范围内变化,当WRC很大时,相移O,式中负号表示相位超前,如将电路中R和C互换位置,则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络Rc不变,则相移将随输入信号
17、的频率而改变。三、实训所需部件:移相器、音频振荡器、双线示波器。四、实训步骤: 1音频振荡器频率、幅值旋钮居中,将信号(0或180均可)送入移相器输入端。2将双线示波器两测试线分别接移相器输入输出端,调整示波器,观察波形。3调节移相器“移相”旋钮,观察两路波形的相位变化。4改变音频振荡器频率,观察不同频率时移相器的移相范围。5根据移相器实际电路图分析其工作原理。五、注意事项: 因为本实训仪中音频信号由函数发生器产生,所以通过移相器后波形局部有些畸变,这不是仪器故障。实训九相敏检波器实训一、实训目的:说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。二、实训原理: 相敏检波电路如图(7)所示:
18、图中为输入信号端,为输出端,为交流参考电压电输入端,为直流参考电压输入。当、端输入控制电压信号时,通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态,从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。2 3533V出R2 22KC1 104R1 30KW 51KR5 2K2R4 30KR3 30KV入76 5JD1图(7)三、实训所需部件: 相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器。四、实训步骤: 1将音频振荡器频率、幅度旋钮居中,输出信号(0或180均可)。接相敏检波器输入端。2将直流稳压电源2V档输出电压(正或负均可)接相敏检波器端。3示波器两通道分别接相敏输入、输出端,观察
19、输入、输出波形的相位关系和幅值关系。 4改变端参考电压的极性,观察输入、输出波形的相位和幅值关系。由此可以得出结论:当参考电压为正时,输入与输出同相,当参考电压为负时,输入与输出反相。 5将音频振荡器0端输出信号送入移相器输入端,移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端连接,相敏检波器的信号输入端接音频0输出。6用示波器两通道观察附加观察插口、的波形。可以看出,相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波,使相敏检波器中的电子开关能正常工作。7将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接,低通输出端接数字电压表20V档。8示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。9适当调节音频振荡器幅值
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