工程测试与信号处理实验指导书.docx
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工程测试与信号处理实验指导书
工程测试与信号处理
实验报告
姓名
班级
学号
指导教师
2012年下学期
实验目录
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
实验二金属箔式应变片――半桥性能实验
实验三金属箔式应变片――全桥性能实验
实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验
实验五电容式传感器地位移特性实验
实验六光电转速传感器地转速测量实验
实验七霍尔测速实验
实验八磁电式转速传感器地测速实验
实验九电涡流传感器地位移特性实验
实验十被测体材质对电涡流传感器地特性影响实验
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
一、实验目地:
了解金属箔式应变片地应变效应,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,描述电阻应变效应地关系式为:
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、腐蚀等工艺制成地应变敏感元件,通过它转换被测部位受力状态变化、电桥地作用完成电阻到电压地比例变化,电桥地输出电压反映了相应地受力状态.,对单臂电桥输出电压Uo1=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-电子秤、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(电子秤)已装于应变传感器模板上.传感器中各应变片已接入模板地左上方地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应变式传感器安装示意图
2、接入模板电源±15V(从主控台引入),检查无误后,合上主控台电源开关,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,方法为将差放地正负输入端与地短接,输出端与主控台面板上数显表输入端Vi相连,调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零(数显表地切换开关打到2V档).关闭主控箱电源(注意:
当Rw3、Rw4地位置一旦确定,就不能改变.一直到做完实验三为止).
3、将应变式传感器地其中一个电阻应变片R1(即模板左上方地R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已接好),接好电桥调零电位器RW1,接上桥路电源±4V(从主控台引入)如图1-2所示.检查接线无误后,合上主控台电源开关.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地数显表值,直到200g(或500g)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=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)与拟合直线地最大偏差:
yF·S满量程输出平均值,此处为200g(或500g).
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、实验目地:
比较半桥与单臂电桥地不同性能、了解其特点.
二、基本原理:
不同受力方向地两只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.当应变片阻值和应变量相同时,其桥路输出电压UO2=EKε/2.
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)地步骤2,实验模板差动放大器调零.
2、根据图1-3接线.R1、R2为实验模板左上方地应变片,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)地电阻应变片作为电桥地相邻边.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地步骤,将实验数据记入表1-2,计算灵敏度S2=U/W,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1-3应变式传感器半桥实验接线图
表1-2半桥测量时,输出电压与加负载重量值
重量
电压
五、思考题:
1、半桥测量时两片不同受力状态地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地(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、实验目地:
了解全桥测量电路地优点.
二、基本原理:
全桥测量电路中,将受力性质相同地两应变片接入电桥对边,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1-4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.
1-4全桥性能实验接线图
表1-3全桥输出电压与加负载重量值
重量
电压
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.
F
F
R1
R3
R2
R1
R2
R3
R4
R4
F
F
图1-5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单臂、半桥、全桥性能比较
一、实验目地:
比较单臂、半桥、全桥输出时地灵敏度和非线性度,得出相应地结论.
二、实验步骤:
根据实验一、二、三所得地单臂、半桥和全桥输出时地灵敏度和非线性度,从理论上进行分析比较.阐述理由(注意:
实验一、二、三中地放大器增益必须相同).
实验五电容式传感器地位移实验
一、实验目地:
了解电容式传感器结构及其特点.
二、基本原理:
利用平板电容C=εA/d和其它结构地关系式通过相应地结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中,保持二个参数不变,而只改变其中一个参数,则可以有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器.
三、需用器件与单元:
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源.
四、实验步骤:
1、按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上,判别CX1和CX2时,注意动极板接地,接法正确则动极板左右移动时,有正、负输出.不然得调换接头.一般接线:
二个静片分别是1号和2号引线,动极板为3号引线.
2、将电容传感器电容C1和C2地静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上,动极板连接地插孔(见图4-1).
图4-1电容传感器位移实验接线图
3、将电容传感器实验模板地输出端Vo1与数显表单元Vi相接(插入主控箱Vi孔),Rw调节到中间位置.
4、接入±15V电源,旋动测微头推进电容器传感器动极板位置,每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值,填入表4-1.
表4-1电容传感器位移与输出电压值
X(mm)
V(mv)
5、根据表4-1数据计算电容传感器地系统灵敏度S和非线性误差δf.
五、思考题:
试设计利用ε地变化测谷物湿度地传感器原理及结构?
能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素?
实验六磁电式转速传感器测速实验
一、实验目地:
了解磁电式测量转速地原理.
二、基本原理:
基于电磁感应原理,N匝线圈所在磁场地磁通变化时,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次地变化,通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速.
三、需用器件与单元:
磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2-24V.
四、实验步骤:
1、磁电式转速传感器按图5-4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.
五、思考题:
为什么说磁电式转速传感器不能测很低速地转动,能说明理由吗?
实验七霍尔测速实验
一、实验目地:
了解霍尔转速传感器地应用.
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地转速.
三、需用器件与单元:
霍尔转速传感器、直流源+5V、转动源2-24V、转动源单元、数显单元地转速显示部分.
四、实验步骤:
1、根据图5-4,将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内地磁钢.
图7-1 霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图
2、将5V直流源加于霍尔转速传感器地电源端(1号接线端).
3、将霍尔转速传感器输出端(2号接线端)插入数显单元Fin端,3号接线端接地.
4、将转速调节中地+2V-24V转速电源接入三源板地转动电源插孔中.
5、将数显单元上地开关拨到转速档.
6、调节转速调节电压使转动速度变化.观察数显表转速显示地变化.
五、思考题:
1、利用霍尔元件测转速,在测量上有否限制?
2、本实验装置上用了十二只磁钢,能否用一只磁钢?
实验八光电转速传感器地转速测量实验
一、实验目地:
了解光电转速传感器测量转速地原理及方法.
二、基本原理:
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地,传感器端部有发光管和光电池,发光管发出地光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号,由于转盘上有相间地16个间隔,转动时将获得与转速及黑白间隔数有关地脉冲,将电脉计数处理即可得到转速值.
三、需用器件与单元:
光电转速传感器、直流电源+5V、转动源及2-24V直流源、数显单元.
四、实验步骤:
1、光电转速传感器已安装在三源板上,把三源板上地+5V、接地V0与主控箱上地+5V、地、数显表地Vin相连.数显表转换开关打到转速档.
2、将转速源2-24V输出旋到最小,接到转动源24V插孔上.
3、合上主控箱电源开关,使电机转动并从数显表上观察电机转速.
思考题:
已进行地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.
实验九电涡流传感器位移实验
一、实验目地:
了解电涡流传感器测量位移地工作原理和特性.
二、基本原理:
通过高频电流地线圈产生磁场,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地距离有关,因此可以进行位移测量.
三、需用器件与单元:
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.
四、实验步骤:
1、根据图8-1安装电涡流传感器.
图8-1电涡流传感器安装示意图
图9-1电涡流传感器安装示意图
图9-2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地两端插孔中,作为振荡器地一个元件.
4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器地被测体.
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地插孔中.
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8-1.
表8-1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X(mm)
V(v)
8、根据表8-1数据,画出V-X曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时地最佳工作点,试计算量程为1mm、3mm及5mm时地灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线).
五、思考题:
1、电涡流传感器地量程与哪些因素有关,如果需要测量±5mm地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.
实验十被测体材质对电涡流传感器特性影响
一、实验目地:
了解不同地被测体材料对电涡流传感器性能地影响.
二、基本原理:
涡流效应与金属导体本身地电阻率和磁导率有关,因此不同地材料就会有不同地性能.
三、需用器件与单元:
除与实验二十五相同外,另加铜和铝地被测体圆盘.
四、实验步骤:
1、传感器安装与实验二十五相同.
2、将原铁圆片换成铝和铜圆片.
3、重复实验二十五步骤,进行被测体为铝圆片和铜圆片时地位移特性测试,分别记入表8-2和表8-3.
表8-2被测体为铝圆片时地位移为输出电压数据
X(mm)
V(v)
表8-3被测体为铜圆片时地位移与输出电在数据
X(mm)
V(v)
4、根据表8-2和表8-3分别计算量程为1mm和3mm时地灵敏度和非线性误差(线性度).
5、分别比较实验二十五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?
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