湖工自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)試驗報告匯總

1、湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院厚德博學(xué)和而不同HUNANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實驗報告學(xué)院：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動化年級：級學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：二0一三年一月四日實驗一金屬應(yīng)變計及直流電橋電路應(yīng)用實驗、實驗?zāi)康?、觀察金屬箔式應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)，了解應(yīng)變計粘貼方式；2、了解受力懸臂梁、圓柱、圓筒等的應(yīng)變與應(yīng)變計應(yīng)變電阻變化的對應(yīng)關(guān)3、測試受力應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；4、對金屬箔式應(yīng)變計接成單臂、半橋、全橋三種電橋電路的性能進(jìn)行比較;5、了解金屬箔式應(yīng)變計的溫度效應(yīng)及補(bǔ)償方式。、實驗原理1、應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測力時，應(yīng)

2、變片要牢固地粘貼在測試體表面。當(dāng)被測式元件受力作用發(fā)生形變，粘貼在其表面上的應(yīng)變片敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。2、電橋電路是最常用的非電量電測電路。當(dāng)電橋平衡時，橋路相對兩臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。假設(shè)橋臂電阻R、R、R、R4中，電阻的相對變化量分別為R/Ri、AR>/R2、AR3/R3、R4/R40當(dāng)使用一個應(yīng)變片作為工作R臂構(gòu)成單臂電橋且其它三臂電阻相等時（初始：R=R=R=R=R）,ZR=匕；當(dāng)R使用二個應(yīng)變片作為工作臂構(gòu)成差動電橋且其它兩臂電阻相等時（初始:Ri=R2=R=R=R）,£r=24R；當(dāng)使用四個應(yīng)變片

3、為工作臂構(gòu)成差動全橋且初始RRxi=R(2=R(3=R(4=R時,3、根據(jù)戴維南定理可知單臂電橋的輸出值U。電1ER,靈敏度Ku=工O4Ru舊R推廣可知單臂、差動半橋和差動全橋的輸出電壓UO=口迎四+注氏靈敏度分別為E、E和E?？芍?，當(dāng)E4RiR2R3R442和電阻相對變化量一定時，電橋的靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。4、當(dāng)應(yīng)變片所處環(huán)境溫度發(fā)生變化時，由于其敏感柵本身的溫度系數(shù)，自身的標(biāo)稱電阻值發(fā)生變化；另外如果粘貼應(yīng)變片的被測試元件與應(yīng)變片敏感柵的熱膨脹系數(shù)不同，也會引起附加形變，產(chǎn)生附加電阻。為避免溫度變化時引入的測量誤差，在實用的測試電路中要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。常用的溫度補(bǔ)償方法有電橋補(bǔ)償法

4、和應(yīng)變片自補(bǔ)償法。本實驗中采用的是電橋補(bǔ)償法。三、實驗所需部件直流穩(wěn)壓電源+4V、公共電路模塊、貼于工作臺懸臂梁上的箔式應(yīng)變片和溫度補(bǔ)償片、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、應(yīng)變加熱器、數(shù)字電壓表、稱重整碼（20克/個）、連接導(dǎo)線若干。四、實驗內(nèi)容及步驟1、應(yīng)變計的性能應(yīng)變電橋1）差動放大器調(diào)零：連接工作臺與應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數(shù)字電壓表的輸入端相連；開啟主機(jī)電源，將數(shù)字電壓表的量程選擇為2V檔，用調(diào)零電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零；然后拔掉實驗線，調(diào)零后

5、公共電路模塊上的“增益”、“調(diào)零”電位器均不再變動。2）觀察貼于懸臂梁根部的應(yīng)變計的位置與方向，按圖（1）應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖將所需實驗部件連接成測試橋路，圖中R、R、R分別為固定標(biāo)準(zhǔn)電阻，R為應(yīng)變計（可任選上梁或下梁中的一個工作片）。圖中每兩個節(jié)之間可理解為一根實驗連接線（注意連接方式，勿使直流激勵電源短路）。將載重托盤安裝于應(yīng)變懸臂梁前端永久磁鋼上。雙孔懸臂梁稱重傳感器!：-Oc應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０錜vv4接主控箱投效星息 電源辭出明電OrwJ圖（1）應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖3）確認(rèn)接線無誤后開啟主機(jī)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié)模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零。

6、4）逐個將整碼放上稱重平臺，測量V0端輸出電壓記錄W饒）與V（mv）的對應(yīng)值；然后逐個將整碼取下稱重平臺，再次測量V0端輸出電壓記錄W例）與V（mv）的對應(yīng)值。并填入下表一：表一：單臂電橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)W例)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.020.0450.070.090.110.130.1550.180.1550.130.110.090.0650.040.0205）記錄W與V值，并做出W-V曲線，進(jìn)行靈敏度、線性度、重復(fù)性和遲滯性的比較。注意事項：1）實驗前應(yīng)檢查實驗連接線是否完好，學(xué)會正確插拔連接線，這是順利完成實驗的基本保證。2）由

7、于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后及應(yīng)變片本身的機(jī)械滯后，所以當(dāng)全部取下整碼后回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零。3）實驗中實驗者在放置和取下整碼后應(yīng)將手離開儀器后方能讀取測試系統(tǒng)輸出電壓數(shù)，否則雖然沒有改變刻度值也會造成微小位移或人體感應(yīng)使電壓信號出現(xiàn)偏差。4）因為是小信號測試，所以調(diào)零后電壓表應(yīng)置2V檔，用計算機(jī)數(shù)據(jù)采集時應(yīng)選用200mvM程。2、箔式應(yīng)變計三中橋路的性能比較1）在完成上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，依次將圖（1）中的固定電阻R換接應(yīng)變片組成差動半橋電路（相鄰兩臂極性相反一受應(yīng)力情況相反）；2）再將固定電阻R、R換接應(yīng)變片組成差動全橋電路（相鄰兩臂極性相反一受應(yīng)力情況相反、相對兩臂極性相同

8、一受應(yīng)力情況相同）。3）重復(fù)1中的3-4步驟，按照圖（2）雙臂電橋接線圖和圖（3）全橋接線圖完成對差動半橋與差動全橋的測試實驗，并填入下表二和表三：圖（2）雙臂電橋接線圖加用器RnRio應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０搴藬?shù)顯表 電源虢出 V、地）。Rwg 4> 4，15v -*- +I5v表二：差動半橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)W饒）020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.050.090.140.180.230.270.310.350.310.260.220.170.130.090.040陵圭濘簿電港輸出+-4丫/4*"rwwiS'Ri-R|婦一目

9、|<-4=1©圖（3）全電橋接線圖表三：差動全橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)W院)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.090.180.260.350.440.530.620.710.620.530.440.360.270.180.090【注意事項：應(yīng)變計接入橋路時，要注意應(yīng)變計的受力方向，一定要接成差動形式，即相鄰兩臂受力方向相反，相對兩臂受力方向相同，如果接反則電路無輸出或輸出很小。】4）在同一坐標(biāo)上描出三中測試結(jié)果的V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度,并做出定性的結(jié)論。實驗二霍爾式傳感器的交、直流激勵測位移、實驗?zāi)康恼莆赵谥绷餍盘?、交流?/p>

10、號激勵下的霍爾傳感器測試位移系統(tǒng)的一般形式、實驗原理1、霍爾式傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的磁電轉(zhuǎn)換元件，其輸出的霍爾R電勢Uh=KhIhB,其靈敏度Kh由霍爾片本身的性質(zhì)決定（Kh=上，霍爾系d數(shù)Rh=R，P,等于材料的電阻率與電子的遷移率的乘積；d是霍爾片的厚度）；Ih是霍爾元件的激勵電流，B是加在霍爾片上的垂直磁場強(qiáng)度。當(dāng)霍爾元件位于由兩個環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場中同時施加一定的激勵電流Ih時，在梯度磁場中通過霍爾片位移變化改變磁場強(qiáng)度B的大小從而使輸出的霍爾電勢變化，這樣就構(gòu)成了位移傳感器。2、霍爾元件通以恒定直流電流和交流電流激勵時，就有霍爾電勢輸出，霍爾電勢的大小正比于磁場強(qiáng)度（磁場

11、位置），當(dāng)所處的磁場方向改變時，霍爾電勢的方向也隨之改變。三、實驗所需部件直流穩(wěn)壓電源（2V）、霍爾傳感器實驗?zāi)K、公共電路實驗?zāi)K、相敏檢波電路實驗?zāi)K、音頻信號源、電壓表、測微儀、示波器。四、實驗驟與內(nèi)容步1、直流激勵特性實驗1）安裝好梯度磁場及霍爾傳感器，測量微小唯一量的螺旋測微儀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。2）差動放大器調(diào)零：連接工作臺與應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數(shù)字電壓表的輸入端相連；開啟主機(jī)電源，將數(shù)字電壓表的量程選擇為2V檔，用調(diào)零電位器調(diào)整差動放大器輸出

12、電壓為零；然后拔掉實驗線，調(diào)零后公共電路模塊上的“增益”、“調(diào)零”電位器均不再變動。3）實驗接線按圖（1）所示，按圖接線。冶金校區(qū)版本的試驗臺確認(rèn)霍爾元件直流激勵電壓一端接2V另一激勵端接地，差動放大器增益10倍左右工學(xué)院校區(qū)版本的試驗臺確認(rèn)霍爾元件直流激勵電壓為±4V,差動放大器增益差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）。圖（1）直流激勵電流接線圖3）用螺旋測微儀調(diào)節(jié)霍爾片的位移使霍爾元件置于梯度磁場中間，并調(diào)節(jié)電橋直流電位器W（調(diào)節(jié)霍爾元件的等位電勢）使輸出為零。讀取相應(yīng)的電壓值，并記入下表：X(mrm-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.500.51.0

13、1.52.02.53.03.5V0(mV)0作出V-X曲線，求得靈敏度和線性工作范圍，觀察輸出曲線的遲滯、重復(fù)性等。如出現(xiàn)非線性情況，請查找原因。4）從中點開始，調(diào)節(jié)螺旋測微儀，左右移動霍爾元件各3.5mm每變化量0.5mm注意事項直流激勵電壓只能是2V,不能接+2V（4V）否則睇化鈿霍爾元件會燒壞。2、交流激勵特性實驗1）在步驟一的基礎(chǔ)上按圖（2）接好實驗電路電壓表音燕振蕩器圖（2）交流激勵電流接線圖2）差動放大器調(diào)零：連接工作臺與應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、公共電路模塊的電源連接線；將差動放大器增益置于最大位置（順時針方向旋到底）；差動放大器“+”“-”輸入端用短線短接并與地端連接；差動放大器的輸出端與數(shù)字電壓表的輸入端相連；開啟主機(jī)電源，將數(shù)字電壓表的量程選擇為2V檔，用調(diào)零電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零；然后拔掉實驗線，調(diào)零后公共電路模塊上的“增益”、“調(diào)零”電位器均不再變動。3）音頻信號輸出從1800端口（電壓輸出）引出，幅度Vp-p&4V,示波器兩個通道分別接相敏檢波器、端。4）開啟主機(jī)電源