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1、机械工程传感器与检测技术测试技术实验指导书机械工程测试技术实验指导书传感器与检测技术罗烈雷编机械工程系机械工程测试技术实验指导书传感器与检测技术一、测试技术实验的地位与作用传感器与检测技术课程，在高等理工科院校机械类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课，而实验课是完成本课程教学的重要环节。其要紧任务是通过实验巩固与消化课堂所讲授理论内容的懂得，掌握常用传感器的工作原理与使用方法，提高学生的动手能力与学习兴趣。其目的是使学生掌握非电量检测的基本方法与选用传感器的原则，培养学生独立处理问题与解决问题的能力。二、应达到的实验能力标准1、通过应变式传感器实验，掌握理论课上所讲授的应变片的工作原理
2、，并验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。2、通过差动变压器静态位移性能测试与差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，掌握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理与零点残余电压的补偿措施。3、通过电涡流式传感器的静态标定与被测体材料对电涡流式传感器特性的影响实验，掌握理论课上所讲授的电涡流式传感器的原理及工作性能，验证不一致性质被测体材料对电涡流式传感器性能的影响。4、通过差动面积式电容传感器的静态及动态特性测试，熟悉差动面积式电容传感器的工作原理及其特性。5、通过磁电感应式传感器的性能与霍尔式传感器直流静态位移特性的测试方法，掌握磁电感应式传感器的工作原理及其性能与霍尔式传感器的工作原理及其特
3、能。6、通过压电式传感器的动态响应与引线电容对电压放大器与电荷放大器的影响实验，掌握压电式传感器的原理、结构及应用与验证引线电容对电压放大器的影响，熟悉电荷放大器的原理与使用方法。7、通过光敏三极管与光敏电阻的性能测试，掌握光电传感器的原理与应用方法。8、热电偶与热敏电阻的性能测试的方法，掌握热电偶的原理与NTC热敏电阻的工作原理与使用方法，并对传感器灵敏度线性度进行分析。9、通过差动放大器与低通滤波器设计与测试，掌握差动放大器与滤波器的设计方法与性能测试方法。10、通过集成温度传感器AD590与DS1820设计，掌握输出电流型与新型单总线数字温度传感器的工作特性与使用方法。三、学时、教学文件
4、及教学形式学时：本课程总学时为48学时，其中实验为8学时，占总学时的17%o教学文件：测试技术实验指导书，实验报告学生自拟。教学形式：本课程实验为验证性实验。学生实验前预习实验指导书，并写出预习报告。指导教师概述实验基本原理与方法及仪器使用方法等，并作针对性指导，具体实验步骤及测量数据处理由学生自行完成。四、实验成绩评定根据学生所构成的系统难易程度、数据图形的正确性、学习态度、实验技能、实验报告等综合评分。实验成绩占本课程总成绩15%,对缺实验成绩者.本课程不予通过。五、要紧实验仪器设备双踪示波器、万用表、传感器综合实验仪等。六、实验基本要求熟练掌握实验的基本技能，学会正确使用仪器仪表，能独立
5、计检测电路、联接线路并完成实验，能分析并排除实验过程中的通常故障。实验后要正确处理原始数据并完成实验报告。.七、实验项目开设序号实验名称内容提要实验要求实验时数实验类型每组人数所在实验宣*备注1金属箱式应变片I单臂.半桥.全桥比较实验验证单臂.半桥.全桥的性能必开2验证2测试技术实验室2电涡流式传感器的静态标定熟悉电涡流式传感器的原理及工作性能（岸态特性）必开2验证23交流电桥的应用一振动的测量熟悉交流激励电桥的应用必开2验证24霍尔传感器的应用熟悉霍尔传感器在振动测1：中的应用必开2验证2注：可按“实验目录”所列的实验项目利用课余时间选做其它实验。实验目录实验一金属箱式应变片一一单臂电桥性能
6、实验实验二金属箱式应变片一一半桥性能实验实验三金属箱式应变片一一全桥性能实验实验四金属箱式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验实验五金属箱式应变片一一温度影响实验实验六直流全桥的应用一一电子秤实验实验七交流全桥的应用一一振动测量实验实验八扩散硅压阻压力传感器的压力测量实验实验九扩散硅压阻压力传感器差压测量实验*实验十差动变压器的性能实验实验十一激励频率对差动变压器特性的影响实验实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验实验十三差动变压器的应用一一振动测量实验实验十四电容式传感器的位移特性实验实验十五直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验电容传感器动态特性实验实验十六交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
7、实验十七霍尔测速实验实验十八磁电式转速传感器的测速实验霍尔式传感器振动测量实验实验十九用磁电式原理测量地震*霍尔式传感器的应用一一电子秤实验实验二十压电式传感器振动实验实验二十一电涡流传感器的位移特性实验实验二十二被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验实验一金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的：熟悉金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理与性能。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：R/R=KE式中AR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,=ii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
8、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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压U0I=EK/4o三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器一电子秤、祛码、数显表、15V电源、4V电源、万用表（自备）。四、实验步骤：I、根据图（I-I）应变式传感器（电子秤）己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RI、R2、R3、R4o加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，Ri=R2=R.=&=350曜，加热丝阻值为50、左右应变片托盘图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），
9、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Rm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（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当RW3、Rm的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片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模块内已接好），接好电桥调零电位器Rwu接上桥路电源土4V（从主控台引入）如图12所示。检查接线无误后，合上主控台电
10、源开关。调节Rwi,使数显表显示为零。O O加热器R3O i 0 r2ORlO CTa O接主控箱接数显表 电源输出 Vi地Il LU应变传感器实验模板图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祛码，读取数显表数值，依次增加祛码与读取相应的数显表值，直到200g（或者50Og）袪码加完。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11计算系统灵敏度S=W（AU输出电压变化量，Aw重量变化量）与非线性误差Sn=AmZyEfXI00%式中Am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，此处为200g（或者500g）。五、思
11、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、负应变片均能够。O O加热器R4O&0r3ooR2。昌。RnR12应变传感器实验模板H RW4实验二金属箔式应变片一一半桥性能实验一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不一致性能、熟悉其特点。二、基本原理：不一致受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提窗，非线性得到改善。当应变片阻值与应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=EKc2o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）的步骤2,实验模板差动放大器调零。2、根据图1-3接线。RhRz为实验模板左上方
12、的应变片，注意R2应与Rl受力状态相反，马上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RWl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12,计算灵敏度S2=UW,非线性误差63若实验时无数值显示说明Rz与Rl为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。接主控箱接数显表电源输出Vi地图1-3应变式传感器半桥实验接线图表1一2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、半桥测量时两片不一致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
13、由于：（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一一全桥性能实验一、实验目的：熟悉全桥测量电路的优点。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，当应变片初始阻值：R1=R2=R3=R4,其变化值AR=AR2=AR3=ARit,其桥路输出电压U03=KE。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差与温度误差均得到改善。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。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13；进行灵敏度与非线性误差r4o-CJ2Q-Of霞 b MSRl
14、o-e4v,w H表1-3全桥输出电压与加负载重量值1-奥能薄图应变传感器实验模板VvRW3VRW4重量电压五、思考题:1、全桥测量中，当两组对边（Ri、R3为对边）电阻值R相同时，即R=R3,R2=R4,而Ri#R2时,是否能够构成全桥：（1）能够（2）不能够。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构成电桥，是否需要外加电阻。R3I1Rl I1R4(1R2I1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、实验目的：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度与非线性度，得出相应的结论。二、实验步骤：根据实验一、二、三所得的单臂、半桥与全桥输出时的灵敏度与非线性度，从理论上进行分析比较。阐述理由（注意：实验一、二、三中的放大器增益务必相同）。实验五金属箔式应变片的温度影响实验一、实验目的：熟悉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，要紧来自两个方面。敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或者被测试件）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
