机械工程测试技术实验指导书

西南科技大学实验指导书1《机电工程测试技术》实验指导书主编黄华川西南科技大学制造科学与工程学院2006年11月制造科学与工程学院目录实验一箔式应变片性能――单臂双臂全桥桥路性能比较...............................................................1实验二霍尔式传感器的直流激励特性..............................................................................................4实验三电容式传感器特性..................................................................................................................6实验四电子秤设计与制作..................................................................................................................8实验五差动螺管式电感传感器的静态位移性能..............................................................................9实验六热电偶的温度效应................................................................................................................11附录...........................................................................................................................错误!未定义书签。西南科技大学实验指导书1实验一箔式应变片性能――单臂双臂全桥桥路性能比较一、实验目的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；验证灵敏度。二、实验仪器和设备序号设备名称规格型号数量1传感器综合实验台XXXX42导线若干三、实验简介1.实验类别：验证性2.实验原理：图1、图2、图3分别表示了单臂半桥、双臂半桥和四臂全桥电路的实验原理图，其中的R、R1、R2、R3表示固定电阻，Rx表示应变片。41105382711RxR3R1R2W1R直流稳压电源电桥平衡网络差分放大器V直流电压表+-+4V-4V图1单臂半桥实验原理图41105382711RxRxR1R2W1R直流稳压电源电桥平衡网络差分放大器V直流电压表+-+4V-4V图2双臂半桥实验原理图制造科学与工程学院41105382711RxRxRxRxW1R直流稳压电源电桥平衡网络差分放大器V直流电压表+-+4V-4V图3四臂全桥实验原理图3.实验流程：分别完成单臂半桥、双臂半桥和四臂全桥电路的实验，记录相关数据，最后对各种电路进行比较。四、实验步骤及内容1.单臂半桥实验1)观察梁上应变片，并且了解结构和粘贴位置（对应受力，变形方向）。2)将差动放大器调零。用导线将差动放大器的正负输入端与地端连接起来，然后将差动放大器的输出端接至电压表的输入端，电压表的量程取2V档，调整差动放大器上的调零旋钮，使电压表指示为零。稳定后去除差动放大器输入端的导线。3)根据图1的电路结构，将一片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于0V档，电压表应置于20V档）。此时，应变片接入图1的Rx位置。4)转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸（必要时松开测微器的固定螺钉，使之完全可靠吸附后，再拧紧固定螺钉），并使双平行梁处于（目测）水平位置。5)将直流稳压电源输出置于4V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零，稳定数分钟后，将电压表量程置于2V档后，再仔细调零。6)往下旋动测微器，使梁的自由端往下产生位移，记下电压表显示的数值。每次位移0.5mm记一个电压数值，将所记数据填入下表：X（mm）V（mV）2.双臂半桥实验1)根据图2的电路结构，将两片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源输出应置于0V档，电压表应置于20V档）。此时两片应变片处于Rx位置组成半桥。2)转动测微器，使双平行梁处于（目测）水平位置，再向上位移5mm，使梁的自由端往上位移。3)将直流稳压电源置于4V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零，稳定数分钟后，将电压表量程置于2V档后，再仔细调零。4)往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的数值。每隔1mm记一个数值，将所记数据填入下表：西南科技大学实验指导书3X（mm）V（mV）5)将受力方向相反的两片应变片换成同方向应变片后，情况又会怎样？3.四臂全桥实验1)根据图3的电路结构，将四片应变片与电桥平衡网络、差动放大器、电压表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源输出应置于0V档，电压表应置于20V档）。此时四片应变片组成全桥。2)转动测微器，使双平行梁处于（目测）水平位置，再向上位移5mm，使梁的自由端往上位移。3)将直流稳压电源置于4V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零，稳定数分钟后，将电压表量程置于2V档后，再仔细调零。4)往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的数值。每次位移1mm记一个电压数值，将所记数据填入下表：X（mm）V（mV）五、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。六、实验报告1.及时编写实验报告书。制造科学与工程学院实验二霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。二、实验仪器和设备序号设备名称规格型号数量1传感器综合实验台XXXX42导线若干三、实验简介1.实验类别：验证性2.实验原理：1)霍尔效应：如图1所示，金属或半导体薄片，若在它的两端通过控制电流I，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势HU，这种现象称为霍尔效应。产生的电动势称为霍尔电动势或霍尔电势，该金属或半导体薄片称为霍尔元件。霍尔电势大小表示为：HHRIBUd其中，HR为霍尔常数，1HRne；d表示霍尔元件的厚度。令HHKRd，则有HHUKIB，霍尔电动势的大小同控制电流I和磁感应强度B的乘积成正比。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛仑磁力作用的结果。当控制电流的方向或磁场的方向改变时，输出电动势的方向也将改变；但当磁场与电流的方向同时改变时，霍尔电动势并不改变原来的方向。磁场的梯度越大测量的灵敏度越高，沿霍尔元件移动方向的磁场梯度越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近线性。2)直流、交流激励下霍尔传感器的位移特性霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件—霍尔片通过底座与被测振动台相连。当霍尔片通以恒定电流时，霍尔元件就有电压输出。改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上、下移动，输出的霍尔电势V值取决于其在磁场中的++++++++--------图1霍尔效应原理图西南科技大学实验指导书5位移量Y。交流激励霍尔元件与直流激励基本原理相同，不同之处是测量电路。3)霍尔位移传感器的振幅测量利用霍尔式位移传感器测量动态参数与测量位移的原理相同4)霍尔位移传感器称重实验利用霍尔式位移传感器和振动台加载时悬臂梁产生位移，通过测位移来称重。5)霍尔测速传感器的转速测量利用霍尔效应表达式：HHUKIB，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的转速。四、实验步骤及内容1.观察霍耳式传感器的结构，根据图2(b)的电路结构，将霍尔式传感器，直流稳压电源，电桥，差动放大器，电压表连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于0V档，电压表应置于20V档）。W1R直流稳压电源电桥平衡网络差分放大器V直流电压表+-+2V-2V霍尔式传感器（b）NSSN（a）运动方向环形磁铁图2霍尔传感器实验原理图2.转动测微器，使双平行梁处于（目测）水平位置，再向上转动2mm，使梁的自由端往上位移。3.将直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为零，稳定数分钟后，将电压表量程置于2V档后，再仔细调零。（4）往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的数值。每次位移0.4mm记一个电压数值，将所记数据填入下表，根据所得结果计算灵敏度S。S=ΔV/ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应的梁端位移变化），并做出V-X关系曲线。X（mm）V（mV）五、注意事项1.双平行梁处于（目测）水平位置时，霍耳片应处于环形磁铁的中间。2.直流激励电压不能过大，以免损坏霍耳片。3.本实验测出的实际上是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。六、实验报告1.及时编写实验报告书。制造科学与工程学院实验三电容式传感器特性一、实验目的掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。二、实验仪器和设备序号设备名称规格型号数量1传感器综合实验台XXXX42导线若干三、实验简介1.实验类别：验证性2.实验原理：当忽略边缘效应时，平板电容器的电容量C可表示为：0rSSCdd式中，S——极板相互遮盖面积，ε——极板间介质的介电常数D——两平行极板间距离由上式可见：在ε、S、d三个参量中，只要保持其中两个不变，改变其中的一个，均可使电容量C改变，这就是电容感器的工作原理。根据电容器变化的参数，电容式传感器可以分为三种型式：改变极板距离d的变间隙式（极距变化型）；改变极板面积S的变面积式（面积变化型）；改变介质介电常数ε的变介电常数式（介质变化型）。根据上述原理可制成测谷物干燥度（ε变）、测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器，四、实验步骤及内容1.转动测微器，将梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使双平行梁处于水平（目测）位置，这时电容片的一组动片一般位于上下两组定片的中间。2.根据图1的电路结构，将电容片的动片和（任意）一组定片，与电容变换器、差动放大器、差动放大器、直流稳压电源、电桥、低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。15电容变换器W1r+2V-2V-+V电容传感器差动放大器直流稳压电源电桥平衡网络低通滤波器电压表图1电容传感器实验原理3.直流稳压电源置于2V档，调整电桥平衡电位器W1，使电压表指示为0。4.往下调节测微器，使梁的自由端发生向下位移，从而改变传感器动片与定片的相对位置（即改变覆盖面积）。每位移0.5mm，记一个电压表数值，将所记数据填入下表。根据所西南科技大学实验指导书7得数据计算灵敏度S。S=ΔV/ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应的梁端位移变化），并做出V-X关系曲线。X（mm）V（mV）五、注意事项电容片的一组动片和两组定片不能相碰。六、实验报告1.及时编写实验报告书。制造科学与工程学院实验四电子秤设计与制作一、实验目的1．了解传感器的特性与应用。2．掌握电子秤的制作过程。二、实验仪器和设备序号设备名称规格型号数量1传感器综合实验台XXXX42导线若干三、实验简介1.实验类别：设计性2.实验原理：学生根据所学测试技术知识，利用现有传感器实验台提供的传感器和设备，自拟实验原理和所需元部件，四、实验步骤及内容学生根据所学测试技术知识，在现有传感器实验台的基础上设计一个0~0.5Kg的电子秤。五、注意事项1．砝码和被称重物都不应太重。2．砝