傳感器實(shí)驗(yàn)縮少版

實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片 單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng) 單臂電橋工作原理和性能 二 基本原理二 基本原理 電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí) 其電阻值發(fā)生變化 這就是電阻應(yīng)變效應(yīng) 描 述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為 KRR 式中為電阻絲電阻的相對變化 為應(yīng)變靈敏系數(shù) 為電阻絲長度RR Kll 相對變化 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻 腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件 通過它轉(zhuǎn)換 被測部位的受力狀態(tài)變化 電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化 電橋的輸出電壓反 映了相應(yīng)的受力狀態(tài) 單臂電橋輸出電壓 O1 U4 EK 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 CGQ 001 實(shí)驗(yàn)?zāi)K CGQ 013 實(shí)驗(yàn)?zāi)K 應(yīng)變式傳感器 砝碼 電壓表 15V 電 源 4V 電源 萬用表 自備 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 根據(jù)圖 1 1 應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上 傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊 的左上方的 R1 R2 R3 R4 加熱絲也接于模塊上 可用萬用表進(jìn)行測量判別 R1 R2 R3 R4 350 加熱絲阻值為 50 左右 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K接入模塊電源 15V 從主控箱引入 檢查無誤后 合上主控箱電源開關(guān) 將 CGQ 001 實(shí)驗(yàn)?zāi)K調(diào)節(jié)增益電位器 Rw1順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置 再進(jìn)行差動放大 器調(diào)零 方法為將差放的正 負(fù)輸入端與地短接 輸出端與主控箱面板上的電壓表電壓輸 入端 Vi 相連 調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)K上調(diào)零電位器 Rw2 使電壓表顯示為零 電壓表的切換開關(guān)打 到 2V 檔 關(guān)閉主控箱電源 3 將 CGQ 013 實(shí)驗(yàn)?zāi)K上應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片 R1 即模塊左上方的 R1 接入電橋作為一個橋臂與 R5 R6 R7接成直流電橋 R5 R6 R7模塊內(nèi)已連接好 接好電橋調(diào)零電位器 Rw1 接上橋路電源 4V 從主控箱引入 如圖 1 2 所示 檢查接線 無誤后 合上主控箱電源開關(guān) 調(diào)節(jié) Rw1 使電壓表顯示為零 應(yīng)變片 引出線 固定墊圈 固定螺絲 限程螺絲 模塊 彈性體 托盤 加熱絲 應(yīng)變片 圖 1 1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖 CGQ 001 Vi2 Vi1 15V 15VGND Vo1 Vo2 R8 U2 U1C U1B U1A RW1 R9 R7 R6 R5 R4 R2 R1 R3 R2 R6 R5 R7 C1 RW2RW1 R8 R4R1R3 CGQ 013 RW1RW2 RW1RW2 A A A A 4V 4V 圖 1 2 單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖 4 在電子秤上放置一只砝碼 讀取電壓表數(shù)值 依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓表 值 直到 200g 砝碼加完 記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 1 1 關(guān)閉電源 表 1 1 單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值 重量 g 電壓 mv 5 根據(jù)表 1 1 計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 S S 輸出電壓變化量 重量變Wu u W 化量 計(jì)算線性誤差 f1 F S 100 式中 為輸出值 多次測量時(shí)為平均值 ym m 與擬合直線的最大偏差 F S滿量程輸出平均值 此處為 200g y 五 思考題五 思考題 單臂電橋時(shí) 作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用 1 正 受拉 應(yīng)變片 2 負(fù) 受壓 應(yīng)變片 3 正 負(fù)應(yīng)變片均可 實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片 全橋性能實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解全橋測量電路的優(yōu)點(diǎn) 二 基本原理二 基本原理 全橋測量電路中 將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?不同的接入鄰邊 當(dāng)應(yīng) 變片初始阻值 R1 R2 R3 R4 其變化值 R1 R2 R3 R4時(shí) 其橋路輸出電壓 Uo3 其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍 非線性誤差和溫度誤差均得到改善 KE 三 需用器件和單元三 需用器件和單元 同實(shí)驗(yàn)一 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一 接入模塊電源 15V 從主控箱引入 檢查無誤后 合上主 控箱電源開關(guān) 2 根據(jù)圖 1 5 接線 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同 將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 1 3 進(jìn)行靈敏度和 非線性誤差計(jì)算 表 1 3 全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值 重量 g 電壓 mv 五 思考題五 思考題 1 全橋測量中 當(dāng)兩組對邊 R1 R3為對邊 電阻值 R 相同時(shí) 即 R1 R3 R2 R4 而 R1 R2時(shí) 是否可以組成全橋 1 可以 2 不可以 2 某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片 如何利用這四 片電阻應(yīng)變片組成電橋 是否需要外加電阻 R1 R2 R3 R4 F F R1 R2 R3 R4 F F 圖 1 4 應(yīng)變式傳感器受拉時(shí)傳感器圓周面展開圖 CGQ 001 Vi2 Vi1 15V 15VGND Vo1 Vo2 R8 U2 U1C U1B U1A RW1 R9 R7 R6 R5 R4 R2 R1 R3 R2 R6 R5 R7 C1 RW2RW1 R8 R4R1R3 CGQ 013 RW1RW2 RW1RW2 A A A A 4V 4V 圖 1 5 全橋?qū)嶒?yàn)接線圖 實(shí)驗(yàn)五 金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解溫度對應(yīng)變片測試系統(tǒng)的影響 二 基本原理二 基本原理 電阻應(yīng)變片的溫度影響 主要來自兩個方面 敏感柵絲的溫度系數(shù) 應(yīng)變柵線膨脹系 數(shù)與彈性體 或被測試件 的線膨脹系數(shù)不一致會產(chǎn)生附加應(yīng)變 因此當(dāng)溫度變化時(shí) 在 被測體受力狀態(tài)不變時(shí) 輸出會有變化 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 CGQ 001 實(shí)驗(yàn)?zāi)K CGQ 013 實(shí)驗(yàn)?zāi)K 應(yīng)變式傳感器 砝碼 電壓表 15V 電 源 4V 電源 5V 電源 加熱器 已貼在應(yīng)變片底部 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 保持實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2 將 200g 砝碼加于砝碼盤上 在電壓表上讀取某一整數(shù) Uo1 3 將 5V 直流穩(wěn)壓電源 主控箱 接于實(shí)驗(yàn)?zāi)K的加熱器插孔上 數(shù)分鐘后待電壓表 電壓顯示基本穩(wěn)定后 記下讀數(shù) Uot Uot Uo1即為溫度變化的影響 計(jì)算這一溫度變化產(chǎn) 生的相對誤差 100 1 ot oot U UU 五 思考題五 思考題 1 金屬箔式應(yīng)變片溫度影響有哪些消除方法 2 應(yīng)變式傳感器可否用于測量溫度 實(shí)驗(yàn)十 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 二 基本原理二 基本原理 利用平板電容和其他結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇 dAC A d 三個參數(shù)中 保持兩個參數(shù)不變 而只改變其中一個參數(shù) 則可以有測谷物干燥度 變 測微小位移 d 變 和測量也為 A 變 等多種電容傳感器 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 電容傳感器 CGQ 004 電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K 測微頭 電壓表 直流穩(wěn)壓源 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 按圖 3 1 安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上 2 將電容傳感器連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K 實(shí)驗(yàn)線路見圖 4 1 3 將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的輸出端 Vo與電壓表單元 Vi相接 插入主控箱 Vi孔 Rw2 調(diào)節(jié)到中間位置 4 接入 15V 電源 旋動測微頭推進(jìn)電容傳感器動極板位置 每隔 0 2mm 記下位移 X 與輸出電壓值 填入表 4 1 表 4 1 電容傳感器位移與輸出電壓值 X mm V mv 5 根據(jù)表 4 1 數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度 S 和非線性誤差 f 五 思考題五 思考題 試設(shè)計(jì)利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu) 能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮 哪些因素 RW2 Ti 3 512 6 48 7 CGQ 004 15V 15VGND Vo 12V L1 L2 CX1 CX2 C4C3 C2C1 D2 R2 R1 RW1 D1 R4 U1 R5 R3 C5RW2 555 A 圖 4 1 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 實(shí)驗(yàn)十一 直流激勵時(shí)霍爾式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用 二 基本原理二 基本原理 根據(jù)霍爾效應(yīng) 霍爾電勢 UH KHIB 當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運(yùn)動時(shí) 它就可以 進(jìn)行位移測量 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 CGQ 005 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K 霍爾傳感器 直流源 4V 15V 測微頭 電壓表 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 將霍爾傳感器按圖 3 1 安裝 霍爾傳感器以及實(shí)驗(yàn)?zāi)K接線按圖 5 1 進(jìn)行 RW3TiRW2RW1 4V 4V Vo GND 15V 15V CGQ 005 RW3 RW2 C1 R1 RW1 R3 R2 R5 R4 R6 U1 A 圖 5 1 直流激勵時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 2 實(shí)驗(yàn)?zāi)K接入模塊電源 15V 從主控箱引入 檢查無誤后 開啟電源 調(diào)節(jié)測微 頭使霍爾片在磁鋼中間位置 再調(diào)節(jié) Rw1 使電壓表指示為零 若無法調(diào)零則交換放大器兩 端輸入接線 3 旋轉(zhuǎn)測微頭向軸向方向推進(jìn) 每轉(zhuǎn)動 0 2mm 記下一個讀數(shù) 直到讀數(shù)近似不變 將讀數(shù)填入表 5 1 表 5 1 X mm V mv 作出 V X 曲線 計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差 五 思考題五 思考題 本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化 實(shí)驗(yàn)二十 光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光電轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法 二 基本原理二 基本原理 光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和直射型兩種 本實(shí)驗(yàn)裝置是反射型的 傳感器端部有發(fā) 光管和光電管 發(fā)光管發(fā)出的光源在轉(zhuǎn)盤上反射后由光電管接收轉(zhuǎn)換成電信號 由于轉(zhuǎn)盤 上有黑白相間的 12 個間隔 轉(zhuǎn)動時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及黑白間隔數(shù)有關(guān)的脈沖 將電脈沖計(jì) 數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 光電轉(zhuǎn)速傳感器 5V 直流電源 CGQ 05 轉(zhuǎn)動源模塊 可調(diào)電源 2 24V 轉(zhuǎn)速 頻率 表 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 光電轉(zhuǎn)速傳感器安裝如圖 5 3 所示 在傳感器支架上裝上光電轉(zhuǎn)速傳感器 調(diào)節(jié)高 度 使傳感器端面離平臺表面 2 3mm 將傳感器引線分別插入相應(yīng)的插孔 其中紅色接入 直流電源 5V 黑色為接地端 藍(lán)色輸入主控箱 Fin 轉(zhuǎn)速 頻率表置 轉(zhuǎn)速 檔 2 將可調(diào)電源 2 24V 接到轉(zhuǎn)動源 24V 插孔上 3 合上電源開關(guān) 使電機(jī)轉(zhuǎn)動并從轉(zhuǎn)速 頻率表上觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速 如顯示轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定 可調(diào)節(jié)傳感器的安裝高度 五 思考題五 思考題 已進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中用了多種傳感器測量轉(zhuǎn)速 試分析比較一下哪種方法最簡單 方便 5 3 2 3mm 實(shí)驗(yàn)二十一 Cu50 溫度傳感器的測溫特性實(shí)驗(yàn) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解 Cu50 溫度傳感器的特性與應(yīng)用 二 基本原理二 基本原理 在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合 一般采用銅電阻 可用來測量 50 C 150 C 的溫度 銅電阻有下列優(yōu)點(diǎn) 1 上述溫度范圍內(nèi) 銅的電阻與溫度呈線性關(guān)系 Rt R0 1 at 2 阻溫度系數(shù)高 a 4 25 4 28 10 3 C 3 易提純 價(jià)格便宜 三 需用器件與單元三 需用器件與單元 CGQ 04 溫度源 CGQ 009 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K K E 型熱電偶 Cu50 熱電阻 直流源 電壓表 四 實(shí)驗(yàn)步驟四 實(shí)驗(yàn)步驟 1 注意 首先根據(jù)溫控儀表型號 仔細(xì)閱讀 溫控儀表操作說明 見附錄一 學(xué)會 基本參數(shù)設(shè)定 出廠時(shí)已設(shè)定完畢 2 將 CGQ 04 溫度源模塊上的 220V 加熱輸入接線柱與主控箱面板溫度控制系統(tǒng)中 的加熱輸出接線柱連接 3 將溫度源中 風(fēng)機(jī)電源 經(jīng)過溫控儀上的 ALM1 再和主控箱中 0 24V 電源輸出連接 此時(shí)電源旋鈕打到最大值位置 閉合溫度源開關(guān) 4 將熱電偶插入模塊溫度源的一個傳感器安置孔中 將 K 對應(yīng)溫度控制儀表中參數(shù) Sn 為 0 或 E 型 Sn 為 4 熱電偶自由端引線插入主控箱面板的傳感器插孔中 紅線為正 極 5 Cu50 熱電阻加熱端插入溫度源的另一個插孔中 尾部紅色線為正端 插入實(shí)驗(yàn)?zāi)?塊的 a 端 見圖 9 1 尾部黑色線插入 b 端 a 端接電源 2V b 端與差動運(yùn)算放大器的 Vi1 一端相接 橋路的另一端和差動放大器的另一端 Vi2 相接 Cu50 2V R1R2 Rt RW1 R3 R4 U2 RW3 RW2 RW1 U1C U1B U1A RW2 R10 R9 R8 R6 R5 R7 Vi2 Vi1 db ca Vo1 Vo2 15V 15VGND A A A A 圖 9 1 Cu50 熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn) 6 打開主控臺及 CGQ 04 溫度源電源開關(guān) 設(shè)定溫度控制值