機(jī)電系 - 自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、機(jī)電1011自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋( )型實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁測微頭、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。(1) 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正

2、（）、負(fù)（）、地短接。將差動放大器的輸出端與FV表的輸入插口Vi 相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使FV表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。(2) 根據(jù)圖接線R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。R4為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)V表置20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使FV表顯示為零，然后將FV表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使FV表顯示為零。 圖（3）將測微頭轉(zhuǎn)動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使FV表顯

3、示最小，再旋動測微頭，使FV表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。（4）往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下FV表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即X0.5mm記一個數(shù)值填入下表：位移（mm）電壓（mv）（5） 據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度SVX（式中X為梁的自由端位移變化，V為相應(yīng)FV表顯示的電壓相應(yīng)變化）。（6） 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。注意事項(xiàng)：(1) 電橋上端虛線所示的四個電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。(2) 為確保實(shí)驗(yàn)過程中輸出指示不溢出，可先將砝碼加至最大重量，如指示溢出，適當(dāng)減小差動放大增益，此時差動放大器不必重調(diào)零。

4、(3) 做此實(shí)驗(yàn)時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。(4) 電位器W1、W2，在有的型號儀器中標(biāo)為RD、RA。問題：(1) 本實(shí)驗(yàn)電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？(2) 根據(jù)所給的差動放大器電路原理圖，(見附錄圖 一 )，分析其工作原理，說明它既能作差動放大，又可作同相或反相放大器。實(shí)驗(yàn)二 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流式傳感器的原理及工作性能所需單元及部件：渦流變換器、FV表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、示波器、振動平臺、主、副電源。實(shí)驗(yàn)步驟：（） 裝好傳感器（傳感器對準(zhǔn)鐵測片安裝）和測微頭。（） 觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個扁平線圈。（） 用導(dǎo)線將傳

5、感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至FV表，電壓表置于檔，見圖，開啟主、副電源。圖（） 用示波器觀察渦流變換器輸入端的波形。如發(fā)現(xiàn)沒有振蕩波形出現(xiàn)，再將被測體移開一些?？梢姡ㄐ螢?波形，示波器的時基為 us/cm，故振蕩頻率約為 。（） 適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數(shù)，記下示波器及電壓表的數(shù)值，填入下表：建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在座標(biāo)紙上畫出曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度。（最好能用誤差理論的方法求出線性范圍內(nèi)的線性度、靈敏度）?？梢?，渦流傳感器最大的特點(diǎn)是 ，傳感器與被測體間有一個最佳初始工作點(diǎn)。這里采用的變換電路是一

6、種 。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源。(mm)Vp-p(v)V(v)注意事項(xiàng)：被測體與渦流傳感器測試探頭平面盡量平行，并將探頭盡量對準(zhǔn)被測體中間，以減少渦流損失。實(shí)驗(yàn)三 熱敏電阻演示實(shí)驗(yàn)(998型)熱敏電阻特性： 熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，因此分成兩類：PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù))與NTC熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù))。一般NTC熱敏電阻測量范圍較寬，主要用于溫度測量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開關(guān)，也用于彩電中作自動消磁元件。有些功率PTC也作為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補(bǔ)償或作溫度測量。 一般的NTC熱敏電阻測溫范圍為：-50+300。熱敏電阻具有體

7、積小、重量輕、熱慣性小、工作壽命長、價(jià)格便宜，并且本身阻值大，不需考慮引線長度帶來的誤差，適用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。但熱敏電阻也有：非線性大、穩(wěn)定性差、有老化現(xiàn)象、誤差較大、一致性差等缺點(diǎn)。一般只適用于低精度的溫度測量。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釴TC熱敏電阻現(xiàn)象。所需單元及部件：加熱器、熱敏電阻、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、15V穩(wěn)壓電源、FV表、主副電源。實(shí)驗(yàn)步驟：(1) 了解熱敏電阻在實(shí)驗(yàn)儀的所在位置及符號，它是一個蘭色或棕色元件，封裝在雙平行振動梁上片梁的表面。(2) 將FV表切換開關(guān)置2V檔，直流穩(wěn)壓電源切換開關(guān)置±2V檔，按圖接線，開啟主副電源，調(diào)整W1(RD)電位器，使FV表指示為100mV左

8、右。這時為室溫時的Vi。(1) 將-15V電源接入加熱器，觀察電壓表的讀數(shù)變化，電壓表的輸入電壓：(4) 由此可見，當(dāng)溫度 時，RT阻值 ，Vi 。圖思考題： (3) 如果你手上有這樣一個熱敏電阻，想把它作為一個050的溫度測量電路，你認(rèn)為該怎樣來實(shí)現(xiàn)？（）實(shí)驗(yàn)四 熱電偶原理及現(xiàn)象 ( )型實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象 所需單元及附件：15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、FV表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)（自備）、主副電源旋鈕初始位置：FV表切換開關(guān)置2V檔，差動放大器增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 了解熱電偶原理：二種不同的金屬導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時，當(dāng)兩個接點(diǎn)溫度不同時回路中就會產(chǎn)生電

9、流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同金屬的這種組合稱為熱電偶。具體熱電偶原理參考教課書。（2） 解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號，（參見附錄）實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。實(shí)驗(yàn)儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者的總和。（3） 按圖接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使FV表顯示零，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。圖（4）將15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察FV表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄

10、下FV表顯示的讀數(shù)E。（5）用自備的溫度計(jì)測出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計(jì)的測溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t -熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn-熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。 to-01 熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時熱電勢。Eab(t,tn)=(f/v顯示表E)/100*2(100為差動放大器的放大倍數(shù)，2為二個熱電偶串聯(lián))。2 熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅康銅的熱電勢：Eab(tn,to):查

11、以下所附的熱電偶自由端為0時的熱電勢和溫度的關(guān)系即銅康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測得）時熱電勢。3 計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時的熱電勢，Eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。 （）熱電偶測得溫度值與自備溫度計(jì)測得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象）。 （8）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器15V電源（自備溫度計(jì)測出溫度后馬上拆去15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。 思考：（） 為什么差動放器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點(diǎn)？（） 即使采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按本實(shí)驗(yàn)方法測量溫度也了會有很大誤差，為什么？實(shí)驗(yàn)五 霍爾式傳

12、感器的特性直流激勵實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解霍爾式傳感器的原理與特性。所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。有關(guān)旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置檔，直流穩(wěn)壓電源置檔，主、副電源關(guān)閉。實(shí)驗(yàn)步驟：（） 了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實(shí)驗(yàn)儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。（） 開啟主、副電源將差動放大器調(diào)零后，增益置最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖2接線，、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。圖2（） 裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾

13、片置于半圓磁鋼上下正中位置。（） 開啟主、副電源調(diào)整使電壓表指示為零。（） 上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.1mm讀一個數(shù)，將讀數(shù)填入下表：X(mm)V(V)X(mm)V(v)作出曲線指出線性范圍，求出靈敏度，關(guān)閉主、副電源?？梢姡緦?shí)驗(yàn)測出的實(shí)際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場與磁場分布有很大差異，位移測量的線性度，靈敏度與磁場分布有很大關(guān)系。（6）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。注意事項(xiàng)：（） 由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。（） 一旦調(diào)整好后，測量過程中不能移動磁路系統(tǒng)。（） 激勵電壓不能過大，以免損壞霍爾片。實(shí)驗(yàn)六 差動變面積式電容傳感的靜態(tài)及動態(tài)特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒幼兠娣e式電容傳感器的原理及其特性。所需單元及部件：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、V表、激振器、示波器有關(guān)旋鈕的初始位置：差動放大器增益旋鈕置于中間，V表置于表檔，實(shí)驗(yàn)步驟：（） 按圖接線。圖（） FV