湖工自动检测与转换技术试验报告

1、湖南工业大学电气与信息工程学院厚德博学 和而不同 自动检测与转换技术实验报告学 院： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 级 学 号： 学生姓名： 指导教师： 二一三 年 一 月 四 日实验一 金属应变计及直流电桥电路应用实验一、实验目的1、观察金属箔式应变计的结构，了解应变计粘贴方式；2、了解受力悬臂梁、圆柱、圆筒等的应变与应变计应变电阻变化的对应关系；3、测试受力应变梁变形的应变输出；4、对金属箔式应变计接成单臂、半桥、全桥三种电桥电路的性能进行比较；5、了解金属箔式应变计的温度效应及补偿方式。二、实验原理1、应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测力时，应变片要

2、牢固地粘贴在测试体表面。当被测式元件受力作用发生形变，粘贴在其表面上的应变片敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。2、电桥电路是最常用的非电量电测电路。当电桥平衡时，桥路相对两臂电阻乘积相等，电桥输出为零。假设桥臂电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化量分别为R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 。当使用一个应变片作为工作臂构成单臂电桥且其它三臂电阻相等时（初始：RX=R2=R3=R4=R0），；当使用二个应变片作为工作臂构成差动电桥且其它两臂电阻相等时（初始：RX1=RX2=R3=R4=R0），；当使用四个应变片为工作臂构成

3、差动全桥且初始RX1=RX2=RX3=RX4=R0时，。3、根据戴维南定理可知单臂电桥的输出值，灵敏度。推广可知单臂、差动半桥和差动全桥的输出电压，灵敏度分别为、和。可知，当E和电阻相对变化量一定时，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。4、当应变片所处环境温度发生变化时，由于其敏感栅本身的温度系数，自身的标称电阻值发生变化；另外如果粘贴应变片的被测试元件与应变片敏感栅的热膨胀系数不同，也会引起附加形变，产生附加电阻。为避免温度变化时引入的测量误差，在实用的测试电路中要进行温度补偿。常用的温度补偿方法有电桥补偿法和应变片自补偿法。本实验中采用的是电桥补偿法。三、实验所需部件 直流稳压电源+4V、

4、公共电路模块、贴于工作台悬臂梁上的箔式应变片和温度补偿片、应变式传感器实验模块、应变加热器、数字电压表、称重砝码(20克/个)、连接导线若干。四、实验内容及步骤1、应变计的性能应变电桥1）差动放大器调零：连接工作台与应变式传感器实验模块、公共电路模块的电源连接线；将差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底）；差动放大器“+”“-”输入端用短线短接并与地端连接；差动放大器的输出端与数字电压表的输入端相连；开启主机电源，将数字电压表的量程选择为2V档，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零；然后拔掉实验线，调零后公共电路模块上的“增益”、“调零”电位器均不再变动。2）观察贴于悬臂梁根部的应变计

5、的位置与方向，按图（1）应变式传感器单臂电桥实验接线图将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，RX为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片）。图中每两个节之间可理解为一根实验连接线（注意连接方式，勿使直流激励电源短路）。将载重托盘安装于应变悬臂梁前端永久磁钢上。图（1）应变式传感器单臂电桥实验接线图 3）确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。4）逐个将砝码放上称重平台，测量V0端输出电压记录W(克)与V(mv)的对应值；然后逐个将砝码取下称重平台，再次测量V0端输出电压记录W(克)与V(mv)的对应值。并

6、填入下表一：表一：单臂电桥实验数据W(克)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.020.0450.070.090.110.130.1550.180.1550.130.110.090.0650.040.020 5）记录W与V值，并做出W-V曲线，进行灵敏度、线性度、重复性和迟滞性的比较。注意事项：1）实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。2）由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当全部取下砝码后回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零。3）实验中实验者在放置和取下砝码后应将手离开仪

7、器后方能读取测试系统输出电压数，否则虽然没有改变刻度值也会造成微小位移或人体感应使电压信号出现偏差。4）因为是小信号测试，所以调零后电压表应置2V档，用计算机数据采集时应选用200mv量程。2、箔式应变计三中桥路的性能比较1）在完成上述内容的基础上，依次将图（1）中的固定电阻R1换接应变片组成差动半桥电路（相邻两臂极性相反受应力情况相反）；2）再将固定电阻R2、R3换接应变片组成差动全桥电路（相邻两臂极性相反受应力情况相反、相对两臂极性相同受应力情况相同）。3）重复1中的3-4步骤，按照图（2）双臂电桥接线图和图（3）全桥接线图完成对差动半桥与差动全桥的测试实验，并填入下表二和表三：图（2）

8、双臂电桥接线图表二：差动半桥实验数据W(克)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.050.090.140.180.230.270.310.350.310.260.220.170.130.090.040图（3） 全电桥接线图表三：差动全桥实验数据W(克)020406080100120140160140120100806040200V(mv)00.090.180.260.350.440.530.620.710.620.530.440.360.270.180.090【注意事项：应变计接入桥路时，要注意应变计的受力方向，一定要接成差动形式，即相邻

9、两臂受力方向相反，相对两臂受力方向相同，如果接反则电路无输出或输出很小。】4）在同一坐标上描出三中测试结果的V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。 实验二 霍尔式传感器的交、直流激励测位移一、实验目的掌握在直流信号、交流信号激励下的霍尔传感器测试位移系统的一般形式。二、实验原理1、霍尔式传感器是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件，其输出的霍尔电势，其灵敏度由霍尔片本身的性质决定(，霍尔系数，等于材料的电阻率与电子的迁移率的乘积；d是霍尔片的厚度)；是霍尔元件的激励电流，B是加在霍尔片上的垂直磁场强度。当霍尔元件位于由两个环形磁钢组成的梯度磁场中同时施加一定的激励电流时，在梯度磁场

10、中通过霍尔片位移变化改变磁场强度B的大小从而使输出的霍尔电势变化，这样就构成了位移传感器。2、霍尔元件通以恒定直流电流和交流电流激励时，就有霍尔电势输出，霍尔电势的大小正比于磁场强度（磁场位置），当所处的磁场方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。三、实验所需部件直流稳压电源（2V）、霍尔传感器实验模块、公共电路实验模块、相敏检波电路实验模块、音频信号源、电压表、测微仪、示波器。四、实验骤与内容步1、直流激励特性实验1）安装好梯度磁场及霍尔传感器，测量微小唯一量的螺旋测微仪调节机构。2）差动放大器调零：连接工作台与应变式传感器实验模块、公共电路模块的电源连接线；将差动放大器增益置于最大位置（顺时

11、针方向旋到底）；差动放大器“+”“-”输入端用短线短接并与地端连接；差动放大器的输出端与数字电压表的输入端相连；开启主机电源，将数字电压表的量程选择为2V档，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零；然后拔掉实验线，调零后公共电路模块上的“增益”、“调零”电位器均不再变动。3）实验接线按图（1）所示，按图接线。冶金校区版本的试验台确认霍尔元件直流激励电压一端接2V，另一激励端接地，差动放大器增益10倍左右。工学院校区版本的试验台确认霍尔元件直流激励电压为±4V，差动放大器增益差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底）。WDR+2V地-、-差放 电压表 图（1） 直流激励电流接线图3

12、）用螺旋测微仪调节霍尔片的位移使霍尔元件置于梯度磁场中间，并调节电桥直流电位器WD（调节霍尔元件的等位电势）使输出为零。读取相应的电压值，并记入下表：X（mm）-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.500.51.01.52.02.53.03.5V0 (mV)0作出V-X曲线，求得灵敏度和线性工作范围，观察输出曲线的迟滞、重复性等。如出现非线性情况，请查找原因。4）从中点开始，调节螺旋测微仪，左右移动霍尔元件各3.5mm，每变化量0.5mm注意事项直流激励电压只能是2V，不能接+2V(4V)否则锑化铟霍尔元件会烧坏。2、交流激励特性实验1）在步骤一的基础上按图（2）接好实验电路。图（2） 交流激励电流接线图2）差动放大器调零：连接工作台与应变式传感器实验模块、公共电路模块的电源连接线；将差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底）；差动放大器“+”“-”输入端用短线短接并与地端连接；差动放大器的输出端与数字电压表的输入端相连；开启主机电源，将数字电压表的量程选择为2V档，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零；然后拔掉实验线，调零后公共电路模块上的“增益”、“调零”电位器均不再变动。3）音频信号输出从1800端口（电压输出）引出，幅度Vp-p4V，示波器两个通道分别接相敏检波器、端。4）开启主机电源，按交流全桥的调节方