检测技术实验指导书(学生)

检测技术试验指导书2023-3试验一：应变片单臂、半桥、全桥特性比较一、试验目的：1、把握电阻应变式传感器的原理及特性；二、根本原理：种利用电阻材料的应变效应，将工程构造件的内部变形转换为电阻变化的传感广泛。箔式应变片的根本构造0.025mm右的金属丝或金属箔制成，如图1—1所示。丝式应变片 (b)箔式应变片1—1式中：化。测量电路单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。因此，为了得到较1—〔ab〔c〕所示。〔a〕单臂 〔b〕半桥 全桥图1—2应变片测量电路〔a〕Uo＝U①－U③＝〔(R4＋△R4)／(R4＋△R4＋R3)－R1／(R1＋R2)〕E＝〔R1＋R2〔R4＋△R4〕R〔R3＋R4＋△R4〔R3＋R4＋△R4〔R1R2｝E。Uo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE(b)同理:Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE全桥同理:Uo≈(△R／R)E＝KεE3．箔式应变片单臂电桥试验原理图1—3应变片单臂电桥试验原理图350Ω固定电阻，R4W1rUo≈(1／4)(△R4／R4)E＝(1／4)(△R／R)E＝(1／4)KεE。三、试验所需设备：2四、试验步骤：在应变梁自然状态〔不受力〕312kΩ电阻2档测量全部应变片阻值。如以下图1—6所示。1—61—7〔4。/2V变式模块的“增益”电位器顺时针方向轻轻转到底，调整“运放调零”电位器，使电电压/频率表显示电压为零。电阻应变式模块的差动放大局部的零点调整完成，关闭主电源。拆去短接线。1—7差放调零接线图应变片单臂电桥特性⑴将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片R1R2R3VV-直流电源VV-模块内部已接+-5VRW1的“电桥调零”旋钮)、r电阻直流调整平衡网络接入电桥中(RW1电位器二固定V+、V-电源端、RW1r1—8101—8应变片单臂电桥特性试验接线示意图⑵检查接线无误后合上主电源开关，在电子称托盘无砝码时调整“电桥调0(有小的起始电压也无所谓，不影响应变片特性与试验)。加砝码并读取相应的电压值，登记试验数据填入表1。试验完毕，关闭电源。1应变片单臂、半桥、全桥电桥特性试验数据重量(g)(mV)(mV)(mV)

20 40 60 80 100 120 140 160 180 2004、应变片半桥特性R1R23〔11〕图1—9 应变式传感器半桥接线示意图5、应变片全桥特性3〔13〕1—10应变片全桥特性试验接线示意图五、数据分析1X-V21S＝ΔV/ΔW〔ΔV，ΔW屡次测：yFS200g。六、思考题ΔRΔV应变片的应变方向(是拉?还是压?)?七、留意事项：1、在更换应变片时应将电源关闭。2、在试验过程中如有觉察电压、过载，应将电压量程扩大。3、在本试验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。应。5、接全桥时请留意区分各片子的工作状态方向。6、试验过程中的放大器增益必需一样。一、试验目的：1、把握电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、根本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体〔导电体—金属涡流片〕组成，如图 所示。依据电磁感应原理，当传感器线圈〔一个扁平线圈〕通以交变电流〔频率较1MHz～2MHz〕I1

时，线圈四周空间会产生交变磁场 H1

，当线圈平状自行闭合的电流I2

I2

所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有肯定耦合的互感，最终原线圈反响一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短2-1(b)RL1 1和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为R、电感为L。线圈与导体2 2间存在一个互感M，它随线圈与导体间距的增大而减小。〔称之应包括具有肯定频率的稳定的震荡器和一个检波2—2图2-1(a)电涡流传感器原理图 图2-1(b)电涡流传感器等效电路图2—2电涡流位移特性试验原理框图〔前置器来测量。1MHzQπ取出来。⑶Q2组成射极跟随器。射极跟随器的作用是输入、输出匹配以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。2—3〔导电体间的间隙变化来〔0～10Hz传感器端部线圈Q0为定值且最高，对应的检波输出电压Vo最大。当被测导体Q得平坦，检波出的幅值VoVoｘ的变化。电涡流传感器可以在位移、振动、转速、探测、厚度等测量上得到应用。三、需用器件与单元：〔10Ω左右测微头、主板电压/频率表、电涡流位移传感器模块。四、试验步骤：〔留意安装挨次：先将孔的紧固螺钉2—42-4/2-52、将电压/20V0.5mm个数，直到输出Vo1。试验完毕，关闭全部电源。2。试验完毕，关闭全部电源。0.51.01.52.0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5Vo(V)铁0.51.0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5Vo(V)铝五、数据分析：V－X灵敏度和线性度〔可用最小二乘法或其它拟合直线。2、分析说明不同材质性质对电涡流传感器特性的影响。六、体会试验三〔1〕差动变压器性能试验一、试验目的：1、把握差动变压器的工作原理和特性。2、把握零点剩余电动势的概念及削减的方法。二、根本原理：3—1、34而变化。由于把二个二次绕组反向串接〔同名端相接，以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器，通常简称差动变压器。〔无视涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响3—2U1M1M2为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电L21、L22R21、R22效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互图3—1差动变压器的构造示意 图3—2差动变压器的等效电路图所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动可以知道衔铁位移量的大小和方向。差动变压器的输出特性曲线如图3—3所示.图中E21、E22分别为两个二次E2x电动势可实行以下方法：图3—3 差动变压器输出特性1．尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路的对称。磁性材料要经过处理，消退内部的剩余应力，使其性能均匀稳定。可改善输出特性，减小零点剩余电动势。3—4W1、W2 (b) 图3—4 减小零点剩余电动势电路三、需用器件与单元：电感单元〔10Ω左右、示波器。四、试验步骤9－5，Li)；Lo1、Lo23—2。3—6Li(确定不能用直Lv源开关。2K上读出Vp-p＝2V〔示波器第一通道监测。3—5差动变压器性能试验安装示意图5．差动变压器的性能试验：程差，为消退这种机械回差可承受如下方法试验：调整测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mmVp-p126mm，记录此时的测微头读数和示波器其次通道显示的波形Vp-p(峰峰值)值为试验起点值。以后，反方向(逆时针方向)调整测微头的微分筒，每隔△X=0.5mm(可取10.5mm，从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表1(这样单行程位移方向做试验可以消退测微头的机械回差)。试验完毕，关闭电源。△X(mm)Vp-p(mV)6.0△X(mm)Vp-p(mV)6.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0△X(mm)Vp-p(mV)-0.-1.-1.-2.-2.-3.-3.-4.-4.-5.-5.-6.505050505050五、数据分析1、依据表1数据画出X－Vp-p曲线，分析曲线并计算不同测量范围(±2.0mm、±4.0mm、±6.0mm)时的灵敏度和非线性误差。2.计算差动变压器的线性工作区和零点剩余电压大小。3、总结削减零点剩余电压大小的方法。六、思考题：试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？用直流电压鼓励会损坏传感器，为什么？试验三〔2〕鼓励频率对差动变压器特性的影响试验一、试验目的：了解初级线圈鼓励频率对差动变压器输出性能的影响。二、根本原理：差动变压器输出电压的有效值可以近似用关系式：(MR2R22L21 2 ipp

M)U

表示，式中LR

为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω为鼓励电压O P P和频率，M、M为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当时级线圈鼓励频率太低1 2时，假设R2P

2L2P

，则输出电压Uo

受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2L2P

R2时输出UP

与ω无关，固然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、主板音频振荡器单元、电感单元〔10Ω左右、示波器。四、试验步骤：1、差动变压器及测微头的安装、接线同“差动变压器的性能试验2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，调整主机箱音频振荡器L1KHV Z〔可用主机箱的频率表监测频率，Vp-2VVp-pVp-p32.50mm，差动变压器有某个较大的Vp-p41KH9KHZ Z2Ｖ不变)时差动变压器的相应输出的Vp-p10。F〔KHz〕Vp-p〔v〕F〔KHz〕Vp-p〔v〕1F-Vp-p试验三〔3〕差动变压器零点剩余电压补偿试验一、试验目的：了解差动变压器零点剩余电压概念及补偿方法。二、根本原理：由于差动变压器次级二线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不B－H并不为零，其最小输出值称为零点剩余电压。零残电压中主要包含两种波形成份：l．基波重量。这是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数〔M、L、R〕不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得鼓励电流与所产生的磁通不同相。2．高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使鼓励电流与磁通波形不全都，产生了非正弦波〔主要是三次谐波〕磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。〔l〕从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称〔3〕选用电桥补偿电路。在试验(差动变压器的性能试验)中已经得到了零点剩余电压，用差动变压器测量位移时，一般要对其零点剩余电压进展补偿。三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、差动变压器模块、音频振荡器单元、电感单元、虚拟双线示波器。四、试验步骤：11-1LV插口输出，其中RW1，RW2，r,c1桥单元中调平衡网络。开启主电源，调整音频振荡器频率f=1KHz，幅值Vp-p=2V。调整测微头，使模块输出电压最小。依次调整RW1，RW2，使输出电压进一步减小，必要时重调整测微头，尽量使输出电压最小。在调整的时候，将其次通道的灵敏度提高即量程选择选毫伏档，观看零点剩余电压的波形，留意与鼓励电压波形相比较。经过补偿后的剩余电压波形：为 波形，这说明波形中有重量，其峰值为 。将经过补偿后的剩余电压值与未经补偿剩余电压的Ｖ剩余p-p相比较，比较二者试验结果。试验完毕，关闭电源。试验四光纤传感器的位移特性试验一、试验目的：位移的原理和方法。二、根本原理：光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能，绝缘、无感应的电气性能，耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。(也称为物性型和构造型)。功能型光纤传感器利用对外界信息具有敏感力量和检测功强度、相位、偏振、频率等，它们的转变反映了被测量的变化。由于对光信号的与光纤信息传输回路组成测试系统，光纤在此仅起传输作用。放射光接收光Y形光纤，半园分布即双D分布，一束光纤端部与光源相接放射光束，另一束端部与光4—1放射光接收光光纤测位移工作原理 图4—1Y形光纤测位移工作原理图传光型光纤传感器位移量测是依据传送光纤之光场与受讯光纤穿插地方视(d=0)，则全部传输光量直接被光集中或超过接收端接收视野。使得输出之信号与测量距离成反比例关系。如4—216—2光纤位移特性曲线三、器件与单元：光纤座(光电变换)、主板电压/频率表、光纤输出口、光纤传感器模块。四、试验步骤：观看光纤构造并检查光纤是否正常二根多模光纤组成Y形位移传感器。D示光纤正常。按图4—3示意安装光纤位移传感器。光纤座中,确定不能用手抓捏光纤的黑色局部进展插拔，插入时不要过分用力,以免损坏光纤座组件中光电管。5mm0在测微头的测杆上套上被测体(铁圆