测试技术实验指导Word格式.docx
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实验名称
内容提要
实验要求
实验时数
实验类型
每组人数
所在实验室
名称
备注
1
金属箔式应变片：
单臂.半桥.全桥比较实验
验证单臂.半桥.全桥的性能
必开
2
验证
测试技术实验室
电涡流式传感器的静态标定
了解电涡流式传感器的原理及工作性能（静态特性）
3
交流电桥的应用—振动的测量
了解交流激励电桥的应用
4
霍尔传感器的应用
了解霍尔传感器在振动测量中的应用
注：
可按“实验目录”所列的实验项目利用课余时间选做其它实验。
实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥
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。
二、实验内容
了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
（用测微头实现）
三、实验仪器
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。
四、实验原理
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
式中
为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,
为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压
。
五、实验注意事项
1、直流稳压电源打到±
2V档，电压表打到2V档，差动放大增益最大。
2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。
六、实验步骤
1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
2、将差动放大器调零：
用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。
将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi相连；
开启主、副电源；
调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。
3、根据图１接线。
R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
RX=R4为应变片；
将稳压电源的切换开关置±
4V档，电压表置20V档。
调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
图1
4、将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平衡梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下电压表显示的值。
建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：
位移（mm）
电压（mv）
6、根据所得结果计算灵敏度
（式中
为梁的自由端位移变化，
为相应电压表显示的电压相应变化）。
7、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
七、实验报告
在实验报告中填写《实验报告一》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题
本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？
答：
直流电源要稳定；
放大器零漂要小。
*实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥
（用砝码实现）
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、砝码、一片应变片、电压表、主、副电源。
1、做此实验之前，应使测微头脱离双平行梁。
2、直流稳压电源打到±
3、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
4、为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重新调零。
5、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。
3、根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
R4为应变片；
开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
4、在传感器双平行梁的磁铁上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。
根据所得结果计算系统灵敏度
，并作出V-W关系曲线，
为电压变化率，
为相应的重量变化率。
重量（g）
电压（mV）
实验二金属箔式应变片：
单臂、半桥、全桥比较
一、实验目的
1、验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度并得出相应的结论。
二、实验内容
单臂、半桥、全桥比较。
三、实验仪器
直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。
四、实验原理
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为
、
根据戴维南定理可以得出单臂电桥的输出电压近似等于
，于是对应半桥和全桥的电压灵敏度分别为
和
由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
五、实验注意事项
2V档，电压表打到2V档，差动放大器增益打到最大。
2、在更换应变片时应将电源关闭。
3、在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
4、在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
5、接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
六、实验步骤
1、将差动放大器调零：
2、按图1接线，图中R4为应变片，r及W1为调平衡网络。
3、调整测微头使测微头与双平行梁吸合，并使双平行梁处于水平位置（目测），然后将直流稳压电源打到±
4V档，选择适当的放大增益。
调整电桥平衡电位器W1，使表头显示为零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。
4、旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭主、副电源。
5、保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复4过程同样测得读数，填入下表。
6、保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成，R2换成，）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使电压表显示为零。
重复4过程将读出数据填入下表。
7、在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。
七、实验报告
在实验报告中填写《实验报告二》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
八、实验思考题
单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度有何关系？
近似于1：
2：
单臂工作情况：
只有一只应变片接入电桥，设R1为接入的应变片，测量时的变化为△R。
其输出端电压为
；
通常情况下△R≤R，所以
由电阻应变效应则上式可写成
半桥工作：
有两只应变片接入电桥的相邻两支桥臂。
并且两只桥臂的应变片的电阻变化大小相同而方向相反。
则其输出端电压为
全桥工作：
有4只应变片接入电桥。
并且差动工作，则有
结论：
对比电桥的三种工作方式可见，用直流电桥做应变片的测量电路时，电桥输出电压与被测应变量成线性关系；
而在相同条件下，全桥工作时输出的电压最大，检测的灵敏度最高。
三种电桥的灵敏度比为
：
＝1：
4。
*实验二金属箔式应变片：
直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、应变片、砝码、主、副电源。
3、在更换应变片时应将电源关闭。
4、在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
2、根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
3、在传感器双平行梁的磁铁上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。
4、保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：
5、保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节电桥W1同样使电压表显示零。
重复（3）过程将读出数据填入下表：
6、在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。
实验三应变片的温度效应及补偿
了解温度对应变测试系统的影响。
应变片的温度效应及补偿。
可调直流稳压电源、＋15V不可调直流稳电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、双平行梁、水银温度计（自备）、主、副电源。
电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面。
敏感栅丝的温度系数，应变栅的线膨胀系数与弹性体（或被测试件）的线膨胀系数不一致会产生附加应变。
因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，输出会有变化。
1、主、副电源关闭、直流稳压电源置±
4V档，电压表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大。
2、加热时间不要超过2分钟。
3、温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
1、了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的（＋）、（－）输入端与地短接，输出端插口与电压表的输入插口Vi相连。
3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使电压表显示零。
再把电压表的切换开关置2V档，细调差放零点，使电压表显示零。
关闭主、副电源，电压表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使电压表显示零，然后将电压表的切换开关置2V档,调电位器W1，使电压表显示零。
5、在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使电压表显示零。
6、将＋15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；
电压表的显示值在变化，待电压表显示稳定后，记下显示数值，并用温度计（自备）测出温度，记下温度值。
（注意：
1.加热时间不要超过2分钟。
2.温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可。
）关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将电压表的切换开关置20V档，把图中的R3换成应变片（补偿片），重复4－6过程。
8、比较二种情况的电压表数值：
在相同温度下，补偿后的数值小很多。
9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
在实验报告中填写《实验报告三》，详细记录实验过程中的原始记录（数据、图表、波形等）并结合原始记录进一步理解实验原理。
为什么不能完全补偿？
（提示：
从补偿应变片和受力应变片所贴的位置点、梁的温度梯度考虑。
）
为达到完全补偿，需满足下列三个条件：
1、工作应变片和补偿应变片需属于同一批号的，即它们的电阻温度系数、线膨胀系数、应变灵敏系数都相同，两片的初始电阻值也要求相同。
2、用于粘贴补偿片的构件和粘贴工作片的试件二者的材料必须相同，即要求两者线膨胀系数相等。
3、两应变片应处于同一温度环境中。
上面三个条件不易满足，尤其是条件3。
由于工作应变片和补偿应变片粘贴的位置不同，加热时梁的温度梯度较大，导致两应变片所处的温度值不相同。
故不能完全补偿。
实验四热电偶原理及现象
1、观察了解热电偶的结构。
2、熟悉热电偶的工作特性。
3、学会查阅热电偶分度表。
通过观察热电偶的现象了解热电偶的工作原理和特性。
三、预备知识
热电偶的热电势与温度之间的关系式：
其中：
t------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。
to------0℃
1、热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。
（100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联）。
2、热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：
:
查以下所附的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。
工作端温度℃
5
6
7
8
9
热电动势（mv）
-10
-0.383
-0.421
-0.459
-0.496
-0.534
-0.571
-0.608
-0.646
-0.683
-0.720
-0.000
-0.039
-0.077
-0.116
-0.154
-0.193
-0.231
-0.269
-0.307
-0.345
0.000
0.039
0.078
0.147
0.156
0.195
0.234
0.273
0.312
-0.351
10
0.391
0.430
0.470
0.510
0.549
0.589
0.629
0.669
0.709
0.749
20
0.789
0.830
0.870
0.911
0.951
0.992
1.032
1.073
1.114
1.155
30
1.196
1.237
1.279
1.320
1.361
1.403
1.444
1.486
1.528
1.569
40
1.611
1.653
1.695
1.738
1.780
1.822
1.865
1.907
1.950
1.992
50
2.035
2.078
2.121
2.164
2.207
2.250
2.294
2.337
2.380
2.424
60
2.467
2.511
2.555
2.599
2.643
2.687
2.731
2.775
2.819
2.864
70
2.908
2.953
2.997
3.042
3.087
3.131
3.176
3.221
3.266
3.312
80
3.357
3.402
3.447
3.483
3.538
3.584
3.630
3.676
3.721
3.767
90
3.827
3.873
3.919
3.965
4.012
4.058
4.105
4.151
4.198
4.244
100
4.291
4.338
4.385
4.432
4.479
4.529
4.573
4.621
4.668
4.715
四、实验仪器
＋15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主、副电源。
五、实验原理
二种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。
通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。
六、实验注意事项
1、电压表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。
2、加热时间不要超过两分钟。
七、实验步骤
1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜－康铜组成的简易热电偶，分度号为T。
实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
2、按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记
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