东南大学检测实验报告.docx
《东南大学检测实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《东南大学检测实验报告.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
东南大学检测实验报告
东南大学检测实验报告
传感器第一次实验
试验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一．实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。
二．基本原理
电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。
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，通过它反映被测部位受力状态的变化。
电桥的作用是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。
单臂电桥输出电压Uo1?
EK?
/4，其中K为应变灵敏系数，L/L为电阻丝长度相对变化。
三．实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四．实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
3.电桥调零。
4.应变片单臂电桥实验。
测得数据如下：
重量电压020406080100120140实验曲线如下所示：
分析：
图可以看出，输出电压与加载的重量成线性关系，于一开始调零不好，致使曲线没有经过原点，往上偏离了一段距离。
5.根据表中数据计算系统的灵敏度S?
?
U/?
W和非线性误差m/yFS?
100%，式中?
m为输出值与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程输出平均值，此处为140g。
?
U=30mv， ?
W=140g，
?
0 所以S?
30/
?
m=， yFS=140g，
?
4010?
0% 所以?
?
/1
6.利用虚拟仪器进行测量。
测得数据如下表所示：
重量电压0204060 100120140相应的曲线如下：
五．思考题
单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：
正应变片；负应变片；正、负应变片均可以。
答：
应变片受拉，所以选正应变片。
实验二金属箔片应变片——板桥性能实验
一、实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点
二．基本原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥暑促灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2?
EK?
/2。
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四．实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
3.电桥调零。
4.应变片半桥实验 实验结果如下：
重量电压0020406080100120140实验曲线如下所示：
分析：
从图中可见，输出电压与加载重量成线性。
数据点与拟合直线相对单臂更为接近，即线性性更好。
5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?
。
U=， W=140g；所以S=/140=/g. ?
m=， yFS=140g，
?
?
/140?
100%?
%
6.利用虚拟仪器进行测量。
测量数据结果如下所示：
重量电压0-20406080100120140
绘制实验曲线如下：
五、思考题
1.半桥测量时，两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
对边；邻边。
答：
邻边。
2.半桥测量时，两片相同受力状态的电阻应变片接入点桥时，应放在：
对边；邻边。
答：
对边。
3.桥路测量时存在非线性误差，是因为：
电桥测量原理上存在非线性；应变片应变效应是非线性的；调零值不是真正为零。
答：
电桥测量原理上存在非线性；应变片应变效应是非线性的。
实验三金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的
了解全桥测量电路的优点
二、基本原理
全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。
当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值?
R1?
?
R2?
?
R3?
?
R4时，其桥路输出电压Uo3?
EK?
。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差都得到了改善。
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
3.电桥调零。
4.应变片全桥实验
数据记录如下表所示：
重量电压0020406080100120140实验曲线如下所示：
分析：
从图中可见，数据点基本在拟合曲线上，线性性比半桥进一步提高。
5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?
。
U=， W=140g； 所以S=/140=mv/g;
?
m=， yFS=140g，
?
4010?
0%?
?
/16.利用虚拟仪器进行测量 测量数据如下表所示：
重量电压0-204006080100120140 实验曲线如下所示：
五、思考题
1.测量中，当两组对边电阻值R相同时，即R1=R3，R2=R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：
可以；不可以。
答：
不可以。
2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，能否及如何利用四组应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
答：
能够利用它们组成电桥。
对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边，则输出为两倍的横向应变，如果已知泊松比则可知纵向应变。
对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边，则输出为两倍的纵向应变。
两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。
3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，
得出相应的结论。
答：
根据实验结果可知：
灵敏度：
全桥>半桥>单臂 非线性度：
单臂>单桥>全桥 理论上：
灵敏度：
单臂S?
非线性度：
单臂?
?
EE，半桥S?
，全桥S?
E。
42K?
?
100%，半桥?
?
0，全桥?
?
0。
2?
K?
因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性，达到消除温度误差的效果。
同时还能消除非线性误差。
结论：
利用差动技术，能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。
4.金属箔式应变片的温度影响
如何消除金属箔式应变片的温度影响？
答：
利用温度补偿片或采用全桥测量。
实验五差动变压器的性能实验
一、实验目的
了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理
差动变压器一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式。
当被测物体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化。
将两只次级反向串接，引出差动电势输出。
其输出电势反映出被测物体的移动量。
三、实验器材
主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.按照接线图连接线路。
2.差动变压器L1的激励电压从主机箱中的音频振荡器的Lv端引入，音频振荡器的频率为4~5KHz，输出峰峰值为2V。
3.松开测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p较小。
然后拧紧螺钉，仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出Vp-p为最小值，定义为位移的相对零点。
4.从零点开始旋动测微头的微分筒，每隔从示波器上读出示波器的输出电压Vp-p，记入表格中。
一个方向结束后，退到零点反方向做相同的实验。
5.根据测得数据画出Vop-p—X曲线，做出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。
数据表格如下：
X（mm）V（mv）X（mm）V（mv）-9353-7768-6283-46100-31116-15133041492016537181实验曲线如下：
分析：
从图中可见，曲线基本呈线性，关于x=0对称的，在零点时存在一个零点误差。
?
X?
1mm，S?
?
U/?
X?
/mm；X=±1mm时，?
U?
，
3m ?
x?
，yFS?
2mm，x/yFS?
100%?
%。
五、思考题
1.用差动变压器测量，振动频率的上限受什么影响？
答：
受导线的集肤效应和铁损等的影响，若频率过大会导致灵敏度下降。
2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
答：
相同点：
利用电磁感应原理工作。
不同点：
差动变压器为开磁路，一、二次侧间的互感随衔铁移动而变，且两个绕组按差
动方式工作；一般变压器为闭合磁路，一、二次侧间的互感为常数。
传感器第二次实验
实验十压阻式压力传感器的压力量实试验
一、实验目的
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、基本原理
扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到得压力变化。
三、实验器材
主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。
四、实验步骤
1、将压力传感器安装在实验模板的支架上，根据接线图连接管脚和电路。
2、实验模板上RW2用于调节放大器调零，RW1调节放大器增益。
3、合上主机箱的气源开关，启动压缩泵，逆时针旋转转子流量计下端调节阀的旋钮，观察电压表和气压表示数的变化。
4、调节流量计旋钮，使气压表显示某一值，观察电压表显示的数值。
5、仔细调节流量计旋钮，使压力在2~18KPa之间变化，每上升1KPa气压分别读取电压表示数，将数值记录下表：
PVo（V）PVo（V） 6、画实验曲线，计算本系统的灵敏度和非线性误差。
V9灵敏度：
?
U?
，?
P?
15KPa
所以S?
?
U/?
P?
/KPa。
非线性误差：
?
P?
，yFS?
所以 P/yFS?
100%?
%。
实验十一 压电式传感器振动测量实验
一、实验目的
了解压电传感器的测量振动原理和方法。
二、基本原理
压电式传感器惯性质量块和受压的压电片等组成。
工作时传感器感受与试件相同的振动频率，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，于压电效应，压电晶体上产生正比于运动速度的表面电荷。
三、实验器材
主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。
四、实验步骤
1、按照连线图将压电传感器安装在振动台上，振动源的低频输入接主机箱的低频振荡器，其它连线按照图示接线。
2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出波形。
3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入和输出波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台，同时观察输出波形的变化。
4、改变振动源的频率，观察输出波形的变化。
低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，用频率表监测，用示波器读出峰峰值填入表格。
f（Hz）V（p-p）
实验曲线：
571215172025
传感器第三次实验
实验十五直流激励时线性霍尔传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔式传感器原理与应用。
二、基本原理
根据霍尔效应，霍尔电势UH?
KH?
IB，当霍尔元件处在梯度中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。
三、实验器材
主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
四、实验步骤
1、按示意图接线，将主机箱上的电压表量程开关打到2V档。
2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。
3、向某个方向调节测微头2mm，记录电压表读数作为实验起始点；再反向调节测微头，没增加记下一个读数，将数据记录入表格：
X（mm）V（V）X（mm）V（V）X（mm）V（V）-2---------0--- -------- 做出V-X曲线，计算不同测量范围时的灵敏度和非线性误差。
±2mm时灵敏度：
?
V?
?
X?
4mm所以 S?
?
U/?
V?
/mm。
非线性度：
?
Vm?
yFs?
所以
Vm/yFs?
100%?
%
五、思考题
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
答：
反映的是磁场的变化。
实验十六交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二、基本原理
交流激励时霍尔传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
三、实验器材
主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器/相敏检波器/低通滤波器模板、双线示波器。
四、实验步骤
1、按照示意图接线。
2、检查接线无误后，合上主机电源开关。
调节主机箱音频振荡器的频率和幅度旋钮，用示波器、频率表监测Lv输出频率为1KHz、峰峰值为4V的信号。
关闭主机电源，将Lv输出信号作为传感器的激励电压接入实验模板中。
3、合上主机箱电源，调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中间。
先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后观察数显表显示，调节电位器Rw1、Rw2使显示为零。
4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大的位移，利用示波器观察相敏检波器的输出，旋转移相器单元电位器Rw和相敏检波器单元电位器Rw，使示波器显示全波整流波形，并观察数显表显示值。
直至数显表显示为零，此点作为测量原点。
然后旋动测微头，没转动，记下读数，填入表格。
X（mm）V（V）00 X（mm）V（V）
6、根据表格中的数据作出V-X曲线，计算不同量程时的非线性误差。
2mm时的非线性误差：
?
X?
yFs?
X/yFs?
100%?
%。
1mm时非线性误差：
?
X?
yFs?
1mm X/yFs?
100%?
%
实验十七霍尔转速传感器测量电机转速实验
一、实验目的
了解霍尔转速传感器的应用。
二、基本原理
利用霍尔效应表达式：
UH?
KH?
IB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N此。
每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整和计数电路计数就可以测量被测物体的转速。
三、实验器材
主机箱、霍尔转速传感器、振动源。
四、实验步骤
1、根据示意图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢间距离大约为2~3mm。
2、在接线前，先合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2~24V旋钮调到最小，接入电压表，监测大约为；
关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按照示意图分别接到主机箱的相应电源和频率/转速表的Fin上。
3、合上主机箱电源开关，在小于12V的范围内调节主机箱的转速调节电源，观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2v开始纪录，每增加1v相应电机转速的数据。
电压转速电压转速2390715203620817604850919705106010220061290112420画出电机的v~n特性曲线。
五、思考题
1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有限制？
答：
有。
当被测体是磁性体时不能用霍尔元件测量。
2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？
答：
可以，但是会降低分辨率。
实验十八 磁电式转速传感器测电机转速
一、实验目的
了解磁电式测量转速的原理。
二、基本原理
基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中的感应电势：
e?
?
Nd?
发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次变dt化，通过放大、整形和计数等电路即可测量转速。
三、实验器材
主机箱、磁电式传感器、转动源。
四、实验步骤
磁电式转速传感器不用接电源，其余和实验十七相同。
数据记录：
电压转速电压转速2700715203820817304950919005111010198061310112260
画出电机v~n特性曲线：
传感器第四次实验
实验二十七发光二极管的照度标定实验
一、实验目的
了解发光二极管的工作原理；做出工作电流与光照度的对应关系及工作电压与光照度的对应关系曲线，为以后实验做好准备。
二、基本原理
半导体发光二极管是Ⅲ-Ⅳ族化合物制成，其核心是PN结。
因此它具有一般二极管的正向导通及反向截止、击穿特性。
此外，在一定条件下，它还有发光特性。
当加上正向激励电压或电流时，在外电场的作用下，在PN结附近产生导带电子和介带空穴，电子N区注入P区，空穴P区注入N区，进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。
除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心捕获，再与空穴复合，每次释放的能量不大，以热能的形式辐射出来。
发光的复合量相对于非发光的复合量的比例越大，光量子效率越高。
于复合是在少子扩散区内发光，所以光仅在靠近PN结面数um以内产生。
发光二级管的发光颜色制作二极管的半导体化合物决定。
本实验使用纯白高亮发光二极管。
三、实验器材
主机箱，照度计探头，发光二极管，遮光筒。
四、实验步骤
1、按照示意图7-2接线，注意+、—极性。
2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关。
3、调节主机箱中恒流源电流大小，即改变发光二极管的工作电流大小就可以改变光源的光照度值。
拔去发光二极管的其中一根线头，则光照度为0。
按表7-1进行标定实验，得到照度~电流对应值。
4、关闭主机箱电源，再按图7-3配置接线，注意+、—极性。
5、合上主机箱电源，调节主机箱的0~24v可调电压就可以改变发光二极管的光照度。
按表7-1进行标定实验，得到照度~电压对应值。
6、根据表7-1画出发光二极管的电流~照度、电压~照度特性曲线。
表7-1发光二极管的电流、电压与照度的对应关系照度电流10/2030405060708090100电压照度110120220 130230 140240 150250 160260 170270 180280 190290 200300电流电压照度210电流电压电流~照度特性曲线
电压~照度特性曲线
实验三十一硅光电池实验
一、实验目的
了解光电池的光照、光谱特性，熟悉其应用。
二、基本原理
光电池是根据光生伏特效应制成的，不需加偏压就能把光能转换成电能的P-N结的光电池器件。
当光照射到光电池的P-N结上时，便在P-N结两端产生电动势。
这种现象叫做“光生伏特效应”，将光能转化为电能。
该效应与材料、光的强度、波长等有关。
三、实验器材
主机箱、安装架、光电器件实验模板、滤色片、普通光源、滤色镜、照度计探头、照度计模板探头、硅光电池。
四、实验步骤1、光照特性
光电池在不同照度下，产生不同的光电流和光生电动势。
它们之间的关系就是光照特性。
实验时，为了得到光电池的开路电压Voc和短路电流Is，不要同时接入电压表和电流表，要错时接入来测量数据。
光电池的开路电压实验
按图7-7安装接线，发光二极管的输入电流实验二十七光照度对应的电流值确定，读取电压表Voc的测量值填入表7-6中。
表7-6光电池的开路电压实验数据照度Voc0010\\2030405060708090100
光电池的短路电流实验
按图7-8接线，发光二极管的输入电压实验二十七光照度对应的电压值确定，读取电压表Is的测量值填入表7-7中。
表7-7光电池的短路电流实验数据照度Is00102030405060708090100
2、根据表7-6、表7-7的实验数据作出特性曲线图。
光电池的开路电压特性曲线图
光电池的短路电流特性曲线
传感器第一次实验
试验一金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一．实验目的
了解金属箔式应变片的应变效应及单臂电桥工作原理和性能。
二．基本原理
电阻丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。
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，通过它反映被测部位受力状态的变化。
电桥的作用是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。
单臂电桥输出电压Uo1?
EK?
/4，其中K为应变灵敏系数，L/L为电阻丝长度相对变化。
三．实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四．实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
3.电桥调零。
4.应变片单臂电桥实验。
测得数据如下：
重量电压020406080100120140实验曲线如下所示：
分析：
图可以看出，输出电压与加载的重量成线性关系，于一开始调零不好，致使曲线没有经过原点，往上偏离了一段距离。
5.根据表中数据计算系统的灵敏度S?
?
U/?
W和非线性误差m/yFS?
100%，式中?
m为输出值与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程输出平均值，此处为140g。
?
U=30mv， ?
W=140g，
?
0 所以S?
30/
?
m=， yFS=140g，
?
4010?
0% 所以?
?
/1
6.利用虚拟仪器进行测量。
测得数据如下表所示：
重量电压0204060 100120140相应的曲线如下：
五．思考题
单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：
正应变片；负应变片；正、负应变片均可以。
答：
应变片受拉，所以选正应变片。
实验二金属箔片应变片——板桥性能实验
一、实验目的
比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点
二．基本原理
不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥暑促灵敏度提高，非线性得到改善。
当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2?
EK?
/2。
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四．实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。
2.放大器输出调零。
3.电桥调零。
4.应变片半桥实验 实验结果如下：
重量电压0020406080100120140实验曲线如下所示：
分析：
从图中可见，输出电压与加载重量成线性。
数据点与拟合直线相对单臂更为接近，即线性性更好。
5.计算灵敏度S=U/W，非线性误差?
。
U=， W=140g；所以S=/140=/g. ?
m=， yFS=140g，
?
?
/
升级会员 