西安交通大学检测技术课内实验报告.docx

西安交通大学现代检测技术实验报告实验一 金属箔式应变片——电子秤实验实验二 霍尔传感器转速测量实验实验三 光电传感器转速测量实验实验四 E 型热电偶测温实验实验五 E 型热电偶冷端温度补偿实验弹性体托盘应变片实验一 金属箔式应变片——电子秤实验一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，直流全桥工作原理和性能，了解电路的定标二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表(自备)三、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AR 7=k •£ (1-1)RAR式中 为电阻丝电阻相对变化；Rk 为应变灵敏系数；Ale =7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组件如图1-1 所示，将四个金属箔应变片分别贴在双孔悬臂梁式弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随 弹性体形变被拉伸，或被压缩应变片引出线固定垫圈固定螺丝图1-1双孔悬臂梁式称重传感器结构图R3o § o r2o § o Rlo § oink?」R -e 不同的接入邻边，如图全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边， 3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出3-1)式中E为电桥电源电压。

AR为电阻丝电阻相对变化；R式 3-1 表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善电子称实验原理同全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称四、实验内容与步骤1. 应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的Rl、R2、R3、R4上，可用 万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Q2. 差动放大器调零从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差 动放大器的输入端Ui短接并与地短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档）将电位器Rw3 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw4使电压表显示为0V关闭主控台电源°（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）3．按图1-2 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边4. 将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3 （满量程时的增益），使数显电压表 显示为0.200V （2V档测量）5. 拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将差动放大 器调零和加托盘后电桥调零（调节电位器Rw4使电压表显示为0V）。

6. 重复4、5步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重5. 将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填 入下表6. 去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过lKg）,记录电压表的读数根据实验数 据，求出重物的重量7. 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备五、实验结果实验结果记录如下表重量（g）20406080100120140160180电压（mV）1938587593112129147165从上式可以看出重量与电压呈线性关系U=0.91 （ g/mv） *W由所得数据绘出单臂电桥的传感器特性曲线如下:传感器特性曲线(1) 计算系统灵敏度：△V= [ ( 38-19 ) + ( 58-38 ) +……+ ( 165-147 ) ]/8=146/8=18.25mv△W=20gSMV/AW=0.91mV/g（2）计算非线性误差：△m =5.5496/9=0.6166mVyFS=165mV6f =^m / yFSx1OO%=0.37%（3）全桥测量中，当两组对边（Rl、R3为对边）电阻值R相同时，即R1=R3, R2 = R4，而R1H R2 时，是否可以组成全桥？n _ J? lR & - J?不可以，因为此时电桥输出电压 不为零，不能进行预调平衡。

实验二 霍尔传感器转速测量实验一、实验目的： 了解霍尔组件的应用——测量转速二、实验仪器： 霍尔传感器、可调直流电源、转动源、频率/转速表三、实验原理；利用霍尔效应表达式：UH=KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变HH化 N 次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测 出被测旋转物的转速四、实验内容与步骤1．安装根据图 3-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢磁钢转盘!― 元件支架图 3-12.将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表(切换 到测转速位置)3•打开实验台电源，选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V (±6)、16V (±8)、20V (±10)、 24V 驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后记录相应驱动电压下 得到的转速值也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形电压(V)+4V+6V+8V+10V12V15V20V24V转速(rpm)28970210901469240934164038五、实验报告1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。

2.根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线实验三 光电传感器转速测量实验一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法二、实验仪器：转动源、光电传感器、直流稳压电源、频率/转速表、示波器三、实验原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和 光电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号，由于转盘上有等 间距的6 个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速 值四、实验内容与步骤1. 光电传感器已安装在转动源上，如图4-1所示5V电源接到三源板“光电”输出的电 源端，光电输出接到频率/转速表的“f /n”2．打开实验台电源开关，用不同的电源驱动转动源转动，记录不同驱动电压对应的转速， 填入下表，同时可通过示波器观察光电传感器的输出波形转盘图 4-1驱动电压V(V)4v6v8v10v15v20v24v转速n(rpm)41585513041758267535494190五、实验报告根据测的驱动电压和转速，作V-n曲线并与霍尔传感器测得的曲线比较实验四 E 型热电偶测温实验一、实验目的：了解E型热电偶的特性与应用二、实验仪器：智能调节仪、PT100、E型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。

三、实验原理：热电偶传感器的工作原理： 热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821 年发现的塞贝克效应，即两种 不同的导体或半导体 A 或 B 组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不同，一端 温度为T,另一端温度为T0,则回路中就有电流产生，见图50-1 (a),即回路中存在电动势， 该电动势被称为热电势图 5-1(a) 图 5-1(b)两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势Et，其极性和量值与回路中的热电势一致, 见图50-1 (b),并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极实验表明，当 Et较小时，热电势Et与温度差(T-T0)成正比，即ET=SAB(T-T0) (1)SAB 为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于 AB热电极材料的相对特性热电偶的基本定律：(1)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分布如 何，都不能产生热电势 2)中间导体定律用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测量温 差电势EAB(T，To)，而这些导体材料和热电偶导体A，B的材料往往并不相同。

在这种引入了 AB 0中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回 路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB(T，To) AB 0 没有影响 3)中间温度定律如图49-2所示，热电偶的两个结点温度为T，，T2时，热电势为EAB(T，T)；两结点温度1 2 AB 1 2 为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3）,那么当两结点温度为T], T3时的热电势则为E （T ， T ） + E （T ， T ） =E （T ， T ） （2）AB 1 2 AB 2 3 AB 1 3式（2）就是中间温度定律的表达式譬如：T]=100r, T2=40°C, t3=o°c，贝VE （ 100 ， 40） +E （ 40 ， 0 ） =E （ 100 ， 0） （3 ）AB AB AB/ 』 4图 5-2热电偶的分度号热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母s、R、B、K、E、J、T、N表示）它 是在热电偶的参考端为0C的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系四、实验内容与步骤1. 利用PtlOO温度控制调节仪将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入E型热 电偶温度传感器。

2. 将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中温度传感器实验模块的输出Uo2接 主控台直流电压表3．将温度传感器模块上差动放大器的输入端 Ui 短接，调节 Rw3 到最大位置，再调节电位 器 Rw4 使直流电压表显示为零图 5-34.拿掉短路线，按图5-3接线，并将E型热电偶的两根引线，热端（红色）接a,冷端（绿 色）接b；记下模块输出Uo2的电压值T (C)5055606570758085Uo2 (V)0.0780.0940.1140.1280.1510.1690.1890.207T (C)9095100105110115120Uo2 (V)0.2230.2430.2600.2760.2930.3120.3265.改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值直到温度升至1200C并将实验结果填五、实验报告1.根据实验数据，作出U°2-T曲线，分析E型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性误差 实验结果：UO2-T曲线如下图所示：入下表：T/°C 由作图可知，E型热电偶的温度特性曲线呈线性关系非线性误差=标准特性曲线与拟合直线的最大偏差/相对满量程*100%经计算，当T=95 °C时有最大偏差0.0028.A =0.0028/(0.326-0.078) X1%=1,3%Uo2・T曲线图2. 根据中间温度定律和E型热电偶分度表，用平均值计算出差动放大器的放大倍数A。

结果：因 T=50°C Eab(T,0。