实验一金属箔式应变片.docx

实验一 金属箔式应变片——半桥性能实验一、实验目的 比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点二、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、托盘、砝码、数显电压表、±5V电源、差动放大器、电压 放大器、万用表三、实验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1电桥输出灵敏度提高，非线 性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为U = Elk^ = - •竺 （2-1）0 2 2 R式中 竺 为电阻丝电阻相对变化；Rk 为应变灵敏系数；All为电阻丝长度相对变化；E 为电桥电源电压式 2-1 表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系/00R9丕*\7 RW2增益调节调冬+5V'R.W2RW3増益调节RW3图 2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤1．应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-12．按图 2-1 接好“差动放大器”和“电压放大器电路”差动放大器”调零，参考实 验一步骤 2将“差动放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接数显电 压表（选择200mV档），开启直流电源开关将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器” 增益电位器调至最大位置（顺时针最右边），调节调零电位器使电压表显示为0V。

关闭直流 开关电源两个增益调节的位置确定后不能改动）3．按图2- 1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边4.加托盘后电桥调零加托盘后调节Rw2使电压表显示为零(采用200mV档)5．在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，记下实验结果，填入表2-1表2-1重量(g)电压(mV)6.实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备五、实验报告根据所得实验数据，计算灵敏度S=A U仏W和半桥的非线性误差0 f2六、思考题 引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项 实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小因此，加在传感器上的压力不应过大(称重传感器量程为0.5kg),以免造成应变传感器的损坏！实验二 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验一、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法二、实验仪器 压力传感器、气室、气压表、分压器、差动放大器、电压放大器、直流电压表三、实验原理在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，摩托罗拉公司设计出X形硅压 力传感器，如图10-1所示，在单晶硅膜片表面形成4 个阻值相等的电阻条。

将它们连接成 惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻 式压力传感器扩散硅压力传感器的工作原理如图10-1，在X形硅压力传感器的一个方向上加偏置电 压形成电流i，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时 （本实验采用改变气室内的压强的方法改变剪切力的大小），在垂直于电流方向将会产生电 场变化E = Ap -i，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压 UoU o = d - E = d - Ap - i （10-1）式中 d 为元件两端距离实验接线图如图10-2所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V 电源、4脚为Uo-；当P1>P2时，输出为正；P1VP2时，输出为负（P1与P2为传感器的两 个气压输入端所产生的压强）Uo r w 电流—? +-rUs图10-1扩散硅压力传感器原理图图 10-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤1．按图 10-2接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接数显直流 电压表，选择20V档，打开直流开关电源2．调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到中间位置并保持不动， 用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使直流电压表20V档显示为 零。

3．取下短路导线，并按图10-2连接“压力传感器”与“分压器” 4．气室的活塞退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为 0，气压计 指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调节Rwl使直流 电压表20V档显示为零5•增大输入压力到O.OIMPa，每隔0.005Mpa记下“电压放大器”输出的电压值U直到压强达到0.095Mpa；填入下表 P(kP)U (V)6.实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备五、实验报告根据实验所得数据，计算压力传感器输入一一输出（P—U）曲线计算灵敏度S=A U/△ P,非线性误差&实验三 霍尔测速实验一、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、0〜24V直流电源、转动源、频率/转速表、直流电压表三、实验原理利用霍尔效应表达式：Uh=KhIB，在被测转盘上装上N只磁性体，转盘每转一周，霍HH尔传感器受到的磁场变化N次转盘每转一周，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转盘的转速四、实验内容与步骤1．安装根据图 19-1，霍尔传感器已安装在传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。

图 19-1 霍尔传感器安装示意图2. 将“+5V”与“GND”接到底面板上转动源传感器输出部分，Uo2为“霍尔”输出 端， Uo2 与接地端接到频率/转速表（切换到测转速位置）3. 将“0〜24V可调稳压电源”与“转动源输入”相连，用数显电压表测量其电压值4. 打开实验台电源，调节可调电源0~24V驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化, 待转速稳定后（稳定时间约一分钟左右），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表 19-1电压（V）+6V+8V+10V+12V14V+16V+18V+20V转速(rpm)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曲线实验四 K 型热电偶测温实验一、实验目的了解K型热电偶的特性与应用二、实验仪器智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、差动放大器，电压放大器、直流电压表三、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32-1 (a),即回路中 存在电动势，该电动势被称为热电势。

A (+) T >TS A (+)图 32-1(a) 图 32-1(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32-1 (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-70)成正比，即ET=SAB(T-T0) (32-1)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 AB决于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，T)，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AB 0 种引入了中间导体的情况下，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，T0)没有影响。

AB 0(3) 中间温度定律如图32-2所示，热电偶的两个结点温度为T，T2时，热电势为EAB(T1，T2)；两结点 温度为T，T3时，热电势为EAB (T，T)，那么当两结点温度为T，T3时的热电势则为EAB(T1， T2)+ EAB(T2， T3)=EAB(T1， T3) (32-2)式(2)就是中间温度定律的表达式譬如：T/=100°C, T2=40°C, T3=0°C，贝I」Eab(1°°，40)+Eab(40, 0)=Eab(100, 0) (32-3)A A A图 32-2 中间定律示意图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0°C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. 重复实验PtlOO温度控制实验，将温度控制在5O0C，在另一个温度传感器插孔中插 入K型热电偶温度传感器2. 将K型热电偶接至底面板“温度传感器”的“热电偶”处热端（红色）接a,冷 端（绿色）接 b3. 按图 32-3 接接好“差动放大器”和“电压放大器”，将“电压放大器”的输出接至 直流电压表。

4. 调零：打开直流电源开关，将“差动放大器”的输入端短接，将两个增益电位器都 调到中间位置，调节调零电位器使直流电压表显示为零5. 拿掉短路线，按图32-3 接线，并将“温度传感器”的“热电偶”接入电路，记下电 压放大器的输出电压值U \/ -U•—I图 32-3 热电偶测温接线图6.改变温度源的温度每隔50C，记下输出值U直到温度升至1200C为止并将实验 结果填入表32-1T (C)U (V)表 32-1五、实验报告根据表32-1的实验数据，作出U-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性。