测试技术的实验指导书

测试技术实验指导13目 录目 录1实验一 电阻式传感器电桥性能比较实验2实验二 差动变压器特性实验5实验三 变面积式电容传感器特性实验8实验四 涡流传感器的位移特性实验11实验五 涡流传感器的振动测量实验13实验一 电阻式传感器电桥性能比较实验一、实验目的1、了解电阻应变式传感器的基本结构与使用方法。2、掌握电阻应变式传感器放大电路的调试方法。3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能。4、比较单臂、半桥和全桥电路的输出特性和灵敏度。二、实验所用单元电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路1、电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：R/ RK，R 为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，为电阻丝长度的相对变化量L/ L。通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。2、电阻应变式传感如图3-1 所示。传感器的主要部分是下、下两个悬臂梁，四个电阻应变片贴在梁的根部，可组成单臂、半桥与全桥电路，最大测量范围为3mm。3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图3-2 所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变片，输出电压UOEK，E为电桥转换系数。四、实验步骤1、固定好位移台架，将电阻应变式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻式应变传感器上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的15V 和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V 档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V 量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。4、按图3-2 接线，R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变片构成单臂电桥形式。5、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X 和对应的输出电压值UO记入表3-1中。6、将两个受力方向相反的应变片接入电桥，组成半桥电路，重复步骤5，将位移量X 和对应的输出电压值UO记入表3-2中。7、将4个应变片接入电桥，组成半桥电路，重复步骤5，将位移量X 和对应的输出电压值UO记入表3-3中。五、实验数据记录、处理与分析分析：1、根据表3-1，3-2，3-3中的实验数据，画出输入/输出特性曲线U0=X(f)，并且计算灵敏度和非线性误差。2、传感器的输入电压能否从5V 提高到10V？输入电压的大小取决于什么？3、分析电桥测量电阻式传感器特性时存在非线性误差的原因。4、比较单臂、半桥和全桥电路的输出特性和灵敏度。实验二 差动变压器特性实验一、实验目的1、了解差动变压器的基本结构。2、掌握差动变压器及整流电路的工作原理。3、掌握差动变压器的调试方法。二、实验所用单元电感式传感器、电感式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路1、差动变压器由一个初级线圈和两个次级线圈及一个铁芯组成，当铁芯移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化使次级线圈的感应电势产生变化，一个次级线圈的感应电势增加，另一个则减少，将两个次级线圈反向串接，就可以引出差值输出，其输出电势反映出铁芯的位移量。2、差动变压器实验电路图如图2-1所示。传感器的两个次级线圈(N2、N3)电压分别经UR1、UR2 两组桥式整流电路变换为直流电压，然后相减，经过差动放大器放大后，由电压表显示出来。R1、R2为两桥臂电阻，RP1为调零电位器，R3、R4、C1组成滤波电路，R5为负载电阻，采用这种差动整流电路可以减少零点残余电压。四、实验步骤1、固定好位移台架，将电感式传感器置于位移台架上。调节测微器使其指示12mm左右，将测微器装入台架上部的开口处，再将测微器的测杆与电感式传感器的可动铁芯旋紧。然后调节两个滚花螺母，使铁芯离开底面10mm，注意要使铁芯能在传感器中轻松滑动，再将两个滚花螺母旋紧。2、将实验箱（实验台内部已连接）面板上的15V 和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（实验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。3、用导线将差动放大器的正负输入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V档按键（实验台为将电压量程拨到20V 档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2V 量程，旋动调零电位器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节，根据实验适当调节增益电位器RP1。4、按图2-1将信号源的两输出端A、B接到传感器的初级线圈N1上，传感器次级线圈N2、N3分别接到转换电路板的C、D 与H、I 上，并将F与L 用导线连接，将差动放大器与数字电压表连接好。这样构成差动变压器实验电路。5、接通电源，调节信号源输出幅度电位器RP2 到较大位置，平衡电位器RP1处于中间位置，调节测微器使输出电压接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益使输出电压的值为300mV左右，再回调测微器使输出电压为0mV。此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X和对应的输出电压UO记入下表。五、实验数据记录、处理与分析分析：1、根据表7-1，画出输入/输出特性曲线UO X（f） ，并且计算灵敏度和非线性误差。2、分析为什么采用差动整流电路可以减少零点残余电压？实验三 变面积式电容传感器特性实验一、实验目的1、了解变面积式电容传感器的基本结构。2、掌握变面积式电容及二极管环形电桥的工作原理。3、掌握变面积式电容传感器的调试方法。二、实验所用单元电容式传感器、电容式传感器转换电路板、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路1、实验电路框图如图1所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器放大后，用数字电压表显示出来。图1 电容式传感器实验电路框图2、图1中的电容转换电路图如图2所示。图中的信号发生器用于产生方波信号。电容转换由二极管环形电桥完成，二极管环电桥工作原理如图3所示。固定频率的方波脉冲由A点输入，在方波的上升过程，C0被充电，充电途径是VD3C0；与此同时，Cx1也被充电，其充电途径是C9VD5Cx1。在方波的下降沿，C0和Cx1都放电，C0的放电途径是C0VD4C9；Cx1的放电途径是Cx1VD6。由于C9在一个周期内的充电和放电平均电流分别为：IUfVPCx1和IDfVPC0，式中f是脉冲频率，VP为方波峰值电压，因此AB间的平均电流IIDIUfVP(C0-Cx1)。从该式中可以看出电容的变化与AB间的电路成正比。在图2中，增加了L1、L2、C10和R6 ；L1和L2对高频方波的阻抗很大，而对于直流来说电阻很小，与R6一起形成了AB间的直流通路，从而使充放电流的直流分量得以通过。C10用作滤波。这样在R6两端就有与电容变化量成正比的直流电压输出。 图2 电容转换电路原理图图3 二极管环形电桥原理图四、实验步骤1、固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架上，调节测微器使其指示12mm左右。将测微器装入位移台架上部的开口处，再将测微器测杆与电容式传感器动极旋紧。然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静极上表面基本平齐，且静极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧。2、差动放大器调零（参见实验一）。3、按图2接线，将可变电容Cx1与固定电容C0接到实验板上，位移台架的接地孔与转换电路板的地线相连。4、接通电源，调节测微器使输出电压UO接近零，然后上移或下移测微器1mm，调节差动放大器增益，使输出电压的值为200400mV左右，再回调测微器，使输出电压为0mV，并以此为系统零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，将位移量X与对应的输出电压UO记入下表中。表 1X(mm)0UO(mV)0五、实验报告1、根据表1，画出输入/输出特性曲线，并且计算灵敏度和非线性误差。2、本实验的灵敏度和线性度取决于哪些因素？实验四 涡流传感器的位移特性实验一、实验目的1、了解涡流式传感器的基本结构。2、掌握涡流式传感器的工作原理及性能。3、掌握测试系统静态标定的方法。二、实验所用单元涡流式传感器和铁片、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。三、实验原理及电路通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，引起线圈的电感发生变化。而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。实验电路如图1-1 所示，采用电容式三点式振荡器，用于产生高频电流，电流的大小与电感L2（即涡流感应头中的线圈）的大小有关，滤波后输出直流信号。四、实验步骤1、将涡流式传感器装在位移台架上，并与转换电路板连接起来。2、将测微器测杆与铁片连接在一起。3、接通电源，适当调节测微器的高度，使铁片与涡流感应头刚刚接触，记下此时测微器读数和输出电压，并从此点开始向上移动铁片，将位移量X与输出电压UO记入下表中。建议每隔0.2mm 读一次数值，共读取20组数据。4、重复测量三组数据。做出输入输出特性曲线。五、实验数据记录、处理与分析分析：1、根据表1-1 的数据，画出涡流式传感器的输入/输出特性曲线，并求出重复性误差、回程误差及作出拟合曲线的方程。2、涡流式传感器的量程与哪些因素有关？实验五 涡流传感器的振动测量实验一、实验目的了解振动测量的原理。二、实验所用单元涡流式传感器和铁片、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、低频振荡器、振动台、示波器。三、实验原理及电路将涡流式传感器与振动台相连，在振动台的带动下，可以观察涡流式传感器动态特性。四、实验步骤1、固定好振动台，将涡流式传感器置于振动台上，将振动连接杆与涡流式传感器的铁片连接。2、按照图4-1接线，注意将转换电路输出与示波器探头相连，低频振荡器输出接振动台小板上的振荡线圈。3、接通电源，调节低频振荡器的振幅与频率以及示波器的量程，观察输出波形。