测试技术实验(综合)

实验 1 电感式传感器差动变压器性能测试实验目的了解差动变压器的基本构造及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。实验器件音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器。旋钮初始位置音频振荡器的振荡频率为 4kHz8kHz ，双线示波器每格读数为示波器上“”后面所对应的数字，触发选择“第一通道” ，主、副电源关闭。实验原理电感传感器是一种基于互感的原理，将位置量的变化(即位移) 转变为电感量变化的传感器。如图 1 所示，它由初级线圈 L、次级线圈 L1、L 2 与铁心 P 构成，本质上，它是一个变压器，且因其两个次级线圈按反极性串联组成差动式，故电感式传感器又称差动变压器式传感器。当初级线圈 L 加入交流电压时，若 u1=u2，则输出电压u0= u1u2=0，当铁心向上运动时，因 u1 u2，故 u0 0，当铁心向下运动时，因 u1 u2，故 u0 0，且铁心偏离中心位置越大，u 0 越大。其输出特性曲线如图所示。2uixu2u1u0= u1- u2示波器C H 1Lv示波器C H 2(a) 电路u1u2u0xu(b) 输出特性图 1 差动变压器式传感器的工作原理实验步骤1、根据图 2 接线，将差动变压器、音频振荡器（注意：输出为LV）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器初级线圈音频振荡器激励信号峰峰值为 2V。3LiL0LvL0音频振荡器示波器图 2 器件连接图(两线圈两上极联在一起，示波器两通道均不能接地)2、转动测微头，使其与振动平台吸合，然后将其向上转动5mm，使振动平台向上移动。3、向下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移 0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰值电压，并填入表，根据所得数据计算灵敏度 S(S u/x，其中， u 为电压变化， x 为对应振动平台的位移变化)，并作出 u- x 关系曲线。表 1-1 位移与输出电压之间的关系位移 x /mm 5 4.8 4.6 0.2 0 -0.2 -4.8 -5电压 u0/mv思考题1、根据实验结果，指出线性范围。2、当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？3、用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？4实验 2 电容传感器性能测试实验原理差动式同轴变面积型电容传感器的两组电容片 Cx1 与 Cx2 作为双T 电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。此圆筒形电容器的电容计算式为（与差动变压器实验的螺旋测微器相同） 021ln(/)xCr式中，x 内圆筒与外圆筒覆盖部分的长度，m；r1、r 2筒的内半径与外半径，即工作半径，m；定极 1定极 2动极x图 2-1 差动式同轴变面积型电容传感器-+Cx 1Cx 2电容变换器低通滤波器差动放大器V示波器 增益V0电容变换器C1C2毫伏表电容5图 2-2 实验接线图实验器件电容传感器、电容传感器实验模块、激振器 I、测微仪实验要求记录数据，作出 u-x 曲线，求出灵敏度 。uSx实验步骤1、观察电容传感器结构，传感器由一个动极与两个定级组成，连接主机与实验模块的电源线及传感器接口，按图 2-2 接线，增益适当；2、打开主机电源，用测微仪带动传感器动极，移至两定极中间，调整调零电位器，使模块电路输出电压为零；3、上下移动动极，每次移动 0.1mm，直至动静极完全重合为止，记录数据，作出 v-x 曲线，求出灵敏度；表 2-1 位移与输出电压之间的关系位移 x/mm电压 u /v4、移开测微仪，将电容传感器安装在主机振动平台旁的支架上，在振动平台上装好传感器动极，用手按动平台，使平台振动时电容传感器的动极与定极不碰擦为宜；5、开启“激振 I”开关，振动台就会带动动极在两定极中间来回振动，从示波器中观察输出电压及其波形；注意事项电容传感器动极须置于两环型定极中间，安装时，须仔细调整，实验过程中，动极与定极不能出现碰擦，否则信号会发生突变。6实验 3 压电加速度传感器的动态响应实验实验目的了解压电传感器的原理、结构及应用。实验单元低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、电压/频率表、主副电源、振动平台。旋钮的初始位置低频振荡器的幅度旋钮置于最小，电压/频率表置于 2kHz 档。实验原理压电加速度传感器是一种发电型的、有源传感器，其压电元件是典型的力敏元件，即在压力、应力、加速度等外力作用下，其电介质表面会产生一定的电荷，从而实现非电量的电测。低通滤波器电荷放大器示波器压电传感器图 3-1 实验接线图实验部件压电加速度传感器、电路实验模块、激振器 II、电压/ 频率表、示波器。实验要求验证压电加速度传感器是一种对外力变化敏感的传感器。7实验步骤1、观察压电式传感器的结构，根据图 3-1 的电路结构，用线将压电传感器、电荷放大器、低通滤波器、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。2、将频率表的输入端与低频振荡器的输出端相连，再将低频振荡信号接入振动台的激振线圈 II，使其由上极输入，下极接地。3、调整示波器，先将低频振荡器的调幅旋钮调至最大并保持不动，然后调节频率，调节时，用频率表监测频率的变化，用示波器读出峰值(即为电压) ，并填入表 3-1。表 3-1 频率-电压表频率 f /Hz 5 7 12 15 17 20 25电压 u /v4、用示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较，观察其波形的相位差。注意事项激振时，悬臂梁振动频率不能过低（如低于 5Hz），否则传感器的输出不稳定。思考题1、根据实验结果，试估算出振动台的自振频率。2、压电式传感器的特点是什么？与磁电式传感器相比，其输出波形的相位差 大致为多少？并说明原因。8实验 4 应变片电桥性能测试实验目的确定电阻应变片测量装置的灵敏度。实验单元直流稳压电源、差动放大器、电桥、测微计、电压/频率表、纵向与横向安装的箔式应变片、半导体应变片。实验原理电阻应变片测量装置的框图和参数变换原理如图 4-1 所示。测微计 应变梁 应变片 电桥及放大器位移 x应变 电阻变化 R电压变化 U图 4-1 电阻应变片测量装置的框图与参数变换原理测量装置的输入为应变梁一端的位移 ，输出为应变片电桥的x输出电压 ，则电阻应变片测量装置的灵敏度为oUxUS实验方法(1)检查各单元旋钮的初始位置直流稳压电源输出置于 2v 档，V/F 表置于 V 表 20v 档，差动放大器增益旋钮置于最大。(2)组桥电桥单元和差动放大器面板如图 4-2a、b 所示。电桥单元上部的四个桥臂电阻为组桥示意标记，其中， 、 和 分别为备用的1R23桥臂电阻，按需接入桥路， 表示外接桥臂电阻(如应变片或固定电xR9阻)；分析梁上各应变片的受力状态，选择沿应变梁纵向安装的应变片(如第 3 组) 组成测量电路，如图 4-3 所示。1 2 34 56891 01 1 71R23xR Pr+_1234 5调零 增益a) 电桥单元 b) 差动放大器面板图 4-2 电桥单元和差动放大器面板+_V4 v- 4 v4 1 02 8591 1R P1Rx2R3电桥平衡网络 差动放大器 直流电压表图 4-3 测量电路的组成(3)调整测量电路差动放大器调零：用导线将差动放大器的同向输入端、反向输10入端与地线相连，电压表量程置于 2V 档。调整差动放大器增益旋扭，并调至最大，再调整差动放大器的调零旋扭，使电压表指示为零。稳定后，断开差动放大器电源，去掉差动放大器输入端的导线，V/F 表置于 20V 档。电桥的初始平衡：转动测微计，使梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，并使双平衡梁处于水平位置( 目测) ；将直流稳压电源输出置于 4V 档，接通差动放大器电源，调整电桥平衡电位器RP，使电压表指示为零； 稳定数分钟后，将电压表量程置于 2V档，再仔细调零。(4)测量应变片电桥的输出电压旋转测微计进行加载，使梁的自由端向下产生位移，每次移动0.5mm(可根据灵敏情况来选择 )，直至 4 mm，记下电压表所显示的数值；然后卸载，每次也移动 0.5 mm，直至零位；加载与卸载反复进行 3 次，记录测试数据，并填入表 4-1。表 4-1 位移-电压表位移 x /mm0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0正行程电压 u /v反行程电压 u /v(5)重新实验断开差动放大器电源，将电压表量程返回到 20 档，将应变片换成沿应变梁横向安装的补偿片重新进行实验。11选择半导体应变片，重新进行实验。实验报告处理测试数据，分别作出 的标定曲线和拟合曲线，计算测xU量装置的灵敏度 、 与 。1S23思考题1)电阻应变片主要应用于哪种物理量的测量，如何测量材料的泊松比？2)与箔式应变片相比，半导体应变片有何特点？12实验 5 霍尔传感器振幅测量实验目的了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。实验部件霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主副电源、激振线圈 II、 双线示波器。旋钮初始位置差动放大器增益旋至最大值，音频振荡器 1kHz。实验步骤1、开启主副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主副电源。低通滤波器示波器+-/wAWDrC120o音频振荡器相敏检波器差动放大 器移相 器霍尔片图 4-1 实验接线图2、根据图 4-1 的电路结构，将霍尔传感器、直流稳压电源、电桥平衡网络、差动放大器、电压表连接起来，组成一个测量线路（电压表应置于 20V 档），并将差动放大器增益置于最小位置。3、开启主副电源，转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微13头分离开来并使之远离，使梁振动时不至于再被吸住为止（这时振动台处于自由静止状态）。4、调整电桥平衡电位器 WA 和 WD，使电压 /频率表指示为零。5、去除差动放大器与电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，将电压/频率表置 2kHz 档，并将低频振荡器的输出端与激振线圈 II 相连后再用电压/频率表监测频率。6、将低频振荡器的调幅旋钮固定于某一位置，调节低频振荡频率(用频率表监测频率)，用示波器读出低通滤波器输出的