检测实验一实验报告

检测实验报告戴振亚 实验一实验一 传感器实验传感器实验 班号 机械机械 91 班班 学号 姓名 戴振亚戴振亚 同组同学 裴文斐 林奕峰 冯荣宇裴文斐 林奕峰 冯荣宇 1 电阻应变片传感器 电阻应变片传感器 一 实验目的一 实验目的 1 了解金属箔式应变片的应变效应 单臂电桥工作原理和性能 2 了解半桥的工作原理 比较半桥与单臂电桥的不同性能 了解其特点 3 了解全桥测量电路的原理及优点 4 了解应变直流全桥的应用及电路的标定 二 实验数据二 实验数据 A 单臂电桥输出电压与所加负载重量值 重量 g 20406080100120140160180200 电压 mV 4 28 412 516 720 825 029 233 537 641 8 B 半桥测量输出电压与加负载重量值 重量 g 20406080100120140160180200 电压 mV 7 615 823 932 040 148 356 464 472 580 7 C 全桥输出电压与加负载重量值 重量 g 20406080100120140160180200 电压 mV 15 931 346 762 578 394 1109 7125 6141 6157 5 D 电桥输出电压与加负载重量值 重量 g 20406080100120140160180200 电压 mV 20 39 59 79 98 118 138 158 178 198 三 实验结果与分析三 实验结果与分析 1 性能曲线 A 单臂电桥性能实验 由实验数据记录可以计算出的系统的灵敏度 S U W 0 21 mV g 所以运用直线 拟合可以得到特性曲线如下图所示 检测实验报告戴振亚 050100150200250 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 单臂 Linear 单臂 单单臂臂特特性性曲曲线线 电电压压 重重量量 B 半桥性能实验 由实验记录的数据我们可以得到半桥系统的灵敏度为 S U W 0 41 mV g 所以我 们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示 050100150200250 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 半桥 Linear 半桥 半半桥桥性性能能曲曲线线 电电压压 重重量量 C 全桥性能实验 由实验记录的数据我们可以得到全桥系统的灵敏度为 S U W 0 78 mV g 所以 我们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示 检测实验报告戴振亚 050100150200250 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 全桥 Linear 全桥 全全桥桥性性能能曲曲线线 电电压压 重重量量 D 电子称实验 由实验记录的数据我们可以得到全桥系统的灵敏度为 S U W 1 mV g 所以我 们可以运用直线拟合实验数据得到性能曲线如下图所示 050100150200250 250 200 150 100 50 0 电子称 Linear 电子称 电电子子称称性性能能曲曲线线 电电压压 重重量量 2 分析 a 从理论上分析产生非线性误差的原因 由实验原理我们可以知道 运用应变片来测量 主要是通过外界条件的变化来引起应 变片上的应变 从而可以引起电阻的变化 而电阻的变化则可以通过电压来测得 而实际 中 电阻的变化与应变片的应变的变化不是成正比的 而是存在着 压阻效应 从而在实 验的测量中必然会引起非线性误差 b 分析为什么半桥的输出灵敏度比单臂时高了一倍 而且非线性误差也得到改善 首先我们由原理分析可以知道 单臂电桥的灵敏度为 e0 R 4R0 ex 而半桥的灵 敏度为 e0 R 2R0 ex 所以可以知道半桥的灵敏度是单臂时的两倍 而由实验数据中我 们也可以看出 而由于半桥选用的是同侧的电阻 为相邻两桥臂 所以可以知道 检测实验报告戴振亚 e0 R1 R0 R2 R0 ex 4 而 R1 R2的符号是相反的 同时由于是同时作用 减号也 可以将温度等其他因素引起的电阻变化的误差减去而使得非线性误差得到改善 c 比较单臂 半桥 全桥输出时的灵敏度和非线性度 并从理论上加以分析比较 得 出结论 由实验数据我们可以大致的看出 灵敏度大致上为 S全 2S半 4S单 而非线性度可以比 较为单臂 半桥 全桥 有理论上分析 我们也可以得到相同的结果 主要是因为有电桥电 路的原理分析可知 e0 R1 R R2 R R3 R R4 R eX 4 所以我们可以得到全桥的 灵敏度等于半桥的两倍 单臂的四倍 而非线性度我们也可以得到单臂最差 因为其他因 素影响大 而半桥 全桥由于有和差存在 将其他因素的影响可以略去 所以非线性度相 对来说较好 d 分析什么因素会导致电子称的非线性误差增大 怎么消除 若要增加输出灵敏度 应采取哪些措施 主要是在于传感器的精度以及测量时的误差会导致电子称的非线性误差增大 我们可 以通过增加传感器的精度 同时减少传感器的非线性误差 通过全桥连接来减小 同时注 意零点的设置 来消除非线性误差 若要增加输出灵敏度 可通过选取适当的电桥电路来 改变 比如原来是半桥的改为全桥则可以增加输出灵敏度 四 思考题四 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 2 邻边 2 桥路 差动电桥 测量时存在非线性误差 是因为 2 应变片的应变效应是非线 性的 3 全桥测量中 当两组对边 R1 R3 为对边 值 R 相同时 即 R1 R3 R2 R4 而 R1 R2 时 是否可以组成全桥 1 可以 4 某工程技术人员在进行材料测试时在棒材上贴了两组应变片 如何利用这四片电阻应 变片组成电桥 是否需要外加电阻 不需要 只需如图中右图即可 检测实验报告戴振亚 2 差动变压器 差动变压器 一 实验目的一 实验目的 1 了解差动变压器的工作原理和特性 2 了解三段式差动变压器的结构 3 了解差动变压零点残余电压组成及其补偿方法 4 了解激励频率对差动变压器输出的影响 二 实验数据二 实验数据 A 差动变压器的性能测试 差动变压器铁芯位移 从 Vp p 最小处右移 X 值与输出电压数据表 序号12345678910 V mV 4074104136168200230264294326 X mm 0 20 40 60 81 01 21 41 61 82 0 差动变压器铁芯位移 从 Vp p 最小处左移 X 值与输出电压数据表 序号12345678910 V mV 326698128160190222254286318 X mm 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 1 0 三 实验结果与分析三 实验结果与分析 1 特性曲线 A 差动变压器的性能测定 由实验数据我们就可以得到微头右移与左移的特性曲线 如下图所示 检测实验报告戴振亚 00 511 522 5 0 50 100 150 200 250 300 350 右移 Linear 右移 微微头头右右移移特特性性曲曲线线 X mm V mV 2 2 2 1 8 1 6 1 4 1 2 1 0 8 0 6 0 4 0 20 0 50 100 150 200 250 300 350 左移 Linear 左移 微微头头左左移移特特性性曲曲线线 X mm V mV 2 分析 a 分析实验 A 中产生非线性误差的原因 实验 A 中产生非线性误差的原因主要是移动铁芯时 受到磁场的作用而使得测量存 在误差 同时由于测量读数的误差也可能引起相应的数据误差而导致非线性误差 而从实 验原理上进行分析 我们可以知道由于输入信号的频率可能存在不稳定 而导致输出的电 压有相应的波动 而导致非线性误差的存在 b 分析产生零点残余电压的原因 对差动变压器的性能有哪些不利的影响 用那些方 法可以减小零点残余电压 检测实验报告戴振亚 零点残余电压的存在是由于传感器的阻抗是一个复数阻抗 有感抗也有阻抗 为了达 到电桥的平衡 就要求线圈的电阻相等 两线圈的电感也相等 实际上 这种情况是很难 精确达到的 所以虽然我们虽然能让铁芯移到中间位置 但是由于两电感线圈的等效参数 不对称而造成了零点电压的存在 零点电压会导致差动变压器的灵敏度下降 非线性误差 增大 甚至造成放大器的末级趋于饱和 要减小零点电压 主要是通过使两电感线圈的等 效参数尽可能的相对称 同时尽量让输入电压趋于稳定 这样才能减小零点残余电压 四 思考题四 思考题 1 用差动变阻器测量较高频率的振幅 例如 1KHz 的振动幅值 可以吗 差动变压器测 量频率的上限受什么影响 用差动变压器不能测量较高频率的振幅 因为频率过高会使线圈的寄生电容增大 对于 性能稳定不利 而频率的上限主要是受到初级线圈的电感和损耗电阻的影响 2 试分析差动变压器与一般电源变压器的异同 差动变压器是通过被测物体移动时 初级线圈与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 而一般的电源变压器是通过改变初期线圈与次级线圈的匝数来 实现变压 其相同点是都是利用两线圈之间的感应变化来实现变压的目的 其不同点在于 差动变压器通过改变两线圈的互感系数来改变 而一般的电源变压器是通过改变匝数来改 变电压 5 温度传感器 温度传感器 一 实验目的一 实验目的 1 了解常用的集成温度传感器基本原理 性能与应用 2 了解热电阻的特性与应用 3 了解热敏电阻的特性与应用 二 实验数据二 实验数据 集成温度传感器的特性实验数据 序号12345678910 T 556065707580859095100 V mV 321327332337341346351356361366 320326332336340344348355360367 三 实验结果与分析三 实验结果与分析 1 特性曲线 A 集成温度传感器 检测实验报告戴振亚 020406080100120 315 320 325 330 335 340 345 350 355 360 365 370 Series 1 Linear Series 1 集集成成温温度度传传感感器器特特性性曲曲线线 温温度度 电电压压 2 实验分析 a 简单说明 AD590 的基本原理 讨论电流输出型与电压输出型集成温度传感器的优 缺点 AD590 的基本工作原理是将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上 它能直 接的给出正比于绝对温度的理想线性输出 电流输出型集成温度传感器不易受接触电阻 引线电阻 电压噪声的干扰 具有很好的线性 测量精度高 同时相当于一个恒流源 则 电流的波动会引起相应的误差 而电压输出型集成温度传感器是通过电压的输出 所以灵 敏度高 但是易受电压噪声的干扰 b 集成温度传感器的非线性误差分析 集成温度传感器的非线性误差主要是由于测量过程中加热或者是冷却速度的不同而造 成的 本次试验中我们采取的是通过测量温度上升过程的电压值与下降过程的电压值取平 均值来得到相应的数据 而在上升过程中由于目标温度直接设置成为 100 度 可能在加热 的过程中持续不断地加热 导致测量的电压数而偏大 而在温度下降的过程中直接设为 0 度 则使得温度下降的过快 而测量的电压数偏小