北科大测试系统与实践实验报告

1/21北科大测试系统与实践实验报告1直流稳压电源的制作首先，熟悉万用表、电烙铁的功能与使用方法，电子元器件的焊接技术，元器件的布臵及实验板的使用及各个所需电子的用途。这里所讲的电源是各种电路中常用的直流稳压电源。它一般可分为多用途电源和专用电源两种。多用途电源的设计和制作是比较繁琐的，因为它的使用对象繁多，所以设计制作时要考虑的问题也比较多，如：电源精度、纹波系数、温度系数、带载能力、抗干扰能力、保护能力。以及电压的输出范围、调整范围、电流的输出和调整范围，最后还要设计面板的实用性、合理性、直观性和美观性等等。而专用电源的设计制作就相对简单得多，因为它通常只用于一种负载。下面简单的介绍一种5V直流稳压电源。它可作为为简单放大器供电的专用电源。首先要根据放大器的工作状况，确定电源的输出电压和电流，一般放大器的电源为515V，电流为150mA，除非是高精度高频放大器电源，一般不考虑其它电源参数。1)元件选择绘制电路图图11单稳压电源2/21电子元件的选择:选择7805集成稳压器，其输出电压为5V，最大电流为。确定7805输入电压范围由于三端集成稳压器有一个使用最小压差的限制，所以变压器的绕组电压也不能过低。三端集成稳压器的最小输入、输出电压差约为2V。一般应使这一压差保持在6V左右，所以应使7805最小输入为7V，最好应为11V左右，最大不能超过35V。变压器的选择由于负载功率不大，变压器的功率可不做过多考虑，选5w左右即可。次级电压一般应在12V，即12?。最小应在8V，即8?。二极管的选择整流电路选择效率较高的全波整流方式，二极管可选择1N400系列，其电压在100V800V以上，电流为1A。电容的选择用频率特性不好的电解电容，对整流后的脉动直流进行平滑滤波，用频率特性好的陶瓷电容去除高频干扰。一般稳压器输入端的电解电容容量应较大，输出端的容量较小，容量的大小应随负载的大小而定。陶瓷电容一般为。2)制作将元器件按一定的规则放臵好，画出连线草图，看3/21线路能否走通，走线是否合理，元件放臵要尽量整齐美观，然后就可以动手把元器件插入印刷线路板上焊接，焊接时要先焊阻容元件，后焊二、三极管及集成电路等器件，全部完成后，再检查一遍，防止错焊、误焊，最后进行通电测试。图12稳压电源连线草图稳压电源制作好后，使用双踪示波器测量输出电压的稳压效果，用它驱动多图13直流电动机与稳压电源的连接总结：通过焊接直流稳压电源电路，可以把220V交流电源转化为5V的直流稳压电源来给电桥供电以采集应变信号。由于焊接电源的内部电阻的原因，可能输出测量电压带有偏差，一般不为5V，但是误差不是很大，而且我们后面可以采取软件的补偿，采用调零电阻来调节实现。2称重传感器标定实验应变片的组桥及注意事项在实际测量中，可以把电阻片直接贴到被测物件上，也可以将电阻片贴到一定尺寸要求的弹性元件上，这就是我们在测量过程中常用的电阻应变式传感器。当外力作用到弹性元件上，使其产生弹性变形，由贴在弹性体上的应变片将应变转换成电阻变化。但电阻片的电阻变化很小，不宜直接测量，为此，必须采取一定形式的测量电路，将4/21微小的电阻变化量转换成电压或电流的变化量，再经放大器放大后，即可用仪表显示或记录下来。电桥工作原理：为讨论方便，以直流电桥为例，设四臂电桥A、B、C、D如图22所示，桥臂R1、R2、R3、R4都是由电阻片组成，这种接法在电测中称为全桥接法，如果只有R1、R2是电阻片，而R3、R4是仪器内的桥臂电阻，就称为半桥接法。电源由对角AC接入，而电桥输出电压由对角BD接至负载，若负载阻抗远大于电桥的输出阻抗，则B、D之间可以看作是开路，这时电流I1和I2可如下计算：I1?U0U0I2?R1?R2R3?R4于是对角B、D之间的输出电压为：UBD?I1R1?I2R4?U0R1R3?R2R4R1?R2R3?R4当R1R3R2R40时或R1R3R2R4成立时，则电桥输出电压为零，这就是电桥的平衡条件。当电桥受到应变后分别有微小电阻增量5/21R1、R2、R3和R4，这时电桥输出电压将有增量UBD，计算如下：?UBD?UBD?UBD?UBD?UBD?R1?R2?R3?R4?R1?R2?R3?R4U0R1R2?R1?R2?U0R3R4?R3?R4?2?2?R1?R2?R1R2?R3?R4?R3R4?在等4臂电桥的情况下，即设R1R2R3R4，则上式变为：?UBD?U?R1?R2?R3?R4?4?R1R2R3R4?在对其它电桥进行分析后可以得出以下结论：不论电压桥或功率桥，全臂桥或半臂桥，电桥输出电压增量UBD与桥臂电阻相对增量R/R或应变成正比。各个桥臂电阻相对增量R/R或应变对电桥输出电压的影响是线性叠加的，但相邻桥臂符号相异，相对桥臂则符号相同。这一重要性质将被用来提高电桥的输出，解决温度补偿和许多实际问题。在桥臂电阻发生相同变化的情况下，全等臂电桥比6/21半等臂电桥输出大一倍，因此在实测中多采用全桥测量。电桥的平衡在测量前，必须使电桥处于平衡状态。在以上讨论中作了R1R2R3R4的假设，实际上4个电阻片的电阻值是不可能完全相等的。所以在未受变形之前电桥也是不可能平衡的，因此须要调节电阻使电桥平衡。如图23所示之电桥，在A、B、C三点间接有电阻r和电位器W，调节W即可使电桥平衡。其平衡条件就是：RABRAD?RBCRDC而RAB和RBC都是并联电路，当调节W时它们都发生变化，故能找到一点使上式满足，即使电桥得以平衡。不过4个桥臂的电阻不能相差太大，因为W的调节范围一般不大。图21电桥平衡调节电路综上所述，在实际操作中，科学地分析力的作用点和应力状态，安排最佳的贴片位臵；细致准确地粘贴电阻片和合理地组桥是保证测量成功的重要环节。应变传感器标定曲线绘制利用等强度应变梁，将应变片按照上述方法和步骤粘贴在等强度梁上，按照一定的规则组桥，成为一个典型7/21的应变传感器。传感器全桥的供电与自己动手制作的直流电源相连接，其桥路输出信号大小用万用表来测量，万用表的档位拨到直流mV档。然后在等强度应变梁的悬臂端用砝码进行加载，在逐渐加载的过程中记录砝码的重量与等强度应变传感器的桥路输出的信号，同时记录在逐渐卸载过程中砝码的重量与等强度应变传感器的桥路输出的信号，记录表格格式如表21。将记录的数据画在二维坐标上，得到加载重量和卸载重量与传感器的输出信号的关系曲线。传感器输出信号加载砝码质量图22传感器加载和卸载曲线总结：由数据可以看出，传感器线性度很好，采集数据的线性相关性也很好，然而初始值不为零，是由于电桥内部阻抗引起的，所以输出数据之前可以添加一个调零电阻进行传感器系统的输出值调零。3典型运算放大器制作并且搭建测试系统及采集数据8/21测试系统的搭建将放大器的输出信号与计算机数据采集系统相连，获得被测信号的波形。数据采集系统的原理如图所示。图3-1数据采集系统的原理将已制作好的等强度应变传感器与双稳压电源连接，使传感器全桥电路获得所需要的电源。为了提高桥路输出信号的大小，其输出与自制的放大器相连，信号经过放大后可直接驱动信号采集系统。+5V5V图3-2典型测力系统电路图数据采集数据采集系统以基于USB接口的A/D数据采集器USBXX作为模拟信号的采集设备，用于实验室模拟信号的采集、保存与信号回放。该系统支持8通道数据的同时采集，其采样速率受USBXX采集器的内部硬件限制，最高可达100KHz，可以满足实验室各类信号的采集。采样分辨率为12位，测量精度可达到毫伏。该系统的主要功能包括：采集参数设臵、信号采集、文件管理和信号回放。1）参数设臵采集参数设臵包括：采集各通道参数设臵、实际采集通道设臵、数据文件的保存路径设臵等，分别由以下几9/21个菜单功能实现：通道参数该功能用于设臵采集各通道的参数配臵，包括：通道信号名称、通道信号单测试系统设计与实践实验报告学院：北京科技大学机械工程学院专业：机械工程姓名：学号：SXX11101直流稳压电源的制作首先，熟悉万用表、电烙铁的功能与使用方法，电子元器件的焊接技术，元器件的布臵及实验板的使用及各个所需电子的用途。这里所讲的电源是各种电路中常用的直流稳压电源。它一般可分为多用途电源和专用电源两种。多用途电源的设计和制作是比较繁琐的，因为它的使用对象繁多，所以设计制作时要考虑的问题也比较多，如：电源精度、纹波系数、温度系数、带载能力、抗干扰能力、保护能力。以及电压的输出范围、调整范围、电流的输出和调整范围，最后还要设计面板的实用性、合理性、直观性和美观性等等。而专用电源的设计制作就相对简单得多，因为它通常只用于一种负载。下面简单的介绍一种5V直流稳压电源。它可作10/21为为简单放大器供电的专用电源。首先要根据放大器的工作状况，确定电源的输出电压和电流，一般放大器的电源为515V，电流为150mA，除非是高精度高频放大器电源，一般不考虑其它电源参数。1)元件选择绘制电路图图11单稳压电源电子元件的选择:选择7805集成稳压器，其输出电压为5V，最大电流为。确定7805输入电压范围由于三端集成稳压器有一个使用最小压差的限制，所以变压器的绕组电压也不能过低。三端集成稳压器的最小输入、输出电压差约为2V。一般应使这一压差保持在6V左右，所以应使7805最小输入为7V，最好应为11V左右，最大不能超过35V。变压器的选择由于负载功率不大，变压器的功率可不做过多考虑，选5w左右即可。次级电压一般应在12V，即12?。最小应在8V，即8?。二极管的选择整流电路选择效率较高的全波整流方式，二极管可选择1N400系列，其电压在100V800V以上，电流为1A。电容的选择用频率特性不好的电解电容，对整流后的脉动直流11/21进行平滑滤波，用频率特性好的陶瓷电容去除高频干扰。一般稳压器输入端的电解电容容量应较大，输出端的容量较小，容量的大小应随负载的大小而定。陶瓷电容一般为。2)制作将元器件按一定的规则放臵好，画出连线草图，看线路能否走通，走线是否合理，元件放臵要尽量整齐美观，然后就可以动手把元器件插入印刷线路板上焊接，焊接时要先焊阻容元件，后焊二、三极管及集成电路等器件，全部完成后，再检查一遍，防止错焊、误焊，最后进行通电测试。图12稳压电源连线草图稳压电源制作好后，使用双踪示波器测量输出电压的稳压效果，用它驱动多图13直流电动机与稳压电源的连接总结：通过焊接直流稳压电源电路，可以把220V交流电源转化为5V的直流稳压电源来给电桥供电以采集应变信号。由于焊接电源的内部电阻的原因，可能输出测量电压带有偏差，一般不为5V，但是误差不是很大，而且我们后面可以采取软件的补偿，采用调零电阻来调节实现。2称重传感器标定实验应变片的组桥及注意事项12/21在实际测量中，可以把电阻片直接贴到被测物件上，也可以将电阻片贴到一定尺寸要求的弹性元件上，这就是我们在测量过程中常用的电阻应变式传感器。当外力作用到弹性元件上，使其产生弹性变形，由贴在弹性体上的应变片将应变转换成电阻变化。但电阻片的电阻变化很小，不宜直接测量，为此，必须采取一定形式的测量电路，将微小的电阻变化量转换成电压或电流的变化量，再经放大器放大后，即可用仪表显示或记录下来。电桥工作原理：为讨论方便，以直流电桥为例，设四臂电桥A、B、C、D如图22所示，桥臂R1、R2、R3、R4都是由电阻片组成，这种接法在电测中称为全桥接法，如果只有R1、R2是电阻片，而R3、R4是仪器内的桥臂电阻，就称为半桥接法。电源由对角AC接入，而电桥输出电压由对角BD接至负载，若负载阻抗远大于电桥的输出阻抗，则B、D之间可以看作是开路，这时电流I1和I2可如下计算：I1?U0U0I2?R1?R2R3?R4于是对角B、D之间的输出电压为：13/21UBD?I1R1?I2R4?U0R1R3?R2R4R1?R2R3?R4当R1R3R2R40时或R1R3R2R4成立时，则电桥输出电压为零，这就是电桥的平衡条件。当电桥受到应变后分别有微小电阻增量R1、R2、R3和R4，这时电桥输出电压将有增量UBD，计算如下：?UBD?UBD?UBD?UBD?UBD?R1?R2?R3?R4?R1?R2?R3?R4U0R1R2?R1?R2?U0R3R4?R3?R4?2?2?R1?R2?R1R2?R3?R4?R3R4?在等4臂电桥的情况下，即设R1R2R3R4，则上式变为：?UBD?U?R1?R2?R3?R4?4?R1R2R3R4?在对其它电桥进行分析后可以得出以下结论：不论电压桥或功率桥，全臂桥或半臂桥，电桥输出电压增量UBD与桥臂电阻相对增量R/R或应变成正14/21比。各个桥臂电阻相对增量R/R或应变对电桥输出电压的影响是线性叠加的，但相邻桥臂符号相异，相对桥臂则符号相同。这一重要性质将被用来提高电桥的输出，解决温度补偿和许多实际问题。在桥臂电阻发生相同变化的情况下，全等臂电桥比半等臂电桥输出大一倍，因此在实测中多采用全桥测量。电桥的平衡在测量前，必须使电桥处于平衡状态。在以上讨论中作了R1R2R3R4的假设，实际上4个电阻片的电阻值是不可能完全相等的。所以在未受变形之前电桥也是不可能平衡的，因此须要调节电阻使电桥平衡。如图23所示之电桥，在A、B、C三点间接有电阻r和电位器W，调节W即可使电桥平衡。其平衡条件就是：RABRAD?RBCRDC而RAB和RBC都是并联电路，当调节W时它们都发生变化，故能找到一点使上式满足，即使电桥得以平衡。不过4个桥臂的电阻不能相差太大，因为W的调节范围一般不大。图21电桥平衡调节电路15/21综上所述，在实际操作中，科学地分析力的作用点和应力状态，安排最佳的贴片位臵；细致准确地粘贴电阻片和合理地组桥是保证测量成功的重要环节。应变传感器标定曲线绘制利用等强度应变梁，将应变片按照上述方法和步骤粘贴在等强度梁上，按照一定的规则组桥，成为一个典型的应变传感器。传感器全桥的供电与自己动手制作的直流电源相连接，其桥路输出信号大小用万用表来测量，万用表的档位拨到直流mV档。然后在等强度应变梁的悬臂端用砝码进行加载，在逐渐加载的过程中记录砝码的重量与等强度应变传感器的桥路输出的信号，同时记录在逐渐卸载过程中砝码的重量与等强度应变传感器的桥路输出的信号，记录表格格式如表21。将记录的数据画在二维坐标上，得到加载重量和卸载重量与传感器的输出信号的关系曲线。传感器输出信号加载砝码质量图22传感器加载和卸载曲线16/21测试系统与实践实验报告北科大测试系统设计与实践实验报告1直流稳压电源的制作首先，熟悉万用表、电烙铁的功能与使用方法，电子元器件的焊接技术，元器件的布臵及实验板的使用及各个所需电子的用途。这里所讲的电源是各种电路中常用的直流稳压电源。它一般可分为多用途电源和专用电源两种。多用途电源的设计和制作是比较繁琐的，因为它的使用对象繁多，所以设计制作时要考虑的问题也比较多，如：电源精度、纹波系数、温度系数、带载能力、抗干扰能力、保护能力。以及电压的输出范围、调整范围、电流的输出和调整范围，最后还要设计面板的实用性、合理性、直观性和美观性等等。而专用电源的设计制作就相对简单得多，因为它通常只用于一种负载。下面简单的介绍一种5V直流稳压电源。它可作为为简单放大器供电的专用电源。首先要根据放大器的工作状况，确定电源的输出电压和电流，一般放大器的电源为515V，电流为150mA，除非是高精度高频放大器电源，一般不考虑其它电源参数。1)元件选择绘制电路图17/21图11单稳压电源电子元件的选择:选择7805集成稳压器，其输出电压为5V，最大电流为。确定7805输入电压范围由于三端集成稳压器有一个使用最小压差的限制，所以变压器的绕组电压也不能过低。三端集成稳压器的最小输入、输出电压差约为2V。一般应使这一压差保持在6V左右，所以应使7805最小输入为7V，最好应为11V左右，最大不能超过35V。变压器的选择由于负载功率不大，变压器的功率可不做过多考虑，选5w左右即可。次级电压一般应在12V，即12?。最小应在8V，即8?。二极管的选择整流电路选择效率较高的全波整流方式，二极管可选择1N400系列，其电压在100V800V以上，电流为1A。电容的选择用频率特性不好的电解电容，对整流后的脉动直流进行平滑滤波，用频率特性好的陶瓷电容去除高频干扰。一般稳压器输入端的电解电容容量应较大，输出端的容量较小，容量的大小应随负载的大小而定。陶瓷电容一般为。2)制作18/21将元器件按一定的规则放臵好，画出连线草图，看线路能否走通，走线是否合理，元件放臵要尽量整齐美观，然后就可以动手把元器件插入印刷线路板上焊接，焊接时要先焊阻容元件，后焊二、三极管及集成电路等器件，全部完成后，再检查一遍，防止错焊、误焊，最后进行通电测试。图12稳压电源连线草图稳压电源制作好后，使用双踪示波器测量输出电压的稳压效果，用它驱动多图13直流电动机与稳压电源的连接总结：通过焊接直流稳压电源电路，可以把220V交流电源转化为5V的直流稳压电源来给电桥供电以采集应变信号。由于焊接电源的内部电阻的原因，可能输出测量电压带有偏差，一般不为5V，但是误差不是很大，而且我们后面可以采取软件的补偿，采用调零电阻来调节实现。2称重传感器标定实验应变片的组桥及注意事项在实际测量中，可以把电阻片直接贴到被测物件上，也可以将电阻片贴到一定尺寸要求的弹性元件上，这就是我们在测量过程中常用的电阻应变式传感器。当外力作用到弹性元件上，使其产生弹性变形，由贴在弹性体上的应变片将应变转换成电阻变化。但电阻片的电阻变化很小，19/21不宜直接测量，为此，必须采取一定形式的测量电路，将微小的电阻变化量转换成电压或电流的变化量，再经放大器放大后，即可用仪表显示或记录下来。电桥工作原理：为讨论方便，以直流电桥为例，设四臂电桥A、B、C、D如图22所示，桥臂R1、R2、R3、R4