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精品文档本科生实验报告

实验课程电气测试技术

学院名称核技术与自动化工程学院

专业名称电气工程及其自动化

学生姓名刘恒

学生学号3201106050504

指导教师王洪辉

实验地点逸夫楼6C801

实验成绩

二〇一四年十二月

填写说明

1、适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；

2、专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；

3、格式要求：

①用 A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。

②打印排版：正文用宋体小四号，1.5 倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左

右 2.54cm，页眉 1.5cm，页脚 1.75cm）。字符间距为默认值（缩放 100%，间距：

标准）；页码用小五号字底端居中。

③ 具体要求：

题目（二号黑体居中）；

摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小 4 号宋体）；关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5 个关键词，用分号隔开，小

4 号黑体 ) ；

正文部分采用三级标题；

第 1 章×× ( 小二号黑体居中，段前0.5 行)

1.1×××××小三号黑体×××××（段前、段后0.5 行）

1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5 行）

参考文献（黑体小二号居中，段前0.5 行），参考文献用五号宋体，参照《参考

文献著录规则（ GB/T 7714－2005）》。

学生实验心得

完成电气检测技术实验，我学到了很多，在实验过程中，我认真学习了电气量测试的原理以及各个敏感元件的作用。作为电气专业的学生，在电气量测量上应该具备这方面的知识。通过金属箔式应变片的实验，我掌握了通过对电路的设计，可以除实验仪器造成的误差，减小线性误差等知识。在热电偶实验里，巩固了热电偶传感器的工作原理，掌握了温度测量传感器的基本结构，以及热电偶参比端的温度补偿方法。这次实验的圆满完成感谢老师的细心教诲与指导。在实验过程中为我们耐心解答。上电气测试实验，这不仅是一门课程，更是一种技术，为我以后的工作积累了很多经验。

学生（签名）：刘恒

2014年 12 月 23 日

指导

教师

评语成绩评定：

指导教师（签名）：

年月日

实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥

（910 型 998B 型）

1.1实验目的

（1）了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。

（2）观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；

（3）测试应变梁变形的应变输出；

（4）熟悉传感器常用参数的计算方法。

1.2实验原理

本实验说明箔式应变片及单臂单桥的工作原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成

电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、 R4 中，电阻的相对变化率分别

为R1/ R1 、差动状态工作，则有R 2 R

；用四个应变片组成二个差对工作，且R

R1=R2=R3=R4=R,R

4 R

R。

由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

所需单元及部件 :直流稳压电源、差动放大器、双平衡梁、测微头、一片应变片、

F/V 表、主、副电源。

旋转初始位置：直流稳压电源打到2V 档， F/V 表打到 2V 档，差动放大增益最大。

1.3实验步骤

1.3.1

了解所需单元、部件在试验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。

1.3.2

将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（- ）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V 表的输入插口 Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到

最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V 表显示为零，关闭主、副电源。

1.3.3

根据图 1 接线。 R1、R2、R3 为电桥单元的固定电阻； R x=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置 4V 档， F/V 表置 20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调

节电桥平衡网络中的 W1，使 F/V 表显示为零，然后将 F/V 表置 2V 档，再调电桥 W1（慢慢地调），使 F/V 表显示为零。

1.3.4

将测微头转动到 10mm 刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使 F/V 表显示最小，再旋动测微头，使

F/V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

+4V

R4R1

直流稳压源v

W D

R3R2

-4V

图一

1.3.5

往下或往上旋动测微[键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何

位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。]

头，使梁的自由端产生位移记下F/V 表显示的值。建议每旋动测微头一周即X=0.5mm 记下一个数值填入下表：（使用一个应变片时）

位移（ mm ） 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

电压（ mV）151.7 138.2 101.2 70.2 35.5 0 -32.9

位移（ mm ）8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11

电压（ mV）-65.4 -97.6 -128.5 -158.6 -189.7 -217.0

1.3.6

据所得结果计算灵敏度S V

(式中X为梁的自由端位移变化，V为相应的F/V X

表显示的电压相应变化 )。

1.3.7

实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。

1.4 注意事项

（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）做此实验时应该低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。

（3）电位器 W1、W2，在有的型号仪器中标为 RD、RA 。

1.5问题解答

(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

答：直流电源要稳定，放大器零漂要小。

(2)根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又

可作同相或反相放大器？

答：差动放大电路有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加

到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个

差动放大器电路均为双端输入双端输出方式。将被电阻接在单桥的被测桥臂上，调节另三个桥臂（比例臂和比较臂）上的已知电阻，使电桥平衡（检流计指零），以此测得被测电阻的大小。通过调节两端电压可将其当作同相或反相放大器，调节W1可以实现差动放大。当正输入端接地负输入端作输入则就成反向放大器反之就成正向放大器，对输入端阻抗要求同原要求一样即近似为0，在技求可应用CMOS低阻抗模似开关进行切换。

实验二金属箔式应变片性能—半桥、全桥电

路性能比较

2.1实验目的

2.1.1观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2.1.2测试应变梁形变的应变输出。

2.1.3比较各种桥路的性能（灵敏度）。

2.2实验原理

应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测

试体表面，当测件受力发生形变 ,应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、 R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1 R1、 R2 R2、 R3 R3、 R4 R4，当使用一个应变片时，R；当二个应变片组

R

2 R ；用四个应变片组成二个差动对工作，且成差动状态工作，则有R

R

4 R 。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似R1 R2 R3 R4 R, R

R

等于 1/4 ? E ?Σ R，电桥灵敏度K u V / R / R，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为 1/4E、 1/2E 和 E。由此可知，当 E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、 F/V 表、主、副电源。

2.3实验步骤

2.3.1旋转初始位置

（1）直流稳压电源打到2 V 档， F/V 表打到 2V 档，差动放大增益最大。下

片梁的表面，结构为电阻丝。

（ 2）将差动放大器的（ +）、（—）输入端与地短接，输出端插口与 F/V 表的输入插口 V i相连。开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V 表显示为零。再把F/V 表的

切换开关置 2V 档，细调差放零点，使 F/V 表显示为零。关闭主、副电源， F/V 表的切换开关置 20V 档，拆去差动放大器输入端的连线。

（3）接图 1 接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W 电位器，使 F/V 表显示

1

为零，然后将 F/V 表的切换开关置 2V 档，调 W 电位器，使 F/V 表显示为零。

1

图（ 1）

(4)旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向

下移动各 5mm ，测微头每移动 0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测

数据计算灵敏度 S，S = △V ／△ X ，并在一个坐标图上做出 V-X 关系曲线。比较三种桥路的灵敏度，并

作出定性的结论。如下表：

位移 mm 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5

电压 mV（半桥）231 198.5 150.3 100.4 51.9 0

电压 mV（全桥）506 405 304 202 101.9 0 位移 mm 8.0 8.5 9.0 9.5 10 10.5 电压 mV（半桥）-50.1 -99.5 -149.1 -197.2 -247.0 -293.0

电压 mV（全桥）-111 -211 -310 -406 -500 -596

(5)实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。

2.3.2实验结果分析

根据实验所得数据，我绘制了曲线图，通过曲线可知电桥灵敏度K u V /R / R ，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E、 1/2E 和 E。由此可知，当 E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全

桥电路的灵敏度依次增大。

2.3注意事项

2.3.1稳压电源不要对地短路。

2.3.2直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。

2.3.3由于进行位移测量时测微头要从零―→正的最大值，又回复到零，再从零+ →

负的最大值，因此容易造成零点偏移，计算灵敏度时可将正X 的灵敏度分开

计算，再求平均值。

实验三霍尔式传感器的直流激励特性

3.1实验目的

了解霍尔式传感器的原理与特性。

3.2实验原理

霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。

当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势 V 取决于其在磁场中的位移量 X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、 F/V 表、直流稳压电源、测

微头、振动平台、主、副电源。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置 2V 档，主、副电源关闭。

3.3实验步骤

（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

（ 2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图2-3 接线，W1、 r 为电桥平衡网络。

图2-3

（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

（4）开启主、副电源，调整 W1使电压表指示为零。

（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每 0.5mm读一个数，将读数填入下表：

X(mm) 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0

V(v) -6.28 -4.46 -2.67 -1.13 0

X(mm) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

V(v) 1.20 2.48 3.66 4.63 5.68

（ 6）做出 V-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。

可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，

位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。

3.4注意事项

（ 1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。

（ 2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。激励电压不能过2V，以免损坏霍尔片。

实验四热电偶原理及分度表的应用

（910 型 998B 型）

4.1实验目的

了解热电偶的原理及分度表的应用。

4.2实验原理

热电偶的基本工作原理是热电效应，二者不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这种现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电动势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教科书）。即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一

端温度。则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中采用桶—康铜热电偶。

所需单元及附件：

-15V 不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V 表、加热器、热电偶、水银温度计、

主副电源

旋钮初始位置： F/V 表切换开关到 2V 档，差动放大器增益最大。

4.3实验步骤

4.3.1了解热电偶原理。

4.3.2

了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜—康铜组成的简

易热电偶，分度号为T。实验仪有两个热电偶，它是封装在双平行梁的上梁的上表面和

下片梁下表面，两个热电偶串联在一起产生热电动势为二者总和。

（ 1）按图接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V 表显示零，记录下自备温度计的室温。

图 4

（2）将 -V 直流电源或可调直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观

察 F/V 表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V 表显示的读书E。

（3）用自备温度计测出梁上表面热电偶处的温度t 并记录下来。

（ 4 ）根据热电偶的热电动势与温度之间的关系式： Eab （ t ， t0 ）=Eab(t,tn)+Eab(tn,t0)

其中： t ——————热电偶的热端温度。

t——————热电偶的冷端温度（室温）。

T——————零摄氏度（ tn=t0 ）.

1.热端温度为 t ，冷端温度为室温时的热电势：Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/*。

2.热端温度为室温，冷端温度为零摄氏度，铜—康铜的热电势：Eab(tn,t0):查以下所附的热电偶自由端为零摄氏度时的热电势和温度的关系即铜—康铜热电偶分度

表，得到室温时热电势。

3.计算：热端温度为 t ，冷端温度为零摄氏度时的热电势， Eab(t,t0), 根据计算结果，查分度表得到温度 t 。

（7）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只是了解热电偶现象）。

（8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热电源 -15V 电源，（各自温度计测出温度后马上拆出 -15V 电源连接线）其它按钮置原始位置。

4.4 实验数据分析

4.4.1 实验数据

电偶温度（℃）34 36 39 42 46 47 50 52 57 热电势（ mV ）60 70 80 90 100110120130146

4.2.2 结论分析

本实验是用电偶温度传感器来测量温度实验。利用公式Eab（T,To ）=Eab（T,Tn ）+Eab（Tn，To）其中Eab（T,Tn）部分是通过V/F 表测得的， Eab（Tn，To）部分是通过查询分度表得知的。Tn 是室温，我们测得是19℃。

4.3思考题

（ 1）为什么差动放大器接入热电偶后需要在调试放零点？

答：因为差动放大器在接入电偶之后，系统的电动势输出不为零。我们要通过热电偶上的电动势来测得环境的温度。因此要再调差放零点。

（2）即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有较大误差，为什么？

答：即使采用标准的热电偶来测温度来是有误差的，因为系统误差和随机误差的

影响，系统误差不可避免，随机误差只能尽量减少。