现代测试技术实验指导书

实验一 应变片的温度效应及温度补偿实验

一、实验目的：

1．熟悉传感器实验装置的结构和工作原理。 2．了解电阻应变片传感器的粘贴方法。 3．掌握实际的电路连接。

4．熟悉电阻应变片温度效应的原理。 5．掌握常用的温度补偿方法。 二、实验原理：

1、温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同。由此引起测试系统输出电压发生变化。

2、用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图1-1所示。 在电桥中，R 1为工作片，R 2为补偿片，R 1＝R 2。当温度变化时两应变片的电阻变化△R 1与△R 2符号相同，数量相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R 1R 4＝R 2R 3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片成90°，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。

图1-1

图1-2

三、实验所需部件：

＋－

1、可调直流稳压电源（±4V档）；

2、-15V不可调直流电源；

3、电桥；

4、差动放大器；

5、箔式应变片；

6、测微头；

7、电压表（F/V表）；

8、加热器；

9、双平行梁；10、主、副电源。

四、实验步骤：

1、了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，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Vi相连。（差动放大器调零步骤）

3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F／V表显示零。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。

4、按图1-2接线，开启主副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F ／V表显示零，然后将F／V表的切换开关置2V档,调W1电位器，使F／V 表显示零。

5、在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使F／V 表显示零。

6、将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F／V 表的显示在变化，待F／V表显示稳定后，记下显示数值。（注意：加热时间

五、注意事项：

１、由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。应正确选择补偿片。在面板的应变片接线端中，从左至右1-8对接线端分别是：1-上梁半导体应变片，2-下梁半导体应变片。3.5-上梁箔式应变工作片，4.6-下梁。应变工作片，7.8-上、下梁温度补偿片。电路中工作片与补偿片应在同一应变梁上。

２、实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。

３、接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。

４、稳压电源不要对地短路。

六、思考题：

1、应变片的温度效应常采用的补偿方法有哪些？

2、为什么补偿片不能完全补偿温度的影响？

实验二温度测量实验

一、实验目的：

1.掌握热电偶测量点温的原理和方法。

二、实验所需部件：

1、热电偶；

2、加热器；

3、差动放大器；

4、电压表；

5、主、副电源。

三、实验步骤：

图2-3

1．打开电源，差动放大器增益为放大100倍（顺时针旋到底），调节调零电位器，使差放输出为零。

2．如图2-3所示，差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。

3．随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。

4．本仪器上热电偶是由两支铜-康铜热电偶串接而成，热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去（共计2*100倍）。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。

E（t , to）= E（t , t1）+ E（t1 , to）

实际电动势测量所得电势温度修止电动势

式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜-康铜热电偶分度表（尾页），求出加热端温度t。

四、注意事项：

因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。

五、思考题：

1、热电偶的测温与水银温度计的测温原理有何不同？

2、为什么差动放器接入热电偶后需再调差放零点？

3、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也了会有很大误差，为什么？

实验三差动电容传感器的性能及应用实验

一、实验目的

1.熟悉差动式电容传感器的工作原理。

2.测定差动式电容传感器的性能参数。

3.应用差动式电容传感器测量位移的方法。

二、实验原理

电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为C X1，下层定片与动片形成的电容定为C X2，当将C X1和C X2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关，如图3-1所示。

图3-1

三、实验所需部件

1、电容传感器；

2、电容变换器；

3、差动放大器；

4、低通滤波器；

5、低频振荡器；

6、测微头。

四、实验步骤

1．按图3-2接线，电容变换器和差动放大器的增益适度（增益太大数值变换较快不稳定，增益较小数值变化较慢无法读取）。

2．装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中（上下面积各为一半时），此时差动放大器输出应为零。

3．以此为起点，向上移动电容动片，每次0.5mm ，直至动片与一组静片全部重合为止。回到起点，向下重复上述步骤。记录数据，并作出V —X 曲线，求得灵敏度。 五、注意事项

1．电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均不可有擦片现象，否则会造成输出信号突变。

2.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向的采集。 六、思考题：

1、差动电容传感器的优点有哪些？灵敏度如何计算？

2、差动电容传感器变换电路输出的是什么信号？为什么？

实验四 差动变压器的性能测试及位移测量实验

一、实验目的：

1.熟悉差动变压器式传感器的工作原理。

2.测定差动变压器式传感器的性能参数。

3.应用差动变压器式传感器测量位移的方法。

电容变换器 低 通 差放 电压表

C

二、实验原理：

图4-1

如图4-1差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图4-2。

图4-3

三、实验所需部件：

1、差动变压器；

2、音频振荡器；

3、测微头；

4、示波器。 四、实验步骤：

1、根据图4-3接线，将差动变压器、音频振荡器（LV 输出，或者0

、180输出）、示波器第一通道测量探头连接起来，组成一个测量线路，其中差动变压器初级线圈必须从音频振荡器输出，示波器测得输入信号时示波器档位为灵敏度500mv/格，测量输出时档位最小为10mv ／格。

2、开启主、副电源，将示波器探头接至差动变压器的输入端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号输出频率5KHZ ，峰峰值为2V 。（调节旋钮）

3、将示波器探头换至线圈输出端，进行波形记录，实验中电源不再调节。

4、转动测微头使测微头与振动平台吸合，仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压，填于表格中Ｘ＝０mm 处。可以看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量

5、向上转动测微头，使振动平台往上位移，每位移0.5mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表。

5、回到＂０mm＂相对位移处往下旋动测微头，使振动平台产生位移。同

6．根据所得数据计算灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应振动平台的位移变化），作出Vop-p-X曲线，指出线性工作范围。

五、注意事项：

示波器通道为悬浮工作状态。

六、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？

实验五电涡流传感器的标定实验

一、实验目的：

1.熟悉电涡流传感器的工作原理。

2.掌握电涡流传感器的的标定方法。

3.应用差动变压器式传感器测量位移的方法。

二、实验原理：

电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

三、实验所需部件：

1、电涡流线圈;

2、金属涡流片；

3、铁测片；

4、电涡流变换器；

5、测微头；

6、示波器；

7、电压表；

8、主、副电源。

四、实验步骤：

图5-1

1．安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行（必要时可稍许调整探头角度）。观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。

2、安装好测微头，如图5-1将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。

3．开启仪器电源，测微头位移将电涡流线圈与涡流片分开一定距离，此时输出端有一电压值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHZ。

4．用测微头带动振动平台使平面线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。涡流变换器中的振荡电路停振。

5．用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将被测体移开一些。

6、旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振荡波形。将V、X 数据填入下表，作出V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度。到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出Ｖ-Ｘ曲线，指出大致的线性范围，求

五、注意事项：

当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减小（如果示波器探头阻抗太小，甚至会使变换器电路停振而无输出），或是使传感器在初始状态有一死区。

六、思考题：

1、如果已知被测梁振幅为0.2mm，传感器是否一定要安装在最佳工作点？

2、如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？

铜―康热电偶分度（自由端温度0℃）