现代检测技术实验指导书

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1、现代测控系统实验指导书实验一：应变片测量电桥性能测试一．实验类型：验证性实验二．目的和任务了解电桥电路在应变片测量中的应用；在了解电桥电路特性的基础上，设计采用双臂工作的半桥接法和四臂工作的全桥接法的电桥电路，以矩形悬臂梁为弹性元件，探讨双臂工作的半桥接法和四臂工作的全桥接法对应变片式位移传感器测量精度的影响。三．预习要求：1．学习电桥电路的基本原理2．了解双臂工作的半桥接法和四臂工作的全桥接法的电桥电路异同点3．设计双臂工作的半桥接法和四臂工作的全桥接法的电桥电路四．实验基本原理由应变片作为桥臂而组成的电桥称为测量电桥。若测量

2、电桥的输人电压为U0，输出电压为ΔU，各桥臂的电阻分别为R1、R2、R3、R4，则：（1）测量电桥灵敏度：（2）当采用双臂工作的半桥接法时，见图1a，若R1＝R2＝R，有：（3）代入公式（1）（2）得：（4）当采用四臂工作的全桥接法时，见图1b，若R1＝R2＝R3=R4=R，有：（5）代入公式（1）（2）得：（6）（a）双臂工作的半桥接法（b）四臂工作的全桥接法图1电桥电路弹性元件采用40Cr钢制成的矩形梁，梁长度Z=38mm，厚度h=5.2mm，宽度b=10mm．根据材料力学中梁的应力分析，对矩形梁应变为：（7）式中E为40C

3、r钢的弹性模量，E=19.63X1010N/m2，F为外加载荷。一．实验仪器与设备电桥电路，直流电源，万用表，静态电阻应变仪，应变片二．实验内容1．按照理论公式和所采用应变片技术参数计算应变片在不同载荷下的理论应变值，记录到表1中；2．按图1a连接实验电路，在AC点加直流电压U0，通过测量BD间电压ΔU计算半桥接法情况下应变片在不同载荷下的应变值，记录到表1中；3．按图1b连接实验电路，在AC点加直流电压U0，通过测量BD间电压ΔU计算全桥接法情况下应变片在不同载荷下的应变值，记录到表1中；4．比较表1中三组数据，总结半桥接法测

4、量和全桥接法测量的优缺点。表1F/N理论值半桥接法全桥接法一．实验步骤1、 按图1a连接实验电路，在AC点加直流电压U0，改变应变片上的载荷，同时用万用表测量BD间电压ΔU，计算半桥接法情况下应变片在不同载荷下的应变值；2、 按图1b连接实验电路，在AC点加直流电压U0，改变应变片上的载荷，同时用万用表测量BD间电压ΔU，计算全桥接法情况下应变片在不同载荷下的应变值；二．注意事项整理实验数据，列表比较实验结果和理论估算值，分析误差原因。三．实验报告要求认真记录实验结果并分析，要求实验报告书写工整。实验二：霍尔传感器性能测试及应用

5、一．实验类型：验证性实验二．目的和任务了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。三．预习要求1．霍尔式传感器的原理2．预习实验中相关的电路知识四．实验基本原理静止的载流导体位于磁场中(三个条件，静止、通电导体、磁场)，当电流I的方向与磁场的方向有一定夹角时，在垂直于电流和磁场方向的载流导体的两侧面之间会产生电动势，电流方向与磁场方向垂直时，产生的电动势最大，这一现象称为霍尔效应。霍尔效应的本质是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起偏转，当带电粒子被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场的方向产生正、负电荷的聚集，从而

6、在材料中形成附加的横向电场。霍尔效应原理图霍尔效应一般极为微弱，但在高纯度的半导体中比较明显，因为半导体材料的载流子迁移率很高，电阻率也比较大。实用中为提高霍尔元件的灵敏度，将元件制成很薄、很小的矩形。过去霍尔元件的尺寸都在毫米数量级，新的制作工艺(真空镀膜)已使霍尔元件的尺寸更小，仅为微米数量级。所以实验中要严格按要求施加工作电流，注意安全，保护仪器。霍尔效应已在科学实验和工程技术中得到广泛应用。霍尔传感器主要用在以下几个方面：测量磁场强度；测量交直流电路电流强度和电功率；转换信号，如将直流电流转换成交流电流；对各种非电量的物

7、理量进行测量并输出电信号供自动检测、控制和信息处理，实现生产过程的自动化。无论工科或理科学生，了解这一极富实用性的实验，对将来的工作和学习都有帮助。一．实验仪器与设备霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示波器。一．实验内容以实验电路板为实验平台，用示波器观察脉宽调制信号，并记录不同频率下的峰峰值，通过对数据进行分析得出霍尔器件的性能。二．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。（2）根据电路图结构，将

8、霍尔式传感器，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，基本保持实验２３电路），并将差放增益置最小。(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头分离并远离，使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台