自動檢測技術實驗指導書
測控系2023年9月
目錄實驗一電阻應變片效能測試及應用1
實驗二差動變壓器的效能實驗4
實驗三差動變壓器的應用—振動測量實驗5
實驗四電容式感測器的位移實驗6
實驗五電容式感測器的動態特性實驗7
實驗六直流激勵時霍爾式位移感測器特性實驗 ……………… 8
實驗七霍爾轉速感測器測速實驗9
實驗八電渦流感測器位移實驗10
實驗九光電轉速感測器的轉速測量實驗11
實驗十熱電偶測溫效能實驗12
實驗十一熱電偶冷端溫度補償實驗13
設計性實驗1 振動測量實驗14
設計性實驗2 位移測量實驗15
設計性實驗3 電子秤設計16
附錄：溫控儀表操作說明18
附加實驗一移相器實驗20
附加實驗二相敏檢波器實驗21
實驗一電阻應變片效能測試及應用
一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，掌握單臂、雙臂和全橋電橋工作原理和效能。
二、基本原理：電阻絲在外力作用下發生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關係式為：
r/r=kε
式中δr/r為電阻絲的電阻相對變化值，k為應變靈敏係數，ε=δl/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片是通過光刻、腐蝕等工藝製成的應變敏感元件，用它來轉換被測部位的受力大小及狀態，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，u01=ekε/4。（e為供橋電壓）。
三、需用器件與單元：應變式感測器實驗模板、應變式感測器、砝碼（每只約20g）、數顯表、±15v電源、±4v電源、萬用表(自備)。
四、實驗步驟：
1、根據圖(1-1)，應變式感測器已裝於應變感測器模板上。感測器中各應變片已接入模板左上方的r1、r2、r3、r4標誌端。加熱絲也接於模板上，可用萬用表進行測量判別，r1=r2=r3=r4=350ω，加熱絲阻值約為50ω左右。
2、實驗模板差動放大器調零，方法為:①接入模板電源±15v(從主控箱引入)，檢查無誤後，合上主控箱電源開關，將實驗模板增益調節電位器rw3順時針調節到大致中間位置，②將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數顯電壓表輸入端vi相連，調節實驗模板上調零電位器rw4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2v檔)，完畢關閉主控箱電源。
3、參考圖（1-2）接入感測器，將應變式感測器的其中乙個應變片r1(即模板左上方的r1)接入電橋作為乙個橋臂，它與r5、r6、r7接成直流電橋(r5、r6、r7在模組內已連線好)，接好電橋調零電位器rw1，接上橋路電源±4v(從主控箱引入)，檢查接線無誤後，合上主控箱電源開關，先粗調節rw1，再細調rw4使數顯表顯示為零。
4、在感測器托盤上放置乙隻砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼並讀取相應的數顯表數值，記下實驗結果填入表（1-1）。
表1-1：單臂測量時，輸出電壓與負載重量的關係：
5、根據表（1-1）計算系統靈敏度s：s=δv/δw(δv為輸出電壓平均變化量；δw重量變化量)，計算非線性誤差：δf1=δm/yf·s×100%，式中δm為輸出電壓值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量：
yf·s為滿量程時電壓輸出平均值。
6、根據圖1-3接線，r1、r2為實驗模板左上方的應變片，注意r2應和r1受力狀態相反，即橋路的鄰邊必須是感測器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應變片。接入橋路電源±4v，先粗調rw1，再細調rw4，使數顯表指示為零。注意保持增益不變。
7、同步驟4，將實驗資料記入表1-2，計算靈敏度s=δv/δw，非線性誤差δf2。若實驗時數值變化很小或不變化，說明r2與r1為受力狀態相同的兩片應變片，應更換其中一片應變片。
表1-2：雙臂臂測量時，輸出電壓與負載重量的關係：
8、根據圖1-4接線，將r1、r2、r3、r4應變片接成全橋，注意受力狀態不要接錯調節零位旋鈕rw1，並細調rw4使電壓表指示為零，保持增益不變，逐一加上砝碼。將實驗結果填入表1-3；進行靈敏度和非線性誤差計算。
1-3，全橋測量時，輸出電壓與負載重量的關係
五、思考題：
1、半橋側量時兩片不同受力狀態的電阻應變片在接入電橋時，應放在：(1)對邊？(2)鄰邊的位置？
2、橋路測量時存在非線性誤差，是因為：(1)電橋測量原理上存在非線性誤差？(2)應變片應變效應是非線性的？(3)零點偏移？
3、全橋測量中，當兩組對邊(r1、r3)電阻值相同時，即r1= r3， r2= r4，而r1≠r2時，是否可以組成全橋：(1)可以，(2)不可以。
4、某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電阻。
實驗二差動變壓器的效能實驗
一、實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。
二、基本原理：差動變壓器由乙隻初級線圈和二只次級線圈及乙個鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗採用三段式結構。在感測器的初級線圈上接入高頻交流訊號，當初、次中間的鐵芯隨著被測體移動時，由於初級線圈和次級線圈之間的互感磁通量發生變化促使兩個次級線圈感應電勢產生變化，乙隻次級感應電勢增加，另乙隻感應電勢則減少，將兩隻次級線圈反向串接(同名端連線)，在另兩端就能引出差動電勢輸出，其輸出電勢的大小反映出被測體的移動量。
三、需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙線示波器、差動變壓器，音訊振盪器、直流穩壓電源、數字電壓表。
四、實驗步驟：
1、根據圖2-1，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。
2、在模組上如圖2-2接線，音訊振盪器訊號必須從主控箱中的lv端子輸出，調節音訊振盪器的頻率旋鈕，輸出頻率為4～5khz(可用主控箱的數顯頻率表來監測調節幅度旋鈕使輸出幅度為vp-p=2v~5v之間，(可用示波器監測），將差動變壓器的兩個次級線圈的同名端相連。注：判別初次級線圈及次級線圈同名端的方法如下：
設任一線圈為初級線圈，並設另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖2-2接線。當鐵芯左、右移動時，分別觀察示波器中顯示的初、次級線圈波形，當次級波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點，而且相位與初級圈波形比較能同相和反相變化，說明已連線的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續改變連線再判別，直到正確為止。2-2圖中(1)、(2)、(3)、(4)為模組中的實驗插座。
3、將測微頭旋至10mm處，活動杆與感測器相吸合，調整測微頭的左右位置，使示波器第二通道顯示的波形值vp-p為最小，並將測量支架頂部的鏍釘擰緊，這時可以進行位移效能實驗，假設其中乙個方向為正位移，則另一方向為負位移。從vp-p最小處開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出電壓vp-p值並填入表(2-1)，再從vp-p最小處反向旋轉測微頭，重複實驗過程。
在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關係。
表(2-1)差動變壓器位移δx值與輸出電壓vp-p資料表
4、實驗過程中差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘餘電壓。根據表2-1畫出vp-p—x曲線（注意：x-與x+時的vp-p相位），分析量程為±1mm、±3mm時的靈敏度和非線性誤差。
五、思考題：
1、差動變壓器的零點殘餘電壓能徹底消除嗎？
2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？
實驗三差動變壓器的應用—振動測量實驗
一、實驗目的：了解差動變壓器測量振動的方法。
二、基本原理：與測量位移的原理相同。
三、需用器件與單元：音訊振盪器、低頻振盪器、差動變壓器實驗模板、移相/相敏檢波/濾波模板、數顯單元、示波器、直流穩壓電源，振動源(2000型)或振動測量控制儀（9000型）。
四、實驗步驟：
1、將差動變壓器按圖3-1安裝在振動台上，並用手按壓振動台，不能使差動變壓器的活動桿有卡死的現象，否則必須調整安裝位置。
2、按圖3-2接線，並按以下步驟操作：(1)檢查接線無誤後，合上主控箱電源開關，用示波器觀察音訊振盪器lv端的vp-p值，調整音訊振盪器幅度旋鈕使vp-p=4v，頻率調整在5khz。(2)用示波器觀察相敏檢波器的輸出，調整感測器連線支架高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。
(3)仔細調節rw1和rw2使示波器(相敏檢波輸出)顯示的波形幅值更小，基本為零。(4)用手按住振動平台(讓感測器產生乙個大位移)仔細調節移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為乙個接近全波的整流波形。(5)鬆手後，整流波形消失變為一條接近零點的直線(否則再調節rw1和rw2)。
將低頻振盪器訊號接入振動源的輸入端，調節振動幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平台振動較為明顯，用示波器觀察放大器、相敏檢波器及低通濾波器的輸出端波形。
3、保持低頻振盪器的幅度不變，改變振盪頻率（3hz~20hz），用示波器觀察低
通濾波器的輸出，讀出峰-峰電壓值，記下實驗資料，填入表（3-1)。
表3-1
4、根據實驗結果作出振動梁的幅頻特性曲線，指出梁的自振頻率範圍值。
5、保持低頻振盪器頻率不變，改變振盪幅度，可得到梁的振動振幅值大小。
注意事項：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。
五、思考題：
1、利用差動變壓器測量振動，在應用上有些什麼限制？
2、用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1khz的振動幅度，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受到什麼影響？
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實驗一專案名稱 金屬箔式應變片 單臂電橋效能實驗 一 實驗目的 了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和效能。二 基本原理 金屬絲在外力作用下發生機械形變時，其電阻值會發生變化，這就是金屬的電阻應變效應。金屬的電阻表示式為 1 當金屬電阻絲受到軸向拉力f作用時，將伸長 橫截面積相應減小 電阻...