交通與汽車工程學院
《汽車測試基礎》實驗指導書
適用專業: 車輛工程、汽車服務工程、
發動機、交通運輸
課程**: 6011169
學時: 8+4 學分
編寫單位: 汽車工程系
編寫人審核人
審批人目錄
實驗一常用感測器原理及特性3
實驗二電橋特性驗證7
實驗三微機檢測與轉換—資料採集系統11
實驗四一元線性回歸分析12
實驗五一元非線性回歸分析14
實驗報告格式及要求17
主要參考文獻18
實驗一常用感測器原理及特性（001）
一、 實驗目的和任務
1、 通過本實驗，使學生充分理解常用感測器的工作原理及工作特性，使學生能正確地根據測試要求選擇感測器。
2、 了解熱電偶感測器、差動變壓器（互感式）、霍爾式感測器、磁電式感測器、壓電式感測器、光電式感測器的工作原理和特性
二、 實驗儀器、裝置及材料 gys感測器實驗台、導線、示波器
三、 實驗原理及步驟
1、 熱電偶感測器
實驗原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應，當其熱端和冷端的溫度不同時，即產生熱電動勢。通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。
如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或），則另一端的溫度就可知，從而實現溫度的測量。本實驗中熱電偶為銅－康銅熱電偶。
實驗連線：
實驗步驟：
1） 上圖連線實驗裝置。
2） 開電源，設定差動放大器增益為100倍（順時針方向旋到底），調節調零電位器，使差動放大器的輸出為零。
3） 開啟加熱器（一端接-15v，一端接地），觀察加熱器溫度上公升時，差動放大器的輸出電壓的變化。
表12﹑差動變壓器（互感式）
實驗原理：差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當於變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和引數相同的線圈反相串接而成，相當於變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的。
其原理及輸出特性見圖11a。
實驗步驟：
（1）按圖13接線，開啟主、副電源，利用示波器觀察調節音訊振盪器的幅度鈕，使音訊振盪器的輸出為峰一峰值2v。
（2）將測量系統調零：將f/v表的切換開關置20v檔，示波器x軸掃瞄時間切換到0.1—0.
5ms（以合適為宜）y軸ch1和ch2切換開關置5v/div，音訊振盪器的頻率旋鈕置5khz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主、副電源，調節電橋網路中的w1和w2，使f/v表和示波器顯示最小，再把f/v表和示波器y軸的切換開關分別置2v檔和50mv/div，細調w1和w2及差動放大器調零旋鈕，使f/v表的顯示值最小，示波器的波形大致為一條水平線（f/v表顯示值與示波器圖形不完全相符進二者兼顧即可）。再用手極輕按住雙孔懸臂梁稱重感測器托盤的中間產生乙個極小位移，調節移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。
放手後，示波器圖形基本形成一條直線。
（3）適當調整差動放大器的放大倍數，使在秤平台上放上數量的砝碼時電壓表指示不溢位。
（4）去掉砝碼，必要的話將系統重新調零。然後逐個加上砝碼，讀出表頭讀數，記下實驗資料，填入下表：
（5）去掉砝碼，在平台上放乙個重量未知的重物，記下電壓表讀數。關閉主、副電源。
（6）利用所得資料，求得系統靈敏度及重物的重量。
注意事項：
（1）砝碼不宜太重，以免樑端位移過大。
（2）砝碼應放在平台中間部位，為使操作方便，可將測頭卸掉。
3、霍爾式感測器
工作原理：霍爾式感測器是由兩個環形磁鋼組成梯度磁場和位於磁場中的霍爾元件組成。當霍爾元件通以恆定電流時，霍爾元件就有電勢輸出。
霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢v取決於其在磁場中的位移量x，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。
r實驗步驟r
1）如圖進行裝置的連線。裝上測微頭，調節振動圓盤上、下位置，使霍爾元件位於梯度磁場中間。
2） 調節測微頭和電橋旁的，使差動放大器的輸出為零。上、下移動振動台，使差放正負電壓輸出對稱。
3）上、下移動測微頭各3.5mm，每變化0.5mm讀取相應的電壓值。列表並作出v-x曲線，求出靈敏度及線性。
4、磁電式感測器
工作原理：磁電式感測器是一種能將非電量的變化轉為感應電動勢的感測器，所以也稱為感應式感測器。根據電磁感應定律，n匝線圈中的感應電動勢e的大小決定於穿過線圈的磁通的變化率：
。儀器中的磁電式感測器由動鐵心與感應線圈組成，永久磁鋼做成的動鐵產生恆定的直流磁場，當動鐵與線圈有相對運動時，線圈與磁場中的磁通交鏈產生感應電勢，e與磁通變化率成正比，是一種動態感測器。
實驗連線：
示波器實驗步驟：
1） 按圖進行裝置的連線。
2） 啟電源，調節振盪頻率和幅度，觀察輸出波形。
5、壓電式感測器
實驗連線：
示波器接地
實驗步驟：
1） 如圖進行裝置的連線。
2） 開啟電源，調節振盪頻率和幅度，觀察輸出波形
6、光電式感測器
實驗原理：光電開關由紅外發射、接收及整形電路組成，為遮斷式工作方式。
實驗步驟：
1） 電感測器「光電」端接光電變換器端，v0接示波器和電壓/頻率表2khz。
2） 開啟電源，開啟電機開關，調節電機轉速。
3） 用示波器觀察光電轉換器，並讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較。
4） 電機轉速 ＝ 方波頻率2
5） 將一較強光源照射儀器轉盤上方，觀察測試方波是否正常。
6） 由此可以得出結論，光電開關受外界影響較小，工作可靠性較高。
四、 實驗注意事項
五、 思考題
（1）根據實驗結果，可以知道激振臺的自振頻率大致多少？
（2）試回答壓電式感測器的特點。比較磁電式感測器輸出波形的相位差△ 大致為多少，為什麼？
實驗二電橋特性的驗證（002）
一、 實驗目的
驗證單臂電橋、半橋、全橋的靈敏度特性。
二、 實驗原理
應變片是最常用的測力感測元件，當用應變片測試時，應變片要牢固地貼上在測試體表面，當測件受力變形時，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電訊號輸出並顯示。
電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零。在橋臂四個電阻r1、r2、r3、r4中，電阻的相對變化率分別為δr1/r1、δr2/r2、δr3/r3、δr4/r4，當使用乙個應變片時；當用二個應變片組成差動狀態工作時，則有 ；用四個應變片組成兩個差動對工作，且r1=r2=r3=r4=r時，。
由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。
三、 實驗所需部件
直流穩壓電源（+4v檔）、電橋電阻、差動放大器、應變片、測微頭、電壓表及實驗導線。
四、 實驗步驟
１、調零。
開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），「+、－」輸入端用實驗導線對地短路。輸出端接數字電壓表，用「調零」電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然後拔掉實驗導線。調零後電位器位置不要變化。
調零後關閉儀器電源。
２、按圖（1）將實驗部件用實驗導線連線成單臂測試橋路。橋路中r1、r2、r3為電橋中的固定電阻，r1=r2=r3=350ω，wd為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，r為應變片（可任選上、下樑中的一片工作片）。直流激勵電源為 +4v。
測微頭裝於懸臂梁中前端的永久磁鋼上，並調節使應變片梁處於基本水平狀態。
圖（1）
３、確認無誤後，開啟儀器電源，並預熱數分鐘。
調整電橋wd電位器，使測試系統輸出為零。
４、旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以水平狀態下輸出電壓為零，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄乙個差動放大器輸出電壓值，並列表。根據所測資料計算靈敏度s，s=δv/δx。
５、半橋測試系統。不變動差動放大器增益和調零電位器，按圖（2）接成半橋電路。
圖（２）
６、重複實驗中第3到第4步驟，測出輸出電壓並列表，計算靈敏度。
７、全橋測試系統。不變動差動放大器增益和調零電位器，按圖（3）接成全橋電路。
圖（３）
８、重複實驗中第3到第4步驟，測出全橋輸出電壓並列表，計算靈敏度。
９、在同一座標上描出v－x曲線，比較三種橋路的靈敏度，並做出定性的結論。
五、 注意事項
1、 實驗前應檢查接線是否完好，連線電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。
2、 實驗導線插入插孔時輕輕地做一小角度地轉動，以保證接觸良好，拔出時也輕輕地轉動一下拔出，切忌用力拉扯接線尾部，以免造成線內導線斷裂。
3、 穩壓電源不要對地短路。
4、 對半橋、全橋，應變片接入電橋時，注意其受力。
5、 在更換應變片時應將電源關閉。
6、 在實驗過程中如有發現電壓表發生過載，應將電壓量程擴大。
7、 在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統不能正常工作。
8、 直流穩壓電源±4v不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。
9、 接全橋時請注意區別各**的工作狀態方向
附：實驗儀器相關面板圖：
面板上部
面板下部
電橋差動放大器
注:相同標號的端點應用實驗導線連線在一起
六、 思考題
1、 何謂電橋靈敏度？
2、本實驗電路對直流穩壓電源和對放大器有何要求？
實驗三微機檢測與轉換----資料採集處理（003）
一、實驗目的
微機測試系統中，資料採集和分析處理是重要的兩部分。通過實驗儀用a/d採集卡和實驗軟體對感測器測試系統測量到的電訊號進行分析處理，可以得到這方面的初步知識。
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