机械工程测试
实验报告
学 院：机电工程学院 系
专业班级：机制122
学生姓名：黄余林龙杰李刚孙龙宇朱国帅
实验日期：
目录
实验一 箔式应变片性能—单臂电桥······················································· 1
1 .1 实验目的··················································································· 1
1. 2 实验原理··················································································· 1
1. 3 实验原理··················································································· 1
1. 4 实验步骤··················································································· 1
1. 5 注意事项··················································································· 3
1. 6试验数据···················································································· 3
南昌大学实验报告
学生姓名： 学 号： 专业班级：
实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：
实验四差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能
一、实验仪器
差动螺管式传感器、频率振荡器、电桥模块、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、直流恒压源、示波器、频率计、九孔板接口平台和传感器实验台一。
1.差动变压器量程:≥5mm；直流电阻：5Ω～10Ω；由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
2.差动放大器：通频带0～10kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1～100
倍的直流放大器。
3.移相器：允许最大输入电压10VP-P，移相范围≥±20º。
4.相敏检波器：可检波电压频率0～10kHz，允许最大输入电压10VP-P，由 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。
5.低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。
6.音频振荡器：0.4KHz～10KHz输出连续可调，VP-P值20V，180°、0°反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。
7.低频振荡器：1～30Hz输出连续可调，VP-P值20V，最大输出电流0.5A。
8.直流恒压源DH-VC2部分：
直流±15V，主要提供给各芯片电源；
±2V、±4V、±6V分三档输出，提供给实验时的直流激励源；
0～12V：Max 1A作为电机电源或作其它电源。
实验原理
螺线管式差动变压器
１. 工作原理
螺线管式差变传感器主要用于测量位移和尺寸，也能测量与位移有关的的非电参数，如力，压力，应变，振动，力矩等，传感器输入输出线性好，测量范围大，可测量几至几百微米的位移，非线性误差可小于0.05%
，分辨力可达纳米级，在机械，电子，国防，控制等领域得到了广泛应用。
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实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩：
1-螺线管线圈Ⅰ；2-螺线管线圈Ⅱ；3-骨架；4-活动铁芯
]
L10，L20——分别为线圈Ⅰ、Ⅱ的初始电感值；
当铁芯移动（如右移）后，使右边电感值增加，左边电感值减小
根据以上两式，可以求得每只线圈的灵敏度为
两只线圈的灵敏度大小相等，符号相反，具有差动特征。
两式可简化为
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零点残余电压的产生和消除
螺线管式差变传感器主要是由2个螺线圈和活动衔铁组成，当活动衔铁处于中间平衡位置时，理论上输出电压值应为零，实际上不为零，这个不为零的值称为零点残余电压。零点残余电压的存在使得实际输出特性和理论特性不一致，使得传感器在零点附近存在不灵敏区，分析率变差，引起非线性误差，在实际应用差变时，必须采取相应措施消除或减小零点残压。
零点残余电压产生的原因
（1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。
（2）由于铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。
减小零点残余电压措施：
（1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称。铁芯材料要均匀，要经过热处理去除机械应力和改善磁性。两个二次侧线圈窗口要一致，两线圈绕制要均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。
（2）采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压。其思路是，由于两个二次侧线圈的等效参数不相等，用拆圈的方法，使两者等效参数相等。
(3)要保证差变输入输出的线性特性，并消除零点残压，应尽量减少磁滞损失，涡流损失，减少空气隙中的磁通，选取饱和磁感应强度高，导磁性能好的材料。
（4）可采用磁导率，矩行系数，电阻率高的非晶态铁基软磁合金做导磁的外壳，做好电磁屏蔽。
（5）在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容等。
（6）采用相敏检波电路
旋钮初始位置：
LV输出幅度为峰峰值2V，差动放大器的增益旋钮旋至中间，频率计置于2KHz档，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。
注意事项：
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1、频率振荡器的信号必须从LV输出端输出。
2、差动螺管式电感的次级线圈注意接法。
3、实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2的调整，是配调的。
4、实验中，为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。
5、振动台振动时的幅度可尽量大，但以与周围各部件不发生碰擦为宜，以免产生非正弦振动。
实验步骤：
1、将铁芯连接件固定在振动盘上，调整连接件使铁芯到差动线圈的中间位置，后将差动放大器调零，再按图13接线；
2、打开直流恒压源；
3、调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号最小，这时差动放大器的增益旋钮旋至最大。（如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置）
4、为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调节差动放大器的调零电位器。将低频振荡器输出接入激振；
5、调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，
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使梁产生上下振动；
6、调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器
输出端的波形如图14所示；
7、将示波器探头换接至低通滤波器的输出端；
8、调节低频振荡器的频率，用频率计监测低频振荡器的输出频率，用示波器
读出峰峰值填入下表，并作幅频特性曲线，关闭直流恒压源。
数据图像分析与结论：
根据理论预测，所得第二组数据存在一定的误差，图像应该是一个弧形。但根据图像，可以大致的看出，频率对放大的影响，在10Hz左右取得最大。
从上图可知，振动的频率太大或者太小对传感器的特性都是有影响的，所以在实际的生产应用中应该根据实际情况，制造合适的传感器，可以更好的减小误差。
第二篇：传感器实验报告1
实验一 金属箔氏应变片：单臂、半桥比较
一、实验目的：
验证单臂、半桥的性能及相互之间关系。
二、实验步骤：
（1）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。
（2）根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。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。
图 1
（3）调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源打到±4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。
（4）旋转测微头，使梁移动，每隔0 .5mm读一个数，并记录测量数据，然后关闭主、副电源：
（5）保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使F/V表显示表显示为零，重复（4）过程同样测得读数并记录。
三、实验结果：
(4)
(5)
在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较两种接法的灵敏度。
(4)
(5)
四、 注意事项：
（1）在更换应变片时应将电源关闭。
（2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
（3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
（4）直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
（5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
五、实验总结：
通过本次实验，我熟悉了实验仪器的使用方法，了解了应变片的特性，验证了单臂、半桥的性能及相互之间关系。
实验二 压电传感器的动态响应实验
一、实验目的：
了解压电式传感器的原理、结构及应用。
二、实验设备：
低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。
三、实验步骤：
（1）观察压电式传感器的结构，根据图7-1的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。
图7-1
（2）将低频振荡信号接入振动台的激振线圈。
（3）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表：
（4）示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。
四、实验结果：
五、总结：
在实验中，通过观察发现：随着频率的增大电压先增大后减小。压电传感器的工作原理是压电效应，即某些单晶体或者多晶体陶瓷电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对应晶面上便产生符号相反的等量电荷，当外力消失后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为压电效应。
实验三 热电偶的原理及现象
一、实验目的：
了解热电偶的原理及现象
二、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（自备）、主副电源
三、旋钮初始位置：
F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。
四、实验步骤：
（1）了解热电偶原理：二种不同的金属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，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。
（2）解热电偶在实验仪上的位置及符号，（参见附录）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。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
（3）按图４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
（4）将－15V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表显示的读数E。
（5）用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。
（6）根据热电偶的热电势与温度之间的关系式： Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)
其中：t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。
to------0℃
1． 热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100*2(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。
2． 热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：Eab(tn,to):查以下所附的热电偶自由端为0℃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（温度计测得）时热电势。
3． 计算：热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab(t,to),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，只要了解热电势现象）。
（8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器－15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去－15V电源连接线）其它旋钮置原始位置。
五、 实验结果
（1）实验第三步测得室温30℃ 。
（2）根据实验第四步记录读数为E=0.2098V，由于差动放大器的增益为100，所以处理数据后得热电动势为：
E=2.098mV
(3) 由计算得热电动势与分度表对比得工作温度为大概50℃。
六、 实验总结
本次实验主要通过观测热电动势大小，通过对比表格来测得温度，与室温相比有所上升，来验证热电效应，从而了解热电偶原理及现象，该实验要细心操作，调试使尽量减小操作误差，使实验更加完美，总体来说本次实验基本完成。
实验四 光纤位移传感器的动态测量
一、实验目的：
了解光纤位移传感器的测速运用。
二、所需单元及部件：
电机控制、差动放大器、小电机、F/V表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、副电源、示波器。
三、实验步骤：
（1）了解电机控制，小电机（小电机端面上贴有两张反射纸）在实验仪上所在的位置，小电机在振动台的左边。
（2）按图1接线，将差动放大器的增益置最大，F/V表的切换开关置2V，开启主、副电源。
图1
（3）将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸，调节光纤传感器的高度，使F/V表显示最大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零，使F/V表显示接近零。
（4）将直流稳压电源置±10V档，在电机控制单元的V+处接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转 。
（5）F/V表置2K档显示频率，用示波器观察F。输出端的转速脉冲信号。(Vp-p=4V)；
（6）根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。
（7）实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。
注：如示波器上观察不到脉冲波形而实验(二)又正常，请调整探头与电机间的距离，同时检 查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。
四、实验结果
测得脉冲信号的频率为205Hz
反光片两个
由此得出电机转速为6150转/分
五、实验总结
该实验主要是了解光线位移传感器的测速运用，通过本次试验，让我们体会到该实验要细心操作，调试使尽量减小操作误差，使实验更加完美，总体来说本次实验基本完成。