檢測技術(shù)試驗報告檢測技術(shù)試驗報告10/13一、試驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。二、根本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生氣械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=ΔL/L為電阻絲長度相對變化。Uo1=EKε/4。三、試驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2-1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖如圖2-1，將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上，應(yīng)變式傳感器〔電子秤傳感器〕已安裝在應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０迳?。傳感器左下角?yīng)變片為R1，右下角為R2，右上角為R3，左上角為R4。當(dāng)傳感器托盤支點受壓時，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值減小。如圖2-2，應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片。沒有文字標(biāo)記的5個電阻是空的，其中4個組成電橋模型是為試驗者組成電橋便利而設(shè)的。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在試驗?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4和加熱器上?？捎萌f用表進展測量判別，常態(tài)時應(yīng)變片阻值為350Ω，加熱絲電阻值為50Ω左右。四、試驗步驟1、依據(jù)圖2-3工作原理圖、圖2-2接線示意圖安裝接線。圖2-2應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、接線示意圖圖2-3單臂電橋工作原理圖2短接(Vi＝0)；調(diào)整放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)整試驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3路平衡電位器RW1，使電壓表顯示為零。4砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g〔或500g〕砝碼加完。試驗結(jié)果填入表2-1，畫出試驗曲線。2-1重量重量(g)電壓(mv)25212470052605040302010020 40 60 80 1001201401601802005、依據(jù)表2-1計算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW〔ΔU為輸出電壓變化量，ΔW為重量變化量〕和非線性誤差δ。δ=Δm/yFS×100％式中Δm〔屢次測量時為平均值與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為200g〔或500g〕。解：S=5/20=0.25 δf1=Δm/yFS×100％=2/200×100％=1％試驗完畢，關(guān)閉電源。*6、利用虛擬儀器進展測量。五、思考題〔〕正〔受拉〕〔〕負〔受壓應(yīng)變片〔3〕；正、負應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)選用正應(yīng)變片。一、試驗?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、根本原理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量一樣時，其橋路輸出電壓Uo2＝EKε／2。三、試驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。2-4半橋工作原理圖2-5應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、接線示意圖四、試驗步驟1、依據(jù)圖2-4工作原理圖、圖2-5接線示意圖安裝接線。2短接(Vi＝0)；調(diào)整放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)整試驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g〔或500g〕砝碼加完。試驗結(jié)果填入表2-2，畫出試驗曲線。重量(g)2重量(g)2200電壓(mv)112233445465768798109120100v80(60電4020020406080100120140160180200壓重量(g)5、計算靈敏度S＝U／W，非線性誤差δ。S＝U／W=11/20=0.55δ=(1/109)*100%=0.091%6、試驗完畢，關(guān)閉電源。*7、利用虛擬儀器進展測量。五、思考題1、半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在1答:鄰邊。2、半橋測量時，兩片一樣受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在1答:對邊。3〔差動電橋1)電橋測量原理上存在非線性；(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的；(3)調(diào)零值不是真正為零。答:電橋測量原理上存在非線性。一、試驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、根本原理邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1＝R2＝R3＝R4、其變化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4時，其橋路輸出電壓Uo3＝KEε。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、試驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。2-6全橋工作原理圖圖2-7應(yīng)變傳感器試驗?zāi)０?、接線示意圖四、試驗步驟1、依據(jù)圖2-6工作原理圖、圖2-7接線示意圖安裝接線。2短接(Vi＝0)；調(diào)整放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)整試驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g〔或500g〕砝碼加完。試驗結(jié)果填入表2-3，畫出試驗曲線。2-3重量(g)2200電壓(mv)214364851061260250200〕v150〔100電50020 4060 80100120140160180200重量〔g〕5、計算靈敏度S＝U／W，非線性誤差δ。試驗完畢，關(guān)閉電源。S＝U／W=21/20=1.05δ=1/209×100％=0.48％*6、利用虛擬儀器進展測量。五、思考題1、測量中，當(dāng)兩組對邊〔R1、R3為對邊〕電阻值R一樣時，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2時，是否可以組成全橋：〔1〕可以；〔2〕不行以。答：不行以。2、某工程技術(shù)人員在進展材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖２-８，能否如何利用四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖2-8受拉力時應(yīng)變式傳感器圓周面開放圖測量值就可以組成一個全橋電路，進而獲得測量結(jié)果，無需再引入外界電阻。3、金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較根本原理如圖2-9〔a〕、〔b〕、〔c〕。比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，依據(jù)試驗結(jié)果和理論分析，闡述緣由，得出相應(yīng)的結(jié)論。留意：比較試驗中，〔a〕、〔b〕、〔c〕放大電路的放大器增益必需一樣?！瞐〕單臂 〔b〕半橋圖2-9應(yīng)變電橋

〔c〕全橋①單臂U

UU0 1

((RR)/(RRR1 1 1 1

)R/(RR))E4 3 4((R1

/R1)/(R1

/RR1

/R1)(R1

/R)/(1R3

/R))E3RR1

RR3 4

R/R1

<<1U (1/4)(R0

/R)E1S(1/4)E②半橋U0

(1/2)(R1

/R)E S(1/2)E1③全橋U0

(R1

/R)E SE1一、試驗?zāi)康牧私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、根本原理段式和三段式，本試驗承受三段式?gòu)造。當(dāng)被測體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移〔削減〕。將兩只次級反向串接〔同名端連接〕，引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。三、試驗器材主機箱、差動變壓器、差動變壓器試驗?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。四、試驗步驟1、測微頭的組成與使用3-1。測微頭組成：

3-1測位頭組成與讀數(shù)測微頭由不行動局部安裝套、軸套和可動局部測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：整毫米刻線(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻線(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圓周外表上刻50等分的刻線(０.０１ｍｍ／格)。1向移動微小位移０.０１毫米，這也叫測微頭的分度值。對準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值，可以估讀1／10分度，如圖3-1甲讀數(shù)為３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖3-1乙已過零則讀２.５１４ｍｍ；如圖3-1丙未過零，則不應(yīng)讀為２ｍｍ，讀數(shù)應(yīng)為１.９８０ｍｍ。測微頭使用：動微分筒到１０ｍｍ處〔為了保存測桿軸向前、后位移的余量〔測微頭整體移動使測桿與被測〔視具體試驗而定測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。3-2差動變壓器性能試驗原理圖3-3差動變壓器性能試驗?zāi)０?、接線圖２、差動變壓器試驗①按圖3-3接線。將差動變壓器和測微頭安裝在試驗?zāi)０宓闹Ъ茏?，L1為初級線圈；L2、L3為次級線圈；＊號為同名端。②差動變壓器的原邊Ｌ１的鼓勵電壓從主機箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)整音頻振蕩器的頻率為4～5KHz〔可用主機箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測〕；調(diào)整輸出幅度峰峰值為Vp-p＝2V〔可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div〕。③松開測微頭的安裝緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使差動變壓器的次級輸出〔示波器其次通道〕波形Vp-p為較小值〔變壓器鐵芯大約處在中間位置〕。擰緊緊固螺釘，認真調(diào)整測微頭的微分筒使差動變壓器的次級輸出波形Vp-p為最小值(零點剩余電壓)，并定為位移的相對零點。這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，則另一個方向位移為負。④從零點〔次級輸出波形Vp-p為最小值〕開頭旋動測微頭的微分筒，每隔0.2mm〔可取10～25點〕從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表3-1。一個方向完畢后，再將測位頭退回到零點反方向做一樣的位移試驗。由于測微頭存在機械回差而引起位移誤差。試驗時每點位移量須認真調(diào)整，確定不能調(diào)整過量而回調(diào)，如過量則只好剔除這一點連續(xù)做下一點試驗或者回到零點重做試驗。當(dāng)一個方向行程試驗完畢，做另一方向時，測微頭回到次級輸出波形Vp-p最小處時它的位移讀數(shù)有變化〔沒有回到原來起始位置〕，這是正常的。做試驗時位移取相對變化量△Ｘ為定值，只要中途測微頭不回調(diào)就不會引起位移誤差。3、試驗過程中留意差動變壓器次級輸出的最小值即為差動變壓器的零點剩余電壓。依據(jù)表3-1畫出Vop-p－X±1mm±3mm時的靈敏度和非線性誤差。試驗完畢，關(guān)閉電源。3-1V(mv)51736537292109128正X(mm)00.20.40.60.81.01.21.4向V(mv)4224243261281X(mm)1.61.82.02.22.42.62.83.0V(mv)53156180反X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4向V(mv)23X(mm)-1.6-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0〕〔壓電

350300250200150100500

-3-2.4-1.8-1.2-0.6 0 0.61.2刻度〔mm〕

1.82.4 3±1mm時S分別為87/1=87〔mv/mm〕131/(-1)=-131(mv/mm)δ分別為5.4/92×100％=5.86% 1/131×100％=0.76%±3mm時S分別為276/3=92(mv/mm) 302/(-3)=-100.67(mv/mm)δ分別為5.4/281×100％=1.92% 83/307×100％=27.03%最終一個非線性誤差的消滅是由于當(dāng)刻度過大時得到的電壓已經(jīng)到了非線性區(qū)為線性。五、思考題：1、用差動變壓器測量振動頻率的上限受什么影響？答：受鐵磁材料磁感應(yīng)頻率響應(yīng)上限影響。2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？在同一個鐵心上構(gòu)成的。一、試驗?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鳂?gòu)造及其特點。二、根本原理利用電容C＝εA／d的關(guān)系式，通過相應(yīng)的構(gòu)造和測量電路，可以選擇ε、A、d三個參數(shù)中保持二個參數(shù)不變，而只轉(zhuǎn)變其中一個參數(shù)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)〔ε變〕、測位移〔d變〕和測距離、液位〔A變〕等多種電容傳感器。3-6所示：由二個圓筒和一個圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=ε2ｘ／ln(R／r)。圖中C1、C2是差動連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生ΔX位移時，電容量的變化量為ΔC=C1－C2=ε22ΔX／ln(R／r)，式中ε2、ln(R／r)為常數(shù)，說明ΔC與位移ΔX成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖3-6電容式位移傳感器構(gòu)造圖3-7電容傳感器位移試驗原理圖三、試驗器材主機箱、電容傳感器、電容傳感器試驗?zāi)０?、測微頭。四、試驗步驟1、按圖3-8o1接主機箱電壓表的Ｖin。2、將試驗?zāi)０迳系腞w調(diào)整到中間位置〔方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳３圈〕。圖3-8電容傳感器位移試驗安裝、接線圖3、將主機箱上的電壓表量程〔顯示選擇〕開關(guān)打到２ｖ檔，合上主機箱電源開關(guān)；旋轉(zhuǎn)測微頭轉(zhuǎn)變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示０ｖ，再轉(zhuǎn)動測微頭〔向同一個方向〕5圈，記錄此時測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點為試驗起點值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即△Ｘ=０.５ｍｍ位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)〔單行程位移方向做試驗可以消退測微頭的回差〕；將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出Ｘ—Ｖ試驗曲線。3-7電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)15.1714.6714.1713,6713.1712.6712.1711.6711.1710.675555555555V(mv)-728-564