《检测技术实验》实验报告实验名称：第一次实验（一、三、五）院（系）：自动化专业：自动化姓名：XXXXXX学号： XXXXXXXX实验室：实验组别：同组人员：实验时间：年月日评定成绩：审阅教师：实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表、导线等。
三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε，式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。
金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，上面的应变片随弹性体形变被拉伸，对应为模块面板上的R1、R3，下面的应变片随弹性体形变被压缩，对应为模块面板上的R2、R4。
图2-1 应变式传感器安装示意图图2-2 应变传感器实验模板、接线示意图图2-3 单臂电桥工作原理通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压E为电桥电源电压，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为四、实验内容与步骤1、图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω。
2、从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。
Rw4的位置确定后不能改动。
关闭主控台电源。
3、将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。
4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。
五、实验数据处理：利用matlab拟合出的曲线如下：记重量为X(g)，电压为y(mv),根据MATLAB,拟合出的曲线为： y=0.2775X+1.9600可以求重量为100g时误差最大为0.5055mv非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％= 0.5055/57.4*100%= 0.8807%系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=0.2775利用虚拟仪器进行测量的数据为：表1-2利用matlab拟合出的曲线如下：拟合出的曲线为：y= 0.2909X-0.6000可以求重量为100g时误差最大为4.7055mv。
误差明显增大。
六、思考题单臂电桥工作时，作为桥臂电阻应变片正负均可，因为单臂电桥对应变计的受力方向没限制，不管应变计受拉还是受压，其阻值都会发生变化，从而使得桥路有电压输出。
实验三金属箔式应变片――全桥性能实验一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。
三、实验原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=KEε 3-1 E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。
四、实验内容与步骤1、应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。
2、差动放大器调零，参考实验一步骤2。
3、按图3-1接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。
4、在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。
五、数据处理表3－1利用matlab拟合出的曲线如下：记重量为X(g)，电压为y(mv),根据MATLAB,拟合出的曲线为： y=1.0952X+0.3333可以看出重量为180kg时误差最大为0.4606mv非线性误差δf3=Δm / yFS ×100％= 0.4606/219*100%= 0.2103%系统灵敏度L＝ΔU/ΔW=1.0952利用虚拟仪器进行测量的数据为：拟合出的曲线为：y= 1.1015 X+1.9333可以求重量为200g时误差最大为4.7636mv。
误差明显增大。
六、思考题1、测量中，当两组对边（如R1、R3 为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以；（2）不可以。
答：不可以2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图，能否如何利用四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
答：能够组成电桥。
对于左边一副图，可以任意选取两个电阻接入电桥的对边；对于右边的一幅图，可以选取R3、R4接入电桥对边。
两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻。
3、金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较基本原理如图（a）、（b）、（c）。
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，根据实验结果和理论分析，阐述原因，得出相应的结论。
答：灵敏度全桥最大，半桥次之，单臂最小；非线性度单臂最大，单桥次之，全桥最小4、金属箔式应变片的温度影响答：利用温度补偿片或采用全桥测量。
实验五差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性二、实验仪器：差动变压器模块、测微头、通信接口、差动变压器、信号源、直流电源。
三、实验原理：差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。
铁芯连接被测物体，移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出。
输出的变化反映了被测物体的移动量。
四、实验内容与步骤1、差动变压器实验①按图接线。
将差动变压器和测微头安装在实验模板的支架座上，L1 为初级线圈；L2、L3 为次级线圈；＊号为同名端。
②差动变压器的原边Ｌ１的激励电压从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4～5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin 来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
③松开测微头的安装紧固螺钉，移动测微头的安装套使差动变压器的次级输出（示波器第二通道）波形Vp-p为较小值（变压器铁芯大约处在中间位置）。
拧紧紧固螺钉，仔细调节测微头的微分筒使差动变压器的次级输出波形Vp-p为最小值（零点残余电压），并定为位移的相对零点。
这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。
④从零点（次级输出波形Vp-p为最小值）开始旋动测微头的微分筒，每隔0.2mm（可取10～25 点）从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入表3-1。
一个方向结束后，再将测位头退回到零点反方向做相同的位移实验。
⑤从零点决定位移方向后，测微头只能按所定方向调节位移，中途不允许回调，否则，由于测微头存在机械回差而引起位移误差。
实验时每点位移量须仔细调节，绝对不能调节过量而回调，如过量则只好剔除这一点继续做下一点实验或者回到零点重新做实验。
当一个方向行程实验结束，做另一方向时，测微头回到次级输出波形Vp-p最小处时它的位移读数有变化（没有回到原来起始位置），这是正常的。
做实验时位移取相对变化量△Ｘ为定值，只要中途测微头不回调就不会引起位移误差。
2、实验过程中注意差动变压器次级输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压。
根据表画出Vop-p－X 曲线，作出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。
实验完毕，关闭电源变化净值画图得:±1mm时S分别为177/1=177（mv/mm）213/(-1)=-213(mv/mm)δ分别为32.4/177×100％=18.31% 21.6/213×100％=10.14%±3mm时S分别为576/3=192(mv/mm) 602/(-3)=-200.67(mv/mm)δ分别为10.8/576×100％=1.88% 8.3/602×100％=1.38%五、思考题1、用差动变压器测量振动频率的上限受什么影响？答：受铁磁材料磁感应频率响应上限影响。
2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？答：差动变压器一般用于作为检测元件，而一般变压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。
差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及铁芯组成，。
当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。
而一般电源变压器是是把两个线圈套在同一个铁心上构成的。
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