霍尔传感器电容传感器4实验数据+图形
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《机械工程测试技术》实验指导书
实验一、霍尔传感器的直流激励特性
一、实验目的
加深对霍尔传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法,绘制霍尔传感器静态特性特性曲线,掌握数据处理方法。
二、实验原理
当保持元件的控制电流恒定时,元件的输出正比于磁感应强度。本实验仪为霍尔位移传感器。在极性相反、磁场强度相同的两个钢的气隙中放置一块霍尔片,当霍尔元件控制电流I不变时,Vh与B成正比。若磁场在一定范围内沿X方向的变化梯度dB/dX为一常数,则当霍尔元件沿X方向移动时dV/dX=RhXIXdB/dX=K,K为位移传感器输出灵敏度。霍尔电动势与位移量X成线性关系,霍尔电动势的极性,反映了霍尔元件位移的方向。
三、实验步骤
1.有关旋钮初始位置:差动放大器增益打到最小,电压表置2V档,直流稳压电源置±2V档。
2..RD、r为电桥单元中的直流平衡网络。
3.差动放大器调零,按图6-1接好线,装好测微头。
4.使霍尔片处于梯度磁场中间位置,调整RD使电压表指示为零。
5.上、下旋动测微头,以电压表指示为零的位置向上、向下能够移动5mm,从离开电压表指示为零向上5mm的位
置开始向下移动,建议每0.5mm读一数,记下电压表指示并填入下表
X(mm)
V(v)
X(mm)
6.用以上的位移和输出电压数据,绘出霍尔传感器静态特性的位移和输出电压特性V-X曲线, 指出线性范围。
7.将位移和输出电压数据分成两组,用“点系中心法”对数据进行处理,并计算两点联线的斜率,即得到灵敏度
值。
实验可见:本实验测出的实际是磁场的分布情况,它的线性越好,位移测量的线性度也越好,它们的变化越陡,位移测量的灵敏度也就越大。
四、思考题
1.为什么霍尔元件位于磁钢中间位置时,霍尔电动势为0。
2.在直流激励中当位移量较大时,差动放大器的输出波形如何?
实验二、电容传感器的直流特性
实验内容:加深对电容传感器静态特性的理解。掌握灵敏度、非线性度的测试方法,绘制电容传感器静态特性曲线,掌握数据处理方法。
实验步骤
1.按图7-1差动放大器“+”、“-”输入端对地短接,旋动放大器调零电位器,使低通滤波器输出为零。电
容变换器增益,处于最大位置(顺时针到头)。
2.差动放大器增益旋钮开到中间,V/F表打到2V档,调节测微头,使输出为零。
3.旋动测微头,改变振动台位置,每次0.5mm,记下此时测微器的读数及电压表的读数,直至电容动片与上(或
下)静片复盖面积最大为止。
X(mm)
V(v)
4.退回测微器至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法记下X(mm)及V(v)值:
X(mm)
V(v)
5.用以上的位移和输出电压数据,绘出电容传感器静态特性的位移和输出电压V-X特性曲线。
6.将位移和输出电压数据分成两组,用“点系中心法”对数据进行处理,并计算两点联线的斜率,即得到灵敏
度值。
思考题
1. 为什么要采用差动电容结构?
2. 观察差动电容传感器,试推导覆盖面积而变化的表达式。(设差动电容分别为C1、C2)
实验三、金属箔式应变片--单臂单桥的特性
一. 实验原理
金属箔式应变片是利用栅状金属片代替栅状金属丝。金属箔栅上丝系用光刻技术制造,线条均匀,尺寸准确,限值一致性好。箔片厚约1~10µm,散热性好。把应变片用特制胶水粘固再弹性元件或需要测量变形的物体表面上。在外力的作用下,电阻丝随该物体一起变形,其电阻值发生相应变化。由此被测量转换为电阻变。.单臂单桥这里是直流电桥,四个桥臂电阻分别为R1、R2、R3、R4,其中R4为电阻应变片。电桥调对称平衡后R1=R2,R3=R4。这是通常所说的第一种对称电桥,电桥工作在第一种对称形式下可获得最大的灵敏度。
二. 实验步骤
1.将差动放大其调零(方法见前面介绍差动放大器).调好后调零电位器不动,差动放大器增益电位器适当减少。
2.观察梁上的应变片。
3.根据图3-1的电路结构,利用电桥单元的接线柱和调零网络,用导线连接好测量线路(差动放大器接成同相反
均可)
4.上测微投,旋紧固定螺钉,转动测微头使双平行梁处于水平位置(目测)。
5.将直流稳压电源开关打开±4V档,预热数分钟,调整直流电桥平衡电位器RD,使电压表指示为零。
6.旋动测微头,记下梁端位移与表头显示电压的数值,每1mm记下位移指示值和电压表显示数值.填入下表: 位移mm
电压V
7.根据所得结果计算系统的灵敏S,并作出V-X关系曲线。
S=△V/△X
8.若紧接着做下一个实验则不用拆接线.
实验四、金属箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验原理:
说明实际使用的应变电桥的性能和原理。
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R/R、4△R/R。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4·E·∑R,电桥灵敏度Ku=V/△R/R,于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为1/4E、1/2E和E.。由此可知,当E和电阻相对变化一定时,电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
三、实验步骤:
1.在完成实验一的基础上,不变动差动放大器增益和调零电位器,依次将图(1)中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片,分别接成半桥和全桥测试系统。
2.重复上实验的步骤,测出半桥和全桥输出电压并列表,计算灵敏度。
3.在同一坐标上描出V-X曲线,比较三种桥路的灵敏度,并做出定性的结论。
单臂桥数据
位移mm
电压V
位移mm
电压V
位移mm
电压V
位移mm
电压V