自动检测技术实验1PPT课件
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• 由四臂→双臂→单臂电桥变换后，只调零，不调满！ （直观反映输出信号真实大小），切记！
• 称盘属仪器本身结构，调零时要挂上。加减砝码时要 轻柔、平稳，避免称盘摇晃，可在边缘阻止其摇晃， 但不得托其底部，以免影响加载和卸载的变差测量。
• 插接和拆卸连线请捏线柄，不得扯线！ • 调节旋钮请正确操作、用力适度！
仪器测试结构与过程
是一个小型电子秤，用电流显示对应 砝码重量。
实验线路
实验内容 —— 单臂电桥
R1─上表面应变片电阻 （120Ω泊式应变片）
R2、R3、R4—固定电阻 （120Ω固定电阻）
Usc 1 R E 4R
K 1k 4
实验内容 —— 双臂电桥（半桥）
R1─上表面应变片电阻 R2─下表面应变片电阻 R3、R4—固定电阻
•连接插线若干；小平口起子 1把。
应变片检测原理
由电阻定律： R ρ L
S
当ΔFi →Δε→ΔＬ时，R →ΔR，则有：
R ρ L （注：其中ΔS很小，忽略不计）； S
电阻应变片将非电量转换为电量，实现了非电量
（重力）的检测，完成如下转换：
ΔFi →Δε→ΔＬ→ΔＲ→ ΔU
弹性体
应变片
检测电桥
常见应变片
自动检测技术
实验
陈显宁 编制
实验注意事项
• 禁止违章操作，注意人身安全和防护！
• 爱护实验仪器设备，合理、正确使用仪器 设备。
• 禁止大声喧哗、打闹、嬉戏。
• 讲究卫生，室内禁止吸烟，不随地吐痰， 垃圾请丢到室外垃圾桶。
• 实验完毕，请整理实验台，实验设备及实 验数据经教师检查后，签到登记，方可离 开。
弯头（横向）部分也存在电阻，也 会形成横向无用的电阻变化，使输
出呈现非线性
丝式应变片横向效应形成较大的非线性，基本淘汰！ 目前广泛使用金属泊式应变片（以及应变花）。 半导体应变片使用压阻效应（受力后电阻率发生变化）
R ρ L ρ S
其特点是：灵敏度很高，但非线性较大，另外受温 度影响较严重！使用不多。
传感器原理
电桥检测原理
R1～R4为应 变片传感器 或桥臂电阻
E为电桥供电 Usc为电桥电 压输出
电桥输出：
Usc E R2 E R3
R1 R2
R3 R4
R2 R3 R4 R3 R1 R1 R2R3 R4
R2 E
R2
R1
R4 R1 R3
R2R3 R4
E
由此，当R1～R4电阻发生改变时，输出电压Usc 相应变化，实现电阻→电压转换。
传感器检测原理
本实验以悬臂梁作为产生应变的金属弹性体，在 其上、下表面各粘贴两片泊式应变片（阻值为 120欧姆，R1、R2、R3和R4）。其中R1和R3为 上表面应变片，当加载时，悬臂梁向下弯曲， 应变片被拉伸，电阻值增加，形成＋ΔR；R2和 R4为下表面应变片，当加载时，应变片被压缩， 电阻减小，形成－ΔR。
关于新实验设备
• 传感器及弹性体不同（350Ω应变片）
• 放大器稍有差别
• 输出显示为数字电压显示； • 检测电桥为恒压供电（+4V，-4V）；
四臂电桥：
双臂电桥：
单臂电桥
实验参数：
• 四臂电桥：输入量程 20g×10=200g， 输出200mV=0.2V（两点法调试）
•最大线性误差
每种电桥取 一个最大值
测量值－理论值
δ
量程
max 100％
注意： •理论值按线性输出计算； •测量值包括加载和卸载输出值； •量程按最大输入时的最大输出值计算。
•最大变差（回差或滞环）
取最大 一个数据
加载测量值－卸载测量值
ε
量程
max 100％
•平均灵敏度（mA/kg）
K I G
•比较三个电桥的灵敏度
计算总量程 范围内的
总平均灵敏 度
K1 : K 2 : K 4 ＝ 1:2:4
实验结果分析与讨论
• 传感器及电路原理与应用分析； • 测试过程及测试结论分析； • 实验结果误差理论分析； • 实验测试存在问题分析，以及实际
应用讨论。
实验报告基本要求
• 实验报告必要内容：实验目的、原理、 内容、过程、数据记录、数据处理、实 验结论、分析与讨论；
测取相应输入（×0.1kg）下的输出电流（mA）。
实验测试数据处理（1）
由表中数据作出其输入—输出特性（G － I）关系曲线。
（三种电桥在同一坐标系中分别作图，选加载特性作图）
Io 必须使用坐标纸！
(mA)
必须描点作图！
四臂
参数、单位必须齐全！
双臂
单臂
Gi
O
(kg)
实验测试数据处理（2）
• 基本误差计算变效应，认识电阻应变片的原理 及结构和应用。
• 掌握电阻应变片测量电桥的基本原理与 结构和特性。
• 掌握称重传感器及仪表的调校方法和实 际应用情况，学会掌握仪器的误差分析 及计算方法。
实验仪器
•电阻应变特性仪 1套
•悬臂梁及应变片传感器1付； •电阻检测线路板1台； •放大器与电流表1台； •电阻信号源（恒流源）l台； •砝码 5只（5×0.1千克）
Usc 1 R E 2R
K 1k 2
实验内容 —— 四臂电桥（全桥）
R1、 R3 ─上表面应变片 电阻
R2、 R4 ─下表面应变片 电阻
Usc R E R
K k
实验过程
• 接线——四臂电桥 • 调试——两点法校准（反复多次） • 测试——输入输出特性测试（加载和卸载） • 换电桥接线——双臂电桥 • 调零——校准零点（只调零不调满！） • 测试——输入输出特性测试 • 再换电桥接线——单臂电桥 • 再调零——校准零点（只调零不调满！） • 再测试——输入输出特性测试
实验接线
调零
调满
一般不动
仪器调试：两点校准法
两点校准调试法是对量程下限（即零点，输入最 小值）和量程上限（即满点，输入最大值）两 点进行校准，则在该量程范围内的其它点的输 入直接测量并读数，以获得较高精度，减小测 量误差。
同时满足
实验测试数据记录
• 四臂电桥 • 双臂电桥 • 单臂电桥
加载：0＋1＋1＋1＋1＋1＝5 卸载：5－1－1－1－1－1＝0
• 使用学校规定标准实验报告纸，特性曲 线绘制使用坐标纸，手工描点作图；
• 实验数据不允许随意修改、伪造； • 每个实验每人一份实验报告，须认真并
独立完成，严禁互相抄袭、代写及复印。
注意事项
• 连接线插头接触不良，指针乱动、不稳定！检查连接 线，必要时重新接线，使连接接触良好；若出现调零 无反应，一般为线路连接不对、不通、接触不良等！
• 称盘属仪器本身结构，调零时要挂上。加减砝码时要 轻柔、平稳，避免称盘摇晃，可在边缘阻止其摇晃， 但不得托其底部，以免影响加载和卸载的变差测量。
• 插接和拆卸连线请捏线柄，不得扯线！ • 调节旋钮请正确操作、用力适度！
仪器测试结构与过程
是一个小型电子秤，用电流显示对应 砝码重量。
实验线路
实验内容 —— 单臂电桥
R1─上表面应变片电阻 （120Ω泊式应变片）
R2、R3、R4—固定电阻 （120Ω固定电阻）
Usc 1 R E 4R
K 1k 4
实验内容 —— 双臂电桥（半桥）
R1─上表面应变片电阻 R2─下表面应变片电阻 R3、R4—固定电阻
•连接插线若干；小平口起子 1把。
应变片检测原理
由电阻定律： R ρ L
S
当ΔFi →Δε→ΔＬ时，R →ΔR，则有：
R ρ L （注：其中ΔS很小，忽略不计）； S
电阻应变片将非电量转换为电量，实现了非电量
（重力）的检测，完成如下转换：
ΔFi →Δε→ΔＬ→ΔＲ→ ΔU
弹性体
应变片
检测电桥
常见应变片
自动检测技术
实验
陈显宁 编制
实验注意事项
• 禁止违章操作，注意人身安全和防护！
• 爱护实验仪器设备，合理、正确使用仪器 设备。
• 禁止大声喧哗、打闹、嬉戏。
• 讲究卫生，室内禁止吸烟，不随地吐痰， 垃圾请丢到室外垃圾桶。
• 实验完毕，请整理实验台，实验设备及实 验数据经教师检查后，签到登记，方可离 开。
弯头（横向）部分也存在电阻，也 会形成横向无用的电阻变化，使输
出呈现非线性
丝式应变片横向效应形成较大的非线性，基本淘汰！ 目前广泛使用金属泊式应变片（以及应变花）。 半导体应变片使用压阻效应（受力后电阻率发生变化）
R ρ L ρ S
其特点是：灵敏度很高，但非线性较大，另外受温 度影响较严重！使用不多。
传感器原理
电桥检测原理
R1～R4为应 变片传感器 或桥臂电阻
E为电桥供电 Usc为电桥电 压输出
电桥输出：
Usc E R2 E R3
R1 R2
R3 R4
R2 R3 R4 R3 R1 R1 R2R3 R4
R2 E
R2
R1
R4 R1 R3
R2R3 R4
E
由此，当R1～R4电阻发生改变时，输出电压Usc 相应变化，实现电阻→电压转换。
传感器检测原理
本实验以悬臂梁作为产生应变的金属弹性体，在 其上、下表面各粘贴两片泊式应变片（阻值为 120欧姆，R1、R2、R3和R4）。其中R1和R3为 上表面应变片，当加载时，悬臂梁向下弯曲， 应变片被拉伸，电阻值增加，形成＋ΔR；R2和 R4为下表面应变片，当加载时，应变片被压缩， 电阻减小，形成－ΔR。
关于新实验设备
• 传感器及弹性体不同（350Ω应变片）
• 放大器稍有差别
• 输出显示为数字电压显示； • 检测电桥为恒压供电（+4V，-4V）；
四臂电桥：
双臂电桥：
单臂电桥
实验参数：
• 四臂电桥：输入量程 20g×10=200g， 输出200mV=0.2V（两点法调试）
•最大线性误差
每种电桥取 一个最大值
测量值－理论值
δ
量程
max 100％
注意： •理论值按线性输出计算； •测量值包括加载和卸载输出值； •量程按最大输入时的最大输出值计算。
•最大变差（回差或滞环）
取最大 一个数据
加载测量值－卸载测量值
ε
量程
max 100％
•平均灵敏度（mA/kg）
K I G
•比较三个电桥的灵敏度
计算总量程 范围内的
总平均灵敏 度
K1 : K 2 : K 4 ＝ 1:2:4
实验结果分析与讨论
• 传感器及电路原理与应用分析； • 测试过程及测试结论分析； • 实验结果误差理论分析； • 实验测试存在问题分析，以及实际
应用讨论。
实验报告基本要求
• 实验报告必要内容：实验目的、原理、 内容、过程、数据记录、数据处理、实 验结论、分析与讨论；
测取相应输入（×0.1kg）下的输出电流（mA）。
实验测试数据处理（1）
由表中数据作出其输入—输出特性（G － I）关系曲线。
（三种电桥在同一坐标系中分别作图，选加载特性作图）
Io 必须使用坐标纸！
(mA)
必须描点作图！
四臂
参数、单位必须齐全！
双臂
单臂
Gi
O
(kg)
实验测试数据处理（2）
• 基本误差计算变效应，认识电阻应变片的原理 及结构和应用。
• 掌握电阻应变片测量电桥的基本原理与 结构和特性。
• 掌握称重传感器及仪表的调校方法和实 际应用情况，学会掌握仪器的误差分析 及计算方法。
实验仪器
•电阻应变特性仪 1套
•悬臂梁及应变片传感器1付； •电阻检测线路板1台； •放大器与电流表1台； •电阻信号源（恒流源）l台； •砝码 5只（5×0.1千克）
Usc 1 R E 2R
K 1k 2
实验内容 —— 四臂电桥（全桥）
R1、 R3 ─上表面应变片 电阻
R2、 R4 ─下表面应变片 电阻
Usc R E R
K k
实验过程
• 接线——四臂电桥 • 调试——两点法校准（反复多次） • 测试——输入输出特性测试（加载和卸载） • 换电桥接线——双臂电桥 • 调零——校准零点（只调零不调满！） • 测试——输入输出特性测试 • 再换电桥接线——单臂电桥 • 再调零——校准零点（只调零不调满！） • 再测试——输入输出特性测试
实验接线
调零
调满
一般不动
仪器调试：两点校准法
两点校准调试法是对量程下限（即零点，输入最 小值）和量程上限（即满点，输入最大值）两 点进行校准，则在该量程范围内的其它点的输 入直接测量并读数，以获得较高精度，减小测 量误差。
同时满足
实验测试数据记录
• 四臂电桥 • 双臂电桥 • 单臂电桥
加载：0＋1＋1＋1＋1＋1＝5 卸载：5－1－1－1－1－1＝0
• 使用学校规定标准实验报告纸，特性曲 线绘制使用坐标纸，手工描点作图；
• 实验数据不允许随意修改、伪造； • 每个实验每人一份实验报告，须认真并
独立完成，严禁互相抄袭、代写及复印。
注意事项
• 连接线插头接触不良，指针乱动、不稳定！检查连接 线，必要时重新接线，使连接接触良好；若出现调零 无反应，一般为线路连接不对、不通、接触不良等！