传感器与检测技术实验报告56147

西华大学实验报告(理工类)

开课学院及实验室:自动检测及自动化仪表实验室实验时间 : 年月日

一、实验目的

1.观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式;

2.测试应变梁变形的应变输出;

3.比较各桥路间的输出关系;

4.比较金属应变片与半导体应变片的各种的特点。

二、实验原理

应变片就是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时,应变片要牢固地粘贴在测试体表面,当测件受力发生形变,应变片的敏感栅随同变形,其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路,转换成电信号输出显示。

三、实验设备、仪器及材料

直流稳压电源(±4V档)、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、(或双孔悬臂梁、称重砝码)、电压表。

四、实验步骤(按照实际操作过程)

1.调零。开启仪器电源,差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底),“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表,用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化,调零后关闭仪器电源。

2.按图1、1将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、与W D为电桥中的固定电阻与直流调平衡电位器,R为金属箔式应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为±4V。

3.确认接线无误后开启仪器电源,并预热数分钟。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状态。调整电桥W D 电位器,使测试系统输出为零。

4.旋动测微头,带动悬臂梁分别作向上与向下的运动,以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零为起点,向上与向下移动各5mm,测微头每移动0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值,并列表。

5.直流半桥:保持差动放大器增益不变,将R2换成与应变片R 工作状态相反的另一金属箔式应变片,(若R 拉伸,换上去的应为压缩片)形成半桥。重复单臂电桥的步骤;

6.直流全桥:保持差动放大器增益不变,将R1换成与应变片R 工作状态相反的另一金属箔式应变片,(若R 拉伸,换上去的应为压缩片),将 R3换成与应变片R 工作状态相同的另一金属箔式应变片,形成全桥。重复单臂电桥的步骤。

五、实验过程记录(数据、图表、计算等)

＋

－图1、1 单臂电桥测试原理图

六、实验结果分析及问题讨论

指导教师签字:

西华大学实验报告(理工类)

开课学院及实验室:自动检测及自动化仪表实验室 实验时间 : 年 月 日

一、实验目的

1、观察了解热电偶的结构;

2、熟悉热电偶的工作特性;

3、学会查阅热电偶分度表;

4、了解热敏电阻的特性;

5、比较热电偶与热敏电阻的特性。

二、实验原理

1.热电偶测温:热电偶就是热电式传感器的一种,它可将温度变化转化成电势的变化,其工作原理就是建立在热电效应的基础上的。即将两种不同材料的导体组成一个闭合回路,如果两个结点的温度不同,回路中将产生一定的电流(电势),其大小与材料的性质与结点的温度有关。因此只要保持冷端温度t 0不变,当加热结点时,热电偶的输出电势E 会随温度t 变化,通过测量此电势即可知道两端温差,从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为铜—康铜热电偶(K 型)。

2.热敏电阻测温:热敏电阻就是热电式传感器的一种,它可将温度变化转化为电阻变化以达到测量温度的目的。热敏电阻就是利用半导体材料制成的热敏元件,它具有灵敏度高,可以应用于各领域的优点。热电偶一般测高温线性较好,热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便。

本实验中所用热敏电阻为负温度系数。其定义为热敏电阻在其自身温度变化1℃时,电阻值的相对变化量,可用下式表示为:

2

d d 1T B

T R R T T T -==

α

式中B 为热敏电阻常数。本实验所用的热敏电阻B =3200K 。

负温度系数的热敏电阻其特性可以表示为: )0

1

1(0

T T B T T e R R -=

式中R T 、R T 0分别为温度T 与T 0时的电阻值。

因此当温度变化时,热敏电阻阻值的变化将导致由运放组成的压/阻变换电路的输出电压变化,其关系可

表示为:

T T

T R U R U =

00 T

T T R R U U 00= 式中U T 、U T 0分别为温度T 与T 0时的压/阻变换电路的输出电压值。 根据上面两式:

1ln 110T R R B T T T +=

1ln 110T U U B T T T += 三、实验设备、仪器及材料

热电偶、热敏电阻R T 、温度变换器、加热器、差动放大器、电压表、温度计(自备)。

四、实验步骤(按照实际操作过程)

1.热电偶的测温试验步骤

(1)调节差动放大器输出为零。开启仪器总电源并将仪器左下角的±15V 电源开关置于“开”的位置。差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底) “+、-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表,用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零,然后拔掉实验线。调零后,差动放大器的两个电位器的位置不要变化;

(2)将热电偶接入差动放大器的双端输入,记录数字表显示的电压值U t ;

(3)打开加热开关,观察差动放大器输出电压的变化,每隔1-2分钟记录一次电压值,待温度不再上升时(达到相对的热稳定状态),记录电压表读数,并求出温度值;

(4)本仪器上热电偶就是由两支铜－康铜热电偶串接而成,热电偶的冷端温度为室温,放大器的增益为100倍,计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t 1; E(t , to) = E(t , t 1) + E(t 1 , to)

实际电动势 测量所得电势 温度修止电动势

式中E 为热电偶的电动势,t 为热电偶热端温度,to 为热电偶参考端温度为0℃,t 1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜－康铜热电偶分度表,求出加热端温度t;

2、热敏电阻的测温试验步骤

(1)观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻,将热敏电阻接入温度变换器R T 端口,调节“增益”旋钮,使加热前电压输出U 0端的输出电压值尽可能大但不超量程,记录U R T 0值;

(2)用温度计测出环境温度,记录T 0值。(用国际温标);

(3)打开加热器,观察温度变换器输出电压的变化情况。每隔1分钟,尽可能同时测出热电偶、热敏电阻传感器的输出电压,记入数据表。直至电压稳定;

(4)根据计算热电偶的稳定温度值T, 计算第5点的温度值T1。

T

U U B T RT RT 1ln 1111+=