浙师大《机械工程测试技术基础》实验报告.
机械工程测试技术基础
实验报告
学院工学院、职业技术教育学院
班级机械设计制造及其自动化xxx班
姓名xxx xxxx
学号xxxxxxx xxx
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX、XXX 成绩
1、实验目的与要求
比较单臂电桥与半桥、全桥的不同性能，了解单臂电桥的工作原理和性能。
（1）观察金属箔式应变片的形状及布置，思考其测量应变的工作原理和性能；
（2）观察电桥电路的组成，特别是单臂电路，思考其特点和测量原理；
（3）通过5只砝码的增减，了解金属箔式应变片单臂电桥测量重量的工作原理和性能，并测得单臂电桥的输出，做出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ，并比较与半桥和全桥电路的不同性能。
2、实验步骤
（1）抬起加力机构，将应变力传感器通过专用线接主控台相应插孔，通用放大器（2）的S5开关置相应位并按下应变式传感器R1 、R2、R3开关将四片应变片接成全桥，先不要给传感器加载，将通用放大器（2）的Rw1、Rw3顺时调至调最大，抬起S15开关，调Rw5及Rw2使第一级仪表专用放大器输出V o3为零。压下S15开关接入第二级反相放大器, 调Rw4使V o4（V o）为零；
（2）在托盘上放5只砝码给传感器加载，逐步调小Rw3至数显电压表指示5V，整个过程Rw1、Rw2、Rw4不要动；
（3）取下5只砝码，如数显电压表指示不为零，再调Rw4使V o4（Vo）为零；
（4）重复上面第（2）步；
（5）取下5只砝码，数显电压表指示应为零；
（6）抬起应变式传感器R2、R3开关，将应变式传感器接成单臂电桥，调Rw5使数显电压表指示为零，务必保持Rw1、Rw2、Rw3、Rw4不变；
3、记录与分析
（1）每加1只砝码（共8只），记下电压表读数，填入下表；(这里记每个砝码100g)
重量（g）0 100 200 300 400 500 600 700 800
电压（mv）0 10 20 30 40 60 70 80 90
4、实验结果
（1）作出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ；
从V---G曲线可以看出，重量和电压几乎成线性增长关系。
灵敏度S
△V=90-0=90mV
△G=800g
S=△V/△G=90/800=0.1125
非线性误差δ
非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =60-40=20mV
δ=20/ 90x100%=22.22%
（2）与半桥、全桥作一对比，有何关系？
单臂电路的灵敏度是半桥电路的1/2，全桥电路的1/4
单臂电路的非线性误差δ比半桥、全桥大。即测量精准度要稍差一些。
实验二金属箔式应变片半桥电桥性能实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
比较半桥电桥与单臂、全桥的不同性能，了解半桥电桥的工作原理和性能。
（1）观察电桥电路的组成，特别是半桥电路与单臂电路有何不同，思考其特点和测量原理；（2）通过5只砝码的增减，了解金属箔式应变片单臂电桥测量重量的工作原理和性能，并测得半桥电桥的输出，做出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ，并比较与单臂和全桥电路的不同性能。
2、实验步骤
（1）抬起加力机构，将应变力传感器通过专用线接主控台相应插孔，通用放大器（2）的S5开关置相应位并按下应变式传感器R1、R2、R3开关将四片应变片接成全桥，先不要给传感器加载，将通用放大器（2）的Rw1、Rw3顺时调至调最大，抬起S15开关，调Rw5及Rw2使第一级仪表专用放大器输出V o3为零。压下S15开关接入第二级反相放大器, 调Rw4使Vo4（Vo）为零；
（2）在托盘上放5只砝码给传感器加载，逐步调小Rw3至数显电压表指示5V，整个过程Rw1、Rw2、Rw4不要动；
（3）取下5只砝码，如数显电压表指示不为零，再调Rw4使V o4（Vo）为零；
（4）重复上面第（2）步；
（5）取下5只砝码，数显电压表指示应为零；
（6）抬起应变式传感器R2开关，将应变式传感器接成半桥电桥，调Rw5使数显电压表指示为零，务必保持Rw1、Rw2、Rw3、Rw4不变；
3、记录与分析
（1）每加1只砝码（共8只），记下电压表读数，填入下表；(这里记每个砝码100g)
重量（g）0 100 200 300 400 500 600 700 800
电压（mv）0 20 50 70 90 120 140 160 180
4、实验结果
（1）作出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ；
从V---G曲线可以看出，重量和电压几乎成线性增长关系。
灵敏度S
△V=180-0=180mV
△G=800g
S=△V/△G=180/800=0.225
非线性误差δ
非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =30mV
δ=30/ 180x100%=16.67%
（2）与单臂、全桥作一对比，有何关系？
半桥电路的灵敏度是单臂电路的2倍，全桥电路的1/2。
半桥电路的非线性误差δ比单臂小，比全桥大。即测量精准度介于两种之间。
实验三金属箔式应变片全桥电桥性能实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
比较全桥电桥与单臂、半桥的不同性能，了解全桥电桥的工作原理和性能。
（1）观察电桥电路的组成，特别是全桥电路与单臂电路、半桥电路的不同，思考其特点和测量原理；
（2）通过5只砝码的增减，了解金属箔式应变片单臂电桥测量重量的工作原理和性能，并测得全桥电桥的输出，做出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ，并比较与单臂和全桥电路的不同性能。
2、实验步骤
（1）抬起加力机构，将应变力传感器通过专用线接主控台相应插孔，通用放大器（2）的S5开关置相应位并按下应变式传感器R1 、R2、R3开关将四片应变片接成全桥，先不要给传感器加载，将通用放大器（2）的Rw1、Rw3顺时调至调最大，抬起S15开关，调Rw5及Rw2使第一级仪表专用放大器输出V o3为零。压下S15开关接入第二级反相放大器, 调Rw4使V o4（V o）为零；
（2）在托盘上放5只砝码给传感器加载，逐步调小Rw3至数显电压表指示5V，整个过程Rw1、Rw2、Rw4不要动；
（3）取下5只砝码，如数显电压表指示不为零，再调Rw4使V o4（Vo）为零；
（4）重复上面第（2）步；
（5）取下5只砝码，数显电压表指示应为零；
3、记录与分析
（1）每加1只砝码，记下电压表读数，填入下表；；(这里记每个砝码100g)
重量（g）0 100 200 300 400 500 600 700 800
电压（mv）0 30 80 120 170 220 260 310 350
4、实验结果
（1）作出V---G曲线，计算灵敏度S和非线性误差δ；
从V---G曲线可以看出，重量和电压几乎成线性增长关系。
灵敏度S
△V=350-0=350mV
△G=800g
S=△V/△G=350/800=0.4375
非线性误差δ
非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =50mV
δ=50/ 350x100%=14.29%
（2）与单臂和半桥作一对比，有何关系？
全桥电路的灵敏度是单臂电路的4倍，半桥电路的2倍。
全桥电路的非线性误差δ比单臂和半桥要小。即测量更精准。
实验四电涡流传感器位移特性实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
（1）观察电涡流传感器及其测量电路的组成，思考其特点和测量原理；
（2）通过调节测微头，了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，测得测量电路的输出，做出V---X曲线，计算线性起点X0、线性范围、灵敏度S和非线性误差δ。
2、实验步骤
（1）在直线位移执行器圆盘右边靠外边的支架安装上测微头。测微头旋在20mm处，并顶住直线位移执行器圆盘，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（2）如作过实验七，实验八应取下直线位移执行器圆盘上吸附的圆形磁钢；
（3）将电涡流传感器安装在直线位移执行器右边靠里边的支架上。传感器引线插入相应插座中，探头对准并贴近直线位移执行器圆盘上的小圆片，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
图1 电涡流传感器测量系统
4．电涡流传感器测量系统面板上的wR1调至最大。如图1；
3、记录与分析
（1）向里旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，直到数字电压表读数不变，并填入下表；
位移/mm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 电压/v 0.47 1.15 1.75 2.27 2.69 3.02 3.30 3.52 3.70 3.85
4、实验结果
作出V-X曲线，计算（1）线性起点X0；(2) 线性范围；(3)灵敏度S和非线性误差δ
V-X曲线如下图所示:
（1）线性起点X0；
由线性趋势线y=1.1151x+0.0037得X0=-0.0033
（2）线性范围；
线性范围大概为位移X [0.5，2.5]mm
（3）灵敏度S和非线性误差δ
灵敏度S
△V=3.85-0.47=3.38V
△X=4.5mm
S=△V/△X=3.38/4.5=0.75
非线性误差δ非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =0.68V
δ=0.68/3.38x100%=20.12%
实验五差动变压器（电感式）位移传感器特性实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解差动变压器的工作原理和特性。
（1）观察差动变压器及其测量电路的组成，思考其特点和测量原理；
（2）通过调节测微头，了解差动变压器测量位移的工作原理和特性，测得测量电路的输出，做出V---X曲线，计算两个方向的线性范围、灵敏度S、非线性误差δ。
2、实验步骤
（1）如作过实验七，实验八应取下直线位移执行器圆盘上吸附的圆形磁钢；
（2）将差动变压器传感器安装在直线位移执行器右边靠里的支架上。传感器引线插入相应插座中，探头对准并顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片，向左移动传感器使测量杆回缩至杆上黑圈对准传感器侧壁（零点），拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（3）直线位移执行器圆盘右边靠外的支架安装上测微头。测微头旋在20mm，并顶住直线位移执行器圆盘，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（4）将差动变压器特性/测量系统中的“特性/测量”开关置“特性”位，在“特性”输出口接数字电压表，如下图；
3、记录与分析
（1）向里旋转测微头，每次转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，（至少10次）并填入下表；
位移/mm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
电压（v）0.79 0.91 1.03 1.15 1.26 1.38 1.50 1.62 1.74 1.85
（2）测微头旋回10mm处，向外旋转测微头，每次转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，（至少10次）并填入下表；
4、实验结果
作出V-X曲线，
计算
（1）线性范围；
向里旋转测微头，线性范围大概为位移X [0.5，5]mm （2）灵敏度S；
灵敏度S
△V=1.85-0.79=1.06V
△X=4.5mm
S=△V/△X=1.06/4.5=0.2356
（3）非线性误差δ。
非线性误差δ非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =0.12V
δ=0.12/1.06x100%=11.32%
实验六电容式位移传感器特性实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解电容式传感器的结构及其特点。
（1）观察电容式传感器及其测量电路的组成，思考其特点和测量原理；
（2）通过调节测微头，了解电容式传感器测量位移的工作原理和特性，测得测量电路的输出，作出V--X曲线，计算两个方向的线性范围、灵敏度S、非线性误差δ。
2、实验步骤
（1）直线位移执行器圆盘右边靠外的支架安装上测微头。测微头旋在20mm处，并顶住直线位移执行器圆盘，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（2）测微头旋至10mm处；
（3）将连接杆插入直线位移执行器右边靠里的支架内，电容位移传感器安装在连接杆上，传感器引线插入相应插座中，探头对准并顶住直线位移执行器圆盘上的小圆片，移动连接杆使测量杆回缩至杆上白圈对准传感器侧壁（零点），拧紧测量架顶部的固定镙钉；
图电容式位移传感器测量系统
（4）电容传感器测量系统中的“特性/测量”开关置“测量”位，在“测量”输出口接数字电压表，如图；
（5）将放大器增益调到适中位，调零位使数字电压表为零；
3、记录与分析
（1）向里旋转测微头，每次转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，（至少10次）并填入下表；
位移/mm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
电压（v）0.45 1.87 3.26 4.57 6.3 7.71 8.93 10.08 11.44 12.86
（2）测微头旋回10mm处，向外旋转测微头，每次转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，（至少10次）并填入上表；
4、实验结果
作出V-X曲线，
计算
（1）线性范围；
线性范围大概为位移X [0.5，5]mm
（2）灵敏度S；
灵敏度S
△V=12.86-0.45=12.41V
△X=4.5mm
S=△V/△X=12.41/4.5=2.76
（3）非线性误差δ
非线性误差δ非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =1.73V
δ=1.73/12.41x100%=13.94%
实验七霍尔式位移传感器特性实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解霍尔式位移传感器原理与特性。
（1）观察霍尔式传感器及其测量电路的组成，思考其特点和测量原理；
（2）通过调节测微头，了解霍尔式传感器测量位移的工作原理和特性，测得测量电路的输出，作出V--X曲线，计算线性起点X0 、线性范围、灵敏度S和非线性误差δ。
2、实验步骤
（1）在直线位移控制模块上的圆盘右边靠外边的支架安装上测微头。测微头旋在20mm处，并顶住直线位移执行器圆盘，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（2）在直线位移控制模块上圆盘上的小圆片上吸附一圆形磁钢, 红面向外；
（3）将霍尔传感器安装在直线位移执行器右边靠里边的支架上。霍尔传感器引线插入相应插座中，探头对准并贴近小圆片上的圆形磁钢，拧紧测量架顶部的固定镙钉；
（4）通用放大器（2）的S5开关置相应位，Rw1、Rw3顺时调至调最大，抬起S15开关调节Rw2使第一级仪表专用放大器输出Vo3为零。压下S15开关接入第二级反相放大器，调Rw4使V o4（Vo）为零。用手给直线位移执行器圆盘一个较大位移直到数字电压读数不变，逐步调节Rw3至适当位(V o4（V o）约5V )，整个过程Rw1、Rw2、Rw4不要动；
图霍尔式传感器通用放大器II
（5）直线位移执行器圆盘复位；
3、记录与分析
（1）向里旋转测微头，每转动0.2mm或0.5mm记下数字电压表读数，直到数字电压表读数不变，并填入下表（也可用特性实验PC数据采集软件操作）；
位移/mm 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 电压/v 0.09 0.19 0.3 0.42 0.53 0.62 0.7 0.76 0.8 0.83 0.85
4、实验结果
作出V-X曲线，
计算（1）线性起点X0
由线性趋势线y=0.2088x-0.0039 得X0=0.0187
(2) 线性范围
线性范围为[0.5,3]
(3)灵敏度S和非线性误差δ
灵敏度S
△V=0.85-0.09=0.76V
△X=5mm
S=△V/△X=0.76/5=0.152
非线性误差δ非线性误差=最大误差/量程
ΔVmax =0.12V
δ=0.12/0.76x100%=15.79
实验八霍尔式转速传感器测速实验
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解霍尔转速传感器的应用。
（1）观察霍尔式转速传感器及其测量电路的组成，思考其特点和测量原理；
（2）调节手动调节电位器使电机旋转，待转速稳定后转速/记下频率表读数，思考霍尔传感器是如何测速的。
2、实验步骤
（1）根据图5-4，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，探头对准转盘内的磁钢约2----3 mm。引线插入相应插座；
（2）霍尔转速传感器输出（转速信号输出fo）端, 接入转速/频率表（转速档）；
（3）将控制方式按钮抬起，使他出于手动控制状态；
（4）调节手动调节电位器使电机旋转，待转速稳定后转速/记下频率表读数。建议：隔250转/分记录一次。
3、记录与分析
实验实际操作如上图所示，按照霍尔式转速传感器的接线示意图接好线，观察实验现象。
4、实验结果
根据霍尔效应表达式：U=KIB, 当KI不变时,在转速圆盘上装上Ｎ只磁性体，并在磁钢上方安装一霍尔元件。圆盘每转一周经过霍尔元件表面的磁场B从无到有就变化N次，霍尔电势也相应变化N次，此电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转体的转速。
实验九手动计数盘控制接近开关的使用
班级机械132 姓名XXX 学号XXX
实验日期2015/12 同组成员XXX XXX 成绩
1、实验目的与要求
了解各种接近开关的性能，比较各种接近开关的使用场合。
（1）观察多功能计数盘上四类接近开关（传感器），思考其特点和测量原理；
（2）思考这四类接近开关使用上有何要求，有何不同。
2、实验步骤
（1）将计数盘控制输出通过专用线接到计数盘的控制输入端；
（2）选择传感器，如图6给传感器接入+24V电源，输出端Vo接技术器；
（3）打开电源，按一下计数器的复位开关，再按下电机转动按钮，此时计数盘转动；（4）观察计数器与计数盘的变化，当相应被测体接近传感器时，计数器将计数，计数器加减可以通过下面按钮选择。
图多功能计数盘示意图
3、记录与分析
实验实际操作如上图所示，按照霍尔式转速传感器的接线示意图接好线，观察实验现象。
4、实验结果
本实验采用的4种接近开关，包括电感式、电容式、霍尔式、光电式。电感式用来检测金属物体，检测距离0~8mm；电容式即用来检测金属也可以用来检测非金属，检测距离1~10mm；霍尔式用来检测磁性材料，检测距离与磁性材料的磁性强弱有关；光电式采用的是反射式光电接近开关，可以用来检测一切能反射的物体，测量距离10~30mm。通过接通不同传感器电路可以观察发现，电感式和霍尔式只有在导磁材料接近时才能记数，电容式和光电式则没有收到材料影响。