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《传感器实验》教案

【添加时间：2015-08-05 16:36:31】【来源：】【作者：uestcetcmce】【阅读：】


实验一 金属箔应变片-全/半桥性能实验
实验时数：2学时
一.  实验教学内容及要求
(一) 实验教学要求
1.   了解电阻应变片的工作原理与应用；
2.   掌握应变片测量电路；
3.   掌握应变片半桥/全桥工作特点及性能。
(二) 实验教学内容
1.   实验原理
      半桥接线时，不同受力方向的两片应变片（上、下两片梁的应变片应力方向不同）接入电桥作为邻边，其桥路输出电压Uo≈（1/2）（ΔR/R）E= （1/2）KεE。输出灵敏度较高。
应变片全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uo≈（ΔR/R）E=KεE。式中：E 为电桥电源电压；ΔR为电阻丝电阻相对变化。上式表明，全桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系且精度较高，其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性得到改善。
2.   实验器材
      传感器系统综合实训平台CSY-XS-01型、机头中的应变梁、振动台、F/V电压表、±4V电源、箔式应变片输出口、电桥、差动放大器。
3.    实验内容及步骤
       实验内容：完成应变片半桥/全桥电路的原理理解及接线，添加砝码进行测试，记录数据并对测试数据进行分析。实验步骤：（1）差动放大器调零；半桥接线；W1通道调零；测试并计算结果。（2）差动放大器调零；全桥接线；W1通道调零；测试并计算结果。
 4.   注意事项及规范
二.  实验教学重点及难点
(一) 实验教学重点
1.   半桥及全桥电路图的理解及接线；
2.   W1的调零。
(二) 实验教学难点
1.   全桥电路图的接线。
三.  思考题
1. 半桥及全桥的桥路输出电压分别是多少？
答：半桥接线时，不同受力方向的两片应变片（上、下两片梁的应变片应力方向不同）接入电桥作为邻边，其桥路输出电压Uo≈（1/2）（ΔR/R）E= （1/2）KεE。输出灵敏度较高。应变片全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uo≈（ΔR/R）E=KεE。
四.  本章参考资料
1.    浙江高联科技开发有限公司。《传感器与检测技术实验仪用户手册》，浙江：2013.
五.  教学后记
实验二 差动变压器性能实验
实验时数：2学时
一.  实验教学内容及要求
(一) 实验教学要求
1.   了解差动变压器的工作原理和特性；
2.   熟悉差动变压器的性能测试方法。
 (二) 实验教学内容
1.   实验原理
      差动变压器的工作原理类似变压器的工作原理。差动变压器的结构如图所示。由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个衔铁4组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接，以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
2.   实验器材
      传感器系统综合实训平台CSY-XS-01型、机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测微头、主板音频振荡器、电感输出口、虚拟示波器。
3.   实验内容及步骤
      实验内容：采用差动变压器进行测试，得出测微头移动的距离和电压峰峰值的关系，并分析差动变压器的零点残余电压大小。实验步骤：将差动变压器和测微头安装在静态位移安装架上；差动变压器接线；调节测微头的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线；松开安装测微头的紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p（峰峰值）为较小值时，拧紧紧固螺钉；顺时针方向转动测微头的微分筒12圈，记录测微头读数和示波器第二通道显示的波形Vp-p（峰峰值）值为实验起点值；反方向（逆时针方向）调节测微头的微分筒，每隔△X=0.2mm（可取60~70点值；从示波器上读出输出电压Vp-p值。
4.   注意事项及规范
二.  实验教学重点及难点
(一) 实验教学重点
1.   差动变压器的原理及接线；
2.   虚拟示波器的使用。
 (二) 实验教学难点
1.   差动变压器的性能理解。
三. 思考题
1.   差动变压器输出电动势和衔铁位移量的关系是什么？
答：对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。
四.  本章参考资料
1.   浙江高联科技开发有限公司。《传感器与检测技术实验仪用户手册》，浙江：2013.
五.  教学后记
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