傳感器檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一160160金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)-資料下載頁
2024-10-27 13:21本頁面
【導(dǎo)讀】了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力。主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。上的質(zhì)量是線性關(guān)系，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確。應(yīng)變片；正、負(fù)應(yīng)變片均可以。全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。由matlab擬合結(jié)果得到，其相關(guān)系數(shù)為，比上個(gè)實(shí)驗(yàn)中的單臂電橋線性度差，可見全橋的靈敏度是單臂電橋的4倍可以看出，但非線性度卻高于單臂電橋。并選取外加電阻使電橋平衡；析來看，全橋利用差動技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù)Uot。
【正文】 安特性。 二、 基本原理 在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻愈小。 基于這種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波長和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖 74。 圖 74 光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱（ 0~20mv 可調(diào)恒流源、電流表、 0~24V 可調(diào)電壓源、照度表），照度計(jì)探頭，發(fā)光二極管，遮光筒。 四 、實(shí)驗(yàn)步驟 亮電阻和暗電阻的測量 （ 1）將光敏電阻和電流表串聯(lián)，兩端并聯(lián)電壓表（內(nèi)接法），電壓表正極接一上拉電阻至 VCC。光敏電阻接受一個(gè)發(fā)光二級管的光照，中間有一個(gè)遮光筒。調(diào)節(jié)發(fā)光二級光的供電電壓，查表 71，使光照度為 100Lx。 （ 2） 10s 左右讀取光敏電阻電流值，作為亮電流 I 亮 。 （ 3）緩慢調(diào)節(jié)二極管供電電壓減到 0V， 10s 左右讀取電流值，作為暗電流 I 暗 。 （ 4）根據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻（照度 100Lx）： I 亮 =， U 亮 =10V， R 亮 =U/I=6kΩ I 暗 =0mA， U 暗 =10V， R 暗 =U/I=∞ 光照特性測量 光敏電阻的兩端電壓為定值時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度的變化而變化，它們之間的關(guān)系是非線性的。 調(diào)節(jié)不同光照度，做出光電流與光照度的曲線圖。 表 72 光照特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 光照度（ Lx） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 光電流 0 圖 73 光敏電阻光電流 光照度曲線 由圖可知 光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜做線性檢測元件，但是在自控系統(tǒng)中用作開關(guān)元件。 伏安特性的測量 光敏電阻在一定光照強(qiáng)度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。 測量時(shí)，光照強(qiáng)度為定值下，光敏電阻輸入 6 檔電壓，測得光敏電阻上的電流值如表73，在同一坐標(biāo)圖中做出不同照度的三條伏安特性曲線。 表 73 光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 光敏電阻 電壓（ V） 0 2 4 6 8 10 照度 10 電流（ mA） 0 Lx 50 電流（ mA 0 100 電流（ mA 0 圖 74 光敏電阻伏安特性 由圖 可知 ， 光敏電阻的伏安特性是呈線性的 ； 光照越強(qiáng)，伏安特性曲線斜率越大，說明電阻阻值越小。 五 、思考 為什么測光電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過 10s 后才讀數(shù)？這是光敏電阻的缺點(diǎn)，只能應(yīng)用于什么狀態(tài)？ 答： 當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí) ,材料的電阻率也會發(fā)生改變 ,從而電阻阻值也發(fā)生改變。該種改變需要時(shí)間，當(dāng)光線突然改變，阻值不穩(wěn)定，經(jīng)過 10 秒后阻值基本穩(wěn)定，便可以讀數(shù)，以獲得穩(wěn)定的輸出讀數(shù)。 光敏電阻只能應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中的開關(guān)作用。 實(shí)驗(yàn)三十一 硅光電池實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解光電池的光照、光譜特性，熟悉其應(yīng)用。 二、基本原理 光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的 PN 結(jié)的光電池器件。當(dāng)光照射到光電池的 PN 結(jié)上時(shí)，便在 PN 結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象叫做“光生伏特效應(yīng)”，將光能轉(zhuǎn)化為電能。該效應(yīng)與材料、光的強(qiáng)度、波長等有關(guān)。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、安裝架、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、濾色片、 普通光源、濾色鏡、照度計(jì)探頭、照度計(jì)模板探頭、硅光電池。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 光電池在不同照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動勢。它們之間的關(guān)系就是光照特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了得到光電池的開路電壓 Voc 和短路電流 Is，不要同時(shí)接入電壓表和電流表，要錯(cuò)時(shí)接入來測量數(shù)據(jù)。 （ 1）光電池的開路電壓實(shí)驗(yàn) 按圖 77 安裝接線，發(fā)光二極管的輸入電流由實(shí)驗(yàn)二十七光照度對應(yīng)的電流值確定，讀取電壓表 Voc 的測量值填入表 74 中。 表 74 光電池的開路電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 照度（ lx） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Voc（ mv） 0 300 330 340 350 350 360 360 370 370 370 （ 2）光電池的短路電流實(shí)驗(yàn) 按圖 78 接線，發(fā)光二極管的輸入電壓由實(shí)驗(yàn)二十七光照度對應(yīng)的電壓值確定，讀取電壓表 Is 的測量值填入表 75 中。 表 75 光電池的短路電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 照度（ lx） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Is（ mA） 0 根據(jù)表 7表 75 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出特性曲線圖。 光電池的開路電壓特性曲線圖 由圖可知，隨著照度的增加，光電池的開路電壓與光照度之間呈非線性關(guān)系，電壓增大速度變緩， 有趨于飽和的趨勢。 光電池的 短路電流 特性曲線圖 實(shí)驗(yàn)三十二 光纖傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。 二、基本原理 本實(shí)驗(yàn)采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成 Y 型光纖，半圓分布即雙 D 分布，一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。 兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距 X，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，另一束光纖接收掛光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器的電量大小與間距 X 有關(guān)，因此可用于測量位移。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、光纖傳感器、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、反射面。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 根據(jù)圖 79 示意安裝光纖傳感器和測微頭，兩束光纖分別插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系墓怆娮?。接好其他接線。 檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。 調(diào)節(jié)測微頭，使光反射面與 Y 型光纖頭接觸；再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Rw 電位器，使電壓表顯示 0V。 旋轉(zhuǎn)測微頭，被測體離開探 頭，每隔 讀取電壓表顯示值，將數(shù)據(jù)填入表 76中。根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算 1mm 測量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。 表 76 光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù) X(mm) 0 V(v) 0 擬合值 (v) |△mx| 0 0 圖 77 光纖傳感器輸出電壓 位移曲線 系統(tǒng)靈敏度 S = ΔUΔW = (即直線斜率 ) 非線性誤差 = ΔmyFS= ?100% = % 可以看出實(shí)驗(yàn)得到的線性度并不好，存在誤差，可能是實(shí)驗(yàn)儀器本身存在誤差也有可能是實(shí)驗(yàn)過程中的不規(guī)范操作導(dǎo)致。 五、思考題 光纖位移傳感器測量位移時(shí)對被測體表面有些什么要求？ 答： 被測體表面要盡量光滑，這樣對光有較好的反射性，且被測面最好與光纖頭平行，以免移動過程中造成額外誤差，被測面與光纖頭之間在初始位置處避免擠壓。 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 100 . 10 . 20 . 30 . 40 . 50 . 60 . 70 . 8xv
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