1、.本科生实验报告实验课程 电气测试技术 学院名称 核技术与自动化工程学院 专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 刘 恒 学生学号 3201106050504 指导教师 王洪辉 实验地点 逸夫楼6C801 实验成绩 二一四 年 十二月填写说明1、 适用于本科生所有的实验报告（印制实验报告册除外）；2、 专业填写为专业全称，有专业方向的用小括号标明；3、 格式要求： 用A4纸双面打印（封面双面打印）或在A4大小纸上用蓝黑色水笔书写。 打印排版：正文用宋体小四号，1.5倍行距，页边距采取默认形式（上下2.54cm，左右2.54cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm）。字符间距为默认值（缩放100%
2、，间距：标准）；页码用小五号字底端居中。 具体要求：题目（二号黑体居中）；摘要（“摘要”二字用小二号黑体居中，隔行书写摘要的文字部分，小4号宋体）；关键词（隔行顶格书写“关键词”三字，提炼3-5个关键词，用分号隔开，小4号黑体)； 正文部分采用三级标题；第1章 (小二号黑体居中，段前0.5行)1.1 小三号黑体（段前、段后0.5行）1.1.1小四号黑体（段前、段后0.5行）参考文献（黑体小二号居中，段前0.5行），参考文献用五号宋体，参照参考文献著录规则（GB/T 77142005）。学生实验 心得完成电气检测技术实验，我学到了很多，在实验过程中，我认真学习了电气量测试的原理以及各个敏感元件的
3、作用。作为电气专业的学生，在电气量测量上应该具备这方面的知识。通过金属箔式应变片的实验，我掌握了通过对电路的设计，可以除实验仪器造成的误差，减小线性误差等知识。在热电偶实验里，巩固了热电偶传感器的工作原理，掌握了温度测量传感器的基本结构，以及热电偶参比端的温度补偿方法。这次实验的圆满完成感谢老师的细心教诲与指导。在实验过程中为我们耐心解答。上电气测试实验，这不仅是一门课程，更是一种技术，为我以后的工作积累了很多经验。学生（签名）：刘恒 2014年12 月 23日指导教师评语成绩评定：指导教师（签名）： 年 月 日实验一 金属箔式应变片性能单臂电桥（910型 998B型）1.1 实验目的（1）了
4、解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。（2） 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；（3） 测试应变梁变形的应变输出；（4） 熟悉传感器常用参数的计算方法。1.2 实验原理本实验说明箔式应变片及单臂单桥的工作原理和工作情况。应变片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。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为、差动状态工作，则有；用四
5、个应变片组成二个差对工作，且 R1=R2=R3=R4=R,。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。所需单元及部件:直流稳压电源、差动放大器、双平衡梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。 旋转初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。1.3 实验步骤1.3.1了解所需单元、部件在试验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。1.3.2将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大
6、器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。1.3.3根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。直流稳压源1.3.4将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再
7、旋动测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 图一1.3.5往下或往上旋动测微键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。建议每旋动测微头一周即X=0.5mm记下一个数值填入下表：（使用一个应变片时）位移（mm）5.05.56.06.57.07.58.0电压（mV）151.7138.2101.270.235.50-32.9位移（mm）8.59.09.510.010.511电压（mV）-65.4-97.6-128.5-158.6-189.7-21
8、7.01.3.6据所得结果计算灵敏度(式中X为梁的自由端位移变化，V为相应的F/V表显示的电压相应变化)。1.3.7实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。1.4 注意事项（1） 电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）做此实验时应该低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。（3）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。1.5 问题解答(1)本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？答：直流电源要稳定，放大器零漂要小。(2)根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器？ 答：差动
9、放大电路有两个输入端子和两个输出端子，因此信号的输入和输出均有双端和单端两种方式。双端输入时，信号同时加到两输入端；单端输入时，信号加到一个输入端与地之间，另一个输入端接地。双端输出时，信号取于两输出端之间；单端输出时，信号取于一个输出端到地之间。因此，差动放大电路有双端输入双端输出、单端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入单端输出四种应用方式。上面两个差动放大器电路均为双端输入双端输出方式。将被电阻接在单桥的被测桥臂上，调节另三个桥臂（比例臂和比较臂）上的已知电阻，使电桥平衡（检流计指零），以此测得被测电阻的大小。通过调节两端电压可将其当作同相或反相放大器，调节W1可以实现差动放大。当正
10、输入端接地负输入端作输入则就成反向放大器反之就成正向放大器，对输入端阻抗要求同原要求一样即近似为0，在技求可应用CMOS低阻抗模似开关进行切换。实验二 金属箔式应变片性能半桥、全桥电路性能比较2.1 实验目的2.1.1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2.1.2 测试应变梁形变的应变输出。2.1.3 比较各种桥路的性能（灵敏度）。2.2 实验原理应变片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。电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，
11、桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4 E R，电桥灵敏度，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、副电源。2.3 实验步骤2.3.1 旋转初始位
12、置（1）直流稳压电源打到V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。下片梁的表面，结构为电阻丝。（2）将差动放大器的（+）、（）输入端与地短接，输出端插口与F/V表的输入插口V相连。开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V表显示为零。再把F/V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F/V表显示为零。关闭主、副电源，F/V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。（3）接图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W电位器，使F/V表显示为零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W电位器，使F/V表显示为零。 图（1）(4) 旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输
13、出电压为零，向上和向下移动各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。根据表中所测数据计算灵敏度S，S = VX ，并在一个坐标图上做出V-X关系曲线。比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。如下表：位移mm5.05.56.06.57.07.5电压mV（半桥）231198.5150.3100.451.90电压mV（全桥）506405304202101.90位移mm8.08.59.09.51010.5电压mV（半桥）-50.1-99.5-149.1-197.2-247.0-293.0电压mV（全桥）-111-211-310-406-500-596(5) 实验完毕，关闭主
14、、副电源，所有旋钮转至初始位置。2.3.2 实验结果分析 根据实验所得数据，我绘制了曲线图，通过曲线可知电桥灵敏度，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。2.3 注意事项2.3.1 稳压电源不要对地短路。2.3.2 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。2.3.3 由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，再从零+ 负的最大值，因此容易造成零点偏移，计算灵敏度时可将正X的灵敏度分开计算，再求平均值。实验三 霍尔式传感器的直流激励特性
15、3.1 实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性。3.2 实验原理霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。3.3 实验步骤（1） 了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装
16、在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。（2） 开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图2-3接线，W1、r为电桥平衡网络。 图2-3（3） 装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。（4） 开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。（5） 上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：X(mm)5.04.54.03.53.0V(v)-6.28-4.46-2.67-1.130X(mm)2.52.01.51.00.5V(v)1.202.483.664.635.68（6） 做出
17、V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。3.4 注意事项（1） 由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。（2） 一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。激励电压不能过2V，以免损坏霍尔片。实验四 热电偶原理及分度表的应用（910型 998B型）4.1 实验目的了解热电偶的原理及分度表的应用。4.2 实验原理热电偶的基本工作原理是热电效应，二者不同的导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这种现象称为热电效应，产
18、生电流的电动势叫做热电动势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教科书）。即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度。则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中采用桶康铜热电偶。所需单元及附件：-15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、水银温度计、主副电源旋钮初始位置：F/V表切换开关到2V档，差动放大器增益最大。4.3 实验步骤4.3.1 了解热电偶原理。4.3.2了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有两个热电偶，它是封装在双平行梁的上梁的上表
19、面和下片梁下表面，两个热电偶串联在一起产生热电动势为二者总和。（1） 按图接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V表显示零，记录下自备温度计的室温。 图4（2）将-V直流电源或可调直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读书E。（3）用自备温度计测出梁上表面热电偶处的温度t并记录下来。（4）根据热电偶的热电动势与温度之间的关系式：Eab（t，t0）=Eab(t,tn)+Eab(tn,t0)其中：t热电偶的热端温度。 t热电偶的冷端温度（室温）。 T零摄氏度（tn=t0）. 1. 热端温度为t，冷端温度为室温时的
20、热电势：Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/*。 2. 热端温度为室温，冷端温度为零摄氏度，铜康铜的热电势：Eab(tn,t0):查以下所附的热电偶自由端为零摄氏度时的热电势和温度的关系即铜康铜热电偶分度表，得到室温时热电势。 3. 计算：热端温度为t，冷端温度为零摄氏度时的热电势，Eab(t,t0),根据计算结果，查分度表得到温度t。 （7）热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只是了解热电偶现象）。（8）实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热电源-15V电源，（各自温度计测出温度后马上拆出-15V电源连接线）其它按钮置原始位
21、置。4.4实验数据分析4.4.1实验数据电偶温度（）343639424647505257热电势（mV）607080901001101201301464.2.2结论分析本实验是用电偶温度传感器来测量温度实验。利用公式Eab（T,To）=Eab（T,Tn）+Eab（Tn，To）其中Eab（T,Tn）部分是通过V/F表测得的，Eab（Tn，To）部分是通过查询分度表得知的。Tn是室温，我们测得是19。4.3 思考题（1）为什么差动放大器接入热电偶后需要在调试放零点？答：因为差动放大器在接入电偶之后，系统的电动势输出不为零。我们要通过热电偶上的电动势来测得环境的温度。因此要再调差放零点。（2）即使采用
22、标准热电偶按本实验方法测量温度也会有较大误差，为什么？答：即使采用标准的热电偶来测温度来是有误差的，因为系统误差和随机误差的影响，系统误差不可避免，随机误差只能尽量减少。.告20201222221100612343KRh5LhEzRG7hgDgA+Qvtb2BKxFxdmDzOrfgmMEBy7/kn1ywAWQ9FmjlvP3ixMio63f73e9c1a290886a3f36bdfa41a5b7cf2)【习题2-5】换填法的处理深度通常宜控制在多少以内? 但也不宜小于多少?(A)3m (B)5m (C)1.5m (D)0.5m【正确答案】(A) (D)【解】通常基坑开挖后，利用分层回填压实
23、，虽也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需要采取降水措施；坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护；以及施工土方量大，弃土多等因素，从而使处理费用增高、工期拖长，因此换填法的处理深度通常宜控制在3m以内，但也不宜小于0.5m，因为垫层太薄，则换土垫层的作用并不显著。【习题2-6】各种材料的垫层设计都近似的按哪种垫层的计算方法进行计算?(A)土垫层 （B）粉煤灰垫层 （C）干渣垫层 （D）砂垫层【正确答案】D【解】虽然不同材料的垫层，其应力分布稍有差异，但从试验结果分析其极限承载力还是比较接近的；通过沉降观测资料发现，不同材料垫层的特点基本相似，故可将各种材料的垫层设计都近似地按砂垫层的计算方
24、法进行计算。【习题2-7】当采用换填法处理地基时，若基底宽度为8.0m，在基底下铺厚度为2.0m的灰土垫层。为了满足基础底面应力扩散的要求，垫层底面宽度应超出基础底面宽度。问至少应超出下列哪一个数值?(A) 0.85m (B)1.56m (C)2.13m (D)2.55m【正确答案】 C【解】垫层设计计算 根据建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）4.2.1款要求，灰土垫层的压力扩散角为280，因此超出宽度应该为：【习题2-10】砂垫层施工控制的关键主要是：(A)虚铺厚度 (B)最大干密度 (C)最优含水量【正确答案】A B C【解】垫层施工质量检验工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求
25、获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数与施工含水量进行控制。【习题2-11】对现场土的压实，应以哪些指标来进行检验?(A)压实系数 （B）施工含水量 （C）铺填厚度 【正确答案】A B【解】工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。其关键在于施工时控制每层的铺设厚度和最优含水量，其最大干密度和最优含水量宜采用击实试验确定。所有施工参数（如施工
26、机械、铺填厚度、碾压遍数、与填筑含水量等）都必须由工地试验确定。在施工现场相应的压实功能下，由于现场条件终究与室内试验不同，因而对现场应以压实系数与施工含水量进行控制。【习题2-12】对粉质粘土、灰土、粉煤灰和砂石垫层的施工质量检验可用哪些方法进行检验?(A)环刀法 (B)贯入仪 (C)静力触探 (D)轻型动力触探 (E)标准贯入试验 (F) 重型动力触探【正确答案】A B C D E【习题3-1】排水固结法由哪几个部分组成?(A)加压系统 (B)砂桩 (C)排水系统 (D)填土 (E)量测系统【正确答案】A C【解】排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同组合而成。排水系统主要在于改变地基
27、原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加压系统，是指对地基施行预压的荷载，它使地基土的固结压力增加而产生固结。【习题3-2】在排水系统中，属于水平排水体的有：（A）普通砂井 （B）袋装砂井 (C)塑料排水带 (D)砂垫层【正确答案】D【解】在排水系统中竖向排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。水平排水带中有砂垫层。【习题3-3】竖向排水体在工程中的应用有：(A)普通砂井 (B)砂垫层 (C)袋装砂井 (D)塑料排水带【正确答案】A C D【解】在排水系统中竖向排水体有普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。水平排水带中有砂垫层。【习题3-5】排水固结法适用于处理下列哪些地基土?(A
28、)淤泥 (B)淤泥质土 (C)泥炭土 (D)冲填土 (E)有机质土 (F)砂性土【正确答案】A B D【解】排水固结法适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和粘性土地基。对于在持续荷载作用下体积会发生很大压缩，强度会明显增长的土，这种方法特别适用。对超固结土，只有当土层的有效上覆压力与预压荷载所产生的应力水平明显大于土的先期固结压力时，土层才会发生明显的压缩。竖井排水预压法对处理泥炭土、有机质土和其他次固结变形占很大比例的土效果较差，只有当主固结变形和次固结变形相比所占比例较大时才有明显效果。【习题3-6】预压法加固下列哪些地基时可不设置竖向排水体?(A)软土层厚度小于4m (B) 软土层厚度超
29、过4m (C)软土层含较多薄粉砂夹层(D)真空预压工程【正确答案】A C【解】预压法处理地基分为堆载预压和真空预压两类，降水预压和电渗排水预压在工程上应用甚少。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。通常，当软土层厚度小于4m时，可采用天然地基堆载预压法处理，软土层厚度超过4m时，为加速预压过程，应采用塑料排水带、砂井等竖井排水预压法处理地基。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。当软土层含较多薄粉砂夹层时，在满足工期要求情况下，可不设置排水竖井。【习题3-7】排水固结法中哪些方法适用于处理很软弱的饱和粘性土地基?(A)降低地下水位法 （B）真空预压法 （C）电渗法 （D
30、）堆载预压法 （E）超载预压法【正确答案】A B C【解】降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，所以它适用于很软弱的饱和粘性土地基。【习题3-8】用于连续薄砂层的排水固结法有哪些；可克服次固结的有哪些?(A)砂井法 (B)堆载法 (C)真空预压 (D)超载法【正确答案】(A B) (D)【解】排水固结法适用于处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和粘性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结可利用超载的方法。真空预压法适用于能在加固区形成(包括采取措施后形成)稳定负压边界条件的软土地基。【习题3-9】真空预压的原理主要有哪些方面?(A) 薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载 (B) 地下水位降低，相应增加附加应力(C)封闭气泡排出，土的渗透性加大 (D)超孔隙水压力的消散【正确答案】A B C【解】真空预压的原理主要反映在以下几个方面：1)薄膜上面承受等于薄膜内外压差的荷载。2)地下水位降低，相应增加附加应力。3)封闭气泡排出，土的渗透性加大。真空预压是在总应力不变的情况下，通过减小孔隙水压力来增加有效应力的方法。真空预压和降水预压是在负超静水压力下排水固结，称为负压固结。 【习题3-1
