汽车测试基础实验指导书-2.doc

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交通与汽车工程学院
《汽车测试基础》
实验指导书

适用专业： 车辆工程、汽车服务工程、
发动机、交通运输
课程代码： 6011169
学时： 8+4 学分:
编写单位： 汽车工程系
编 写 人:
审 核 人:
审 批 人：

目 录
实验一 常用传感器原理及特性……………………… ………………… 3
实验二 电桥特性验证………………………………… ………………… 7
实验三 微机检测与转换-数据采集系统…………… ………………… 11
实验四 一元线性回归分析……………………………………………………… 12
实验五 一元非线性回归分析………………………………………………… 14
实验报告格式及要求…………………………………………………………… 17
主要参考文献 ……………………………………………………………………… 18

实验一 常用传感器原理及特性（001）
一、 实验目的和任务
1、 通过本实验，使学生充分理解常用传感器的工作原理及工作特性,使学生能正确地根据测试要求选择传感器.
2、 了解热电偶传感器、差动变压器（互感式）、霍尔式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器的工作原理和特性
二、 实验仪器、设备及材料
GYS传感器实验台、导线、示波器
三、 实验原理及步骤
1、 热电偶传感器
实验原理:热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度(一般固定冷端为室温或），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本实验中热电偶为铜－康铜热电偶。
数字电压表
差动放大器
实验连线:

热电偶

实验步骤：
1） 上图连接实验装置。
2） 开电源，设置差动放大器增益为100倍（顺时针方向旋到底），调节调零电位器，使差动放大器的输出为零。
3） 打开加热器(一端接—15V，一端接地），观察加热器温度上升时，差动放大器的输出电压的变化.
表1

2﹑差动变压器(互感式）
实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图11A。

实验步骤：
（1）按图13接线,开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度钮，使音频振荡器的输出为峰一峰值2V.

(2）将测量系统调零:将F/V表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0。1—0.5ms（以合适为宜）Y轴CH1和CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间幅度。开启主、副电源,调节电桥网络中的W1和W2，使F/V表和示波器显示最小,再把F/V表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使F/V表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（F/V表显示值与示波器图形不完全相符进二者兼顾即可）。再用手极轻按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个极小位移，调节移相器的移相旋钮,使示波器显示全波检波的图形。放手后，示波器图形基本形成一条直线。
（3）适当调整差动放大器的放大倍数，使在秤平台上放上数量的砝码时电压表指示不溢出。
（4）去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码,读出表头读数,记下实验数据，填入下表：

Wp

Vp—p(V)

(5）去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物,记下电压表读数.关闭主、副电源。
（6）利用所得数据,求得系统灵敏度及重物的重量。
注意事项:
（1）砝码不宜太重,以免梁端位移过大.
（2）砝码应放在平台中间部位,为使操作方便，可将测头卸掉。
3、霍尔式传感器
工作原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时,霍尔元件就有电势输出。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。
-2V
+2V
-
+

-2V
+2V

R

实验步骤： R
1）如图进行设备的连线。装上测微头，调节振动圆盘上、下位置,使霍尔元件位于梯度磁场中间.
2） 调节测微头和电桥旁的,使差动放大器的输出为零.上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。
3）上、下移动测微头各3.5mm，每变化0。5mm读取相应的电压值.列表并作出V—X曲线,求出灵敏度及线性。
X（mm）

V（v)

4、磁电式传感器
工作原理：磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器.根据电磁感应定律,n匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通 的变化率： 。仪器中的磁电式传感器由动铁心与感应线圈组成,永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场,当动铁与线圈有相对运动时,线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。
实验连线:
磁电式传感器
激振1
低频振荡器的输出端

示波器

实验步骤：
1） 按图进行设备的连线。
2） 启电源，调节振荡频率和幅度,观察输出波形。
5、压电式传感器
实验连线：
激振2
低频振荡器的输出端
压电式传感器
低通滤波器
示波器

接地
实验步骤：
1） 如图进行设备的连线。
2） 开启电源,调节振荡频率和幅度，观察输出波形
6、光电式传感器
实验原理:光电开关由红外发射、接收及整形电路组成，为遮断式工作方式。
实验步骤：
1） 电传感器“光电”端接光电变换器 端,V0接示波器和电压/频率表2KHz.
2） 开启电源,打开电机开关,调节电机转速。
3） 用示波器观察光电转换器，并读出波形频率，与频率表所示频率比较。
4） 电机转速 ＝ 方波频率 2
5） 将一较强光源照射仪器转盘上方,观察测试方波是否正常.
6） 由此可以得出结论,光电开关受外界影响较小，工作可靠性较高。
四、 实验注意事项
五、 思考题
（1)根据实验结果,可以知道激振台的自振频率大致多少?
（2)试回答压电式传感器的特点.比较磁电式传感器输出波形的相位差△ 大致为多少，为什么？

实验二 电桥特性的验证（002）
一、 实验目的
验证单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度特性。
二、 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，当测件受力变形时，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,转换成电信号输出并显示。
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ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，当使用一个应变片时 ;当用二个应变片组成差动状态工作时，则有 ；用四个应变片组成两个差动对工作，且R1=R2=R3=R4=R时，。
由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
三、 实验所需部件
直流稳压电源（+4V档）、电桥电阻、差动放大器、应变片、测微头、电压表及实验导线。
四、 实验步骤
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)，“+、－”输入端用实验导线对地短路。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，然后拔掉实验导线。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)将实验部件用实验导线连接成单臂测试桥路.桥路中R1、R2、R3为电桥中的固定电阻，R1=R2=R3=350Ω，WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片）.直流激励电源为 +4V.
测微头装于悬臂梁中前端的永久磁钢上，并调节使应变片梁处于基本水平状态。

图（1)
３、确认无误后，开启仪器电源,并预热数分钟。
调整电桥WD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和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，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。根据所测数据计算灵敏度S，S=ΔV/Δx。
位移mm

电压 V

５、半桥测试系统。不变动差动放大器增益和调零电位器，按图（2）接成半桥电路。

图（２)
６、重复实验中第3到第4步骤，测出输出电压并列表,计算灵敏度。
７、全桥测试系统。不变动差动放大器增益和调零电位器，按图（3）接成全桥电路。

图（３)
８、重复实验中第3到第4步骤，测出全桥输出电压并列表，计算灵敏度。
９、在同一坐标上描出V－x曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
五、 注意事项
1、 实验前应检查接线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2、 实验导线插入插孔时轻轻地做一小角度地转动,以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接线尾部，以免造成线内导线断裂。
3、 稳压电源不要对地短路。
4、 对半桥、全桥，应变片接入电桥时，注意其受力.
5、 在更换应变片时应将电源关闭.
6、 在实验过程中如有发现电压表发生过载,应将电压量程扩大。
7、 在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作.
8、 直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。
9、 接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向
附：实验仪器相关面板图：
面板上部

面板下部

电　　桥　　　　　差　动　放　大　器

注:相同标号的端点应用实验导线连接在一起
六、 思考题
1、 何谓电桥灵敏度？
2、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？

实验三 微机检测与转换--——数据采集处理（003）
一、实验目的
微机测试系统中,数据采集和分析处理是重要的两部分.通过实验仪用A/D采集卡和实验软件对传感器测试系统测量到的电信号进行分析处理，可以得到这方面的初步知识。
二、实验设备
微机、振动测试台
三、实验原理及步骤
实验步骤：
1、 运行TextMain软件，启动振动测试软件。
2、 进入动态采样分析。
3、 点击采用开始按钮，进行采用频率和采样点的设置。
4、 当质量块振荡起来后，点击开始采样按钮，得到测试信号.
5、 对测试信号进行频谱分析，观察其频谱特点。
四、思考题
1、该质量弹簧系统的固有频率为多少?其理论计算公式？

实验四 一元线性回归分析
六、 实验目的和任务
1、 一元线性回归方程的求解。
2、 回归直线的显著性检验

七、 实验仪器、设备及材料
1．CPUPIII1000HZ，内存64MB RAM，1G硬盘空间计算机;
2．安装Visual Basic 6.0;
八、 实验原理及步骤
1、 在VB程序中，将原始数据用二维XY图绘制出来；
x
1
3
8
10
13
15
17
20
y
7。5
10。1
14.8
17。5
20.2
22.4
25.1
27。6

2、 观察其是否近似为直线关系，如果是，则利用一元线性回归分析进行直线拟合，y＝a+bx；
3、 利用最小二乘法，计算a，b参数；

4、 在图中适当位置，标出拟合后的直线方程;
5、 采用相关系数检验进行回归直线的显著性检验

九、 思考题
上面a、b参数的计算公式是怎么得出的？
十、 相关编程说明
1、Scale(x1,y1） –(x2,y2） 给出用户坐标系统的左上角 与右下角坐标。例如：scale(—1,30） –(20，-1)
2、画点函数 Pset（x,y)
3、画线函数 Line(x1,y1）-(x2,y2）
4、VB的界面安排由编程者自己决定，比如:可以加入一些“按钮”控件，设置画线、画点的颜色、线型等.

六、实验报告内容：
1、按学院实验报告的格式要求,编写上机报告,将具体结果写入报告；
2、完成思考题。
3、在报告中写出本次实验的心得体会.

实验五 一元非线性回归分析
一、 实验目的和任务
1、 异常数据的取舍
2、 一元非线性回归方程的求解。

二、 实验仪器、设备及材料
1．CPUPIII1000HZ,内存64MB RAM，1G硬盘空间计算机;
2．安装Visual Basic 6。0;
三、 实验原理及步骤
1. 在VB程序中,将原始数据用二维XY图绘制出来；
x
11
13
15
18
20
23
25
28
30
32
35
y
45
34
30
26
23
20.2
23
19
18
17.6
15

2。 观察数据曲线，是否有异常数据？如有，按照相关准则，进行取舍。
3。 去掉异常数据，观察曲线类型，利用非线性曲线→ 直线的方法，再利用一元线性回归分析进行直线拟合，最后得到曲线方程。
4． 在图中适当位置，标出拟合后的曲线方程；
四、 思考题
异常数据的取舍方法有哪些？
五、 相关编程说明
1、Scale（x1,y1) –（x2，y2) 给出用户坐标系统的左上角 与右下角坐标.例如：scale(—1，30) –(20,-1)
2、画点函数 Pset(x，y)
3、画线函数 Line(x1，y1)—(x2,y2)
4、VB的界面安排由编程者自己决定，比如：可以加入一些“按钮”控件，设置画线、画点的颜色、线型等。
5 、拉依达准则(3s 准则）

六、实验报告内容:
1、按学院实验报告的格式要求，编写上机报告,将具体结果写入报告；
2、完成思考题。
3、在报告中写出本次实验的心得体会.

实验报告格式及要求

实验报告要求按照西华大学交通与汽车工程学院《20060914汽车学院实践教学环节质量标准及日常运行用表》中的相关规定和格式进行。实验指导书后的思考题按照老师所指定的题目进行回答。另外:
１、 实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真填写在有关表格中。
２、 根据实验目的和要求，对实验数据进行整理计算，并将计算结果填写在相应的表格中.
３、 要求书写整洁，字体端正。
４、 曲线的绘制及其方法：
试验曲线的绘制方法，一般以自变量（转速或负荷）作为横坐标，以因变量（随转速或负荷的改变而得到的有关性能参数）为纵坐标，找出它们的交点，用符号（△、○、×、□等）标在坐标纸上,然后用曲线尺将各交点平滑连接起灭，就得到所需要的曲线。曲线应尽可能通过尽量多的点,而且尽可能靠近那些未能通过的点，并使曲线上下点离曲线距离大致相等， 要注意在平滑连接的过程中,也不能掩盖曲线的局部真实走向，必要时增补测量点.曲线过测量点时不要压在符号上，应断开并与符号连接上。
对于不相关的数值，相邻两点没有连接的变化关系，符号与符号之间用直线连接，构成折线。这里要说明的是：如有个别测量的确不平滑的曲线上，则可能是由于系统误差或测量误差所引起的。
在绘制曲线时，一定要选择正确、合理的比例尺，否则曲线的形状也会不连接、不平滑、不美观。在此建议使用的比例尺如附表所示。

主要参考文献

1、唐岚，汽车测试基础，北京：机械工业出版社，2006
2、李杰敏，汽车拖拉机试验学，北京：机械工业出版社,2000
3、曹青等 visual basic 程序设计教程 北京：机械工业出版社，2002

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