传感器与检测技术技术实验报告.docx
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传感器与检测技术技术实验报告
2014年传感器与检测技术技术实验报告
天津广播电视大学武清分校
《传感器与测试技术》
实验报告
姓名:
学号:
1312001203766
班级:
13春机械本
实验一:
电涡流式传感器实验
一、实验目的
1、了解电涡流传感器的实际应用。
2、了解电涡流传感器在静态测量中的应用。
3、了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。
4、通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。
5、通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。
二、实验电路图及原理:
图
(1)
电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成,当线圈中通以高频交变电流后,与其平行的金属片上感应产生电涡流,电涡流的大小影响线圈的阻抗Z,而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。
当平面线圈、被测体(涡流片)、激励源已确定,并保持环境温度不变,阻抗Z只与X距离有关。
将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出,则输出电压是距离X的单值函数。
三、实验所需部件:
测微头、示波器、电压表、电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、三种金属涡流片。
四、实验步骤:
1.按图连线,差动放大器调零,将电涡流传感器对准金属圆盘。
2.旋转测微器旋钮移动振动台,使电涡流传感器与金属片接触,此时涡流变换器的输出电压为零,由此开始向上旋转测微器旋钮,每隔0.5mm用电压表读取变换器的输出电压,将数据填入表1。
3.分别将铜片和铝片代替铁片,重复2的实验结果分别填入表2和表3。
4.将电涡流传感器连支架移到金属转盘上方,调整到其端面距盘面0.5~1.0mm处,注意保持其端面与盘面的平行,不可碰擦。
5.涡流变换器的输出端与数字频率表相连,开启电机,调节转速,则电机转速可由下式得到:
电机转速=频率表显示值/金属转盘等分值×2(本实验中等分值为4)
五、实验数据及分析:
表1电涡流传感器对铁片的输出特性
距离(mm)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出(v)
-2.03
-2.53
-2.99
-3.40
-3.76
-4.06
-4.33
-4.54
-4.71
-4.89
-5.02
-5.12
表2电涡流传感器对铜片的输出特性
距离(mm)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出(v)
-3.14
-3.30
-3.85
-4.28
-4.56
-4.80
-5.00
-5.12
-5.21
-5.31
-5.40
-5.45
表3电涡流传感器对铝片的输出特性
距离(mm)
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
输出(v)
-3.78
-4.19
-4.51
-4.75
-4.95
-5.11
-5.20
-5.30
-5.39
-5.45
-5.48
-5.53
实验二:
电阻应变式传感器实验
一.实验目的
1、熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用。
2、比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度。
3、通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理。
4、比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度。
二.实验内容
1、半导体应变式传感器位移测量电路。
2、单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路。
三.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,然后拔掉实验线。
调零后电位器位置不要变化。
如需使用毫伏表,则将毫伏表输入端对地短路,调整“调零”电位器,使指针居“零”位。
拔掉短路线,指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。
调零后关闭仪器电源。
2、按图
(1)将实验部件用实验线连接成测试桥路。
桥路中R1、R2、R3、和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。
图
(1)
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上,并调节使应变梁处于基本水平状态。
3、接线无误后开启仪器电源,预热数分钟。
调整电桥WD电位器,使测试系统输出为零。
(1)旋动测微头,带动悬臂梁分别作向上和向下的运动,以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点,向上和向下移动各6mm,测微头每移动1mm记录一个差动放大器输出电压值,并列表。
(2)计算各种情况下测量电路的灵敏度S。
S=△U/△x
表1金属箔式电阻式应变片单臂电桥
位移x(mm)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0(mV)
120
85
54
30
4
-34
-74
-108
-147
-184
-235
平均灵敏度S(mV/mm)
35.5
表2金属箔式电阻式应变片双臂电桥
位移x(mm)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0(mV)
236
180
123
59
0
-53
-108
-163
-222
-282
-339
平均灵敏度S(mV/mm)
57.5
表3半导体应变片双臂电桥
位移x(mm)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
输出U0(mV)
5580
4050
2610
1290
10
-980
-2370
-3770
-5300
-6810
-8360
平均灵敏度S(mV/mm)
1394
实验三:
电容式传感器的位移实验
一、实验目的:
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理:
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε(介电常数)、A(极板面积)、d(极板距离)三个参数中,保持二个参数不变,而只改变其中一个参数,就可使电容的容量(C)发生变化,通过相应的测量电路,将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器,如:
①变ε的湿度电容传感器。
②变d的电容式压力传感器。
③变A的电容式位移传感器。
本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
图4-1电容传感器位移实验接线图
三、器件与单元:
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤:
1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板,实验线路见图4-1。
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接,电压表量程置2V档,Rw调节到中间位置。
4、接入±15V电源,将测微头旋至10mm处,活动杆与传感器相吸合,调整测微头的左右位置,使电压表指示最小,并将测量支架顶部的镙钉拧紧,旋动测微头,每间隔0.2mm记下输出电压值(V),填入表4-1。
将测微头回到10mm处,反向旋动测微头,重复实验过程。
表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系
X(mm)
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
9.4
9.6
9.8
10
V(mv)
34.3
30.5
27
23.6
20.2
16.9
13.4
10.4
6.8
3.4
0.0
X(mm)
12
11.8
11.6
11.4
11.2
11
10.8
10.6
10.4
10.2
V(mv)
-30.7
-27.7
-24.8
-21.6
-18.5
-15.6
-12.4
-9.4
-6.2
-3.1
5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf,分析误差来源。
灵敏度S=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm
误差来源:
(1)原理上存在非线性误差。
(2)电容式传感器产生的效应是非线性的。
(3)零点偏移。
五、思考题:
试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器,能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素?
答:
(1)图所示电容式谷物传感器,用来测量谷物湿度。
由于谷物摩擦力较大,容易滞留,故一般不采用双层电极,而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极。
(2)谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化,电容变化和介电常数ε变化的关系:
△C=2π△εA/δ(A和δ已知)
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