传感器原理与应用标准实验报告.docx
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传感器原理与应用标准实验报告
电子科技大学
实
验
报
告
学生姓名:
徐颂
学号:
2011079160035
课程名称:
传感器原理与应用
指导教师:
彭杰刚
实验地点:
主楼C2-114
实验日期:
年月日
实验评分:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
彭杰刚
实验地点:
主楼c2-114
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验一应变片单臂电桥性能实验
实验学时:
2
实验目的:
了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。
实验原理:
电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。
单臂电桥实验原理如图1-3图
图1-3应变片单臂电桥性能实验原理图
实验器材(设备、元器件):
传感器、系统实验台,计算机、实验电路模板及连接线若干。
实验步骤及内容:
1实验模板中的差动放大器调零:
按图1—6接线,将电压表量程切换开关切换到2V档,合上主机箱电源开关;调节电位器RW3合适位置(先顺时针轻轻转到底,再逆时针回转1圈)后,再调节实验模板放大器的调零电位器RW4,使电压表显示为零。
图1—6差动放大器调零接线示意图
2按图1—7图接线,将±2V~±10V电源调节到±4V档。
合上主机箱电源开关,调节桥路平衡电位器RW1,使电压表显示为零;
3在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置),读取相应的数显表电压值,记下实验数据填入表1。
图1—7应变片单臂电桥实验接线示意图
实验数据及结果分析:
表1-1:
第一次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-6
-9
-13
-17
-21
-26
-30
-35
-40
-45
对应的实验曲线如下图1-1:
图1-1实验曲线图
表1-2第一次实验数据(砝码减少):
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-45
-40
-35
-30
-26
-20
-16
-11
-9
-4
0
对应的实验曲线如下图1-2:
图1-2实验曲线图
表1-3第二次实验数据(砝码增加)
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-5
-9
-14
-19
-24
-29
-34
-39
-44
-50
对应的实验曲线如下图1-3:
图1-3实验曲线图
表1-4第二次实验数据(砝码减少)
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-50
-45
-41
-36
-31
-27
-22
-18
-13
-8
-3
对应的实验曲线如下图1-4:
图1-4实验曲线图
表1-5第二次实验数据(砝码增加)
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-2
-7
-12
-23
-28
-32
-36
-41
-46
-50
对应的实验曲线如下图1-5:
图1-5实验曲线图
表1-6第二次实验数据(砝码减少)
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-50
-45
-41
-36
-31
-27
-22
-17
-13
-8
-1
对应的实验曲线如下图1-6:
图1-6实验曲线图
实验结论:
1.观察六组数据可得输出的电压值与托盘上砝码的重量符合较好的线性关系,非线性误差较小。
2.由于灵敏度S=∆y/∆x,∆y表示输出变化量,∆x表示输入变化量.本实验中∆y即为∆U,∆x即为∆M.可得S=∆U/∆M。
由表1-1到1-6计算可得S1=0.225mv/g;S2=0.225mv/g;S3=0.25mv/g;S4=0.25mv/g;S5=0.25mv/g;S6=0.25mv/g。
平均值即为S=0.242mv/g。
3.单臂电桥时,作为桥臂电阻应变片应选用正应变片。
总结及心得体会:
1.在本实验中,了解了用应变片单臂实验的测试方法。
认识到了应变片的工作原理及性能。
对本实验过程及方法、手段的改进建议:
报告评分:
指导教师签字:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
彭杰刚
实验地点:
主楼c2-114
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验二应变片半桥性能实验
实验目的:
了解应变片半桥(双臂)工作特点及性能。
掌握测量方法。
实验学时:
2
实验原理及内容:
应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。
不同应力方向的两片应变片接入电桥作为邻边,输出灵敏度提高,非线性得到改善。
其桥路输出电压Uo≈(1/2)(△R/R)E=(1/2)KεE。
图2—1应变片半桥特性实验原理图
实验器材(设备、元器件):
传感器、系统实验台,计算机、实验电路模板及连接线若干。
实验步骤:
1、实验模板中的差动放大器调零:
(实验方法同实验一)
2、按图2—2示意图接线。
3、将±2V~±10V可调电源调节到±4V档。
检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1,使主机箱电压表显示为零;在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置),读取相应的数显表电压值,记下实验数据填入表2。
图2—2应变片半桥实验接线示意图
实验数据及结果分析:
实验数据如下:
表2-1:
第一次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
10
19
27
35
45
54
62
72
85
96
对应的实验曲线如图2-1:
图2-1实验曲线图
表2-2第一次实验数据(砝码减少)
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
96
88
79
72
64
55
46
37
28
19
9
对应的实验曲线如图2-2:
图2-2实验曲线图
表2-3:
第二次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
9
15
24
33
41
51
61
68
77
86
对应的实验曲线如图2-3:
图2-3实验曲线图
表2-4第二次实验数据(砝码减少)
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
86
75
66
57
48
40
31
22
13
4
-5
对应的实验曲线如图2-4:
图2-4实验曲线图
表2-5:
第二次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
7
19
27
36
41
50
60
67
75
83
对应的实验曲线如图2-5:
图2-5实验曲线图
表2-6第二次实验数据(砝码减少)
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
83
75
67
61
51
41
32
24
16
8
0
对应的实验曲线如图2-6:
图2-6实验曲线图
实验结论:
1.半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时,应按
图2—1应变片半桥特性实验原理图所示,放在邻边。
2.观察六组数据可得输出的电压值与托盘上砝码的重量符合较好的线性关系,非线性误差较小。
3.由于灵敏度S=∆U/∆M。
由表2-1到2-6计算可得S1=0.48mv/g;S2=0.435mv/g;S3=0.43mv/g;S4=0.455mv/g;S5=0.415mv/g;S6=0.415mv/g。
平均值即为S=0.438mv/g。
显然应变片半桥接法使得应变片的灵敏度提高一倍。
总结及心得体会:
1.由于半桥测量原理上存在非线性,使得桥路(差动电路)测量时存在非线性误差。
2.
对本实验过程及方法、手段的改进建议:
报告评分:
指导教师签字:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
彭杰刚
实验地点:
主楼c2-114
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验三应变片全桥性能实验
实验学时:
2
实验目的:
了解应变片全桥工作特点及性能。
掌握测量方法。
实验原理及内容:
应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。
应变片全桥测量电路中,将应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。
当应变片初始阻值:
R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压Uo≈(△R/R)E=KεE。
其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性得到改善。
图3—1应变片全桥性能实验接线示意图
需用器件和单元:
传感器、系统实验台,计算机、实验电路模板及连接线若干。
实验步骤:
1、实验模板中的差动放大器调零:
(实验方法同实验一)
2、按图3—2示意图接线。
3、将±2V~±10V可调电源调节到±4V档。
检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节实验模板上的桥路平衡电位器RW1,使主机箱电压表显示为零;在传感器的托盘上依次增加放置一只20g砝码(尽量靠近托盘的中心点放置),读取相应的数显表电压值,记下实验数据填入表3。
图3—2应变片全桥性能实验接线示意图
实验数据及结果分析:
实验数据如下:
表3-1:
第一次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-11
-26
-44
-63
-81
-100
-118
-135
-154
-172
对应的实验曲线如图3-1:
图3-1实验曲线图
表3-2第一次实验数据(砝码减少):
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-172
-154
-135
-117
-98
-80
-62
-43
-25
-7
10
对应的实验曲线如图3-2:
图3-2实验曲线图
表3-3:
第二次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-14
-29
-47
-65
-83
-102
-120
-139
-157
-175
对应的实验曲线如图3-3:
图3-3实验曲线图
表3-4第二次实验数据(砝码减少):
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-175
-157
-138
-120
-102
-83
-65
-47
-28
-10
7
对应的实验曲线如图3-4:
图3-4实验曲线图
表3-5:
第三次实验数据(砝码增加):
重量(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压(mv)
0
-22
-33
-48
-63
-78
-99
-109
-131
-147
-162
对应的实验曲线如图3-5:
图3-5实验曲线图
表3-6第二次实验数据(砝码减少):
重量(g)
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
电压(mv)
-162
-145
-131
-114
-98
-85
-67
-51
-34
-15
0
对应的实验曲线如图3-6:
图3-6实验曲线图
实验结论:
根据实验数据可求得:
非线性误差=(0.1/200)×100%=0.05%
2.由于灵敏度S=∆U/∆M。
由表3-1到3-6计算可得S1=0.86mv/g;S2=0.91mv/g;S3=0.875mv/g;S4=0.91mv/g;S5=0.81mv/g;S6=0.81mv/g。
平均值即为S=0.8625mv/g。
显然应变片全桥接法使得应变片的灵敏度提高一倍。
总结及心得体会:
对本实验过程及方法、手段的改进建议:
报告评分:
指导教师签字:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
实验地点:
主楼c2-114
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验八线性霍尔传感器位移特性实验
实验学时:
2
实验目的:
了解霍尔式传感器原理与应用。
实验原理及内容:
在半导体薄片两端通以控制电流I、并在薄片的垂直方向施加磁场强度为B的磁场,那么在垂直于电流和磁场的方向上将产生电势UH(称为霍尔电势或霍尔电压)。
这种现象称为霍尔效应。
(a)工作原理(b)实验电路原理
霍尔式位移传感器工作原理图
实验器材(设备、元器件):
传感器、系统实验台,计算机、实验电路模板及连接线若干。
实验步骤
1、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。
按图8-3示意图安装、接线,将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档,±2V~±10V(步进可调)直流稳压电源调节到±4V档。
2、检查接线无误后,开启主机箱电源,松开安装测微头的紧固螺钉,移动测微头的安装套,使传感器的PCB板(霍尔元件)处在两园形磁钢的中点位置(目测)时,拧紧紧固螺钉。
再调节RW1使电压表显示0。
3、测位移使用测微头时,当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差,为消除这种机械回差可用单行程位移方法实验:
顺时针调节测微头的微分筒3周,记录电压表读数作为位移起点。
以后,反方向(逆时针方向)调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格),每隔△X=0.25mm从电压表上读出输出电压Vo值,将读数填入表8(这样可以消除测微头的机械回差)。
图8—3霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图
实验数据及结果分析:
X:
位移量。
V1:
第一次实验测到的输出电压值。
V2:
第二次实验测到的输出电压值。
实验数据如下:
表8-1:
霍尔传感器(直流激励)位移实验数据表(V1,V2)
x=21.4mm-11.4mm△x=0.5mm
X(mm)
11.4
11.9
12.4
12.9
13.4
13.9
14.4
14.9
15.4
V1(mV)
0.689
0.601
0.584
0.530
0.458
0.327
0.261
0.196
0.135
V2(mV)
0.696
0.625
0.569
0.519
0.460
0.334
0.265
0.200
0.135
X(mm)
15.9
16.4
16.9
17.4
17.9
18.4
18.9
19.4
19.9
V1(mV)
0.069
0
-0.069
-0.139
-0.206
-0.277
-0.348
-0.416
-0.467
V2(mV)
0.078
0.006
-0.064
-0.136
-0.203
-0.273
-0.348
-0.418
-0.488
X(mm)
20.4
20.9
21.4
V1(mV)
-0.519
-0.631
-0.705
V2(mV)
-0.561
-0.632
-0.707
实验曲线如下:
霍尔传感器(直流激励)位移实验曲线
表8-2:
霍尔传感器(直流激励)位移实验数据表(V1,V2)
x=12.5mm-7.5mm△x=0.25mm
X(mm)
7.5
7.75
8
8.25
8.5
8.75
9
9.25
9.5
V1(mV)
1.590
1.397
1.222
1.056
1.896
0.738
0.588
0.434
0.291
V2(mV)
1.610
1.418
1.244
1.073
0.912
0.754
0.610
0.453
0.307
X(mm)
9.75
10
10.25
10.5
10.75
11
11.25
11.5
11.75
V1(mV)
0.172
0.010
-0.165
-0.311
-0.483
-0.645
-0.818
-0.992
-1.172
V2(mV)
0.159
0.007
-0.145
-0.296
-0.459
-0.621
-0.795
-0.942
-1.136
X(mm)
-12
-12.25
-12.5
V1(mV)
-1.358
-1.514
-1.665
V2(mV)
-1.319
-1.482
-1.645
实验曲线如下:
霍尔传感器(直流激励)位移实验曲线
实验结论:
1.由两个实验的四组数据可知
观察可知存在一定的线性型关系
总结及心得体会:
1.了解霍尔式传感器原理与应用
2.学会了实验方法提高了实际动手能力
对本实验过程及方法、手段的改进建议:
报告评分:
指导教师签字:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
蒋毅
实验地点:
主楼c2-114实验时间:
2013/6/16
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验九开关式霍尔传感器测转速实验
实验学时:
1
实验原理:
开关式霍尔传感器测转速原理框图
开关式霍尔传感器是线性霍尔元件的输出信号经放大器放大,再经施密特电路整形成矩形波(开关信号)输出的传感器。
开关式霍尔传感器测转速的原理框图所示。
当被测圆盘上装上6只磁性体时,圆盘每转一周磁场就变化6次,开关式霍尔传感器就同频率f相应变化输出,再经转速表显示转速n。
实验目的:
了解开关式霍尔传感器测转速的应用。
实验内容:
开关式霍尔传感器测转速实验。
实验器材(设备、元器件):
传感器、系统实验台,计算机、实验电路模板及连接线若干、转动源。
实验步骤:
1、根据图将霍尔转速传感器安装于霍尔架上,传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2~3mm。
2、将主机箱中的转速调节电源0~24V旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(电压表量程切换开关打到20V档);其它接线按图所示连接(注意霍尔转速传感器的三根引线的序号);将频频\转速表的开关按到转速档。
3、检查接线无误后合上主机箱电源开关,在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变直流电机电枢电压),观察电机转动及转速表的显示情况。
实验数据及结果分析:
开关式霍尔传感器测转速实验数据表
电压/v
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
转.min
400
620
860
1080
1300
1560
1790
2030
2260
2490
2700
转.min
400
630
870
1100
1320
1560
1800
2030
2250
2500
2720
实验曲线如下
实验结论:
1.利用开关式霍尔传感器测转速时被测对象必须是磁导体材料。
2.电路需要满足的条件是:
被测物能够阻挡或透过或反射霍尔信号,一般都是一个发射头一个接收头若发射接收安装在同侧,则被测物必须能反射该信号,发射接收安装在对侧,则被测物必须能阻挡透过该信号。
3.由实验数据及曲线可知,转速与转速调节电压呈现较好的线性关系,随转速电压的增大,转速成正比例增大。
4.转动源的正负输入端不能接反,否则可能击穿里面的晶体管。
5.转动源的输入电压不能太大,否则容易烧毁电机。
6.转动源的输入电压不可太低,否则由于电机转矩不够大,不能带动转盘,长时间也能烧坏电机。
总结及心得体会:
1.通过本实验的学习,我了解开关式霍尔传感器测转速的原理、性能、应用以及需注意的各项指标。
对本实验过程及方法、手段的改进建议:
报告评分:
指导教师签字:
电子科技大学
实验报告
学生姓名:
徐颂学号:
2011079160035指导教师:
蒋毅
实验地点:
主楼c2-114实验时间:
2013/6/16
实验室名称:
传感器实验室
实验项目名称:
实验十一光电传感器测转速实验
实验学时:
1
实验原理:
光电式转速传感器有反射型和透射型二种,本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦),传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管,发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号,由于转盘上有均匀间隔的6个孔,转
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