傳感器與檢測技術(shù)綜合實驗有數(shù)據(jù)及答案

1、實 驗 報 告 本 課程名稱： 傳感器與檢測技術(shù)綜合實驗 指導教師： 班 級： 姓 名： 學 號： 20132014學年第一學期廣東石油化工學院計算機與電子信息學院實 驗 目 錄實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗實驗四 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實驗實驗五 直流激勵時線性霍爾傳感器的位移特性實驗實驗六 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測電機轉(zhuǎn)速實驗實驗七 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的測電機轉(zhuǎn)速實驗實驗八 電渦流傳感器的位移特性實驗實驗九 光纖傳感器的位移特性實驗實驗十 光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速測量實驗實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、

2、實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化。電橋的作用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)的受力狀態(tài)。對單臂電橋輸出電壓 Uo1= EK/4。三、需用器件與單元：主機箱(4V、15V、電壓表)、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、4位數(shù)顯萬用表（自備）。圖1 應(yīng)變片單臂電橋

3、性能實驗安裝、接線示意圖四、實驗步驟：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逭f明：實驗?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片，沒有文字標記的5個電阻符號下面是空的，其中4個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設(shè)，圖中的粗黑曲線表示連接線。1、根據(jù)圖1應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實驗?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4和加熱器上。傳感器左下角應(yīng)變片為R1；右下角為R2；右上角為R3；左上角為R4。當傳感器托盤支點受壓時，R1、R3阻值增加，R2、R4阻值減小，可用四位半數(shù)顯萬用進行測量判別。常態(tài)時應(yīng)變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。安裝接線。 2、放

4、大器輸出調(diào)零：將圖1實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灒翰鹑シ糯笃鬏斎攵丝诘亩探泳€，將暫時脫開的引線復原(見圖1接線圖)。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1畫出實驗曲線。

5、表1重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)-3-4-6-8-10-11-13-15-16-184、根據(jù)表1計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS 100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負（受壓）應(yīng)變片（3）正、負應(yīng)變片均可以。 實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、基本原理：不同受力

6、方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EK2。三、需用器件與單元：主機箱、應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上。將實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零：用導線將實驗?zāi)０迳系?5v、插口與主機箱電源15v、分別相連，再將實驗?zāi)０逯械姆糯笃鞯膬奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖2 應(yīng)變式傳感器半橋接線

7、圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據(jù)圖2接線。注意R2應(yīng)和R3受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；在應(yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗數(shù)據(jù)填入表2畫出實驗曲線，計算靈敏度S2UW，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。表2重量20406080100120140160180200電壓-4-8-11-15-18-21-25-28-32-35三、思考題：1、半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接

8、入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。2、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理：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。當應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：同實驗二。四、實驗步驟：1、將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點上。將實驗?zāi)０宀顒臃糯笃?/p>

9、調(diào)零：用導線將實驗?zāi)０迳系?5v、插口與主機箱電源15v、分別相連，再將實驗?zāi)０逯械姆糯笃鞯膬奢斎肟诙探?Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖31 全橋性能實驗接線圖2、拆去放大器輸入端口的短接線，根據(jù)圖31接線。實驗方法與實驗二相同，將實驗數(shù)據(jù)填入表3畫出實驗曲線；進行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關(guān)閉電源。表3重量20406080100120140160180200電壓-3-8-13-18-23-28-33-38-4

10、3-48五、思考題：1、測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。2某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖32，如何利用這四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖32應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖實驗四 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實驗一、實驗?zāi)康模毫私獯烹娛綔y量轉(zhuǎn)速的原理。二、基本原理：基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應(yīng)電勢： 發(fā)生變化，因此當轉(zhuǎn)盤上嵌入N個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速。三、需用器件與單

11、元：主機箱、磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、實驗步驟：圖17 磁電轉(zhuǎn)速傳感器實驗安裝、接線示意圖磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實驗除了傳感器不用接電源外，其它完全與實驗十六相同；請按圖17和實驗十六中的實驗步驟做實驗。實驗完畢，關(guān)閉電源。表14V（mm）7.648.669.6910.6511.6912.7113.7114.7115.7016.72n(r/min)1490188018951930236025902750293030953225五、思考題：為什么磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測很低速的轉(zhuǎn)動，能說明理由嗎？實驗五 直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：根據(jù)霍

12、爾效應(yīng)，霍爾電勢UHKHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它的電勢會發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進行位移測量。三、需用器件與單元：主機箱、霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、實驗步驟：1、霍爾傳感器和測微頭的安裝、使用參閱實驗九。按圖14示意圖接線(實驗?zāi)０宓妮敵鼋又鳈C箱電壓表的)，將主機箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關(guān)打到檔。2、檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。圖14 霍爾傳感器(直流激勵)位移實驗接線示意圖3、以某個方向調(diào)節(jié)測微頭2位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實驗起始點；再反方向調(diào)節(jié)測微頭每增加0.2mm記下一個讀數(shù)(建

13、議做4位移)，將讀數(shù)填入表14。表14X（mm）4.03.83.63.43.23.02.82.62.42.2V(mv)-1-0.8-0.4-0.2-0.200.20.40.70.9作出VX曲線，計算不同測量范圍時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗六 霍爾測速實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理：利用霍爾效應(yīng)表達式：UHKHIB，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。三、需用器件與單元

14、：主機箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、實驗步驟：1、根據(jù)圖16將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為23。圖16 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實驗安裝、接線示意圖2、首先在接線以前，合上主機箱電源開關(guān)，將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224旋鈕調(diào)到最小(逆時針方向轉(zhuǎn)到底)后接入電壓表(顯示選擇打到20檔)監(jiān)測大約為.25V；然后關(guān)閉主機箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動電源按圖16所示分別接到主機箱的相應(yīng)電源和頻率轉(zhuǎn)速表(轉(zhuǎn)速檔)的Fin上。3、合上主機箱電源開關(guān)，在小于12范圍內(nèi)(電壓表監(jiān)測)調(diào)節(jié)主機箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源(調(diào)節(jié)電壓改變電機電樞電壓)，觀察

15、電機轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2開始記錄每增加相應(yīng)電機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)(待電機轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù))；畫出電機的(電機電樞電壓與電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系)特性曲線。實驗完畢，關(guān)閉電源。表14V（mm）9.1610.2411.1012.1013.3414.2815.0616.1317.0518.19n(r/min)65086010251205143516101765195021102315作出VX曲線，計算不同測量范圍時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。三、思考題：1、利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上有否限制？2、本實驗裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼？實驗七 電渦流傳感器位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私?/p>

16、電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導體的電阻率、導磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時可以進行位移測量。三、需用器件與單元：主機箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０濉㈦姕u流傳感器、測微頭、被測體(鐵圓片)。四、實驗

17、步驟：1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。測微頭的讀數(shù)與使用可參閱實驗九；根據(jù)圖19安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器并接線。圖19 電渦流傳感器安裝、按線示意圖2、調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂?shù)據(jù)列入表19。表19電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.5V(v)05.027.448.138.258.358.438.498.548.583、根據(jù)表19數(shù)據(jù)，畫出VX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進

18、行正、負位移測量時的最佳工作點(即曲線線性段的中點)，試計算測量范圍為1mm與3 mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測量5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計傳感器？2、用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。實驗八 光纖傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的工作原理和性能。二、基本原理：本實驗采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成Y型光纖，半園分布即雙D分布，一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一束端部與光電轉(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

19、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，另一束光纖接收光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電量大小與間距X有關(guān)，因此可用于測量位移。三、器件與單元：主機箱、光纖傳感器、光纖傳感器實驗?zāi)０?、測微頭、反射面。四、實驗步驟：1、根據(jù)圖24示意安裝光纖位移傳感器和測微頭，二束光纖分別插入實驗?zāi)０迳系墓怆娮?其內(nèi)部有發(fā)光管D和光電三極管T )中；測微頭的安裝、使用可參閱實驗九附：測微頭的組成與使用。其它接線接圖24。圖24 光纖傳感器位移實驗接線圖2、檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)測微頭，使光反射面與型光纖頭輕觸；再調(diào)實驗?zāi)０迳系腞W、使主機箱中的電壓表(顯示選擇開關(guān)打到20檔)顯示為。3、旋轉(zhuǎn)測微頭，被測體離開探頭，每隔0.1mm讀取電壓表顯示值，將數(shù)據(jù)填入表24。根據(jù)表24數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算測量范圍1mm時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。表24光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)X（mm）00.10.20.30.40.50.60.70.80.9V(v)00.040.110.160.220.290.360.420.480.54五、思考題：光纖位移傳感器測位移時