傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)踐

1、2012年6月鄭州大學(xué)自考本科助學(xué)考試傳感器與檢測(cè)技術(shù)（實(shí)踐） (課程代碼 2203 )院 系 專 業(yè) 年 級(jí) 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 總分實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)五評(píng)閱人實(shí)驗(yàn)成績(jī)復(fù)查人年 月 日目 錄實(shí)驗(yàn)一：應(yīng)變式傳感器測(cè)力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二：差分變壓器式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三：電渦流式傳感器位移和轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四：電容式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五：霍爾式傳感器位移和轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一：應(yīng)變式傳感器測(cè)力實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、觀察和分析電阻的應(yīng)變效應(yīng)； 2、熟悉應(yīng)變電阻橋的各種接法及特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 熟悉實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程。2、 應(yīng)變電阻橋的接法；3、了解應(yīng)變式傳感器的結(jié)構(gòu)；4、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、，確定出力的大小。儀器與材料：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數(shù)顯表、±15v電源、±4v電源、萬(wàn)用表。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)（一）:單臂電橋1、 根據(jù)圖(1),應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板左上方的r1、r2、r3、r4標(biāo)志端。加熱絲也接于模板上，可用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量判別，r1=r2=r3=r4=350，加熱絲阻值約為50左右。圖1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖2、實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零，方法為:接入模板電源±15v(從主控箱引入)，檢查無(wú)誤后合上主控箱電源開(kāi)關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逶鲆嬲{(diào)節(jié)電位器rw3順時(shí)針調(diào)節(jié)到大致中間位置，將

3、差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯電壓表輸入端vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器rw4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開(kāi)關(guān)打到2v檔)，完畢關(guān)閉主控箱電源。3、參考圖（2）接入傳感器，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片r1(即模板左上方的r1)接入電橋作為一個(gè)橋臂，它與r5、r6、r7接成直流電橋(r5、r6、r7在模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器rw1，接上橋路電源±4v(從主控箱引入)，檢查接線無(wú)誤后，合上主控箱電源開(kāi)關(guān)，先粗調(diào)節(jié)rw1，再細(xì)調(diào)rw4使數(shù)顯表顯示為零。圖2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖4、在傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼

4、并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表（1）。實(shí)驗(yàn)（二）:半橋1、接線時(shí)，r1、r2接實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意r2應(yīng)和r1受力狀態(tài)相反，即橋路的鄰邊必須是傳感器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應(yīng)變片。接入橋路電源±4v，先粗調(diào)rw1，再細(xì)調(diào)rw4，使數(shù)顯表指示為零。注意保持增益不變。2、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表（1），計(jì)算靈敏度s=v/w，非線性誤差f2。若實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)值變化很小或不變化，說(shuō)明r2與r1為受力狀態(tài)相同的兩片應(yīng)變片，應(yīng)更換其中一片應(yīng)變片。實(shí)驗(yàn)（三）:全橋?qū)1、r2、r3、r4應(yīng)變片接成全橋，注意受力狀態(tài)不要接錯(cuò)調(diào)節(jié)零位旋鈕rw1，并細(xì)調(diào)rw4使電壓表指示為零

5、，保持增益不變，逐一加上砝碼。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。表1輸出電壓與負(fù)載重量的關(guān)系重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）單臂3.3 6.8 10.3 13.8 17.3 20.6 24.1 27.6 30.8 34.3 電壓（mv）半橋6.9 13.9 20.8 27.8 34.7 41.8 48.8 55.8 63.2 70.1 電壓（mv）全橋13.9 27.7 41.7 55.5 69.4 83.3 97.2 110.6 124.8 138.9 計(jì)算系統(tǒng)靈敏度ss單=v/w=（34.3-3.3）/9/20=0.172 s半=v/

6、w=（70.1-6.9）/9/20=0.351s全=v/w=（138.9-13.9）/9/20=0.694實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)e和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：實(shí)驗(yàn)二：差分變壓器式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握運(yùn)用差分變壓器構(gòu)成小位移測(cè)量的結(jié)構(gòu)和原理； 2、觀察零點(diǎn)殘余電壓對(duì)傳感器輸出特性的影響； 3、了解差分變壓器的交流輸出特性和直流輸出特性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、按電路圖連接好電路； 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)出位移量的大小； 3、分析交流輸出特性和直流輸出特性。儀器與材料：差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏

7、檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測(cè)微頭。實(shí)驗(yàn)步驟：1. 差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)狀態(tài)，按圖（1）接線，音頻振蕩器lv端做為恒流源供電，差動(dòng)放大器增益適度。差動(dòng)變壓器的兩個(gè)線圈和電橋上的兩個(gè)固定電阻r組成電橋的四臂，電橋的作用是將電感變化轉(zhuǎn)換成電橋電壓輸出。2、旋動(dòng)測(cè)微頭使銜鐵在線圈中位置居中，此時(shí)l0=l0，系統(tǒng)輸出為零。3、當(dāng)銜鐵上、下移動(dòng)時(shí)，l0l0，電橋失衡就有輸出，大小與銜鐵位移量成比例，相位則與銜鐵移動(dòng)方向有關(guān)，銜鐵向上移動(dòng)和向下移動(dòng)時(shí)輸出波形相位相差約1800，由于電橋輸出是一個(gè)調(diào)幅波，因此必須經(jīng)過(guò)相敏檢波器后才能判斷電壓極性，以銜鐵位置居中為起點(diǎn)，分別向上、向下各位移2

8、mm，記錄v，x值，做出vx曲線，求出靈敏度。圖（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)果：位移mm0.000.250.500.751.001.251.501.752.00電壓 v0.005.766.126.426.717.317.458.008.78位移 mm0.00-0.25-0.50-0.75-1.00-1.25-1.50-1.75-2.00電壓 v0.00-5.80-6.08-6.38-6.74-7.27-7.43-7.97-8.82根據(jù)所得數(shù)據(jù)，制得x-u曲線圖如下：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及x-u圖可求得靈敏度： s=u/x=0.00235實(shí)驗(yàn)小結(jié)：實(shí)驗(yàn)三：電渦流式傳感器位移和轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解電渦

9、流式傳感器的原理及工作特性； 2、掌握用電渦流式傳感器測(cè)量振幅的原理和方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、按電路圖連接電路； 2、測(cè)量出振幅的大??； 3、分析傳感器的工作特性。儀器與材料：電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體(鐵圓片)、頻率轉(zhuǎn)速表。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)（一）:位移測(cè)量1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。測(cè)微頭的讀數(shù)與使用可參閱本實(shí)驗(yàn)附錄；根據(jù)下圖安裝測(cè)微頭、被測(cè)體、電渦流傳感器并接線。 電渦流傳感器安裝、按線示意圖圖中主機(jī)箱電壓表接法：實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍁o與其地線插口分別接主機(jī)箱vin和其地線插口。2、調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開(kāi)關(guān)切換到20v檔，檢查接線無(wú)誤后開(kāi)啟

10、主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0. 25mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂?shù)據(jù)列下表。實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表所示：x mm0.000.250.500.751.001.251.501.752.002.252.502.753.00u v0.000.891.201.471.762.042.292.542.772.983.183.383.40根據(jù)所得數(shù)據(jù)分別繪制u-x曲線圖如下圖所示：根據(jù)曲線圖求出靈敏度： s=ux= 0.001由u-x曲線圖可知線性范圍是： 0.30 mm < x < 2.75 mm實(shí)驗(yàn)（二）:轉(zhuǎn)速測(cè)量1 如圖1將電渦流傳感器安裝到傳感器升降支架上，引出線接對(duì)

11、應(yīng)的渦流變換器，再接至頻率轉(zhuǎn)速表。2 打開(kāi)直流電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)024v可調(diào)電源來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)源，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后（穩(wěn)定時(shí)間約1分鐘），記錄驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，也可用示波器觀測(cè)磁電傳感器輸出的波形。 圖 1 電渦流傳感器安裝圖實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)如下表所示：驅(qū)動(dòng)電壓v(v)+7v+8v+10v+12v+14v+16v+18v+20v轉(zhuǎn)速n(rpm)11201360178520802435266028502960實(shí)驗(yàn)小結(jié)：實(shí)驗(yàn)四：電容式傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解用電容傳感器位移測(cè)量裝置測(cè)定輸出輸入特性；2、了解實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)，基本組成環(huán)節(jié)及工作狀態(tài)；3、掌握用千分尺對(duì)電容傳感器

12、位移測(cè)量裝置的標(biāo)定過(guò)程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、按電路圖連接電路； 2、測(cè)量出位移的大??； 3、分析傳感器的輸入輸出特性； 4、位移測(cè)量裝置的標(biāo)定。儀器與材料：電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓電源。實(shí)驗(yàn)步驟：1、將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?。圖1 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，?shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖4-1。 3、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆藇01與數(shù)顯電壓表vi相接，電壓表量程置2v檔，rw調(diào)節(jié)到中間位置。 4、接入±15v電源，將測(cè)微頭旋至10mm處，活動(dòng)桿與傳感器相吸合，調(diào)整測(cè)微頭的左右位置，使電壓表

13、指示最小，并將測(cè)量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動(dòng)測(cè)微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(v)，填入表4-1。將測(cè)微頭回到10mm處，反向旋動(dòng)測(cè)微頭，重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。 表1電容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系 x（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810v（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.83.4 0.0 x（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2v（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.15、 根據(jù)表1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的靈敏度s和非線性誤差f，分

14、析誤差來(lái)源。 靈敏度s=v/x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm 誤差來(lái)源：（1）原理上存在非線性誤差。 （2）電容式傳感器產(chǎn)生的效應(yīng)是非線性的。 (3 ) 零點(diǎn)偏移。實(shí)驗(yàn)小結(jié)：實(shí)驗(yàn)五：霍爾式傳感器位移和轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、原理； 2、學(xué)會(huì)用霍爾式傳感器進(jìn)行位移和轉(zhuǎn)速測(cè)量； 3、了解霍爾元件在交流信號(hào)激勵(lì)下的特性。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、按電路圖連接電路； 2、測(cè)量出位移和轉(zhuǎn)速的大小； 3、分析傳感器的工作特性。儀器和材料：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、線性霍爾位移傳感器、直流電,±源±4v、154、測(cè)微頭、數(shù)顯單元、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源（

15、2000型）或轉(zhuǎn)速測(cè)量控制儀（9000型）。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)（一）:位移測(cè)量1、 安裝霍爾傳感器。霍爾傳感器與實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓倪B接按圖進(jìn)行。、為電源±4，、為輸出,r1與之間聯(lián)線可暫時(shí)不接。2、開(kāi)啟電源，接入±15v電源，將測(cè)微頭旋至10mm處，左右移動(dòng)測(cè)微頭使霍爾片處在磁鋼中間位置，即數(shù)顯表電壓指示最小，擰緊測(cè)量架頂部的固定鏍釘,接入r1與之間的聯(lián)線，調(diào)節(jié)rw2使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置2v檔）。 3、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm或0.5mm記下數(shù)字電壓表讀數(shù)，并將讀數(shù)填入表5-1，將測(cè)微頭回到10mm處，反向旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，填入表5-1。 表1：霍爾式位移傳感器位

16、移量與輸出電壓的關(guān)系：x(mm)9.29.49.69.81010.210.410.610.811v(mv)1186541-2-3-5-7作出v-x曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度s和非線性誤差。靈敏度s=v/x=(11+7)/9/0.2=10mv/mm實(shí)驗(yàn)（二）:轉(zhuǎn)速測(cè)量1、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于轉(zhuǎn)動(dòng)源的傳感器調(diào)節(jié)支架上，探頭對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)的磁鋼。圖2 霍爾·光電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖2、 主控箱上的+5v直流電源加于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的電源輸入端，紅（）、綠（），不要接錯(cuò)。3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（黃線）插入數(shù)顯單元fin端，轉(zhuǎn)速/頻率表置轉(zhuǎn)速檔。4、 主控臺(tái)上的+2v+24v可調(diào)直流電源接入轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的+2v+24v輸入插口（2000型）。調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速電位器使轉(zhuǎn)速變化，觀察數(shù)顯表指示的變化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速數(shù)據(jù)表格電壓（v）24.484.75.135.896.387.127.84轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）051556068