傳感器綜合實(shí)驗(yàn)

1、傳感器綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告(2014-2015年度第二學(xué)期)名稱： 傳感器綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告 題目：利用傳感器測(cè)量重物質(zhì)量院系： 自動(dòng)化系 班級(jí)： 測(cè)控1201班 姓名： 蔡文斌 小組成員： 蔡文斌、蔣麗濤 指導(dǎo)教師： 仝衛(wèi)國(guó) 實(shí)驗(yàn)周數(shù)： 1周 成績(jī)： 日期：2015年7月12日 傳感器綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解各種傳感器的工作原理與工作特性。2、掌握多種傳感器應(yīng)用于電子稱的原理。3、根據(jù)不同傳感器的特性，選擇不同的傳感器測(cè)給定物體的重量。4、能根據(jù)原理特性分析結(jié)果，加深對(duì)傳感器的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用。5、測(cè)量精度要求達(dá)到1%。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材1、金屬箔式應(yīng)變片傳感器用到的設(shè)備：直流穩(wěn)壓電源、雙平行梁、測(cè)微器

2、、金屬箔式應(yīng)變片、標(biāo)準(zhǔn)電阻、差動(dòng)放大器、直流數(shù)字電壓表。2、差動(dòng)變壓器用到的設(shè)備：差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測(cè)微器。3、霍爾傳感器用到的設(shè)備：音頻振蕩器、電橋、霍爾傳感器、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表。三、傳感器工作原理1、金屬箔式應(yīng)變片傳感器工作原理：應(yīng)變片應(yīng)用于測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)測(cè)微器可使雙平梁的自由端上、下移動(dòng)，從而使應(yīng)變片的受力情況不同，將應(yīng)變片接于電橋中

3、即可使雙平衡的位移轉(zhuǎn)換為電壓輸出。電橋的四個(gè)橋臂電阻R1、R2、R3、R4，電阻的相對(duì)變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4成正比。當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋輸出電壓及其電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)。2、差動(dòng)變壓器的工作原理由同心分布在線圈骨架上一初級(jí)線圈P，二個(gè)級(jí)線圈S1 和S2 組成， 線圈組件內(nèi)有一個(gè)可自由移動(dòng)的桿裝磁芯（鐵芯），當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)移動(dòng)時(shí)，改變了空間的磁場(chǎng)分布,從而改變了初次級(jí)線圈之間的互感量M，當(dāng)初級(jí)線圈供給一定頻率的交變電壓時(shí)，次級(jí)線圈就產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 隨著鐵芯的位置不同， 次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不同， 這樣，就將鐵芯的位移量變成了電壓信號(hào)輸出。測(cè)

4、出電壓信號(hào)就能測(cè)出位移信號(hào)，通過(guò)位移測(cè)量物體重量。3、霍爾傳感器的工作原理：霍爾傳感器是由兩個(gè)半圓形永久磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)，位于梯度磁場(chǎng)中的霍爾元件霍爾片通過(guò)底座連接在振動(dòng)臺(tái)上。當(dāng)霍爾片通以恒定的電時(shí)，霍爾元件就有電壓輸出。改變振動(dòng)臺(tái)的位置，霍爾片就在梯度磁場(chǎng)中上、下移動(dòng)，輸出的霍爾電勢(shì)U值取決于其在磁場(chǎng)中的位移量Y，所以由霍爾電勢(shì)的大小便可獲得振動(dòng)臺(tái)的靜位移。四、傳感器特性測(cè)試（一）、金屬箔式應(yīng)變片傳感器特性測(cè)試1、實(shí)驗(yàn)步驟按圖接線，圖中R1和R3為拉伸應(yīng)變片，R2和R4為壓縮應(yīng)變片，接成一個(gè)直流全橋。調(diào)好橋路輸出的零點(diǎn)，裝上測(cè)微器，旋緊固定螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微器，使梁處于水平位置，即此時(shí)電壓表指

5、示為零，記錄測(cè)微器的讀數(shù)。然后向上旋動(dòng)測(cè)微器6mm，從此位置開(kāi)始，記下梁的位移與電壓表指示值，每往下1mm記下一個(gè)數(shù)值，到水平下6mm。2、特性分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下：位移X（mm）6543210輸出電壓（mV）-95-80-64-49-33-17-1位移X（mm）-1-2-3-4-5-6輸出電壓（mV）152946627894根據(jù)數(shù)據(jù)利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，金屬箔式應(yīng)變片傳感器輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。利用EXCLE繪出其擬合直線：其擬合曲線方程為：y=-15.764x-1.1538。擬合曲線和測(cè)量曲線基本吻合，

6、可以利用該特性將金屬箔式應(yīng)變片傳感器應(yīng)用于電子秤，在線性范圍內(nèi)可以用于稱未知重量的物體質(zhì)量。（二）、差動(dòng)變壓器的特性測(cè)試1、實(shí)驗(yàn)步驟按圖接線，使音頻振蕩器輸出頻率為5kHz，其峰峰值為1.5V，差動(dòng)放大器的增益旋鈕調(diào)到最大，旋轉(zhuǎn)測(cè)微器，調(diào)節(jié)電橋 WD、WA 電位器，調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。 旋動(dòng)測(cè)微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個(gè)較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負(fù)對(duì)稱。如不對(duì)稱則需反復(fù)調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負(fù)輸出對(duì)稱。 旋動(dòng)測(cè)微儀，帶動(dòng)銜鐵向上 4mm，向下 4mm 位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。2、特性分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記

7、錄與處理位移4.54.03.53.02.52.01.51.00.5電壓8.778.548.227.756.955.604.222.811.41位移0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0電壓0.01-1.37-2.79-4.14-5.48-6.56-7.11-7.47-7.78根據(jù)數(shù)據(jù)利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，差動(dòng)變壓器位移在（-33）之間輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。因此可以在這段取其擬合直線，其擬合直線為：其擬合直線方程為：y=2.7024x+0.0252擬合曲線和部分測(cè)量曲線基本吻合，可以利用該特性將金屬

8、箔式應(yīng)變片傳感器應(yīng)用于電子秤，在該線性范圍內(nèi)可以用于稱未知重量的物體質(zhì)量。（三）霍爾式傳感器特性測(cè)試1、實(shí)驗(yàn)步驟差動(dòng)放大器增益適度，切對(duì)差動(dòng)放大器調(diào)零，霍爾片調(diào)至磁場(chǎng)中間位置，記下測(cè)微器的讀數(shù)，按照下圖接線，將音頻振蕩器的輸出幅度調(diào)到適當(dāng)位置。調(diào)整系統(tǒng)WD、WA使輸出最小。使振動(dòng)臺(tái)上下移動(dòng)，并調(diào)節(jié)移相器使系統(tǒng)輸出達(dá)到最大值。調(diào)節(jié)測(cè)微器使霍爾片回到磁路中間位置。旋風(fēng)測(cè)微器2密碼，沒(méi)個(gè)0.1mm讀出相應(yīng)的電壓值，記錄數(shù)據(jù)。2、特性分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理位移0.60.50.40.30.20.10電壓-2.34-2.33-2.28-2.03-1.78-1.53-1.12位移-0.1-0.2-0.3-0

9、.4-0.5-0.6電壓-0.74-0.35-0.110.030.080.1根據(jù)數(shù)據(jù)利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，霍爾傳感器位移在（-0.40.4）之間輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。因此可以在這段取其擬合直線，其擬合直線為：其擬合直線方程為：y=-3.1083x-1.1011擬合曲線和部分測(cè)量曲線基本吻合，可以利用該特性將金屬箔式應(yīng)變片傳感器應(yīng)用于電子秤，在該線性范圍內(nèi)可以用于稱未知重量的物體質(zhì)量。五、實(shí)際測(cè)試與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（一）、金屬箔式應(yīng)變片傳感器測(cè)重物質(zhì)量1、按金屬箔式應(yīng)變片傳感器特性測(cè)試接好實(shí)驗(yàn)線路圖，在平臺(tái)中間逐步加上砝碼，記錄U

10、、M值，并做出UM曲線，然后將電池和鎖芯分別放在平臺(tái)中間，并記錄輸出電壓值U。2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量M（g）020406080100120140電壓U（mv）020406078102119139稱重南孚電池時(shí)顯示的電壓是0.092v，稱重鎖芯時(shí)顯示的電壓是0.134v根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)用excle繪出圖像：用excle繪出其擬合直線為：其擬合方程為：y=0.9952x+0.0835將電池和鎖芯的電壓帶進(jìn)去，分別得到電池和鎖芯的質(zhì)量為92.36g、134.56g（二）、差動(dòng)變壓器測(cè)重物質(zhì)量1、按金屬箔式應(yīng)變片傳感器特性測(cè)試接好實(shí)驗(yàn)線路圖，在平臺(tái)中間逐步加上砝碼，記錄U、M值，并做出UM曲線，然后將電池和

11、鎖芯分別放在平臺(tái)中間，并記錄輸出電壓值U。2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量M（g）020406080100120140電壓U（mv）0.150.190.230.270.310.350.380.41稱重南孚電池時(shí)顯示的電壓是0.33v稱重鎖芯時(shí)顯示的電壓是0.41v根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)用excle繪出圖像：用excle繪出其擬合直線為：其擬合方程為：y=0.0019x+0.1542將電池和鎖芯的電壓帶進(jìn)去，分別得到電池和鎖芯的質(zhì)量為92.53g、134.63（三）、霍爾式傳感器測(cè)重物質(zhì)量1、實(shí)驗(yàn)步驟按金屬箔式應(yīng)變片傳感器特性測(cè)試接好實(shí)驗(yàn)線路圖，在平臺(tái)中間逐步加上砝碼，記錄U、M值，并做出UM曲線，然后將電池和鎖芯分

12、別放在平臺(tái)中間，并記錄輸出電壓值U。2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量M（g）020406080100120140電壓U（mv）-1.12-1.24-1.36-1.48-1.59-1.71-1.83-1.95稱重南孚電池時(shí)顯示的電壓是-1.67v，稱重鎖芯時(shí)顯示的電壓是-1.91v根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)用excle繪出圖像：根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)用excle繪出圖像：其擬合方程為：y=0.0059x-1.1217將電池和鎖芯的電壓帶進(jìn)去，分別得到電池和鎖芯的質(zhì)量為92.93g、133.61g六 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（一）、金屬箔式應(yīng)變片傳感器測(cè)重物質(zhì)量測(cè)量得出的電池質(zhì)量是m1=92.36 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故電池質(zhì)量在91.4

13、364g93.2836g之間。測(cè)量得出的鎖芯質(zhì)量是m2=134.56 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故鎖芯質(zhì)量在133.2144g135.9056g之間。（二）、差動(dòng)變壓器測(cè)重物質(zhì)量測(cè)量得出的電池質(zhì)量是m1=92.53 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故電池質(zhì)量在93.4553g95.3059g之間。測(cè)量得出的鎖芯質(zhì)量是m2=134.63 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故鎖芯質(zhì)量在133.2837g135.9763g之間。（三）、霍爾式傳感器測(cè)重物質(zhì)量測(cè)量得出的電池質(zhì)量是m1=92.93 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故電池質(zhì)量在92.0007g93.8593g之間。測(cè)量得出的鎖芯質(zhì)量是m2=133.61 g，又因?yàn)闇y(cè)量精度為1%，故鎖芯質(zhì)量在132.2739g134.9461g之間。七、總結(jié)本次傳感器綜合實(shí)驗(yàn)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，通過(guò)這次綜合實(shí)驗(yàn)我進(jìn)一步的了解了各傳感器的工作原理、工作特性、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)用各種傳感器測(cè)一個(gè)未知質(zhì)量的重物，把課堂上所學(xué)的理論知識(shí)真正的與實(shí)際運(yùn)用相結(jié)合，讓我們更加理解了理論知識(shí)，也能把理論知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)中用以解決實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)我們也通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，提高了數(shù)據(jù)處理與分析的能力，能把多而復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)擬合、分析、處理從而得到較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，我們了解了相敏檢波器