東南大學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及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(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。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，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是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)。單臂電橋輸出電壓 ，其中K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化。三 實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四 實(shí)驗(yàn)步驟1. 根據(jù)接線示意圖安裝接線。2. 放大器輸出調(diào)零。3. 電橋調(diào)零。4. 應(yīng)變片單臂電橋?qū)?/p>

2、驗(yàn)。測得數(shù)據(jù)如下：重量（g）020406080100120140電壓（mv）35101317212529實(shí)驗(yàn)曲線如下所示：分析：由圖可以看出，輸出電壓與加載的重量成線性關(guān)系，由于一開始調(diào)零不好，致使曲線沒有經(jīng)過原點(diǎn)，往上偏離了一段距離。5. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為重量變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿量程輸出平均值，此處為140g。 =30mv， =140g， 所以 =1.9768g， =140g， 所以 6. 利用虛擬儀器進(jìn)行測量。測得數(shù)據(jù)如下表所示：重量（g）020406080100120140電壓（mv）0.75

3、.09.513.918.723.428.332.9相應(yīng)的曲線如下：五 思考題 單臂電橋工作時(shí)，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)變片受拉，所以選（1）正應(yīng)變片。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點(diǎn)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)叄喾吹膽?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1=R2=R3=R4、其變化值時(shí)，其橋路輸出電壓。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都得到了改善。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四

4、、實(shí)驗(yàn)步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調(diào)零。3.電橋調(diào)零。4.應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn) 數(shù)據(jù)記錄如下表所示： 重量（g）020406080100120140電壓（mv）0163147637995111實(shí)驗(yàn)曲線如下所示：分析：從圖中可見，數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在擬合曲線上，線性性比半橋進(jìn)一步提高。5.計(jì)算靈敏度S=U/W，非線性誤差。 U=141.2mv， W=140g； 所以 S=141.2/140=1.0086 mv/g; =0.1786g， =140g， 6.利用虛擬儀器進(jìn)行測量 測量數(shù)據(jù)如下表所示：重量（g）020406080100120140電壓（mv）-1.119.640.461.181.7

5、102.4122.0142.0實(shí)驗(yàn)曲線如下所示：五、思考題1.測量中，當(dāng)兩組對邊電阻值R相同時(shí)，即R1=R3，R2=R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。2.某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，能否及如何利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。答：能夠利用它們組成電橋。對于左邊一副圖，可以任意選取兩個(gè)電阻接入電橋的對邊，則輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，如果已知泊松比則可知縱向應(yīng)變。對于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)?，則輸出為兩倍的縱向應(yīng)變。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻組成電橋。3.金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、

6、全橋性能比較比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知： 靈敏度： 全橋>半橋>單臂 非線性度：單臂>單橋>全橋 理論上： 靈敏度： 單臂 ，半橋 ，全橋 。 非線性度：單臂，半橋 ，全橋 。 因?yàn)槿珮蚰苁瓜噜弮杀鄣膫鞲衅饔邢嗤臏囟忍匦?，達(dá)到消除溫度誤差的效果。同時(shí)還能消除非線性誤差。結(jié)論：利用差動技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。4.金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響 如何消除金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響？答：利用溫度補(bǔ)償片或采用全橋測量。實(shí)驗(yàn)五 差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

7、 了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理 差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式。 當(dāng)被測物體移動時(shí)差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化。將兩只次級反向串接，引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動變壓器、差動變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按照接線圖連接線路。2.差動變壓器L1的激勵(lì)電壓從主機(jī)箱中的音頻振蕩器的Lv端引入，音頻振蕩器的頻率為45KHz，輸出峰峰值為2V。3.松開測微

8、頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使變壓器次級輸出的Vp-p較小。 然后擰緊螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使變壓器的次級輸出Vp-p為最小值（零點(diǎn)殘余電壓），定義為位移的相對零點(diǎn)。4.從零點(diǎn)開始旋動測微頭的微分筒，每隔0.2mm從示波器上讀出示波器的輸出電壓Vp-p，記入表格中。 一個(gè)方向結(jié)束后，退到零點(diǎn)反方向做相同的實(shí)驗(yàn)。5.根據(jù)測得數(shù)據(jù)畫出Vop-p X曲線，做出位移為±1mm、±3mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。數(shù)據(jù)表格如下：X(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4V(mv)93776246311542037X(mm)0.60.81.01.21

9、.41.61.82.02.2V(mv)536883100116133149165181實(shí)驗(yàn)曲線如下：分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關(guān)于x=0對稱的，在零點(diǎn)時(shí)存在一個(gè)零點(diǎn)誤差。X=±1mm 時(shí)， ， ，； ， ，。 五、思考題1.用差動變壓器測量，振動頻率的上限受什么影響？答：受導(dǎo)線的集膚效應(yīng)和鐵損等的影響，若頻率過大會導(dǎo)致靈敏度下降。2.試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點(diǎn)：利用電磁感應(yīng)原理工作。 不同點(diǎn)：差動變壓器為開磁路，一、二次側(cè)間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個(gè)繞組按差動方式工作；一般變壓器為閉合磁路，一、二次側(cè)間的互感為常數(shù)。實(shí)驗(yàn)九 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、

10、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)二、基本原理利用電容C=A/d的關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路，可以選擇，A，d三個(gè)參數(shù)中保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中的一個(gè)參數(shù)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)，測位移和測距離等多種電容傳感器。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希瑢?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鯲o1接主機(jī)箱電壓表的Vin。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟁W調(diào)節(jié)到中間位置。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到2v檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。X（mm）12.69012.19011.69011.19010.690V(mV)995813619422

11、202X（mm）10.1909.6909.1908.6908.190V(mV)-24-242-456-666-8806、畫實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)十一 壓電式傳感器振動測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動原理和方法。二、基本原理 壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。工作時(shí)傳感器感受與試件相同的振動頻率，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶體上產(chǎn)生正比于運(yùn)動速度的表面電荷。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振動源、示波器。四、?shí)驗(yàn)步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動臺上，振動源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器，其它連線按

12、照圖示接線。2、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動臺正常振動時(shí)用手指敲擊振動臺，同時(shí)觀察輸出波形的變化。4、改變振動源的頻率，觀察輸出波形的變化。 低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測，用示波器讀出峰峰值填入表格。f(Hz)571215172025V(p-p)0.451.052.141.491.291.090.82實(shí)驗(yàn)曲線：五、思考題根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動臺的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線可知，振動臺的自然頻率大約為1

13、1Hz。，所以。實(shí)驗(yàn)十七 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理 利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：，當(dāng)被測圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N此。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、整和計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)就可以測量被測物體的轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼間距離大約為23mm。2、在接線前，先合上主機(jī)箱電源開關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224V旋鈕調(diào)到最小，接入電壓表，監(jiān)測大約為1.25V； 關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動電源按照示意圖分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的Fin上。3、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12V的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)