傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳感器原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告 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?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)， 并掌握單臂電橋工作原理和性能。二、 基本原理:1、 應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng) 所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長為：L、半徑為 r、材料的電阻率為 時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得 （ 11）當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長度 L、截面積 A 和電阻率 的變化為 dL、dA、 d相應(yīng)的電阻變化為 dR。對(duì)式（11）全微分得電阻變化率dR/R 為： （12）式中：dL/L

2、為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量L;dr/r 為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量r。由材料力學(xué)得：L= -r(13)，式中：為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.30.5左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（13）代入式（12）得：（14）式（14）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。2、 應(yīng)變靈敏度 它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。 金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度 K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （ 15）其靈敏度系數(shù)為： 金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2

3、左右。3、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu) 金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖11所示。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，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，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(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù), =L/L為電阻絲長度相對(duì)變化。4、 箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖對(duì)單臂電橋輸出電壓U01=EK/4。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±

4、4V電源、萬用表(自備)。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、 根據(jù)圖(1-3)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)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進(jìn)行測量判別，R1=R2=R3=R4=350，加熱絲阻值為50左右。2、 接入模板電源±15V(從主控箱引入)，檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器 Rw3 順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端 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)顯表的切換開關(guān)打到2V 檔)。關(guān)閉

5、主控箱電源。3、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)橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7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)如圖1 -4所示。合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié) Rw1。4、在電子稱上放置一只砝碼，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砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表，關(guān)閉電源。5、 根據(jù)表計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，S=u/W(u 輸出電壓變化量； W重量變化量)計(jì)算線性誤差：f1=m/yF·S× 100%式中m 為輸出值(多次測量時(shí)為平均值)與

6、擬合直線的最大偏差，yF·S滿量程輸出平均值。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)03.16.29.312.515.618.722.025.228.431.5由上圖可知：平均電壓變化量：(18.7-3.1)/5+(22.0-6.2)/5+(25.2-9.3)/5+(28.4-12.5)/5+(31.5-15.6)/5)/5=3.164mv平均重量變化量：20g系統(tǒng)靈敏度：S= u/ W=3.164mv/20g=0.1582mv/g線性誤差：擬合直線為： u=0.1579 W0.240mv，yF· S=31.58mvf1

7、=m/yF·S× 100%0.785%重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)03.16.29.312.515.618.722.025.228.431.5擬合電壓(mv)0.00 3.1586.316 9.474 12.632 15.79 18.948 22.106 25.264 28.422 31.58 |差|(mv)0.00 0.058 -0.116 -0.174 -0.132 -0.19 -0.248 -0.106 -0.064 -0.022 0.08 6、 思考題： 單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：正、負(fù)應(yīng)變片均可以。使用負(fù)

8、應(yīng)變片時(shí)，所得電壓為負(fù)值，需要做一定的變換才后比較直觀。7、 總結(jié)： 通過這次實(shí)驗(yàn)，我了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng),掌握單臂電橋工作原理和性能，并了解了電子秤的工作原理，對(duì)敏感元件有了一定的認(rèn)識(shí)。 實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點(diǎn)。二、基本原理：不同受力方向的兩片應(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(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓 U02=EK/2。3、 需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表(自備)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、傳

9、感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。做實(shí)驗(yàn)(一)2 的步驟，實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零。2、 將適當(dāng)?shù)膬善瑧?yīng)變片接入橋路。R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2和R1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1 進(jìn)行橋路調(diào)零，實(shí)驗(yàn)步驟3、4同實(shí)驗(yàn)一中4、5的步驟，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表2-1，計(jì)算靈敏度 S=U/W，非線性誤差f2。若實(shí)驗(yàn)時(shí)無數(shù)值顯示說明R2與R1為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個(gè)應(yīng)變片。4、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表 2-1 半橋測量時(shí)， 輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)020406080100120140160180200電壓(m

10、v)06.312.819.125.431.738.144.550.757.063.2由上圖可知：平均電壓變化量：(38.1-6.3)/5+(44.5-12.8)/5+(50.7-19.1)/5+(57.0-25.4)/5+(63.2-31.7)/5)/5=6.328mv平均重量變化量：20g系統(tǒng)靈敏度：S= u/ W=6.328mv/20g=0.317mv/g重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)06.312.819.125.431.738.144.550.757.063.2擬合電壓(mv)0.006.32812.656 18.98425.31231.64

11、037.968 44.296 50.624 56.95263.280 |差|(mv)0.000.028 0.144 0.116 0.088 0.0600.0320.204 0.076 0.048 -0.080 線性誤差：擬合直線為：u=0.3164W0.204mv，yF·S=63.280mvf1=m/yF·S×100%0.3224%5、 思考題：1、半橋側(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：對(duì)邊。2、橋路(差動(dòng)電橋)測量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?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(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)

12、變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，理解全橋測量電路優(yōu)點(diǎn)。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1=R2=R3=R4，其變化值R1=R2=R3=R4 時(shí)，其橋路輸出電壓 U03=KE。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。3、 需用器件和單元：同實(shí)驗(yàn)一。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。2、參考圖1-4 接線，將四片應(yīng)變片按正確的方式接入橋路。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 3-1；實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。表 3-1 全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)0204060801001

13、20140160180200電壓(mv)0.012.224.836.949.261.073.185.298.0110.2122.6由上圖可知：平均電壓變化量：(73.1-12.2)/5+(85.2-24.8)/5+(98.0-36.9)/5+(110.2-49.2)/5+(122.6-61.0)/5)/5=12.2mv平均重量變化量：20g系統(tǒng)靈敏度：S=u/W=12.2mv/20g=0.61mv/g線性誤差：擬合直線為：u=0.6114W0.296mv，yF· S=122.28mvf1=m/yF·S×100%0.242%重量(g)0204060801001201

14、40160180200電壓(mv)0.012.224.836.949.261.073.185.298.0110.2122.6擬合電壓(mv)0.00012.228 24.456 36.68448.91261.1473.36885.496 97.824 110.052122.28|差|(mv)0.000-0.0280.344 0.2160.288 -0.14-0.268-0.296 0.176 0.1480.325、 思考題：1、全橋測量中，當(dāng)兩組對(duì)邊(R1、R3為對(duì)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：可以。2、某工程技術(shù)人

15、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，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。見圖 3-2。答：將這兩種應(yīng)變片按照兩個(gè)不同方向貼在棒材上，利用兩種不同的測量值即可組成一個(gè)全橋電路，不需要外加電阻。 實(shí)驗(yàn)四 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二：實(shí)驗(yàn)原理：如圖 4（a）、（b）、（c）3、 實(shí)驗(yàn)步驟：根據(jù)上面實(shí)驗(yàn)一、二、三所得的數(shù)據(jù)，事后在同一坐標(biāo)系中分別作出單臂、半橋和全橋的電壓/重量輸出曲線，分別計(jì)算其靈敏度和非線性度，從中能得出什么實(shí)驗(yàn)結(jié)論？(注意：實(shí)驗(yàn)一、二、三中的放大器增益必須相同)。4

16、、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、實(shí)驗(yàn)一、二、三所得的數(shù)據(jù)重量(g)020406080100120140160180200單臂電壓(mv)03.16.29.312.515.618.722.025.228.431.5半橋電壓(mv)06.312.819.125.431.738.144.550.757.063.2全橋電壓(mv)0.012.224.836.949.261.073.185.298.0110.2122.62、 單臂、半橋和全橋的電壓/重量輸出曲線3、 靈敏度和非線性度靈敏度非線性度單臂0.15820.785%半橋0.31640.3224%全橋0.61000.242%4、 結(jié)論由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：從單橋、半橋

17、到全橋，靈敏度依次增大，非線性度依次減?。黄渲?，全橋靈敏度最大，非線性度最??；單橋、半橋和全橋，大致遵循兩倍原則。本實(shí)驗(yàn)略有誤差，但誤差在允許范圍之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果大體符合預(yù)期，是正確的。 實(shí)驗(yàn)五 直流全橋的應(yīng)用電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用電路的標(biāo)定。二、基本原理： 電子秤實(shí)驗(yàn)原理為實(shí)驗(yàn)三全橋測量原理，通過對(duì)電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成為一臺(tái)原始電子秤。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、±15V電源、±4V電源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按實(shí)驗(yàn)一中2的步驟將差動(dòng)放大器調(diào)零：參考圖1 -4將

18、四個(gè)應(yīng)變片按正確的接法接成全橋形式，合上主控箱電源開關(guān)調(diào)節(jié)電橋平衡電位器 Rw1，使數(shù)顯表顯示0.000V。2、將10只砝碼輕輕地全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器 Rw3(增益即滿量程調(diào)節(jié))，使數(shù)顯表顯示為 0.200V(2V檔測顯)。3、拿去托盤上的所有法碼，調(diào)節(jié)電器 Rw4（零位調(diào)節(jié)），使數(shù)顯表顯示為0.000V 。4、重復(fù)2、3步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱g，就可秤重，成為一臺(tái)原始的電子秤。5、把砝碼依次放在托盤上，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6、放入重量稍輕的一件隨身物品（如手機(jī)等），稱出其實(shí)際重量記錄下來。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)02040608010012014016

19、0180200電壓(mv)019.440.157.777.898.4120140.6161.1178.2200放入手機(jī)， 稱出其實(shí)際重量為211g。 實(shí)驗(yàn)六 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、 基本原理： 差動(dòng)變壓器的工作原理電磁互感原理。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，由一個(gè)一次繞組1和二個(gè)二次繞組2、3及一個(gè)銜鐵4組成。差動(dòng)變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（同名端相接），以差動(dòng)電勢(shì)輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動(dòng)變壓器。當(dāng)差動(dòng)變壓器工作在理想情況

20、下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖 6-2 所示。圖中 U1 為一次繞組激勵(lì)電壓； M1、 M2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感： L1 、 R1 分別為一次繞組的電感和有效電阻； L21 、 L22 分別為兩個(gè)二次繞組的電感； R21、 R22 分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。 對(duì)于差動(dòng)變壓器， 當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)， 兩個(gè)二次繞組互感相同， 因而由一次側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。 由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。 當(dāng)銜鐵移向二次繞組 L21， 這時(shí)互感M1 大， M2 小，因而二次繞組 L21 內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于二次繞組 L22 內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，

21、 這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。 在傳感器的量程內(nèi) ， 銜鐵位移越大， 差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。同樣道理， 當(dāng)銜鐵向二次繞組 L22 一邊移動(dòng)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)仍不為零， 但由于移動(dòng)方向改變， 所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。 因此通過差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向 。由圖 6-2 可以看出一次繞組的電流為：二次繞組的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為：由于二次繞組反向串接， 所以輸出總電動(dòng)勢(shì)為：其有效值為： 差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如圖 6-3 所示.圖中 E21、 E22 分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， E2 為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中 E2 的實(shí)線表示理想的輸出特性，

22、而虛線部分表示實(shí)際的輸出特性。 E0 為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)， 這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對(duì)稱以及鐵心位置等因素所造成的。 零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的存在， 使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，給測量帶來誤差， 此值的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。三、需用器件與單元：差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙線示波器、 差動(dòng)變壓器，音頻信號(hào)源(音頻振蕩器)、直流電源、萬用表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 根據(jù)圖 6-4， 將差動(dòng)變壓器裝在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀?、 在模塊上按圖6-5接線，音頻振蕩器信號(hào)必須從主控箱中的Lv 端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為45KHz(可用主控箱的數(shù)顯表的頻率檔Fin輸入來監(jiān)

23、測)。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X 軸為0.2ms/div、Y軸CH1 為1V/div、CH2為20mv/div)。 判別初次級(jí)線圈及次級(jí)線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級(jí)線圈，并設(shè)另外兩個(gè)線圈的任一端為同名端，按圖 6-5 接線。當(dāng)鐵芯左、右移動(dòng)時(shí)， 觀察示波器中顯示的初級(jí)線圈波形，次級(jí)線圈波形，當(dāng)次級(jí)波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點(diǎn)，而且相位與初級(jí)圈波形(Lv 音頻信號(hào) Vp-p=2V 波形)比較能同相和反相變化，說明已連接的初、次級(jí)線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中(1)、(2)、(3)、(4)為模塊中的實(shí)驗(yàn)插孔。3、旋

24、動(dòng)測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰一峰值Vp-p 為最小。這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，則另一方向位移為負(fù)。從Vp-p最小開始旋動(dòng)測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入下表中。再從Vp-p最小處反向位移做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，注意左、右位移時(shí)，初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。4、實(shí)驗(yàn)過程中注意差動(dòng)變壓輸出的最小值即為差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓大小。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出Vop-p-X曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。5、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)位移(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20電壓(mv)2842401921449648

25、12位移(mm)0.20.40.60.81.01.2電壓(mv)52100148196240284由表可得零點(diǎn)殘余電壓為12mv。1、Vop-p-X曲線2、量程為±1mm的擬合曲線3、 量程為±3mm的擬合曲線 由于實(shí)驗(yàn)測量時(shí)只測到量程為±1.2mm的數(shù)據(jù)，所以只繪制了量程為±1.2mm的擬合曲線。4、 靈敏度和非線性誤差 擬合直線的斜率即為靈敏度s，由公式f1=m/yF·S×100%可算出非線性誤差。數(shù)據(jù)如下：靈敏度非線性誤差0-1mm231.431.349% 0-3mm230.001.207%六、思考題：1、 用差動(dòng)變壓器測量較高

26、頻率的振幅， 例如 1KHz 的振動(dòng)幅值， 可以嗎？差動(dòng)變壓器測量頻率的上限受什么影響？ 不可以。受鐵磁材料磁感應(yīng)頻率響應(yīng)上限影響。原則上來說沒影響，因?yàn)榧词勾挪牧喜豁憫?yīng)的高頻，線圈本身的磁場還是有互感現(xiàn)象，只不過早已偏離了線性區(qū)域了，得到的結(jié)論也不準(zhǔn)了，需要修正才行。2、 試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？ 差動(dòng)變壓器一般用于作為檢測元件，而一般變壓器一般作為電源變換部件或者信號(hào)轉(zhuǎn)換部件。差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及鐵芯組成，。當(dāng)傳感器隨著被測物體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只

27、次級(jí)反向串接，即同名端接在一起，就引出差動(dòng)輸出，其輸出電勢(shì)則反映出被測體的位移量。而一般電源變壓器是是把兩個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵心上構(gòu)成的。實(shí)驗(yàn)七 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理：利用平板電容C=A/d和其它結(jié)構(gòu)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中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測谷物干燥度(變)測微小位移(變d)和測量液位(變A)等多種電容傳感器。 三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按圖6-4安裝示意圖將電容傳感

28、器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀?、將電容傳感器連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹瑢?shí)驗(yàn)線路見圖7-1。圖 7-1 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖3、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆薞01與數(shù)顯表單元Vi相接(插入主控箱Vi孔)，Rw調(diào)節(jié)到中間位置。4、接入±15V電源，旋動(dòng)測微頭推進(jìn)電容傳感器動(dòng)極板位置，每間隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表7-1。表7-1X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.6V(v)00.0220.0470.0740.1010.1280.1570.1850.212X(mm)1.82.02.22.42.62.83.03.23.4V(v)0.2400.267

29、0.2970.3250.3550.3830.4120.4420.474X(mm)3.63.84.04.24.44.64.85.05.2V(v)0.5010.5300.5580.5880.6190.6470.6720.6960.719X(mm)5.45.65.86.06.26.46.66.87.0V(v)0.7410.7640.7830.8040.8250.8430.8580.8730.886X(mm)0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6V(v)0-0.022-0.047-0.074-0.101-0.127-0.159-0.183-0.214X(mm)-1.8-2.

30、0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0-3.2-3.4V(v)-0.238-0.267-0.295-0.324-0.355-0.380-0.414-0.442-0.474X(mm)-3.6-3.8-4.0-4.2-4.4-4.6-4.8-5.0-5.2V(v)-0.510-0.528-0.553-0.583-0.626-0.642-0.677-0.689-0.716X(mm)-5.4-5.6-5.8-6.0-6.2-6.4-6.6-6.8-7.0V(v)-0.738-0.764-0.788-0.812-0.828-0.843-0.855-0.875-0.8934、 根據(jù)表7-1數(shù)據(jù)計(jì)算電容

31、傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差f。所以電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=0.13477v/mm非線性誤差為f=0.031/0.886=3.5%五、思考題：試設(shè)計(jì)利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)，并敘述一下在此設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素？答：由于是測谷物的濕度的，當(dāng)此傳感器放在谷物里面時(shí)，根據(jù)谷物的呼吸作用，用傳感器檢測呼吸作用的水分程度，從而判斷出谷物的濕度，當(dāng)電容的S與D為恒定值時(shí)C=f(),稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，傳感器為兩個(gè)板，谷物從傳感器之間穿過。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮：感應(yīng)器是否于谷物接觸的充分、谷物是否均勻的從傳感器之間穿過，而且要注意直板傳感器的邊緣效應(yīng)

32、。實(shí)驗(yàn)八 直流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體）轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出。根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)UH=KHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它就可以進(jìn)行位移測量。圖8-1霍爾效應(yīng)原理三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、直流?#177;4V、±15V、測微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將霍爾傳感器按圖8-2安裝?；魻杺鞲衅髋c實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓倪B接按圖8-3進(jìn)行。1、3為電源±4，2、4為輸出。圖 8-2 霍爾傳感器安裝示意圖2、

33、 開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置再調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯表指示為零。圖 8-3 霍爾傳感器位移 直流激勵(lì)實(shí)驗(yàn)接線圖3、轉(zhuǎn)測微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表8-1。X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.6V(v)00.110.210.320.430.540.660.770.89X(mm)1.82.02.22.42.62.83.03.23.4V(v)1.021.141.271.401.541.681.811.952.10X(mm)3.63.84.04.24.44.64.85.05.2V(v)2.242.372.472.572

34、.652.722.772.792.79表8-1作出V-X曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。由圖可知，擬合曲線為V=0.592*x-0.01291所以霍爾傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=0.592v/mm非線性誤差為f=0.27594/2.79=9.8%五、思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？答：由霍爾傳感器的工作原理可知，U=KIB；即霍爾元件實(shí)際感應(yīng)的是所在位置的磁場強(qiáng)度B的大小。實(shí)驗(yàn)中，霍爾元件衛(wèi)衣的線性性實(shí)際上反映了空間磁場的線性分布，揭示了元件測量處磁場的線性分布。實(shí)驗(yàn)九 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。

35、二、基本原理：通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測量。 圖 9-1 電渦流傳感器原理圖 圖 9-2 電渦流傳感器等效電路圖三、需用器件與單元：電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉㈦姕u流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測微頭、鐵圓片。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖9-3安裝電渦流傳感器。圖 9-3 電渦流傳感器安裝示意圖圖 9-4 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖2、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)扁平繞線圈。3、將電渦流傳感器輸出線接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有的兩端插孔中，作為振蕩器的一個(gè)元件（傳感器屏蔽層接地）。4、在測微頭端部裝上鐵質(zhì)

36、金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。5、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔。6、用連接導(dǎo)線從主控臺(tái)接入15V直流電源到模板上標(biāo)有+15V的插孔中。7、使測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹埂⒔Y(jié)果列入表9-1。表9-1電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.6V(v）00.190.450.720.991.271.561.852.16X(mm)1.82.02.22.42.62.83.03.23.4V(v)2.472.793.1

37、23.453.794.124.464.805.13X(mm)3.63.84.04.24.44.64.85.05.2V(v）5.475.816.136.466.777.097.387.687.96X(mm)5.45.65.86.06.26.46.66.87.0V(v）8.228.398.428.448.458.468.478.478.478、 根據(jù)表9-1數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時(shí)的佳工作點(diǎn)，試計(jì)算量程為1mm、3mm及5mm時(shí)的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。（1） 量程為1mm時(shí)的靈敏度和線性度的計(jì)算由圖可知，擬合曲線為V=1.2886*x

38、-0.04095所以電渦流傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=1.2886v/mm非線性誤差為f=0.02677/1.27=2.1%（2） 量程為3mm時(shí)的靈敏度和線性度的計(jì)算由圖可知，擬合曲線為V=1.5063*x-0.1725所以電渦流傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=1.5063v/mm非線性誤差為f=0.1136/4.46=2.55%（3） 量程為5mm時(shí)的靈敏度和線性度的計(jì)算由圖可知，擬合曲線為V=1.5854*x-0.26692所以電渦流傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=1.5854v/mm非線性誤差為f=0.13984/7.68=1.82%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(jì)傳感器？