傳感器綜合實驗報告

1、華州法I腎傳感器綜合實驗報告（2014-2015年度第二學(xué)期）名稱:傳感器綜合實驗報告題目:利用傳感器測雖重物質(zhì)雖院系:自動化系班級:測控1201班姓名：蔡攀學(xué)號：201202030101指導(dǎo)教師:仝衛(wèi)國實驗周數(shù)：一周成績：日期：2015年7月7日傳感器綜合實驗報告一、實驗?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)用丁電子稱的原理。3、根據(jù)不同傳感器的特性，選擇不同的傳感器測給定物體的重量。4、能根據(jù)原理特性分析結(jié)果，加深對傳感器的認(rèn)識與應(yīng)用。5、測量精度要求達(dá)到1%二、實驗設(shè)備、器材1、差動變壓器：差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器

2、、電壓表、示波器、測微器。2、霍爾式傳感器：直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表。3、電渦流式傳感器：電渦流式傳感器、測微器、鋁測片、鐵測片、銅測片、電壓表、示波器。三、傳感器工作原理1、差動變壓器的工作原理：差動變壓器的基本元件有銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當(dāng)丁變壓器的原邊。而次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的兩個線圈反相申接而成，形成變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感變化的基礎(chǔ)上。當(dāng)差動變壓器的銜鐵處丁中間位置時，理想條件下其輸出電壓為零。但實際上，當(dāng)使用電橋式電路時，在零點仍有一個微小的電壓值（從零點幾mv到數(shù)十mV）

3、存在，稱為零點殘余電壓。零點殘余電壓的存在造成零點附近的不靈敏區(qū)，零點殘余電壓輸出放大器內(nèi)會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作等。因此需采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補償。2、霍爾式傳感器：霍爾傳感器是由兩個半圓形永久磁鋼組成梯度磁場，位丁梯度磁場中的霍爾元件霍爾片通過底座連結(jié)在震動臺上。當(dāng)霍爾片通以包定的電流時，霍爾元件就有電壓輸出。改變振動臺的位置，霍爾片就在梯度磁場中上下移動，輸出的霍爾電勢U值取決丁其在磁場中的位移量Y,所以由霍爾電勢的大小便可獲得振動臺的靜位移。3、電渦流式傳感器的工作原理：電渦流式傳感器由平面線圈和金屆渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屆片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流

4、，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z,而渦流的大小與金屆渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體(渦流片)、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。依據(jù)該原理可制成電渦流式傳感器電子稱。四、傳感器特性測試(一) 差動變壓器特性分析：使音頻振蕩器輸出頻率為5kHz,其峰一峰值Vp_p為1.5V。差動放大器的增pp益旋鈕調(diào)到最大位置，按下圖接線。(1) 旋轉(zhuǎn)測微器，使差動變壓器鐵芯處丁線圈中段位置。觀察示波器和數(shù)字電壓表，調(diào)整各調(diào)零及平衡電位器Wd、Wa,使數(shù)字電壓表指零。(2) 使

5、鐵芯有個較大的位移，調(diào)整移相器使電壓表指示為最大，同時用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形。(3) 旋轉(zhuǎn)測微器，每旋一周(0.5mm記錄實驗數(shù)據(jù)，并填入相應(yīng)的表格(4) 實驗所得數(shù)據(jù)如下：位移x(mm10.811.311.812.312.813.313.8電壓U(v)0.000.010.030.050.060.060.08位移x(mm14.314.815.315.816.316.817.31電壓U(v)0.090.110.130.150.160.180.20根據(jù)試驗段數(shù)據(jù)繪得的特性曲線如下:0.250.20.15以10.U50差動變壓器特性曲城+系列1一線性(系列L)(6)由特性曲線的線性關(guān)系，當(dāng)

6、分別放置電池、鎖芯、電壓顯示如下：初始值：-0.021V-0.040V電池：-0.061V20g石去碼，測得數(shù)據(jù)即20g秋碼：-0.030V鎖芯：-0.081V40g石去碼:-0.05m鎖芯=133.3g得m電池=91.1g(二) 電渦流式傳感器的特性分析(1) 裝好測微器和傳感器的鐵測片。(2) 按下圖接線，用導(dǎo)線將渦流傳感器與渦流變換器輸入端相接，將變換器輸出端接至直流電壓表。電壓表量程設(shè)定為20V檔。(3) 傳感器對準(zhǔn)金屆測片。用測微器移動振動臺，使傳感器與鐵測片接觸，調(diào)Wd使渦流變換器電壓輸出為零。由此開始每隔0.05mm位移用電壓表讀取變換器輸出電壓值以及用示波器讀取傳感器的振蕩器U

7、pp值，并將數(shù)據(jù)填入表內(nèi)，記錄到線性關(guān)系嚴(yán)重破壞為止。(5)實驗結(jié)果X(mm)00.050.100.250.300.350.40U(V)02.215.916.547.197.668.13X(mm)0.450.500.550.600.650.70U(V)8.639.139.479.7210.1310.22根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù),繪出U-X曲線Dnn電渦檢式傳感露特性曲線1Q|*系列由圖標(biāo)可知其線性范圍為XC0.250.7，即UC6.541.22.改善后的特性曲線為:調(diào)節(jié)測微器，使得電壓表示數(shù)在線性范圍內(nèi)，分別放置電池和鎖芯測得數(shù)據(jù)如下：初始值：5.41V20g秋碼：5.73V40g秋碼：6.02V電池

8、：6.89V鎖芯：7.56V60g秋碼：6.33Vm電池=92.5gm鎖芯=134.375g(三) 霍爾式傳感器的特性分析(1) 差動放大器增益適度，且對差動變壓器調(diào)零，霍爾片調(diào)至磁場中間位置記下測微器的讀數(shù)。(2)按下圖連接各部分組成系統(tǒng)(3)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。位移X(mm0.10.20.30.40.50.60.70.8電壓U(V)-1.53-1.98-2.13-2.28-2.33-2.34-2.34-2.34位移X(mm-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7-0.8電壓U(V)-0.74-0.75-0.10-0.030.0

9、80.100.110.11根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，繪制曲線:使振動臺上、下移動，并調(diào)節(jié)移相器使系統(tǒng)輸出達(dá)到最大值。調(diào)節(jié)測微器使霍爾片回到磁路中間位置。旋動測微器土2mm每隔0.1mm(4)(5)讀出相應(yīng)的電壓值，填入相應(yīng)的表內(nèi)。實驗結(jié)果T口-霍爾式傳感器特性曲線系列1*4_._白L4°1乓(7)放置電池、鎖芯、石去碼測得以下數(shù)據(jù)：20g彼碼:-1.24V40g彼碼:-1.36V60g彼碼:-1.48V80g彼碼:-1.59V100g秋碼：-1.71v120g彼碼:-1.83V140g彼碼:-1.95V電池：-1.67V鎖芯：-1.92V/曰m電池=93.3gm鎖芯=13.5g。五、實驗結(jié)果

10、分析此次實驗以差動變壓器為主來測量重物質(zhì)量，對差動變壓器的特性進(jìn)行了一系列分析。在所測的范圍內(nèi)，電容傳感器均保持線性，所以可以利用該特性將差動變壓器應(yīng)用丁電子秤，在線性范圍內(nèi)可以用丁測未知重量的物體質(zhì)量。故由電容式傳感器測量得出的重物的質(zhì)量比較可靠。差動變壓器測量得出的重物質(zhì)量是m=91.1g,乂因為測量精度為1%故重物質(zhì)量在91.1g93.3g之間。實驗還利用電渦流式傳感器測量質(zhì)量來驗證差動變壓器測出重物的質(zhì)量，通過對電渦流傳感器的特性進(jìn)行的分析，發(fā)現(xiàn)電渦流式傳感器特性曲線的線性程度并不如電容式傳感器的好。所以我們的測量結(jié)果以電容式傳感器的為主。利用電渦流驗證得出的重物質(zhì)量是m=93.112

11、g,乂因為測量精度為1%故重物質(zhì)量在92.18088g94.04312之間。這個結(jié)果與差動變壓器得出的結(jié)果節(jié)本接近，所以可以得知，差動變壓器的測量結(jié)果是可靠的。七、結(jié)論1、數(shù)據(jù)結(jié)論(1)由差動變壓器測出m電池=91.1g,m鎖芯=133.3g。因為測量精度為1%則m電池90.18992.011m鎖芯131.967134.633由電渦流式傳感器測出m電池=92.5gm鎖芯=134.375gm電池£91.57593.425m鎖芯e133.03135.72由霍爾式傳感器測出m電池=93.3gm鎖芯=13.5gm電池92.36794.233m鎖芯133.65136.352、實驗心得本次傳感器

12、綜合實驗基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，通過這次綜合實驗我進(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，通過用各種傳感器測兩個未知質(zhì)量(南孚電池和鎖芯)的重物，把課堂上所學(xué)的理論知識真正的與實際運用相結(jié)合，讓我們更加理解了理論知識。同時我們也通過這次實驗，提高了數(shù)據(jù)處理與分析的能力，能把多而復(fù)雜的實驗數(shù)據(jù)通過擬合、分析、處理從而得到較為準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。另外，在實驗的過程中需要記錄的數(shù)據(jù)特別多，需要我們足夠的耐心和細(xì)心，才能很好的記錄數(shù)據(jù)，由丁這是一個大的綜合實驗，所以花費的時間比較巨大，花了將近6個小時的時間。這在體力上也是對我們的一個考驗。不過，我和我的同組組員和堅持下來了，團(tuán)結(jié)合作，相

13、互交流，基本上完成了預(yù)期目標(biāo)?？傊@次實驗讓我們學(xué)到很多，這是課堂上無法學(xué)到的，通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。培養(yǎng)了我們創(chuàng)新工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。八、參考文獻(xiàn)1 王化祥、張淑英，傳感器原理及應(yīng)用，天津大學(xué)出版社-2版，1999、2仝衛(wèi)國、蘇杰、趙玉輝、趙勁松，傳感器原理及應(yīng)用實驗指導(dǎo)書華北電力大學(xué)2 劉愛華、滿寶元，傳感器實驗與設(shè)計，人民郵電出版社，2010相敏檢

14、波器實驗一、實驗?zāi)康模赫f明由施密特開關(guān)電路及運放組成的相敏檢波電路的原理。二、實驗設(shè)備：相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、電壓表、示波器。三、實驗原理：相敏檢波電路如圖（7）所示：圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓電輸入端，為直流參考電壓輸入。當(dāng)、端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D和J處丁開關(guān)狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。11，Ci104XRi30KV出四、實驗步驟：1.將音頻振蕩器頻率、幅度旋鈕居中，輸出信號（0°或180°均可）接相敏檢波器輸入端。2.將直流穩(wěn)壓電源2V檔輸出電壓(正或負(fù)均可)接相敏檢波器端。

15、3. 示波器兩通道分別接相敏輸入、輸出端，觀察輸入、輸出波形的相位關(guān)系和幅值關(guān)系。4. 改變端參考電壓的極性，觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關(guān)系。結(jié)論：當(dāng)參考電壓為正時，輸入與輸出同相，當(dāng)參考電壓為負(fù)時，輸入與輸出反相。5.將音頻振蕩器180°端輸出信號送入移相器輸入端，移相器的輸出端與檢敏檢波器的參考輸入端連接，相敏檢波器的信號輸入端接音頻180°輸出。6. 用示波器兩通道觀察參考輸入端和附加觀察插口、的波形。結(jié)論：相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，使相敏檢波器中的電子開關(guān)能正常工作。7. 將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通輸出端接數(shù)字電壓表20V檔。8. 示波器兩通道分別接相敏檢波器輸入、輸出端。9. 適當(dāng)調(diào)節(jié)音頻振蕩器幅值旋鈕和移相器“移相”旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端改接至音頻振蕩器180°輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。結(jié)論：當(dāng)相敏檢波器的輸入信號與開關(guān)信號同相時，輸出為正極性的全波整流信號，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負(fù)極