華中科技大學 傳感器實驗報告

1、華中科技大學 傳感器實驗報告系別：自動化學院 專業(yè)與班級：物流1104班實驗時間：第11周，星期四，上午學生姓名：吳雅嫻 學號：U201113759 同組人：龍賁璇實驗名稱：差動變壓器的性能實驗一、實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動變壓器的工作原理電磁互感原理。差動變壓器的結構如圖6-1所示，由一個一次繞組1和二個二次繞組2、3及一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個二次繞組反向串接（同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當差動變壓器工作

2、在理想情況下（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為一次繞組激勵電壓；M1、M2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個二次繞組的電感；R21、R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當銜鐵處于中間位置時，兩個二次繞組互感相同，因而由一次側激勵引起的感應電動勢相同。由于兩個二次繞組反向串接，所以差動輸出電動勢為零。當銜鐵移向二次繞組L21，這時互感M1大，M2小，圖6-1差動變壓器的結構示意圖 圖6-2差動變壓器的等效電路圖因而二次繞組L21內(nèi)感應電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應

3、電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢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：二次繞組的感應動勢為： 由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動勢為：其有效值為：差動變壓器的輸出特性曲線如圖6-3所示.圖中E21、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。E0為零點殘

4、余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點殘余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標。圖6-3  差動變壓器輸出特性三、需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙線示波器、差動變壓器，音頻信號源(音頻振蕩器)、直流電源、萬用表。四、實驗步驟：1、根據(jù)圖6-4，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。圖6-4 差動變壓器電容傳感器安裝示意圖2、在模塊上按圖6-5接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的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

5、Fin輸入來監(jiān)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)。判別初次級線圈及次級線圈同名端方法如下：設任一線圈為初級線圈，并設另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖6-5接線。當鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當次級波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點，而且相位與初級圈波形(Lv音頻信號Vp-p=2V波形)比較能同相和反相變化，說明已連接的初、次級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)為模塊中的實驗插孔。圖6-5

6、雙線示波與差動變壓器連結示意圖3、旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰一峰值Vp-p為最小。這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，則另一方向位移為負。從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入下表6-1。再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關系。表6-1 差動變壓器位移X值與輸出電壓Vp-p數(shù)據(jù)表表6-1 (1) 差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表(正位移)X(mm)00.200.400.600.801.001.201.401.60V(mv)0.562.324.647.049.5211.414.01

7、5.316.4X(mm)1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(mv)17.819.020.121.523.124.325.626.729.1X(mm)3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(mv)30.431.733.234.535.837.138.639.841.2X(mm)5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(mv)42.543.945.246.748.149.450.752.153.4X(mm)7.207.407.607.808.008.208.408.608.80V(mv)5

8、4.655.156.457.859.160.561.763.064.4X(mm)9.009.209.409.609.8010.0010.2010.4010.60V(mv)65.766.968.369.671.072.373.575.076.4X(mm)10.8011.0011.2011.4011.6011.8012.0012.2012.40V(mv)77.679.080.481.783.184.685.987.388.6表6-1 (2) 差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表(負位移)X(mm)00.200.400.600.801.001.201.401.60V(mv)0.562.454.707.

9、129.5211.613.815.116.1X(mm)1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(mv)17.518.719.921.222.824.125.426.729.1X(mm)3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(mv)30.431.633.034.335.636.938.339.641.1X(mm)5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(mv)42.443.845.146.448.049.250.652.053.4X(mm)7.207.407.607.808.008.208.4

10、08.608.80V(mv)54.655.156.557.859.160.461.763.064.3X(mm)9.009.209.409.609.8010.0010.2010.4010.60V(mv)65.566.868.269.571.072.373.675.076.3X(mm)10.8011.0011.2011.4011.6011.8012.0012.2012.40V(mv)77.578.980.281.583.084.485.787.188.44、實驗過程中注意差動變壓輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表6-1畫出Vop-p-X曲線，作出量程為±1mm、

11、7;3mm靈敏度和非線性誤差。為了方便以及提高準確度，以下曲線都由matlab軟件直接生成。源程序如下：x=0:-0.2:-12.4;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4,26.7,29.1,30.4,31.6,33.0,34.3,35.6,36.9,38.3,39.6,41.1,42.4,43.8,45.1,46.4,48.0,49.2,50.6,52.0,53.4,54.6,55.1,56.5,57.8,59.1,60.4,61.7,63.0,64.3,65.5,6

12、6.8,68.2,69.5,71.0,72.3,73.6,75.0,76.3,77.5,78.9,80.2,81.5,83.0,84.4,85.7,87.1,88.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('Vop-pX曲線')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')hold onx=0:0.2:12.4;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17

13、.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6,26.7,29.1,30.4,31.7,33.2,34.5,35.8,37.1,38.6,39.8,41.2,42.5,43.9,45.2,46.7,48.1,49.4,50.7,52.1,53.4,54.6,55.1,56.4,57.8,59.1,60.5,61.7,63.0,64.4,65.7,66.9,68.3,69.6,71.0,72.3,73.5,75.0,76.4,77.6,79.0,80.4,81.7,83.1,84.6,85.9,87.3,88.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);

14、plot(x,z,'-k',x,y,'r.')1、量程為±1mm靈敏度和非線性誤差的計算1)靈敏度的計算由matlab軟件可得量程為±1mm時的直線方程，源程序如下：x=0:-0.2:-1;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6;p=polyfit(x,y,1)p = -11.2614 0.3610x=0:0.2:1;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4;p=polyfit(x,y,1)p = 11.1714 0.3276由以上程序可得兩條直線方程分別為V=11.2614X+0.3610 V=

15、11.1714X+0.3276所以靈敏度分別為別為 S-1=-11.2614v/m , S+1=11.1714v/m2)非線性誤差的計算x=0:-0.2:-1;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.1990所以Vmax= 0.1990mv滿量程輸出由圖可得為VFS=11.6-0.56mv=11.04mv 非線性誤差為f-1=VmaxVFS×100%=0.199011.04×100%=1.8%x=0:0.2:1;y=0.56,2.32

16、,4.64,7.04,9.52,11.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.2552所以Vmax= 0.2552mv滿量程輸出由圖可得為VFS=11.4-0.56mv=10.84mv 非線性誤差為f-1=VmaxVFS×100%=0.255210.84×100%=2.3%2、量程為±3mm靈敏度和非線性誤差的計算1)靈敏度的計算由matlab軟件可得量程為±1mm時的直線方程，源程序如下：x=0:-0.2:-3;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.

17、6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4;p=polyfit(x,y,1)p = -8.0892 2.2756x=0:0.2:3;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6;p=polyfit(x,y,1)p = 8.2287 2.1932由以上程序可得兩條直線方程分別為V=-8.0892X+2.2756 V=8.2287X+2.1932所以靈敏度分別為別為 S-3=-8.0892v/m , S+3=8.2287v

18、/m2)非線性誤差的計算x=0:-0.2:-3;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.8174所以Vmax=1.8174mv滿量程輸出由圖可得為 VFS=25.4-0.56mv=24.84mv非線性誤差為f-3=VmaxVFS×100%=1.817424.84×100%=7.3%x=0:0.2:3;y=0.56,2.32,4.64,7

19、.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.9324所以Vmax=1.9324mv 滿量程輸出由圖可得為 VFS=25.6-0.56mv=25.04mv 非線性誤差為f-3=VmaxVFS×100%=1.932425.04×100%=7.7%五、思考題：1、用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1KHz的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什么影響？答：a)不可以；b)

20、 受鐵磁材料磁感應頻率響應上限影響。原則上來說沒影響，因為即使磁材料不響應的高頻，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，得到的結論也不準了，需要修正才行。2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：異：a)差動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轉換部件。b)一般E型變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）是固定在一起不動的緊耦合。而差動變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）隨工作需要移動或者旋轉。同：a)一般E型變壓器和差動變壓器有2個鐵芯（磁芯）華中科技大學 傳感器實驗報告系別：自動化學院 專業(yè)與班級：物流1104班實驗時間：第11周，星期四，上午學生姓名

21、：吳雅嫻 學號：U201113759 同組人：龍賁璇實驗名稱：電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。二、基本原理：利用平板電容C=A/d和其它結構的關系式通過相應的結構和測量電路可以選擇、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(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、電容傳感器實驗模板、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、實驗步驟：1、按圖6-4安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上。2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗模板，實驗線路見圖7-1。圖

22、7-1 電容傳感器位移實驗接線圖3、將電容傳感器實驗模板的輸出端V01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，旋動測微頭推進電容傳感器動極板位置，每間隔0.4mm記下位移X與輸出電壓值，填入表7-1。X(mm)-8.40-8.00-7.60-7.20-6.80-6.40-6.00-5.60-5.20V(mv)-136.1-130.2-126.9-122.5-119.5-115.2-109.3-101.6-94.1X(mm)-4.80-4.40-4.00-3.60-3.20-2.80-2.40-2.00-1.60V(mv)-86.3-78.5

23、-70.5-63.1-55.1-47.6-40.2-32.6-25.4X(mm)-1.20-0.80-0.4000.400.801.201.602.00V(mv)-18.2-10.2-5.305.512.219.424.533.3X(mm)2.402.803.203.604.004.404.805.205.60V(mv)40.548.256.264.171.979.287.995.1102.1X(mm)6.006.406.807.207.608.008.40V(mv)110.6116.4119.7123.0126.3131.7137.05、根據(jù)表7-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤

24、差f。五、數(shù)據(jù)處理：用matlab軟件做的散點圖，源程序如下：x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-119.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-47.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0;p=pol

25、yfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('電容式傳感器位移與輸出電壓的關系')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')1 靈敏度的計算 由matlab程序線性擬合可以直接算出直線方程，源程序如下：x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-119.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-4

26、7.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0;p=polyfit(x,y,1)p = 17.2612 0.3814由此可得直線方程為V=17.2612X+0.3814所以電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=17.2612 v/m2 非線性誤差的計算x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-1

27、19.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-47.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0; p=polyfit(x,y,1); z=polyval(p,x); c=abs(z-y); Vm=max(c)Vm = 8.5125所以Vmax=8.5125mv

28、滿量程輸出由圖可得為VFS=137.0+136.1mv=273.1mv非線性誤差為f=VmaxVFS×100%=8.5125273.1×100%=3.1%六、思考題：試設計利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結構，并敘述一下在此設計中應考慮哪些因素？答：由于是測谷物的濕度的，當此傳感器放在谷物里面時，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，當電容的S與D為恒定值時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，傳感器為兩個板，谷物從傳感器之間穿過。在設計過程中應考慮：感應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，

29、而且要注意直板傳感器的邊緣效應。華中科技大學 傳感器實驗報告系別：自動化學院 專業(yè)與班級：物流1104班實驗時間：第11周，星期四，上午學生姓名：吳雅嫻 學號：U201113759 同組人：龍賁璇實驗名稱：直流激勵時霍爾式傳感器位移特性實驗一、實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應原理工作。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體）轉換成電動勢輸出。根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進行位移測量。圖8-1霍爾效應原理 三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、直流源±4V、

30、77;15、測微頭、數(shù)顯單元。 四、實驗步驟：1、將霍爾傳感器按圖5-1安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗模板的連接按圖5-2進行。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、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 直流激勵實驗接線圖3、旋轉測微頭向軸向方向推進，每轉動0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表8-1。表8-1X(mm)4.404.204.003.803.603.403.203.002.80V(mv)660640617602581567545524507X(mm)2.602.402.202

31、.001.801.601.401.201.00V(mv)483460422385342303267227191X(mm)0.800.600.400.200-0.20-0.40-0.60-0.80V(mv)158123925928-2-37.5-68.2-102.1X(mm)-1.00-1.20-1.40-1.60-1.80-2.00-2.20-2.40-2.60V(mv)-130.3-169.5-200.1-236.2-270.9-301.4-335.3-371.2-405.7X(mm)-2.80-3.00-3.20-3.40-3.60-3.80-4.00-4.20-4.40V(mv)-446

32、.1-481.7-513.4-548.3-582.2-615.1-640.2-671.3-701.1作出V-X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。五、數(shù)據(jù)處理：x=4.4:-0.2:-4.4;y=660,640,617,602,581,567,545,524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.7,-513.4,-5

33、48.3,-582.2,-615.1,-640.2,-671.3,-701.1;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('Vop-pX曲線')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')1、量程為±1mm靈敏度和非線性誤差的計算1)靈敏度的計算由matlab軟件可得量程為±1mm時的直線方程，源程序如下：x=1:-0.2:-1;y=191,158,123,92,59,28,-2,-37.5

34、,-68.2,-102.1,-130.3;p=polyfit(x,y,1)p = 160.9318 28.2636由以上程序可得直線方程分別為V=160.9318X+28.2636所以靈敏度分別為別為S=160.9318v/m 2)非線性誤差的計算x=1:-0.2:-1;y=191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 2.3682 所以Vmax=2.3682mv 滿量程輸出由圖可得為 VFS=191+130.3mv=321.3

35、mv 非線性誤差為f-1=VmaxVFS×100%=2.3682321.3×100%=0.74%2、量程為±3mm靈敏度和非線性誤差的計算1)靈敏度的計算由matlab軟件可得量程為±1mm時的直線方程，源程序如下：x=3:-0.2:-3;y=524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.

36、7;p=polyfit(x,y,1) p = 169.6968 32.6710由以上程序可得兩條直線方程分別為V=169.6968X+32.6710所以靈敏度分別為別為 S=169.6968 v/m 2)非線性誤差的計算x=3:-0.2:-3;y=524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.7;p=polyfit(x,y,1)

37、;z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 20.0568所以Vmax=20.0568mv 滿量程輸出由圖可得為 VFS=524+481.7mv=1005.7mv 非線性誤差為f-1=VmaxVFS×100%=20.05681005.7×100%=1.99%六、思考題：本實驗中霍爾元件位移的線性度實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；即霍爾元件實際感應的是所在位置的磁場強度B的大小。實驗中，霍爾元件位置的線性性實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。華中科技大學 傳感器實驗報告系

38、別：自動化學院 專業(yè)與班級：物流1104班實驗時間：第11周，星期四，上午學生姓名：吳雅嫻 學號：U201113759 同組人：龍賁璇實驗名稱：電渦流傳感器的位移特性實驗一、實驗目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當有導電體接近時，因?qū)щ婓w渦流效應產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。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：電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測微頭、鐵圓片。四、實驗步

39、驟：、 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驗接線圖2、觀察傳感器結構，這是一個扁平繞線圈。、將電渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件（傳感器屏蔽層接地）。 、在測微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。、將實驗模板輸出端V0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關選擇電壓20V檔。、用連接導線從主控臺接入15V直流電源到模板上標有+15V的插孔中。、使測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結果列入表9-1。表9-1

40、電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）00.200.400.600.801.001.201.401.60V(v)2.353.023.604.124.524.935.275.565.82X（mm）1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(v)6.046.236.406.546.686.796.896.987.05X（mm）3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(v)7.127.197.247.307.347.397.427.467.49X（mm）5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(v

41、)7.527.547.577.597.617.637.647.667.67X（mm）7.207.407.607.808.008.208.408.608.80V(v)7.697.707.717.727.727.727.727.727.728、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)域及進行正、負位移測量時的佳工作點，試計算量程為1mm、3mm及5mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。五、數(shù)據(jù)處理用matlab將數(shù)據(jù)擬合成曲線。原程序如下：x=0:0.2:8.8;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.

42、23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46,7.49,7.52,7.54,7.57,7.59,7.61,7.63,7.64,7.66,7.67,7.69,7.70,7.71,7.72,7.72,7.72,7.72,7.72,7.72;p=polyfit(x,y,5);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('電渦流傳感器位移X與輸出電壓曲線')xlabel('X/mm')y

43、label('V/v')grid on從上圖可以看出線性區(qū)域，線性區(qū)域選作0mm到1mm之間。正、負位移測量時的最佳工作點由圖可選（0.6,4.12）。1) 量程為1mm時靈敏度和線性度的計算z=polyval(p,x);x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('電渦流傳感器量程為1mm位移X與輸出電壓曲線')xlabel('X/mm')ylabel(

44、'V/v')grid on 靈敏度的計算由matlab軟件線性擬合可得量程為1mm時的直線方程，源程序如下：x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1)p = 2.5600 2.4767由以上程序可得兩條直線方程分別為 V=2.5600X+2.4767所以靈敏度分別為S1=2.5600v/mm 線性度的計算x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.1

45、267所以Vmax=0.1267v 滿量程輸出由圖可得為VFS=4.93-2.35v=2.58v非線性誤差為f1=VmaxVFS×100%=0.126702.58×100%=4.9%2) 量程為3mm時靈敏度和線性度的計算z=polyval(p,x);x=0:0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')t

46、itle('電渦流傳感器量程為3mm位移X與輸出電壓曲線')xlabel('X/mm')ylabel('V/v')grid on 靈敏度的計算由matlab軟件線性擬合可得量程為3mm時的直線方程，源程序如下：x=0 :0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1)p = 1.4338 3.1468由以上程序可得兩條直線方程分別為V=1.4338X+3.1468 所以靈敏度分別

47、為S2=1.4338v/mm 線性度的計算x=0:0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.7968所以Vmax=0.7968v滿量程輸出由圖可得為VFS=6.89-2.35v=4.54v非線性誤差為f2=VmaxVFS×100%=0.79684.54×100%=17%3) 量程為5mm時靈敏度和線性度的計算z=polyval

48、(p,x);x=0:0.2:5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('電渦流傳感器量程為5mm位移X與輸出電壓曲線')xlabel('X/mm')ylabel('V/v'

49、)grid on 靈敏度的計算由matlab軟件線性擬合可得量程為5mm時的直線方程，源程序如下：x=0:0.2:5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1)p = 0.8821 3.8429由以上程序可得兩條直線方程分別為V=0.8821X +3.8429所以靈敏度分別為S3=0.8821v/mm 線性度的計算z=polyval(p,x);

50、x=5.5:0.2:10.5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.4929所以Vmax=1.4929v滿量程輸出由圖可得為VFS=7.46-2.35v=5.11v非線性誤差為f1=VmaxVFS×100%=1.49295.11×100

51、%=29%六、思考題：1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量±5mm的量程應如何設計傳感器？答：電渦流傳感器的量程與金屬導體的電阻率c，探頭的面積S，厚度t，線圈的勵磁電流角頻率以及線圈與金屬塊之間的距離x等參數(shù)有關。將探頭換為鐵，面積盡量減小。2、用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。答：在量程都處于線性區(qū)域時，先選擇靈敏度較大的探頭。當量程超出某一個探頭的線性區(qū)間時，再選擇量程較大的。如果還需擴大量程，可以縮小探頭面積。華中科技大學 傳感器實驗報告系別：自動化學院 專業(yè)與班級：物流1104班實驗時間：第11周，星期四，上午學生姓名：吳雅嫻 學號：U201113759 同組人：龍賁璇實驗名稱：光纖傳感器的位移