傳感器技術(shù)與檢測技術(shù)實驗報告

1、 傳感器技術(shù)與檢測技術(shù)實驗報告 院系： 專業(yè)： 學(xué)號： 姓名： 地點(diǎn)： 時間： 實驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?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)械變形時，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 為電阻絲電阻相對變化，K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長度相對變化。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Uo1= EK/4。三、實驗器

2、材主機(jī)箱(4V、15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖 2-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖如圖 2-1，將托盤安裝到應(yīng)變傳感器的托盤支點(diǎn)上，應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０迳稀鞲衅髯笙陆菓?yīng)變片為R1，右下角為R2，右上角為R3，左上角為R4。當(dāng)傳感器托盤支點(diǎn)受壓時，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。如圖 2-2，應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片。沒有文字標(biāo)記的5 個電阻是空的，其中4 個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設(shè)的。傳感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實驗?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4 和加熱器上。

3、可用萬用表進(jìn)行測量判別，常態(tài)時應(yīng)變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。 圖 2-3 單臂電橋工作原理圖四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-3 工作原理圖、圖2-2 接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，再用導(dǎo)線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V 檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時脫開的引線復(fù)原。調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使電壓表顯示為零。、應(yīng)變

4、片單臂電橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-1，畫出實驗曲線。表2-1重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)21253035394448535863下面用Matlab作出實驗曲線：附Matlab代碼：%W=20:20:200;U=21,25,30,35,39,44,48,53,58,63;plot(W,U,r,LineWidth,2)hold on %保持原有圖像不變的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作grid on;title(U-W曲線);xlabel(W/g);y

5、label(U/mV);%、根據(jù)表2-1計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U為輸出電壓變化量，W 為重量變化量）和非線性誤差。=m/yFS 100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實驗完畢，關(guān)閉電源。解：根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，用matlab作出電壓與重量的線性擬合曲線，如下圖：附Matlab代碼：%W=20:20:200;U=21,25,30,35,39,44,48,53,58,63;plot(W,U,b:*)hold on %保持原有圖像不變的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(W,U,1);%ployfit是作曲線擬合時用的函

6、數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合UU=polyval(b,W)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值，plot(W,UU,r,LineWidth,2)grid on;title(U-W曲線);xlabel(W/g);ylabel(U/mV);%根據(jù)擬合曲線，系統(tǒng)靈敏度S=UW=63mV-21mV200g-20g=0.23mV/g非線性誤差=LmaxyF,S100%=48.58-4863100%=0.91%五、思考題單臂電橋工作時，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。解：（1）正（受拉）應(yīng)變片。實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康?/p>

7、比較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只應(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)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓Uo2EK2。三、實驗器材主機(jī)箱(4V、15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-4 工作原理圖、圖2-5接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸?/p>

8、大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復(fù)實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片半橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-2，畫出實驗曲線。5、計算靈敏度SUW，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。6、利用虛擬儀器進(jìn)行測量。 圖 2-4 半橋工作原理圖表 2-2重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)101929405060718191101解：4、用Matlab繪制實驗曲線(見

9、下頁)：5、計算靈敏度和非線性誤差用最小二乘法繪制曲線后，與之對比計算靈敏度和非線性誤差所以靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=UW=101.2mV-9.218mV200g-20g=0.51mV/g。非線性誤差=LmaxyF,S100%=101.2-101101100%=0.20%五、思考題1、半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。2、半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（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。

10、解：1、應(yīng)放在（2）鄰邊。2、應(yīng)放在（1）對邊3、是因為（1）電橋測量原理上存在非線性。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?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)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓Uo3KE QUOTE 。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。三、實驗器材主機(jī)箱(4V、15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-6 工作原理圖、圖2-7 接線示意圖安裝接線。2、差動放大器調(diào)零將

11、實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€暫時脫開，用導(dǎo)線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復(fù)實驗?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎肟诮泳€，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片全橋?qū)嶒炘趹?yīng)變傳感器的托盤上放置一只砝碼，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（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-3，畫出實驗曲線。5、計算靈敏度SUW，非線性誤差。實驗完畢

12、，關(guān)閉電源。、利用虛擬儀器進(jìn)行測量。 圖 2-6 全橋工作原理圖表 2-3重量(g)21406280100120140160180200電壓(mV)1939597899119139159183201解：4、用Matlab繪制實驗曲線圖：5、計算靈敏度和非線性誤差利用Matlab，用最小二乘法繪制曲線后，與之對比計算靈敏度和非線性誤差所以靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=UW=180.5mV-58.76mV180g-60g=1.0145mV/g。非線性誤差=LmaxyF,S100%=183-180.5200.8100%=1.25% 五、思考題1、測量中，當(dāng)兩組對邊（如R1、R3 為對邊）電阻值R相同

13、時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。2、某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖-，能否如何利用四片應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。 圖 2-8 受拉力時應(yīng)變式傳感器圓周面展開圖解：1、(1)可以，但是不利于測量后的分析計算。2、將這兩組應(yīng)變片分別按照兩個不同的方向貼在棒材上面就可以了，然侯利用不同的兩組測量值就可以組成一個全橋電路，進(jìn)而獲得測量結(jié)果，無需再引入外界電阻。實驗九 電容式傳感器的位移實驗一、實驗?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CAd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

14、參數(shù)中保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測位移（d變）和測距離、液位（A變）等多種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖3-6 所示：由二個圓筒和一個圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=2ln(Rr)。圖中C1、C2 是差動連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生X 位移時，電容量的變化量為C=C1C2=22Xln(Rr)，式中2、ln(Rr)為常數(shù)，說明C 與位移X 成正比，配上配套測量電路就能測量位移。 圖 3-6 電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)三、實驗器材主機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０濉y微頭。四、

15、實驗步驟 圖 3-7 電容傳感器位移實驗原理圖1、按圖3-8 將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳?，實驗?zāi)０宓妮敵鰋1 接主機(jī)箱電壓表的in。2、將實驗?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳圈）。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)； 旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動測微頭（向同一個方向）5 圈，記錄此時測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實驗起點(diǎn)值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)（單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的回差）；將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出實驗曲線。表 3-7

16、電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)15.37615.87616.37616.87617.37617.87618.37618.87619.37619.876V(mv)88186372048824734-195-435-643-8444、根據(jù)表3-7 數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。解：應(yīng)用Matlab軟件，對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，將所得到的線性擬合曲線與根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的實際曲線在同一坐標(biāo)圖中表示出來，如下圖：附Matlab代碼：%x=15.376:0.5:19.876;v=881,863,720,488,247,34,-195,-435,-643,-844p

17、lot(x,v,r:*)hold on %保持原有圖像不變的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作曲線擬合時用的函數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合vv=polyval(b,x)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值，plot(x,vv,LineWidth,2)grid on;title(v-x曲線);xlabel(x/mm);ylabel(v/mV);%所以電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S=yx=1042-(-818.5)15.38-19.88=413.33mv/mm非線性誤差為=LmaxyF,S100%=720-628.3881100%=10.4%五、思考題試設(shè)計利用的變化測谷物

18、濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計中應(yīng)考慮哪些因素？解：這種利用的變化測谷物濕度的傳感器的結(jié)構(gòu)有很多種，最簡單的是由兩平行極板組成的電容器，將電容器極板插入被測量的介質(zhì)（谷物）中，插入的深度固定，隨著谷物濕度的增加，由C=0rA 可知，電容器極板間相對介電常數(shù)r將會增加，從而導(dǎo)致電容器的電容增大，從而通過電容的變化來測量谷物的濕度。實驗十一 壓電式傳感器振動測量實驗一、實驗?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動的原理和方法。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（觀察實驗用壓電加速度計結(jié)構(gòu)）。工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于

19、壓電效應(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動加速度的表面電荷。三、實驗器材主機(jī)箱、差動變壓器實驗?zāi)０?、振動源、示波器。四、實驗步驟1、按圖4-3 所示將壓電傳感器安裝在振動臺面上（與振動臺面中心的磁鋼吸合），振動源的低頻輸入接主機(jī)箱中的低頻振蕩器，其它連線按圖示意接線。 圖 4-2 壓電傳感器振動實驗原理圖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的波形。3、用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺同時觀察輸出波形變化。4、改變振動源的振蕩頻率（調(diào)節(jié)主機(jī)箱低頻振蕩器的頻率），觀察輸出波形變化。低頻振蕩器的幅度旋

20、鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入表4-2。實驗完畢，關(guān)閉電源。表 4-2f(Hz)571215172025V(p-p)0.3030.5782.8491.6711.4391.2621.001五、思考題根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？解：根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致是15Hz。傳感器輸出波形的相位差大致為12。實驗十二 電渦流傳感器位移實驗一、實驗?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該

21、電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線圈與金屬體表面不接觸），當(dāng)線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時可以進(jìn)行位移測量。三、實驗器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０?、電渦流傳感器、測微頭、被測體（鐵圓片）。四、實驗步驟 圖4-4 電渦流傳感器原理圖1、 觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。根據(jù)圖4-5 安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器并接線。2、調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳

22、感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20V 檔，檢查接線無誤后開啟主機(jī)箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm 讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)列入表4-2。表4-2 電渦流傳感器位移X 與輸出電壓數(shù)據(jù)X(mm)14.30014.40014.50014.60014.70014.80014.90015.000V(v)0.000.010.050.110.170.240.310.39X(mm)15.10015.20015.30015.40015.50015.60015.70015.800V(v)0.470.540.620.710.800.890.971.06X(mm)15.90016

23、.00016.10016.20016.30016.40016.50016.600V(v)1.161.261.351.441.541.641.751.85X(mm)16.70016.80016.90017.00017.10017.20017.30017.400V(v)1.952.052.162.262.482.582.692.80X(mm)17.50017.60017.70017.80017.90018.00018.10018.200V(v)2.913.013.113.223.343.443.553.65X(mm)18.30018.40018.50018.60018.70018.80018.90

24、019.000V(v)3.763.873.974.074.174.284.384.48X(mm)19.10019.20019.30019.40019.50019.60019.70019.800V(v)4.584.674.774.864.965.055.145.23X(mm)19.90020.00020.10020.20020.30020.40020.50020.600V(v)5.325.405.485.565.656.70(不變值)3、畫出VX 曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時的最佳工作點(diǎn)（即曲線線性段的中點(diǎn)）。試計算測量范圍為1mm與3 mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或

25、其它擬合直線）。實驗完畢，關(guān)閉電源。解：、用Matlab軟件作出V-X曲線：附代碼：%x=14.300:0.1:20.600;v=0.00,0.01,0.05,0.11,0.17,0.24,0.31,0.39,0.47,0.54,0.62,0.71,0.80,0.89,0.97,1.06,1.16,1.26,1.35,1.44,1.54,1.64,1.75,1.85,1.95,2.05,2.16,2.26,2.48,2.58,2.69,2.80,2.91,3.01,3.11,3.22,3.34,3.44,3.55,3.65,3.76,3.87,3.97,4.07,4.17,4.28,4.38,

26、4.48,4.58,4.67,4.77,4.86,4.96,5.05,5.14,5.23,5.32,5.40,5.48,5.56,5.65,6.70,6.70,6.70;plot(x,v,Linewidth,2);grid on;title(v-x曲線);xlabel(x/mm);ylabel(v/V);%、根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時的最佳工作點(diǎn)（即曲線線性段的中點(diǎn)）為點(diǎn)X=17.300mm，此時對應(yīng)的V=2.69V。、計算測量范圍為1mm與3 mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）：再次利用Matlab軟件線性擬合V-X曲線圖：附代碼：%x=14.300:0.1

27、:20.600;v=0.00,0.01,0.05,0.11,0.17,0.24,0.31,0.39,0.47,0.54,0.62,0.71,0.80,0.89,0.97,1.06,1.16,1.26,1.35,1.44,1.54,1.64,1.75,1.85,1.95,2.05,2.16,2.26,2.48,2.58,2.69,2.80,2.91,3.01,3.11,3.22,3.34,3.44,3.55,3.65,3.76,3.87,3.97,4.07,4.17,4.28,4.38,4.48,4.58,4.67,4.77,4.86,4.96,5.05,5.14,5.23,5.32,5.40,

28、5.48,5.56,5.65,6.70,6.70,6.70;plot(x,v,r:*)hold on %保持原有圖像不變的基礎(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作曲線擬合時用的函數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合yy=polyval(b,x)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值，plot(x,yy,LineWidth,2)grid on;grid on;title(v-x曲線);xlabel(x/mm);ylabel(v/V);%測量范圍為1mm時，由于最佳工作點(diǎn)為點(diǎn)X=17.300mm，因此選?。?6.800mm，17.800mm）區(qū)間段進(jìn)行計算，利用Matlab作出擬合曲

29、線與實際曲線在（16.800mm，17.800mm）區(qū)間的曲線圖（見下頁）：由圖可知：Lmax=2.306V-2.16V=0.146V,yF,S=6.7V,所以其線性度eL=LmaxyF,S100%=0.1466.7100%=2.18%，靈敏度K=yx=3.22V-2.05V17.800mm-16.800mm=1.16V/mm.測量范圍為3mm時，同理，由于最佳工作點(diǎn)為點(diǎn)X=17.300mm，因此選?。?5.800mm，18.800mm）區(qū)間段進(jìn)行計算，利用Matlab作出擬合曲線與實際曲線在（15.800mm，18.800mm）區(qū)間的曲線圖：由圖可知：Lmax=1.784V-1.64V=0.

30、144V,yF,S=6.7V,所以其線性度eL=LmaxyF,S100%=0.1446.7100%=2.15%，靈敏度K=yx=4.28V-1.06V18.800mm-15.800mm=1.07V/mm.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)計傳感器？2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。解：1、電渦流傳感器的量程與其線圈的外徑、線圈的磁心等有關(guān)。線圈的外徑越大，線性范圍就越大，但靈敏度低，反之，線圈的外徑越小，線性范圍就越小，靈敏度越高。由于利用電渦流傳感器測位移是要在其線性范圍內(nèi)才能正常工作的，超出其線性范圍，則測量的

31、數(shù)據(jù)是錯誤的，因此，要測量5mm的量程，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大電渦流傳感器的外徑，在保證其靈敏度較高的情況下進(jìn)行測量。另外，為了使該傳感器小型化，可在其線圈內(nèi)加磁心，以便在相同電感量的條件下，減小匝數(shù)，提高Q值，同時，加入磁心還可以感受較弱的磁場變化，造成值變化增大而擴(kuò)大測量范圍。2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測量時應(yīng)選用反射式電渦流傳感器，應(yīng)根據(jù)所要測量的非接觸位移的大小范圍選擇適合的傳感器，例如：進(jìn)行較大非接觸位移時，可考慮選用100mm，分辨力為0.1%的電渦流傳感器。若要進(jìn)行較小非接觸位移時，可考慮選用量程為幾微米的電渦流傳感器，以便提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度?？傊?，要根據(jù)待測量的情況選擇相應(yīng)的電渦

32、流傳感器。實驗十三 被測體材質(zhì)、面積對電渦流傳感器的特性影響實驗一、實驗?zāi)康牧私獠煌谋粶y體材料對電渦流傳感器性能的影響。了解不同的被測體形狀、尺寸對電渦流傳感器性能的影響。二、基本原理渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會有不同的性能。電渦流傳感器在實際應(yīng)用中，由于被測體的形狀，大小不同會導(dǎo)致被測體上渦流效應(yīng)的不充分，會減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須針對具體的被測體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。三、實驗器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０?、電渦流傳感器、測微頭、三個圓片被測體（鐵、銅和鋁）、二個不同形狀鋁被測體（被測體面積不同）。四

33、、實驗步驟一被測體材質(zhì)對電渦流傳感器性能的影響1、實驗步驟與方法同實驗十二。2、將實驗十二的被測體鐵圓片換成鋁和銅圓片，重復(fù)實驗十二步驟，進(jìn)行被測體為鋁圓片和銅圓片時的位移特性測試，分別將數(shù)據(jù)列入表和表4-3 表表4-4。表4-3 被測體為鋁圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)X(mm)13.00013.10013.20013.30013.40013.50013.60013.700V(V)2.152.182.212.292.472.662.833.00X(mm)13.80013.90014.00014.10014.20014.30014.40014.500V(V)3.173.343.513.663.81

34、3.964.104.25X(mm)14.60014.70014.80014.90015.00015.10015.20015.300V(V)4.384.514.634.764.874.995.095.19X(mm)15.40015.50015.60015.70015.80015.90016.00016.100V(V)5.305.405.495.585.665.745.835.90X(mm)16.20016.30016.40016.50016.60016.70016.80016.900V(V)5.976.046.116.186.246.306.366.42X(mm)17.00017.10017.2

35、0017.30017.40017.50017.60017.700V(V)6.476.536.576.626.676.716.756.79X(mm)17.80017.90018.00018,10018.20018.30018.40018.500V(V)6.846.876.916.956.987.017.057.08X(mm)18.60018.70018.80018.90019.00019.10019.20019.300V(V)7.117.147.177.207.227.257.277.30X(mm)19.40019.50019.60019.70019.80019.90020.00020.100V

36、(V)7.327.347.377.397.417.437.457.46X(mm)20.20020.30020.40020.50020.60020.70020.80020.900V(V)7.487.507.517.537.557.567.587.59X(mm)21.00021.10021.20021.30021.40021.50021.60021.700V(V)7.617.617.627.637.657.687.697.70X(mm)21.80021.90022.00022.10022.20022.30022.40022.500V(V)7.717.727.747.757.767.77(不變值)表

37、4-4 被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)X(mm)14.50014.60014.70014.80014.90015.00015.10015.200V(V)1.931.921.931.951.992.112.252.42X(mm)15.30015.40015.50015.60015.70015.80015.90016.000V(V)2.582.762.943.103.243.403.553.70X(mm)16.10016.20016.30016.40016.50016.60016.70016.800V(V)3.843.984.124.244.384.514.634.74X(mm)16.900

38、17.00017.10017.20017.30017.40017.50017.600V(V)4.864.985.085.185.285.385.505.59X(mm)17.70017.80017.90018.00018,10018.20018.30018.400V(V)5.655.735.815.905.966.036.096.17X(mm)18.50018.60018.70018.80018.90019.00019.10019.200V(V)6.246.306.356.416.476.536.576.62X(mm)19.30019.40019.50019.60019.70019.80019.

39、90020.000V(V)6.676.726.776.816.856.906.957.00X(mm)20.10020.20020.30020.40020.50020.60020.70020.800V(V)7.047.087.127.167.197.237.267.29X(mm)20.90021.00021.10021.20021.30021.40021.50021.600V(V)7.327.357.387.417.437.467.487.50X(mm)21.70021.80021.90022.00022.10022.20022.30022.400V(V)7.527.547.567.587.60

40、7.6222.63(不變值)3、根據(jù)表4-3 和表4-4畫出實驗曲線分別計算量程為1mm 和3mm 時的靈敏度和非線性誤差（線性度）。解：(1)根據(jù)表4-3畫出被測體為大鋁圓片時的位移與輸出電壓的實際曲線：在matlab的m文件中輸入以下代碼：%X=13.000:0.1:22.500;V=2.15,2.18,2.21,2.29,2.47,2.66,2.83,3.00,3.17,3.34,3.51,3.66,3.81,3.96,4.10,4.25,4.38,4.51,4.63,4.76,4.87,4.99,5.09,5.19,5.30,5.40,5.49,5.58,5.66,5.74,5.83,

41、5.90,5.97,6.04,6.11,6.18,6.24,6.30,6.36,6.42,6.47,6.53,6.57,6.62,6.67,6.71,6.75,6.79,6.84,6.87,6.91,6.95,6.98,7.01,7.05,7.08,7.11,7.14,7.17,7.20,7.22,7.25,7.27,7.30,7.32,7.34,7.37,7.39,7.41,7.43,7.45,7.46,7.48,7.50,7.51,7.53,7.55,7.56,7.58,7.59,7.61,7.61,7.62,7.63,7.65,7.68,7.69,7.70,7.71,7.72,7.74,

42、7.75,7.76,7.77,7.77,7.77plot(X,V),title(V-X實際曲線),xlabel(X/mm),ylabel(V/V),grid on;%運(yùn)行后可得V-X實際曲線圖：（見下頁）下面計算量程為1mm 和3mm 時的靈敏度和非線性誤差（線性度）：量程為1mm時，選取17mm,18mm，應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=6.92V-6.485V18mm-17mm=0.435V/mm。非線性誤差=Lm

43、axyF,S100%=6.485V-6.47V6.92V100%=0.22%量程為3mm時，選取16mm,19mm, 應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖(見下頁)：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=7.329V-5.961V19mm-16mm=0.456V/mm。非線性誤差=LmaxyF,S100%=5.961V-5.83V7.329V100%=1.79%(2)根據(jù)表4-4畫出被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓的實際曲線：在matlab的m文件中輸入以下代碼

44、：%X=14.500:0.1:22.400;V=1.93,1.92,1.93,1.95,1.99,2.11,2.25,2.42,2.58,2.76,2.94,3.10,3.24,3.40,3.55,3.70,3.84,3.98,4.12,4.24,4.38,4.51,4.63,4.74,4.86,4.98,5.08,5.18,5.28,5.38,5.50,5.59,5.65,5.73,5.81,5.90,5.96,6.03,6.09,6.17,6.24,6.30,6.35,6.41,6.47,6.53,6.57,6.62,6.67,6.72,6.77,6.81,6.85,6.90,6.95,7

45、.00,7.04,7.08,7.12,7.16,7.19,7.23,7.26,7.29,7.32,7.35,7.38,7.41,7.43,7.46,7.48,7.50,7.52,7.54,7.56,7.58,7.60,7.62,7.63,7.63plot(X,V),title(銅圓片V-X實際曲線),xlabel(X/mm),ylabel(V/V),grid on;%運(yùn)行后可得銅圓片的V-X實際曲線圖：下面計算量程為1mm 和3mm 時的靈敏度和非線性誤差（線性度）：量程為1mm時，選取17mm,18mm，應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)銅圓片的V-X實際曲線以及其

46、線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=5.922V-5.002V18mm-17mm=0.92V/mm。非線性誤差=LmaxyF,S100%=5.5V-5.462V5.90V100%=0.64%量程為3mm時，選取16mm,19mm, 應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)銅圓片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=6.742V-3.994V19mm-16mm=0.916V/mm。非線性

47、誤差=LmaxyF,S100%=3.994V-3.7V6.742V100%=4.4%4、分別比較實驗十二和本實驗所得結(jié)果，進(jìn)行小結(jié)。解：由實驗十二的實驗結(jié)果以及根據(jù)實驗結(jié)果所繪出的電渦流傳感器的V-X特性曲線可知：電渦流傳感器的V-X曲線在一定范圍內(nèi)基本上是線性的，而隨著X的增大，V逐漸增大，當(dāng)X達(dá)到一定值時，V趨于恒定，但在其很大測量范圍內(nèi)V與X的關(guān)系仍是線性關(guān)系。而本實驗所得出的結(jié)果，所繪出的大鋁片、小鋁片、銅圓片的V-X曲線卻均不是線性的，V隨著X的增大逐漸增大，但dVdX卻逐漸減小，最終V趨于恒定。由此可見，并非任何一種材料都可以制成電渦流傳感器的，需經(jīng)過一定的校正才能使其V-X曲線在

48、量程范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、實驗步驟二被測體形狀、尺寸對電渦流傳感器性能的影響1、實驗步驟與方法同實驗十二。2、在測微頭的測桿上分別用二種不同面積的被測鋁材進(jìn)行電渦位移特性測定，并分別將實驗數(shù)據(jù)列入表4-5。表 4-5 不同尺寸時的被測體特性數(shù)據(jù)：X(mm)13.00013.10013.20013.30013.40013.50013.60013.700被測體12.152.182.212.292.472.662.833.00被測體23.964.144.314.474.644.804.955.09X(mm)13.80013.90014.00014.10014.20014.3001

49、4.40014.500被測體13.173.343.513.663.813.964.104.25被測體25.235.375.505.635.745.855.976.07X(mm)14.60014.70014.80014.90015.00015.10015.20015.300被測體14.384.514.634.764.874.995.095.19被測體26.176.276.356.446.536.616.696.76X(mm)15.40015.50015.60015.70015.80015.90016.00016.100被測體15.305.405.495.585.665.745.835.90被測體

50、26.836.906.967.027.087.137.197.24X(mm)16.20016.30016.40016.50016.60016.70016.80016.900被測體15.976.046.116.186.246.306.366.42被測體27.287.327.377.417.457.497.537.56X(mm)17.00017.10017.20017.30017.40017.50017.60017.700被測體16.476.536.576.626.676.716.756.79被測體27.597.627.657.687.717.747.767.78X(mm)17.80017.900

51、18.00018,10018.20018.30018.40018.500被測體16.846.876.916.956.987.017.057.08被測體27.807.827.847.867.887.907.927.93X(mm)18.60018.70018.80018.90019.00019.10019.20019.300被測體17.117.147.177.207.227.257.277.30被測體27.947.967.977.988.008.018.028.03X(mm)19.40019.50019.60019.70019.80019.90020.00020.100被測體17.327.347.

52、377.397.417.437.457.46被測體28.048.058.068.078.088.098.108.11X(mm)20.20020.30020.40020.50020.60020.70020.80020.900被測體17.487.507.517.537.557.567.587.59被測體28.118.128.138.138.148.158.158.16X(mm)21.00021.10021.20021.30021.40021.50021.60021.700被測體17.617.617.627.637.657.687.697.70被測體28.168.178.178.188.188.19

53、(不變值)X(mm)21.80021.90022.00022.10022.20022.30022.40022.500被測體17.717.727.747.757.767.77(不變值)被測體28.19(不變值)3、根據(jù)表4-5 數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算二種被測體1號、2 號的靈敏度、并說明理由。實驗完畢，關(guān)閉電源。解：在matlab的m文件中輸入以下代碼：%X=13.000:0.1:22.500;V1=2.15,2.18,2.21,2.29,2.47,2.66,2.83,3.00,3.17,3.34,3.51,3.66,3.81,3.96,4.10,4.25,4.38,4.51,4.63,4.76

54、,4.87,4.99,5.09,5.19,5.30,5.40,5.49,5.58,5.66,5.74,5.83,5.90,5.97,6.04,6.11,6.18,6.24,6.30,6.36,6.42,6.47,6.53,6.57,6.62,6.67,6.71,6.75,6.79,6.84,6.87,6.91,6.95,6.98,7.01,7.05,7.08,7.11,7.14,7.17,7.20,7.22,7.25,7.27,7.30,7.32,7.34,7.37,7.39,7.41,7.43,7.45,7.46,7.48,7.50,7.51,7.53,7.55,7.56,7.58,7.59

55、,7.61,7.61,7.62,7.63,7.65,7.68,7.69,7.70,7.71,7.72,7.74,7.75,7.76,7.77,7.77,7.77%大鋁片V2=3.96,4.14,4.31,4.47,4.64,4.80,4.95,5.09,5.23,5.37,5.50,5.63,5.74,5.85,5.97,6.07,6.17,6.27,6.35,6.44,6.53,6.61,6.69,6.76,6.83,6.90,6.96,7.02,7.08,7.13,7.19,7.24,7.28,7.32,7.37,7.41,7.45,7.49,7.53,7.56,7.59,7.62,7.6

56、5,7.68,7.71,7.74,7.76,7.78,7.80,7.82,7.84,7.86,7.88,7.90,7.92,7.93,7.94,7.96,7.97,7.98,8.00,8.01,8.02,8.03,8.04,8.05,8.06,8.07,8.08,8.09,8.10,8.11,8.11,8.12,8.13,8.13,8.14,8.15,8.15,8.16,8.16,8.17,8.17,8.18,8.18,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19,8.19%小鋁片plot(X,V1),hold on,plot(X,V2),

57、title(同種材料不同大小的被測體的V-X實際曲線),xlabel(X/mm),ylabel(V/V),grid on;%運(yùn)行以上程序得：(1)下面計算被測體1量程為1mm 和3mm 時的靈敏度：由于被測體1即為大鋁片，其實驗曲線在前面已經(jīng)畫過了，在這里不再重復(fù)作圖，其量程為1mm 和3mm 時的靈敏度也已在前面計算過了。量程為1mm時，選取17mm,18mm，其靈敏度為S=VX=6.92V-6.485V18mm-17mm=0.435V/mm量程為3mm時，選取16mm,19mm, 其靈敏度S=VX=7.329V-5.961V19mm-16mm=0.456V/mm(2) 下面計算被測體2量程

58、為1mm 和3mm 時的靈敏度：量程為1mm時，選取17mm,18mm，應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)被測體2的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=7.851V-7.601V18mm-17mm=0.25V/mm。非線性誤差=LmaxyF,S100%=7.74V-7.726V7.851V100%=0.18%量程為3mm時，選取16mm,19mm，應(yīng)用Matlab，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)被測體2的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性

59、擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=VX=8.077V-7.289V19mm-16mm=0.26V/mm。非線性誤差=LmaxyF,S100%=7.289V-7.19V8.077V100%=1.23%實驗十五 直流激勵時線性霍爾傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢UHKHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運(yùn)動時，它的電勢會發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測量。三、實驗器材主機(jī)箱、霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、實驗步驟 圖 5-1 霍爾傳感器（直流激勵）實驗原理圖1、按圖5-

60、2示意圖接線（實驗?zāi)０宓妮敵鰋1 接主機(jī)箱電壓表的in），將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到v檔。2、檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1 使數(shù)顯表指示為零。3、向某個方向調(diào)節(jié)測微頭2位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實驗起始點(diǎn)；再反方向調(diào)節(jié)測微頭，每增加0.2mm 記下一個讀數(shù)（建議做4位移），將讀數(shù)填入表5-1。表5-1X(mm)13.55013.75013.95014.15014.35014.55014.75014.95015.150V(mV)-128.9-116.7-102.9-91.1-79.0-66.0-52.5-39.2-25.9X(mm)