傳感器實驗報告

傳感器原理及應(yīng)用試驗報告試驗?zāi)康?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，并把握單臂電橋工作原理和性能。根本原理:1所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)章外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地轉(zhuǎn)變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效電阻的定義式得RL/AL/(r^2) 〔1—1〕LA和電阻率ρ的變化為dR/RdL/L2dr/rd/〔1—2〕式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量εL;dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量εr。由材料力學(xué)得：εL=-μεr(1—3)，式中：μ為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.3～0.5左右；負(fù)號表示兩者的變化方向相反。將式〔1—3〕代入式〔1—2〕dR/R(12)d/〔1—4〕式〔1—4〕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)生的電阻的相對變化量。金屬導(dǎo)K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取dR/R(12) 〔1—5〕dR/(R(12)KdR/(R)(12)23、箔式應(yīng)變片的根本構(gòu)造0.025mm1—1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：ΔR／R＝Kε式中：ΔR／R,ε=ΔL/L4對單臂電橋輸出電壓U01=EKε/4。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器試驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、試驗步驟：1、依據(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，可用萬用表進展R1=R2=R3=R4=350Ω，50Ω左右。2、接入模板電源±15V(試驗?zāi)０逭{(diào)整增益電位器Rw3順時針調(diào)整大致到中間位置，再進展差動放大器壓輸入端Vi相連，調(diào)整試驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯2V檔)。關(guān)閉主控箱電源。3、將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1(即模板左上方的R1)接入電橋作為一4V(1-4Rw1。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)，yF·S試驗數(shù)據(jù)：02002040608010012014016018020003.16.29.312.515.618.722.025.228.431.5電 (mv)由上圖可知：平均電壓變化量：u((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重量(g)020406080100120重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)系統(tǒng)靈敏度：S=Δu/ΔW=3.164mv/20g=0.1582mv/g線性誤差：擬合直線為：Δu=0.1579ΔWm0.240mv，yF·S=31.58mvδf1=Δm/yF·S×100%≈0.785%思考題：03.16.29.312.515.618.722.025.228.431.5擬合電壓0.003.1586.3169.47412.63215.7918.94822.10625.26428.42231.58(mv)|差|(mv)0.000.058-0.116-0.174-0.132-0.19-0.248-0.106-0.064-0.0220.08變片時，所得電壓為負(fù)值，需要做確定的變換才后比較直觀。七、總結(jié)：通過這次試驗，我了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng),把握單臂電橋工作原理和性能，并了解了電子秤的工作原理，對敏感元件有了確定的生疏。一、試驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量一樣時，其橋路輸出電壓U02=EK/ε2。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器試驗?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、四、試驗步驟：1、傳感器安裝同試驗一。做試驗(一)2的步驟，試驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零。2、將適當(dāng)?shù)膬善瑧?yīng)變片接入橋路。R1、R2為試驗?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，留意R2和R1受力狀態(tài)相反，馬上傳感器中兩片受力相反的電阻應(yīng)變片作為電橋的相Rw1344、52-1，S=ΔU/ΔW，非δf2R2R1換另一個應(yīng)變片。四、試驗數(shù)據(jù)表2-1半橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值02040608010012014016018020006.312.819.125.431.738.144.550.757.063.2重量(g)電重量(g)電壓(mv)平均電壓變化量：u((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=6.328mvm20g系統(tǒng)靈敏度：S=Δu/ΔW=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0.006.32812.65618.98425.31231.64037.96844.29650.62456.95263.280(mv)|差|(mv)0.000.0280.1440.1160.0880.0600.0320.2040.0760.048-0.080線性誤差：m0.204mv，yF·S=63.280mv1、半橋側(cè)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：對邊。2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。一、試驗?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。R1=R2=R3=R4，其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：同試驗一。四、試驗步驟：1、傳感器安裝同試驗一。21-4接線，將四片應(yīng)變片按正確的方式接入橋路。將試驗結(jié)果填入表3-1；試驗后進展靈敏度和非線性誤差計算。表3-1全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200電0.0電0.012.224.836.949.261.073.185.298.0110.122.壓26由上圖可知：平均電壓變化量：u((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=12.2mvm20g線性誤差：S=122.28mvδf1=Δm/yF·S×100%≈0.242%重量(g)電壓00.02012.24024.86036.98049.210061.012073.114085.216098.0180110.2200122.6(mv)擬合電0.00012.22824.45636.68448.91261.1473.36885.49697.824110.05122.28壓(mv)2|差0.000-0.0280.3440.2160.288-0.14-0.268-0.2960.1760.1480.32|(mv)R3RR1=R3,R2=R4,R1≠R2(1)可以(2)不行以。答：可以。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。組成一個全橋電路，不需要外加電阻。結(jié)論。二：試驗原理4〔a〕、〔b〕、〔c〕作出單臂、半橋和全橋的電壓/重量輸出曲線，分別計算其靈敏度和非線性度，四、試驗數(shù)據(jù)1、試驗一、二、三所得的數(shù)據(jù)重量(g) 0 20

40

80 100 120 140 160 180 200單臂電壓0(mv)

3.1

6.2

9.3

12.5 15.6 18.7 22.0 25.2 28.4 31.5半橋電壓0(mv)全橋電壓0.0(mv)

6.3 12.8 19.1 25.4 31.7 38.1 44.5 50.7 57.0 63.212.2 24.8 36.9 49.2 61.0 73.1 85.2 98.0 110.2122.62、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4、結(jié)論0.61000.242%確的。一、試驗?zāi)康亩?、根本原?V)改為重量量綱(g)即成為一臺原始電子秤。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器試驗?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、±15V電源、±4V四、試驗步驟：1-40.000V。Rw3(增益即滿量0.200V(2V3Rw〔零位調(diào)整0.000V。Vg，就可秤重，成為一臺原始的電子秤。5、把砝碼依次放在托盤上，記錄試驗數(shù)據(jù)?！踩缡謾C等〕，稱出其實際重量記錄下來。五、試驗數(shù)據(jù)重量(g)020406080100120140160180200電壓(mv)019.440.157.777.898.4120140.6161.1178.2200放入手機，稱出其實際重量為211g。試驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦浴６?、根本原理?-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〔＊同名端相接以差動電勢輸出，變壓器工作在抱負(fù)狀況下〔無視渦流損耗、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為一次繞組鼓舞電壓；M1、M2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；L21L22R21R22分別為兩個二次繞組的有因而由一次側(cè)鼓舞引起的感應(yīng)電動勢一樣。由于兩個二次繞組反向串接，所以L21M1大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)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(dāng)銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向轉(zhuǎn)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。6-2二次繞組的感應(yīng)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E0素所造成的。零點剩余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點四周不靈敏，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(biāo)。三、需用器件與單元：器，音頻信號源(音頻振蕩器)、直流電源、萬用表。四、試驗步驟：16-4，將差動變壓器裝在差動變壓器試驗?zāi)０迳?。Lv端子輸出，F(xiàn)in輸入來監(jiān)測)。調(diào)整幅度使輸出幅度為峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X名端，按圖6-5與初級圈波形(LvVp-p=2V中(1)、(2)、(3)、(4)為模塊中的試驗插孔。3、旋動測微頭，使示波器其次通道顯示的波形峰一峰值Vp-p為最小。這時可Vp-pVp-p波形的相位關(guān)系。Vop-p-X±1mm、±3mm差。五、試驗數(shù)據(jù)位移(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20電壓(mv)284240192144964812位移(mm)0.20.40.60.81.01.2電壓(mv)52100148196240284、Vop-p-X、量程為±1mm、量程為±3mm由于試驗測量時只測到量程為±1.2mm的數(shù)據(jù)，所以只繪制了量程為±1.2mm4、靈敏度和非線性誤差誤差。數(shù)據(jù)如下：靈敏度非線性誤差0-1mm231.431.349%0-3mm六、思考題：230.001.207%1KHz動變壓器測量頻率的上限受什么影響？性區(qū)域了，得到的結(jié)論也不準(zhǔn)了，需要修正才行。2、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？出被測體的位移量。而一般電源變壓器是是把兩個線圈套在同一個鐵心上構(gòu)成的。一、試驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鳂?gòu)造及其特點。利用平板電容C=εA/d和其它構(gòu)造的關(guān)系式通過相應(yīng)的構(gòu)造和測量電路可以選擇ε、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只轉(zhuǎn)變其中一(εd)A)等多種電容傳感器。三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器試驗?zāi)０?、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、試驗步驟：16-427-1。圖7-1電容傳感器位移試驗接線圖3V01ViVi)，Rw0.2mmX7-1。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)0.2400.2670.2970.3250.3550.3830.4120.4420.474X(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)-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0-3.2-3.4V(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)-0.738-0.764-0.788-0.812-0.828-0.843-0.855-0.875-0.89347-1Sδf。由圖可知，擬合曲線方程為V=0.13477x-0.00011S=0.13477v/mmδf=0.031/0.886=3.5%五、思考題：ε考慮哪些因素？用傳感器檢測呼吸作用的水分程度，從而推斷出谷物的濕度，當(dāng)電容的S與D傳感器為兩個板，谷物從傳感器之間穿過。感器之間穿過，而且要留意直板傳感器的邊緣效應(yīng)。一、試驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用?；魻柺絺鞲衅魇且环N磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將〔或以磁場為媒體〕轉(zhuǎn)換成電動勢輸出。依據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾UH=KHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進展位移測量。8-1測微頭、數(shù)顯單元。四、試驗步驟：18-28-31、34Ｖ，2、4圖8-2霍爾傳感器安裝示意圖RW2零。8-330.2mm8-1。8-1X(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)2.242.372.472.572.652.722.772.792.79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。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/mmδf=0.27594/2.79=9.8%五、思考題：本試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(yīng)的是所在位置線性分布，提示了元件測量處磁場的線性分布。一、試驗?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。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單元、測微頭、鐵圓片。四、試驗步驟：19-3圖9-3電渦流傳感器安裝示意圖9-42、觀看傳感器構(gòu)造，這是一個扁平繞線圈。一個元件〔傳感器屏蔽層接地〕。4、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。Vi20V6、用連接導(dǎo)線從主控臺接入＋15V+15V0.2mm9-1。9-1XX(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)2.472.793.123.453.794.124.464.805.13X(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〕8.228.398.428.448.458.468.478.478.47、3mm5mm〔可以用端基法或其它擬合直線〕。量程為1mm時的靈敏度和線性度的計算由圖可知，擬合曲線為V=1.2886*x-0.04095所以電渦流傳感器的系統(tǒng)靈敏度即其斜率S=1.2886v/mmδf=0.02677/1.27=2.1%量程為3mm時的靈敏度和線性度的計算由圖可知，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/mmδf=0.1136/4.46=2.55%量程為5mm時的靈敏度和線性度的計算由圖可知，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/mmδf=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)，假設(shè)需要測量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計傳感器？答：電渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率c，厚度t，線圈的勵磁電流角頻率ω以及線圈與金屬塊之間的距離x等參數(shù)有關(guān)。2、用電渦流傳感器進