传感器与检测技术实践.docx
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传感器与检测技术实践
2012年6月郑州大学自考本科助学考试
传感器与检测技术（实践）
（课程代码2203）
院系
专业
年级
学生学号
学生姓名
总分
实验序号
实验一
实验二
实验三
实验四
实验五
评阅人
实验成绩
复查人
年月日
实验一：
应变式传感器测力实验……………………………………………………………
实验二：
差分变压器式传感器位移测量实验………………………………………………
实验三：
电涡流式传感器位移和转速测量实验……………………………………………
实验四：
电容式传感器位移测量实验………………………………………………………
实验五：
霍尔式传感器位移和转速测量实验………………………………………………
实验一：
应变式传感器测力实验
实验目的：
1、观察和分析电阻的应变效应；
2、熟悉应变电阻桥的各种接法及特点。
实验内容：
1、熟悉实验的操作过程。
2、应变电阻桥的接法；
3、了解应变式传感器的结构；
4、根据实验结果，确定出力的大小。
仪器与材料：
应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表。
实验步骤：
实验
（一）:
单臂电桥
1、根据图
（1）,应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板左上
方的R1、R2、R3、R4标志端。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。
图1应变式传感器安装示意图
2、实验模板差动放大器调零，方法为:
①接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后
合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。
3、参考图
（2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）
接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
图2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数
值，记下实验结果填入表
（1）。
实验
（二）:
半桥
1、接线时，R1、R2接实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即桥路的邻边必须是传感器中两片受力方向相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片。
接入桥路电源±4V，先粗调Rw1，再细调Rw4，使数显表指示为零。
注意保持增益不变。
2、将实验数据记入表
（1），计算灵敏度S=ΔV/ΔW，非线性误差δf2。
若实验时数值变化很小或不变化，说明R2与R1为受力状态相同的两片应变片，应更换其中一片应变片。
实验（三）:
全桥
将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错调节零位旋钮Rw1，并细调Rw4使电压表指示为零，保持增益不变，逐一加上砝码。
将实验结果填入表1；进行灵敏度和非线性误差计算。
表1输出电压与负载重量的关系
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）单臂
3.3
6.8
10.3
13.8
17.3
20.6
24.1
27.6
30.8
34.3
电压（mv）半桥
6.9
13.9
20.8
27.8
34.7
41.8
48.8
55.8
63.2
70.1
电压（mv）全桥
13.9
27.7
41.7
55.5
69.4
83.3
97.2
110.6
124.8
138.9
计算系统灵敏度S
S单=△V/△W=（34.3-3.3）/9/20=0.172ｍｖ／ｇ
S半=△V/△W=（70.1-6.9）/9/20=0.351ｍｖ／ｇ
S全=△V/△W=（138.9-13.9）/9/20=0.694ｍｖ／ｇ
实验结论：
当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
实验小结：
实验二：
差分变压器式传感器位移测量实验
实验目的：
1、掌握运用差分变压器构成小位移测量的结构和原理；
2、观察零点残余电压对传感器输出特性的影响；
3、了解差分变压器的交流输出特性和直流输出特性。
实验内容：
1、按电路图连接好电路；
2、根据实验步骤，测出位移量的大小；
3、分析交流输出特性和直流输出特性。
仪器与材料：
差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。
实验步骤：
1.差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图
（1）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。
差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。
2、旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时L0′=L0″，系统输出为零。
3、当衔铁上、下移动时，L0′≠L0″，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约1800，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移2mm，记录V，X值，做出V—X曲线，求出灵敏度。
图
（1）
实验数据分析及结果：
位移mm
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
电压V
0.00
5.76
6.12
6.42
6.71
7.31
7.45
8.00
8.78
位移mm
0.00
-0.25
-0.50
-0.75
-1.00
-1.25
-1.50
-1.75
-2.00
电压V
0.00
-5.80
-6.08
-6.38
-6.74
-7.27
-7.43
-7.97
-8.82
根据所得数据，制得X-U曲线图如下：
根据实验数据及X-U图可求得灵敏度：
S=△U/△X=0.00235
实验小结：
实验三：
电涡流式传感器位移和转速测量实验
实验目的：
1、了解电涡流式传感器的原理及工作特性；
2、掌握用电涡流式传感器测量振幅的原理和方法。
实验内容：
1、按电路图连接电路；
2、测量出振幅的大小；
3、分析传感器的工作特性。
仪器与材料：
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体（铁圆片）、频率转速表。
实验步骤：
实验
（一）:
位移测量
1、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
测微头的读数与使用可参阅本实验附录；根据下图安装测微头、被测体、电涡流传感器并接线。
电涡流传感器安装、按线示意图
图中主机箱电压表接法：
实验模板Vo与其地线插口分别接主机箱Vin和其地线插口。
2、调节测微头使被测体与传感器端部接触，将电压表显示选择开关切换到20V档，检查接线无误后开启主机箱电源开关，记下电压表读数，然后每隔0.25mm读一个数，直到输出几乎不变为止。
将数据列下表。
实验测得数据如下表所示：
Xmm
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
UV
0.00
0.89
1.20
1.47
1.76
2.04
2.29
2.54
2.77
2.98
3.18
3.38
3.40
根据所得数据分别绘制U-X曲线图如下图所示：
根据曲线图求出灵敏度：
S=△U／△X=0.001
由U-X曲线图可知线性范围是：
0.30mm实验
（二）:
转速测量
1．如图1将电涡流传感器安装到传感器升降支架上，引出线接对应的涡流变换器，再接至频率转速表。
2．打开直流电源开关，调节0~24V可调电源来驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化，待转速稳定后（稳定时间约1分钟），记录驱动电压对应的转速，也可用示波器观测磁电传感器输出的波形。
图1电涡流传感器安装图
实验测得数据如下表所示：
驱动电压V（V）
+7V
+8V
+10V
+12V
+14V
+16V
+18V
+20V
转速n（rpm）
1120
1360
1785
2080
2435
2660
2850
2960
实验小结：
实验四：
电容式传感器位移测量实验
实验目的：
1、了解用电容传感器位移测量装置测定输出输入特性；
2、了解实验装置的结构，基本组成环节及工作状态；
3、掌握用千分尺对电容传感器位移测量装置的标定过程。
实验内容：
1、按电路图连接电路；
2、测量出位移的大小；
3、分析传感器的输入输出特性；
4、位移测量装置的标定。
仪器与材料：
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
实验步骤：
1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
图1电容传感器位移实验接线图
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。
4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值（V），填入表4-1。
将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。
表1电容式传感器位移与输出电压的关系
X（mm）
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
9.4
9.6
9.8
10
V（mv）
34.3
30.5
27
23.6
20.2
16.9
13.4
10.4
6.8
3.4
0.0
X（mm）
12
11.8
11.6
11.4
11.2
11
10.8
10.6
10.4
10.2
V（mv）
-30.7
-27.7
-24.8
-21.6
-18.5
-15.6
-12.4
-9.4
-6.2
-3.1
5、根据表1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。
灵敏度S=△v/△x=（34.3+3.1）/19/0.2=9.84mv/mm
误差来源：
（1）原理上存在非线性误差。
（2）电容式传感器产生的效应是非线性的。
（3）零点偏移。
实验小结：
实验五：
霍尔式传感器位移和转速测量实验
实验目的：
1、了解霍尔式传感器的结构、原理；
2、学会用霍尔式传感器进行位移和转速测量；
3、了解霍尔元件在交流信号激励下的特性。
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