岩土电测技术试验报告.docx

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岩土电测技术试验报告

岩土试验技能与理论

试验报告

试验名称：

传感器的标定与性能指标试验

指导老师：

XXX

姓名：

XXX

学号：

XXXXX

专业年级：

2012级岩土工程

小组成员：

XXXXXXXXX

试验日期：

2013年5月3日

1.试验目的

学习传感器的标定方法，确定传感器的典型性能指标。

2.试验仪器

力传感器，LVDT位移传感器，量力环，位移标定基准，测量电路，放大，输出装置。

3.试验内容

3.1力传感器标定试验

将力测量系统的电路放大倍数分别选为1000与500，通过标定，确定力测量系统在不同条件下传感器的标定系数。

标定时，将最大显示电压控制在5v，然后分别按传感器的正行程与反行程各标定三次，在每一个行程中，至少选择10个标定点进行标定。

通过标定确定：

（1）传感器的标定系数（灵敏度）；

（2）线性度；（3）滞回性。

3.2位移传感器标定试验

将位移测量系统的电路衰减倍数分别选为50%与25%，通过标定，确定位移测量系统在不同条件下传感器的标定系数。

标定时，同样将最大显示电压控制在5V，然后分别按传感器的正行程与反行程各标定三次，在每一个行程中，至少选择10个标定点进行标定。

通过标定确定：

（1）传感器的标定系数（灵敏度）；

（2）线性度；（3）滞回性。

4试验结果及数据分析

4.1传感器性能指标

传感器主要性能指标有灵敏度、线性度和滞回性。

1．灵敏度

通过实验所采集的几组数据，取同一档位三组数据平均值描绘成曲线形式,如附图曲线所示，灵敏度即为拟和曲线的斜率。

2．线性度

线性度是用实测的检测系统输入-输出特性曲线与拟合直线之间最大偏差与满量程输出的百分比来表示的。

实验测量值y'和拟和曲线y=kx，△=y'-y，分别计算每一个点的△值，然后取最大值，计算公式为

3．滞回性

传感器在全量程范围内最大迟滞差值

与满量程输出值

之比成为迟滞误差,用

表示,即

。

4.2力传感器试验数据及分析

分别在放大倍数为250倍、500倍和1000倍时对力传感器进行正行程和反行程标定试验，每种倍数进行三次试验，然后分别取平均值，得到压力和电压的关系曲线，从而确定传感器的标定系数（灵敏度），线性度和滞回性。

4.2.1放大倍数为250倍时

放大倍数为250倍时的试验数据及平均值、拟合值如表1、表2所示：

表1放大倍数为250倍时试验数据

压力值/kg

电压值/V

第一次试验

第二次试验

第三次试验

正行程

反行程

正行程

反行程

正行程

反行程

0

0

0.007

0

0.01

0

-0.002

9

-0.416

-0.418

-0.41

-0.411

-0.423

-0.418

18

-0.84

-0.841

-0.827

-0.849

-0.848

-0.836

27

-1.261

-1.26

-1.268

-1.266

-1.262

-1.268

36

-1.693

-1.684

-1.696

-1.687

-1.7

-1.698

45

-2.118

-2.109

-2.118

-2.108

-2.119

-2.12

54

-2.521

-2.519

-2.525

-2.515

-2.531

-2.53

63

-2.938

-2.937

-2.943

-2.93

-2.949

-2.944

72

-3.349

-3.352

-3.347

-3.346

-3.35

-3.354

81

-3.775

-3.77

-3.776

-3.772

-3.778

-3.774

90

-4.179

-4.177

-4.169

-4.174

-4.205

-4.177

表2电压平均值和拟合值

压力/kg

电压（V）

拟合值y'

△=y-y'

正行程

反行程

正行程

反行程

0.0

0.000

0.005

0

0.000

0.005

9.0

-0.416

-0.416

-0.414

-0.002

-0.002

18.0

-0.838

-0.842

-0.828

-0.010

-0.014

27.0

-1.264

-1.265

-1.242

-0.022

-0.023

36.0

-1.696

-1.690

-1.656

-0.040

-0.034

45.0

-2.118

-2.112

-2.07

-0.048

-0.042

54.0

-2.526

-2.521

-2.484

-0.042

-0.037

63.0

-2.943

-2.937

-2.898

-0.045

-0.039

72.0

-3.349

-3.351

-3.312

-0.037

-0.039

81.0

-3.776

-3.772

-3.726

-0.050

-0.046

90.0

-4.184

-4.176

-4.14

-0.044

-0.036

根据电压平均值和位移值，可得关系曲线如图1所示：

图1电压-压力曲线

由上述数据处理可得，放大倍数250倍时力学传感器灵敏度为0.0465，线性度为0.05/5*100%=1%，滞回性用迟滞误差表示为0.008/5*100%=0.16%。

4.2.1放大倍数为500倍时

放大倍数为500倍时的试验数据及平均值、拟合值如表3、表4所示：

表3放大倍数为500倍时试验数据

压力值/kg

电压值/V

第一次试验

第二次试验

第三次试验

正行程

反行程

正行程

反行程

正行程

反行程

0

0.000

0.001

0.000

0.006

0.000

0.021

4.5

-0.431

-0.425

-0.425

-0.426

-0.415

-0.409

9

-0.837

-0.827

-0.842

-0.848

-0.833

-0.823

13.5

-1.253

-1.257

-1.26

-1.272

-1.24

-1.25

18

-1.697

-1.682

-1.666

-1.698

-1.691

-1.675

22.5

-2.111

-2.101

-2.107

-2.113

-2.1

-2.089

27

-2.542

-2.531

-2.542

-2.54

-2.52

-2.508

31.5

-2.963

-2.962

-2.98

-2.962

-2.949

-2.947

36

-3.406

-3.39

-3.408

-3.387

-3.378

-3.373

40.5

-3.823

-3.817

-3.834

-3.816

-3.804

-3.807

45

-4.243

-4.243

-4.255

-4.229

-4.232

-4.225

49.5

-4.648

-4.648

-4.666

-4.665

-4.636

-4.636

表4电压平均值和拟合值

压力/kg

电压（V）

△=y-y'

正行程

反行程

拟合值

正行程

反行程

0

0.000

0.009

0.000

0.000

0.009

4.5

-0.424

-0.420

-0.423

-0.001

0.003

9

-0.837

-0.833

-0.846

0.009

0.013

13.5

-1.251

-1.260

-1.269

0.018

0.009

18

-1.685

-1.685

-1.692

0.007

0.007

22.5

-2.106

-2.101

-2.115

0.009

0.014

27

-2.535

-2.526

-2.538

0.003

0.012

31.5

-2.964

-2.957

-2.961

-0.003

0.004

36

-3.397

-3.383

-3.384

-0.013

0.001

40.5

-3.820

-3.813

-3.807

-0.013

-0.006

45

-4.243

-4.232

-4.23

-0.013

-0.002

49.5

-4.650

-4.650

-4.653

0.003

0.003

根据电压平均值和位移值，可得关系曲线如图2所示：

图2电压-压力曲线

由上述数据处理可得，放大倍数500倍时力学传感器灵敏度为0.0942，线性度为0.018/5*100%=0.36%，滞回性用迟滞误差表示为0.014/5*100%=0.28%。

4.2.1放大倍数为1000倍时

放大倍数为1000倍时的试验数据及平均值、拟合值如表5、表6所示：

表5放大倍数为1000倍时试验数据

压力值/kg

电压值/V

第一次试验

第二次试验

第三次试验

正行程

反行程

正行程

反行程

正行程

反行程

0

0.000

0.040

0.000

-0.142

0.000

0.017

2.25

-0.381

-0.378

-0.574

-0.564

-0.409

-0.409

4.5

-0.804

-0.8

-1.19

-0.992

-0.832

-0.844

6.75

-1.233

-1.223

-1.424

-1.421

-1.25

-1.269

9

-1.649

-1.633

-1.833

-1.829

-1.656

-1.683

11.25

-2.051

-2.064

-2.251

-2.244

-2.081

-2.122

13.5

-2.461

-2.49

-2.677

-2.663

-2.485

-2.536

15.75

-2.879

-2.927

-3.093

-3.101

-2.91

-2.953

18

-3.381

-3.352

-3.526

-3.537

-3.315

-3.386

20.25

-3.731

-3.768

-3.948

-3.936

-3.762

-3.797

22.5

-4.129

-4.173

-4.357

-4.357

-4.174

-4.174

表6电压平均值和拟合值

压力/kg

电压（V）

拟合值

△=y-y'

正行程

反行程

正行程

反行程

0

0.000

-0.028

0

0.000

-0.028

2.25

-0.455

-0.450

-0.42075

-0.034

-0.030

4.5

-0.942

-0.879

-0.8415

-0.101

-0.037

6.75

-1.302

-1.304

-1.26225

-0.040

-0.042

9

-1.713

-1.715

-1.683

-0.030

-0.032

11.25

-2.128

-2.143

-2.10375

-0.024

-0.040

13.5

-2.541

-2.563

-2.5245

-0.016

-0.039

15.75

-2.961

-2.994

-2.94525

-0.015

-0.048

18

-3.407

-3.425

-3.366

-0.041

-0.059

20.25

-3.814

-3.834

-3.78675

-0.027

-0.047

22.5

-4.220

-4.235

-4.2075

-0.013

-0.027

根据电压平均值和压力值，可得关系曲线如图2所示：

图3电压-压力曲线

由上述数据处理可得，放大倍数1000倍时力学传感器灵敏度为0.1876，线性度为0.101/5*100%=2.02%，滞回性用迟滞误差表示为0.33/5*100%=6.6%。

4.3位移传感器试验数据及分析

4.3.1衰减倍数为10%时

表7衰减倍数为10%时试验数据

位移（mm）

电压（V）

第一组

第二组

第三组

平均值组

拟合值

△

正行程

0.0

0.000

0.000

0.000

0.000

0.003

-0.003

0.5

0.416

0.417

0.417

0.417

0.446

-0.030

1.0

0.862

0.867

0.862

0.864

0.890

-0.026

1.5

1.308

1.316

1.303

1.309

1.333

-0.024

2.0

1.744

1.751

1.748

1.748

1.777

-0.029

2.5

2.202

2.206

2.203

2.204

2.220

-0.016

3.0

2.633

2.640

2.638

2.637

2.663

-0.026

3.5

3.083

3.086

3.086

3.085

3.107

-0.022

4.0

3.530

3.534

3.527

3.530

3.550

-0.020

4.5

3.966

3.971

3.972

3.970

3.994

-0.024

5.0

4.420

4.425

4.421

4.422

4.437

-0.015

反行程

0.0

0.003

0.002

0.004

0.003

0.003

0.000

0.5

0.436

0.445

0.439

0.440

0.446

-0.006

1.0

0.892

0.883

0.911

0.895

0.890

0.006

1.5

1.329

1.332

1.344

1.335

1.333

0.002

2.0

1.770

1.772

1.777

1.773

1.777

-0.004

2.5

2.219

2.220

2.217

2.219

2.220

-0.001

3.0

2.655

2.663

2.663

2.660

2.663

-0.003

3.5

3.112

3.105

3.128

3.115

3.107

0.008

4.0

3.552

3.556

3.569

3.559

3.550

0.009

4.5

3.989

3.994

3.994

3.992

3.994

-0.001

5.0

4.439

4.425

4.421

4.428

4.437

-0.009

正行程

0.0

0.002

0.002

0.004

0.003

-0.034

0.036

-0.5

-0.440

-0.443

-0.443

-0.442

-0.471

0.029

-1.0

-0.875

-0.879

-0.875

-0.876

-0.908

0.032

-1.5

-1.329

-1.323

-1.314

-1.322

-1.346

0.024

-2.0

-1.768

-1.763

-1.767

-1.766

-1.783

0.017

-2.5

-2.184

-2.199

-2.175

-2.186

-2.220

0.034

-3.0

-2.670

-2.644

-2.636

-2.650

-2.657

0.007

-3.5

-3.084

-3.076

-3.068

-3.076

-3.095

0.019

-4.0

-3.534

-3.499

-3.495

-3.509

-3.532

0.022

-4.5

-3.954

-3.939

-3.939

-3.944

-3.969

0.025

-5.0

-4.392

-4.372

-4.361

-4.375

-4.406

0.031

反行程

0.0

-0.020

-0.011

-0.019

-0.017

-0.034

0.017

-0.5

-0.470

-0.463

-0.469

-0.467

-0.471

0.004

-1.0

-0.900

-0.900

-0.897

-0.899

-0.908

0.009

-1.5

-1.348

-1.345

-1.348

-1.347

-1.346

-0.001

-2.0

-1.787

-1.788

-1.881

-1.819

-1.783

-0.036

-2.5

-2.220

-2.219

-2.221

-2.220

-2.220

0.000

-3.0

-2.670

-2.662

-2.669

-2.667

-2.657

-0.010

-3.5

-3.102

-3.093

-3.098

-3.098

-3.095

-0.003

-4.0

-3.533

-3.532

-3.529

-3.531

-3.532

0.000

-4.5

-3.974

-3.973

-3.979

-3.975

-3.969

-0.006

-5.0

-4.407

-4.372

-4.361

-4.380

-4.406

0.026

根据上表可得电压-位移曲线如图4所示：

图4电压-位移曲线

由上述图表可得，衰减倍数为10%时灵敏度为0.8868，线性度为0.036/5*100%=7.2%，滞回性用迟滞误差表示为0.053/5*100%=1.06%。

4.3.2衰减倍数为25%时

衰减倍数为25%时位移传感器试验数据如表8所示：

表8衰减倍数为25%时试验数据

位移（mm）

电压（V）

第一组

第二组

第三组

平均值组

拟合值

△

正行程

0.0

0.000

0.000

0.000

0.000

-0.004

0.004

0.5

0.409

0.416

0.414

0.413

0.421

-0.008

1.0

0.834

0.836

0.836

0.835

0.846

-0.011

1.5

1.254

1.258

1.260

1.257

1.272

-0.014

2.0

1.677

1.682

1.685

1.681

1.697

-0.015

2.5

2.104

2.109

2.108

2.107

2.122

-0.015

3.0

2.533

2.537

2.538

2.536

2.547

-0.011

3.5

2.964

2.962

2.967

2.964

2.972

-0.008

4.0

3.388

3.391

3.393

3.391

3.397

-0.006

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