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
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3.391
3.393
3.391
3.397
-0.006
4.5
3.813
3.816
3.817
3.815
3.822
-0.007
5.0
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4.239
4.243
4.240
4.247
-0.007
反行程
0.0
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0.002
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0.5
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0.420
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-0.002
1.0
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0.846
0.846
0.000
1.5
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1.264
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1.269
1.272
-0.002
2.0
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1.692
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-0.005
2.5
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2.122
2.118
2.122
-0.003
3.0
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0.000
3.5
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2.973
2.976
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2.972
0.003
4.0
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3.402
3.397
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4.5
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3.822
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5.0
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4.239
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4.247
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正行程
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-3.404
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反行程
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-3.410