传感器实验报告.docx
《传感器实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器实验报告.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
传感器实验报告
实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
四、实验结果：
表1：
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
25
49
75
100
126
148
175
199
225
248
由表1可得出：
计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW=1.25mv/g;
非线性误差δ=Δm/yFS×100％=40%
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：
（1）正（受拉）应变片
（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。
答：
正、负应变片都可以，因为正负对单臂电桥的传感器特性无影响
总结：
由图可知，单臂电桥理想下是线性的，但实际存在非线性误差。
实验二金属箔式应变片—半桥性能实验
五：
实验结果：
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
9
18
28
37
47
56
66
75
85
94
灵敏度S2＝U／W=0.45mv/g，非线性误差δ=43.04mv/94=45.8%
六思考题：
1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：
（1）对边
（2）邻边。
答：
应放在邻边。
2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：
（1）电桥测量原理上存在非线性
（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
答：
因为电桥原理上存在非线性误差。
总结：
由图可知，半桥的传感器特性曲线非线性得到了改善，电桥输出灵敏度提高。
实验三金属箔式应变片—全桥性能实验
四、实验步骤：
1、将托盘安装到应变传感器的托盘支点上。
将实验模板差动放大器调零：
用导线将实验模板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接（Vi＝0）；调节放大器的增益电位器RW3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器RW4，使电压表显示为零。
2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图3—1接线。
实验方法与实验二相同，将实验数据填入表3
画出实验曲线；进行灵敏度和非线性误差计算。
实验完毕，关闭电源。
五：
实验结果：
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
16
32
49
66
82
99
116
132
149
166
灵敏度S2＝U／W=0.81mv/g，非线性误差δ=90.7mv/166=54.6%
六、思考题：
1、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：
（1）可以
（2）不可以。
答：
可以。
2某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图3—2，如何利用这四片应片组成电桥，是否需要外加电阻。
答：
将这两组应变片按照两个不同方向贴在棒材上，利用两组不同的测量值即可组成一个全路电桥，不需要外加电阻
实验五直流全桥的应用—电子秤实验
五：
实验结果：
重量（g）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
电压（mv）
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
由图知：
误差：
0%，线性误差：
0%
实验六金属箔式应变片的温度影响实验
五：
实验结果：
Uo1=0.2v,Uot=0.204v;
δ=（0.204-0.2）/0.2*100%=2%
六、思考题：
金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？
答：
可以通过以下几种方法消除：
温度自补偿法、电桥线路补偿法、辅助测量补偿法、热敏电阻补偿法、计算机补偿法等。
而最常用的是温度自补偿法和电桥线路补偿法。
温度补偿法：
利用温度补偿片进行补偿。
温度补偿片是一种特制的.具有温度补偿作用的应变片，将其粘贴在被测件上，当温度变化时，与产生的附加应变片相互抵消。
电桥线路补偿法：
电桥补偿是最常用的、效果最好的补偿方法，应变片通常作为平衡电桥的一个臂来测量应变。
实验七交流全桥的应用—振动测量实验
五：
实验结果：
f（Hz）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Vo（p-p）
0.04
0.016
-0.004
-0.002
0.007
0.024
0.030
0.032
0.034
0.036
六、思考题：
1、请归纳直流电桥和交流电桥的特点。
直流电桥是一种利用比较法精确测量电阻的方法,也是电学中一种很基本的电路连接方式。
交流电桥是由电阻,电容或电感等元件组成的桥式电路,交流电桥不但可以测交流电阻,电感,电容;还可以测量材料的介电常数,电容器的介质损耗,线圈间的互感系数和耗合系数,磁性材料的磁导率和液体的电导率。
2、定性分析如下移相器和相敏检波器电路工作原理。
移相器电路原理：
利用阻容电路达到移相目的。
相敏检波器电路的原理:
由施密特开关电路及运放组成的相敏检波器电路的原理
实验九差动变压器的性能实验
五：
实验结果：
X（mm）
0.1
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.1
V（mv）
257
234
223
206
196
168
163
150
136
124
104
灵敏度S=-66.042mv/mm
当X=±1mm时
（1） X=1时，y=185mv
（2） X=-1时，y=319mv
当x=±3mm时
（1） x=3mm时，y=54mv
（2） x=-3mm时y=450mv
六、思考题：
1、用差动变压器测量振动频率的上限受什么影响？
受铁磁材料磁感应频率响应上限影响
2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
差动变压器的工作原理类似一般电源变压器的作用原理，差动变压器在使用时采用了两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同，由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零
实验十一差动变压器零点残余电压补偿实验
实验结果：
六、思考题：
零点残余电压是什么波形？
所谓零点残余电压,是指衔铁位于中间位置时的差动输出电压。
理想情况是在零点时,两个次级线圈感应电压大小相等方向相反,差动输出电压为零。
波形为一个向两边延升的V型。
实际情况为在0点输出电压大于0，为一个U型波形。
实验十二差动变压器的应用—振动测量实验
3、根据实验结果作出梁的振幅—频率特性曲线，指出自振频率的大致值，并与实验七用应变片测出的结果相比较。
4、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压峰峰值Vp-p曲线（定性）。
注意事项：
低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。
实验完毕，关闭电源。
五：
实验结果：
F（HZ）
2
5
8
11
14
17
20
23
26
28
Vp-p（v）
0.115
0.143
0.157
0.418
0.137
0.123
0.116
0.116
0.115
0.103
五、思考题：
1、如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？
答：
增加整流电路，把交流转化为所需要的直流。
2、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？
答：
输入只能是交流，而且交流频率有上限
实验十四直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
五、实验结果：
x（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
V（mv）
725
520
345
175
83
-78
-234
-353
-464
-573
根据上图和实验数据，x属于[0.2，1.0]区间时，霍尔传感器的灵敏度为：
k=（725-83）/（0.8-0.2）=1070
在x属于[1.2，2.0]区间，霍尔传感器的灵敏度为：
K=（-78+573）/（1.2-2.0）=495
六、思考题：
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
答：
由霍尔传感器的工作原理可知，U=KIB；即霍尔元件实际感应的是所在位置的磁场强度B的大小。
实验中，霍尔元件卫衣的线性性实际上反映了空间磁场的线性分布，揭示了元件测量处磁场的线性分布。
实验十五交流激励时霍尔式传感器的位移实验
五：
实验结果：
x（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
V（mv）
-728
-645
-566
-485
-412
-328
-253
-174
-99
-24
实验十六霍尔测速实验
五：
实验结果：
电压（V）
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
转速（转/分）
0
225
368
544
677
799
930
1122
1245
1355
六、思考题：
1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制
答：
有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。
2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？
答：
如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。
实验十九电涡流传感器位移实验
五、实验结果：
X（mm）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
V（v）
10.28
10.38
10.64
10.80
10.96
11.12
11.27
11.33
11.40
六、思考题：
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？
答：
电涡流传感器的量程与金属导体的电阻率c，探头的面积S
，厚度t，线圈的励磁电流角频率ω以及线圈与金属块之间的距离
x等参数有关。
将探头换为铁，面积尽量减小
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。
答：
在量程都处于线性区域时，先选择灵敏度较大的探头。
当量程超出某一个探头的线性区间时，再选择量程较大的。
如果还需扩大量程，可以缩小探头面积。
实验二十被测体材质对电涡流传感器特性影响
五、实验结果：
X（mm）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
V（v）
4.99
5.38
5.70
6.11
6.478
6.801
7.256
7.61
7.956
X（mm）
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
V（v）
8.278
8.59
8.89
9.20
9.46
9.72
10.00
10.21
10.45
X（mm）
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
V（v）
10.66
10.87
11.08
11.25
11.35
11.42
11.44
11.46
11.46
实验二十一被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验
五、实验结果：
X（mm）
1.04
2.04
3.04
4.04
5.04
6.04
7.04
8.04
9.04
10.04
被测体1
1.78
4.26
5.84
6.84
7.43
7.80
8.03
8.21
8.30
8.36
被测体2
2.57
4.81
6.32
6.84
7.55
7.94
8.19
8.31
8.40
8.46
被测物体1：
传感器的系数灵敏度S=0.625%；非线性误差f=0.043%
被测物体2：
传感器的系数灵敏度S=0.562%；非线性误差f=0.051%
结论：
通过实验可知，由于探头线圈产生的磁场范围是一定的，当被测物体为圆柱且探头中心线与轴心线正交时，被测轴直径小会导致传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。
所以铝片的灵敏度大于铝柱的灵敏度。
实验二十二电涡流传感器测量振动实验
五、实验结果：
F（HZ）
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
V（v）
0.052
0.057
0.075
0.087
0.195
0.289
0.073
0.059
0.052
0.044
六、思考题：
1、能否用本系统数显表头，显示振动？
还需要添加什么单元，如何实行？
答：
不能，因为输出电压随振动不断变化。
可以添加一个峰值采样电路，将其输出接到数显表，则可以通过数显表的变化来观察振动强弱变化
2、当振动台振动频率一定时（如12Hz），调节低频振荡器幅值可以改变振动台振动幅度，如何利用电涡流传感器测量振动台的振动幅度?
答：
将输出值接到示波器，测量输出信号的峰峰值，则此峰峰值对应一个振动幅度。
将测得的峰峰值带入两者关系公式，即可得到幅度。
实验二十四光纤传感器的位移特性实验
五、实验结果：
X（mm）
12.1
12.2
12.3
12.4
12.5
12.6
12.7
12.8
12.9
13.0
V（v）
2.55
2.63
2.67
2.72
2.75
2.81
2.84
2.85
2.86
2.87
系统的灵敏度K=0.356v/mm；
非线性误差通常用相对误差γL表示：
γL=（ΔLmax/yFS）=3.55%，ΔLmax一最大非线性误差；yFS—量程输出。
六、思考题：
光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？
答：
光纤传感器是通过收集被测物体反射回来的光，并将反射回来的光信号
转换为电信号因此要求被测物体表面粗糙程度均匀，要干净没有污点而且光洁
度要好，黑色不接受。
实验二十五光电转速传感器测速实验
五、实验结果：
V
2
3
4
5
6
7
8
9
10
N
39
62
85
109
132
154
177
201
230
（1）计算系统灵敏度.Δn=（（62-39）+（85-62）+（109-85）+（132-109）+（154-132）…+（230-201））/8=23.875n
ΔV=1v
S=Δn/Δv=23.875n/v
（2）计算非线性误差：
Δm=（39+62+85+109+132+154+177+201+230）/9=132.1
Yfs=230n
δf=Δm/yFS×100%=57.4%
六、思考题：
已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。
答：
已做过的试验中，包含霍尔传感器、磁电式、光电转速传感器。
霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：
直流、交流、脉冲波形等，测量范围广；精度高：
在工作温度区内精度优于1%，该精度适合于任何波形的测量；线性度好：
优于0.1%；动态性能好：
响应时间小于1μs跟踪速度di/dt高于50A/μs。
光纤传感器同样具有灵敏度较高，适应性强，可以制成任意形状的光纤传感器等优点，但成本较高；
而电磁传感器已属于较落后的设备。
故从经济角度考虑，选择霍尔转速传感器较好。
升级会员 