传感器原理作业

1、实验一的数据处理 根据原始记录纸上的表1 1记录的数据得到的 U与W是: W( g) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 U( mV) 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 我们可知：S=0.2924g/mVRA2=0.9992 （R为相关系数） 计算非线性误差的公式为：fim/yFs 100% 由上图可知 m=57-57*R=57-57*0.9992 =0.023mV fi m/yFs 100% =0.023/57100%=0.04% 思考题： 分析产生非线性误差的原因。 答：电阻阻值的相对变化大时，非线性度越大。在计算是我们忽略了R/R这一项，所以实际测量中, 输

2、出电压与 R/R不呈线性关系，从而产生了非线性误差。 实验二的数据处理 根据原始记录纸上的表21记录的数据得到的 u与W是： W( 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 g) U( mV) 22 23 23 23 24 23 23 23 23 24 计算灵敏度公式为：S U/ W ；下图为输出电压与所加负载的关系图 由上图我们可知：S=0.5936g/mV 计算非线性误差的公式为：fi m/yFs 100% 由上图可知 m=119 119.0.9999 O.OImV f1 m/yFs 100% =0.01/119100%=0.008% 由此可见使用板桥测量电路几乎不存在非

3、线性误差 R/R 思考题：分析为什么半桥的输出灵敏度比单臂时高了一倍，而非线性误差也得到了改变？ 答：差动电桥安装了两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变，所以通过计算与分析可知，在 相同条件下，差动电桥电压灵敏度是单臂工作室的两倍，同时还具有温度补偿作用， 输出电压与 呈线性关系，股也大大改善了非线性误差。 实验三的数据处理 根据原始记录纸上的表31记录的数据得到的 u与W是: W( g) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 U( mV) 12 12 12 11 13 12 11 12 12 12 计算灵敏度公式为：S U/ W ;下图为输出电压与所加负载的关系图

4、 由上图我们可知：S=1.1600g/mV 计算非线性误差的公式为：f1 m/yFs 100% 由上图可知m = 231 231 R 231 231 .1.0000 0 f1 m/yFs 100% =0/200100%=0 由此可见使用全桥测量电路不存在非线性误差 思考题：比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较，得出相应 结论。 答：灵敏度的比较是：单臂 半桥 全桥,非线性度的比较是：单臂 半桥全桥，单臂工作时接入了一片 应变片，半桥工作时接入了两片应变片，而全桥工作时接入了四片应变片，这就是他，它们工作时灵 敏度和非线性度不同的根本原因，经计算与分析它们的测量电

5、路，便得到以上结论。 实验四的数据处理 根据原始记录纸上的表41记录的数据得到的 u与W是: W( g) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 U( mV) 19 20 20 21 19 21 19 21 20 20 计算灵敏度公式为：S U/ W ；下图为输出电压与所加负载的关系图： 由上图我们可知：S=1.0058g/mV 其误差为：y 1.1333(mV) 计算非线性误差的公式为：fi m/yFs 100% 由上图可知 m=0 f1 m/yFs 100% =0 思考题：分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增 加输出灵敏度，应采取哪些措施？ 答：环

6、境因素和实验器材的校正不准会导致非线性误差增大， 通过多次校正, 通过调节变位器可以减小甚至是消除误差，若要增加输出灵敏度可以增加相 形放大电路。 实验五数据处理 根据原始记录纸上的表5 1记录的数据得到的Vop-pX曲线如下： 分别作出量程为 1mn和3mn灵敏度和非线性误差： （这段的位移范围是：1.627mr 3.627mm 输出电压范围是：2800m 1900mV 由上图可知：Sj610mV /mm计算非线性误差的公式为：fm/ yFs m 2.6 2800 2800 7R 2800（ 1 J0.9981）2.66mV （这段的位移范围是：7.127mr 13.127mm输出电压范围是

7、：240m 3500mV 由上图可知：s2547.31mV/mm 计算非线性误差的公式为：f m/yFs m 3500 （1 R） 3500（1. 0.9965） 7mV f2 7/3500 100%0.2% 思考题： 1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHZ的振动振幅，可以吗？差 动变压器测量频率的上限受什么影响？ 答:可以，一般说来， 差动变压器是用于测量位移、压力、振动等非电量参量的传感器件的。因 而，其灵敏度要求高，线性要好。因而，要采用线性整流电路来进行整流。线性整流电路的构成是： 一个将整流电路接到 反相运算放大器的反馈回路里并在此输出。运算放大器、整流电路及其外围电 路影

8、响其上限频率。 2、是分析差动变压器与一般电源变压器的异同 答:差动变压器一般用于作为检测元件，而一般变压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。 以E型为例。一般变压器的2个E型铁芯（磁芯）是固定在一起的紧耦合，不希望工作中有任何移动， 否则会产生噪声，大功率时甚至可能损坏。而差动变压器的2个E型铁芯（磁芯）则相反。差动变压 器一般分为变面积式和变气隙式。变面积式差动变压器的2个E型铁芯（磁芯）不是固定在一起的， 随工作需要移动或者旋转。差动变压器有2个线圈，一个是激励线圈，另一个是检测线圈，一般在激 励线圈诸如一个固定频率固定幅度的信号，通过在检测线圈中的信号获取差动变压器的变化数据，进

9、而可以计算出距离、角度或者速度。 实验七数据处理 根据原始记录纸上的表7-1记录的数据得到的幅频特性曲线如下: 思考题: 1、提高激励频率有哪些优点？但是过高的激励频率又会带来哪些不利因 素？应怎样确定激励频率？ 答：适当的提高激励频率会是输出电压的幅度值也变大，但是当激励频率过 高到超过某一个值的时候，又会使得输出电压幅值逐渐减小，所以应将激励 频率控制在小于某个能使输出电压幅度值达到最大的那个频率，然后在这个 前提下适当的提高激励频率，得到理想的输出电压幅度值。 2、若用差动变压器式传感器测量振动，测量的频率受什么限制？ 答：运算放大器、整流电路及其外围电路影响其上限频率。同时可能受铁磁材

10、料磁感应频率响应上 限影响。但是原则上来说没影响，因为就算磁材料不响应的高频，线圈本身的磁场还是有互感现象， 只不过早已偏离了线性区域了，得到的结论也不准了，需要修正才行 实验八数据处理 根据表81数据作出的电容传感器位移与输出电压关系图如下所示： 由上图可知：灵敏度 s 205.54mV/mm 计算非线性误差的公式为：f m/ yFs m 585 585 R 585(1、0.9978)0.64mV f 0.64/585 100%0.11% 思考题： 1、电容传感器和电感传感器相比，有哪些优缺点？ 答：电容器传感器的优点是结构简单，价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态 响应特

11、性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等。缺点是输出有非线性，寄生电容和分布 电容对灵敏度和测量精度的影响较大，以及联接电路较复杂等。 2、简述什么是传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响？ 答：电容式传感器极板之间存在静电场，式边缘处的电场分布不均匀，造成电容的边缘效应，这相当 于再传感器的电容里并联了一个电容，这就叫边缘效应。不利影响：会引起极板间的电场分布不均， 导致非线性问题仍让存在，且灵敏度下降。 实验九数据处理 根据表9 1数据做出VX曲线如下图所示： 根据数据计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差 首先将所测得的数据分成三段，并分别求在这三个不同线性范围时的灵

12、敏度 和非线性误差 第一段：位移范围是：0.2mn 2.2mm输出电压范围是：-77.6mV -508mV; 其V X曲线如下图所示： 由上图可知：灵敏度 s1210.80mV/mm 计算非线性误差的公式为：fm/ yFs 10.61/508 100%0.12% 第二段：位移范围是：2.4mn4.4mm输出电压范围是：586mV 816mV ； 其V X曲线如下图所示： 可知：灵敏度 2114.73mV/mm 第二段：位移范围是：4.6mn 6.6mm输出电压范围是： 827mV 873mV ; 其V X曲线如下图所示： 由上图可知：灵敏度 322.364mV/mm 讥 873 873 R 873(10.9099) 40.15mv 340.15/873 100% 4.6% 思考题：归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应 怎样进行补偿。 答：（1）零位误差。零位误差由不等位电势所造成，产生不等位电势的主要 原因是：两个霍尔电极没有安装在同