2023年传感器与检测技术技术实验报告

天津广播电视大学武清分校《传感器与测试技术》实验报告姓名：学号：1班级:13春机械本实验一：电涡流式传感器实验一、实验目的1、了解电涡流传感器的实际应用。2、了解电涡流传感器在静态测量中的应用。3、了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。4、通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。5、通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。二、实验电路图及原理：图(1)电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。三、实验所需部件：测微头、示波器、电压表、电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、三种金属涡流片。四、实验步骤：1．按图连线，差动放大器调零，将电涡流传感器对准金属圆盘。2．旋转测微器旋钮移动振动台，使电涡流传感器与金属片接触，此时涡流变换器的输出电压为零，由此开始向上旋转测微器旋钮，每隔0.5mm用电压表读取变换器的输出电压，将数据填入表1。3．分别将铜片和铝片代替铁片，重复2的实验结果分别填入表2和表3。4．将电涡流传感器连支架移到金属转盘上方，调整到其端面距盘面0.5～1.0mm处，注意保持其端面与盘面的平行，不可碰擦。5．涡流变换器的输出端与数字频率表相连，开启电机，调节转速，则电机转速可由下式得到：电机转速＝频率表显示值/金属转盘等分值×2（本实验中等分值为4）五、实验数据及分析:表1电涡流传感器对铁片的输出特性距离（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5输出（v）-2.03-2.53-2.99-3.40-3.76-4.06-4.33-4.54-4.71-4.89-5.02-5.12表2电涡流传感器对铜片的输出特性距离（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5输出（v）-3.14-3.30-3.85-4.28-4.56-4.80-5.00-5.12-5.21-5.31-5.40-5.45表3电涡流传感器对铝片的输出特性距离（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5输出（v）-3.78-4.19-4.51-4.75-4.95-5.11-5.20-5.30-5.39-5.45-5.48-5.53实验二：电阻应变式传感器实验一．实验目的1、熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用。2、比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度。3、通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理。4、比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度。二．实验内容1、半导体应变式传感器位移测量电路。2、单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路。三．实验步骤1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V。＋4VR＋4VRR2－4VR3R1WD＋－V图（1）测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。3、接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。（1）旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm，测微头每移动1（2）计算各种情况下测量电路的灵敏度S。S＝△U／△x表1金属箔式电阻式应变片单臂电桥位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456输出U0（mV）1208554304-34-74-108-147-184-235平均灵敏度S（mV/mm）35.5表2金属箔式电阻式应变片双臂电桥位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456输出U0（mV）236180123590-53-108-163-222-282-339平均灵敏度S（mV/mm）57.5表3半导体应变片双臂电桥位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456输出U0（mV）558040502610129010-980-2370-3770-5300-6810-8360平均灵敏度S（mV/mm）1394实验三：电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器的结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。图4-1电容传感器位移实验接线图三、器件与单元：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。四、实验步骤：1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。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4-1电容式传感器位移与输出电压的关系X（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810V（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.83.40.0X（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2V（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.1根据表4-1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。五、思考题：试设计一个利用ε