传感器实验报告

实验目录学号：姓名：龙艳梅班级：物联网工程试验一：传感器和技术试验台使用试验二：金属箔式应变片——单臂电桥性能试验试验三：直流全桥应用——电子秤试验试验四：差动变压器性能试验试验五：电容式传感器位移特征试验试验六：电涡流传器位移特征试验试验七：被测体材质对电涡流传感器特征影响试验试验一：传感器和技术试验台使用一、试验台组成CSY系列传感器与检测技术试验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、传感器（基本型18个、增强型23个）、对应试验模板、数据采集卡及处理软件、试验台桌等六部分组成。（1）主控台部分，提供高稳定±15V、＋5V、±2V±4V±6V±8V±10V、及＋2V～＋24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、气压、频率、转速3位半数显表及计时表。音频信号源（音频振荡器）1KHZ～10KHZ(可调)；低频信号源（低频振荡器）1HZ～30HZ（可调）；气压源0～20kpa可调；高精度温度转速两用仪表；RS232计算机串行接口；流量计；漏电保护器；其中电源、音频、低频均具备断路保护功效。±2V～±10V电源与其余电源、信号Fin、Vin部分，不共地。假如与其余电源同时使用时应将其共地。因断路无输出重新开机即可回复正常。调整仪置内为温度调整、置外为转速调整。

（2）三源板：装有振动台1HZ～30HZ（可调）；旋转源0～2400转/分（可调）；加热源常温～150℃（可调）。

（3）传感器：基本型传感器包含：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、霍尔式转速传感器、磁电式传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器共十八个。

（4）试验模块部分：普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。二、电路原理传感器模块电路原理图见模块正面。三、使用方法（1）开机前将转速调整旋钮调到中间位置，显示选择旋钮打到2V档，电压选择旋钮打到±2V档，其余旋钮均打到中间位置，计时复位按钮在松开状态。

（2）将220V电源线插头插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮，计时器指示为4个零，数字表显示0.000或-0.000，电压指示灯亮，表示试验台电源工作正常。

（3）每个试验前先阅读试验指导书，每个试验均应在断开电源状态下按试验线路接好连接线，检验无误后方可接通主电源。

（4）打开调整仪电源开关，调整仪表头PV显示测量值，SV显示设置值。四、注意事项（1）在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。

（2）禁止将电源、信号源输出插座和地短接，时间长易造成电路元件损坏。

（3）禁止将主控箱上±15V电源引入模块时接错。

（4）本试验台电源±2V～±10V与电源±15V不共地，所以在同时使用时应将共地。

（5）差动变压器原边不能接直流电压。

（6）三源板上电机电源不能超出12V。

（7）做振动试验时振动面板不要碰到传感器。

（8）本试验台应采取Pt100做温度标准值与主控箱面板相连（见色标）。

（9）打开调整仪电源开关后等其完成自开启后再做按键操作。

（10）试验完成后，请将传感器以及电路模块放回原位。

（11）本试验台各个部分是相配套使用，请勿调换。

（12）在做试验前务必详细阅读试验指导书。试验二金属箔式应变片——单臂电桥性能试验一、试验目标:了解金属箔式应变片应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理:电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生改变，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应关系式为：ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻相对改变，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对改变，金属箔式应变片就是经过光刻、腐蚀等工艺制成应变敏感元件，经过它转换被测部位受力状态改变、电桥作用完成电阻到电压百分比改变，电桥输出电压反应受力状态。对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。三、需用器件与单元：应变式传感器试验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)。四、试验步骤：1、依照图(1-1)应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。图1-1应变式传感安装示意图2、接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检验无误后，合上主控箱电源开关，将试验模板调整增益电位器Rw3顺时针调整大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调整试验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表切换开关打到2V档)。关闭主控箱电源。3、将应变式传感器其中一个应变片R1(即模板左上方R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)如图1-2所表示。检验接线无误后，合上主控箱电源开关。调整Rw1，使数显表显示为零。图1-2应变式传感器单臂电桥试验接线图4、在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取对应数显表值，直到500g(或200g)砝码加完。记下试验结果填入表1-1，关闭电源。重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)0.010.040.070.100.130.160.190.220.250.29依照表1-1计算系统灵敏度S，S=Δu/ΔW(Δu输出电压改变量；ΔW重量改变量)计算线性误差：δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm为输出值(数次测量时为平均值)与拟合直线最大偏差：yF·S满量程输出平均值，另外为500g或200g。五、思索题：单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选取：(1)正(受拉)应变片(2)负(受压)应变片(3)正、负应变片均能够。试验三直流全桥应用——电子秤试验一、试验目标：了解应变片直流全桥应用电路标定。二、基本原理：电子秤试验原理为试验三全桥测量原理，经过对电路调整使电路输出电压值为重量对应值，电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。三、需用器件与单元：应变式传感器试验模板、应变式传感器、砝码、±15V电源、±4V电源。四、试验步骤：1、按试验一中2步骤将差动放大器调零：按图1-4全桥接线，合上主控箱电源开关调整电桥平衡电位器Rw1，使数显表显示0.00V。2、将10只砝码全部置于传感器托盘上，调整电位器Rw3(增益即满量程调整)，使数显表显示为0.200V(2V档测显)或-0.200V。3、拿去2、3步骤标定过程，一直到精准为止，把电压量纲 V改为重量量纲g，就可秤重，成为一台原始电子秤。4、重复2、3步骤标定过程，一直到精准为止，把电压量纲V改为重量量纲g，就可秤重，成为一台原始电子秤。5、把砝码依次放在托盘上，填入下表：重量(g)20406080100120140160180200电压(mv)0.0210.0410.0610.0810.1000.1200.1400.1600.1800.200电压(mv)0.0170.0370.0570.0780.0980.1180.1390.1590.1800.200电压(mv)0.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.1800.200依照上表计算误差与非线性误差。试验四：差动变压器性能试验一、试验目标：了解差动变压器工作原理和特征。二、基本原理：差动变压器同一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，依照内外层排列不一样，有二段式和三段式，本试验采取三段式结构。当传感器伴随被测体移动时，因为初级线圈和次级线圈之间互感发生改变促使次级线圈感应电势产生改变，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则降低，将两只次级反向串接(同名端连接)，就引出差动输出。其输出电势反应出被测体移动量。三、需用器件与单元：差动变压器试验模板、测微头、双线示波器、差动变压器，音频信号源(音频振荡器)、直流电源、万用表。四、试验步骤：1、依照图3-1，将差动变压器装在差动变压器试验模板上。图3-1差动变压器电容传感器安装示意图2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中Lv端子输出，调整音频振荡器频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱数显表频率档Fin输入来监测)。调整幅度使输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。判别首次级线圈及次级线圈同名端方法以下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈任一端为同名端，按图3-2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值改变很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(Lv音频信号Vp-p=2V波形)比较能同相和反相改变，说明已连接初、次级线圈及同名端是正确，不然继续改变连接再判别直到正确为止。图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中试验插孔。图3-2双线示波与差动变压器连结示意图3、旋动测微头，使示波器第二通道显示波形峰一峰值Vp-p为最小。这时能够左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入下表(3-1)。再从Vp-p最小处反向位移做试验，在试验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形相位关系。表(3-1)差动变压器位移ΔX值与输出电压Vp-p数据表V(mv)252220181510------101518202225V(mv)120110100110100800mm203040455060X(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2Vp-p最小0.20.40.60.81.01.24、试验过程中注意差动变压输出最小值即为差动变压器零点残余电压大小。依照表3-1画出Vop-p-X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。五、思索题：1、用差动变压器测量较高频率振幅，比如1KHz振动幅填，能够吗？差动变压器测量频率上限受到什么影响？2、试分析差动变压器与通常电源变压器异同？试验五电容式传感器位移试验一、试验目标：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容C=εA/d和其它结构关系式经过对应结构和测量电路能够选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则能够有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多个电容传感器。三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器试验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。四、试验步骤：1、按图3-1安装示意图将电容传感器装于电容传感器试验模板上。2、将电容传感器连线插入电容传感器试验模板，试验线路见图4-1。图4-1电容传感器位移试验接线图3、将电容传感器试验模板输出端V01与数显表单元Vi相接(插入主控箱Vi孔)，Rw调整到中间位置。4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4-1。X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.