傳感器實驗報告

1、傳感實驗報告 姓名：王照華 準(zhǔn)考證號：070212200200實驗一：金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康模?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理： 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變 效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： r/r=k式中r/r為電阻絲的電阻相對變化值，k為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=l/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，用它來轉(zhuǎn)換被測部位的受力大小及狀態(tài)，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，輸出電壓u0=ek（e為供橋電壓），對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，u01=ek/4。（

2、e為供橋電壓）。三、器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數(shù)顯表、15v電源、4v電源、萬用表(自備)。四、實驗步驟：實驗（一）1、 根據(jù)圖(1-1),應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板左上方的r1、r2、r3、r4標(biāo)志端。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，r1=r2=r3=r4=350，加熱絲阻值約為50左右。圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖2、實驗?zāi)０宀顒臃糯笃髡{(diào)零，方法為:接入模板電源15v(從主控箱引入)，檢查無誤后合上主控箱電源開關(guān)，將實驗?zāi)０逶鲆嬲{(diào)節(jié)電位器rw3順時針調(diào)節(jié)到大致中間位置，將差放的正、負輸入端與地短

3、接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯電壓表輸入端vi相連，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器rw4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2v檔)，完畢關(guān)閉主控箱電源。3、參考圖（1-2）接入傳感器，將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片r1(即模板左上方的r1)接入電橋作為一個橋臂，它與r5、r6、r7接成直流電橋(r5、r6、r7在模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器rw1，接上橋路電源4v(從主控箱引入)，檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，先粗調(diào)節(jié)rw1，再細調(diào)rw4使數(shù)顯表顯示為零。圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖4、在傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值，記下

4、實驗結(jié)果填入表（1-1）。重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）3.3 6.8 10.3 13.8 17.3 20.6 24.1 27.6 30.8 34.3 5、根據(jù)表（1-1）計算系統(tǒng)靈敏度s：s=v/w(v為輸出電壓平均變化量；w重量變化量)，計算非線性誤差：f1=m/yfs100%，式中m為輸出電壓值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量：yfs為滿量程時電壓輸出平均值。 計算系統(tǒng)靈敏度s s=v/w=（34.3-3.3）/9/20=0.172五、思考題： 單臂電橋時，作為橋臂的電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：(1)正(受拉)應(yīng)變片(2)負(受壓)應(yīng)變片

5、(3)正、負應(yīng)變片均可以。 答：（1）正（受拉）應(yīng)變片 實驗二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓u02=ek/2，比單臂電橋靈敏度提高一倍。 三、需用器件與單元：同實驗一。 四、實驗步驟： 1、保持實驗（一）的各旋鈕位置不變。 2、根據(jù)圖1-3接線，r1、r2為實驗?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意r2應(yīng)和r1受力狀態(tài)相反，即橋路的鄰邊必須是傳感器中兩片受力方向相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應(yīng)變片。接入橋路電源4v，

6、先粗調(diào)rw1，再細調(diào)rw4，使數(shù)顯表指示為零。注意保持增益不變。 3、同實驗一（4）步驟，將實驗數(shù)據(jù)記入表（1）-2，計算靈敏度s=v/w，非線性誤差f2。若實驗時數(shù)值變化很小或不變化，說明r2與r1為受力狀態(tài)相同的兩片應(yīng)變片，應(yīng)更換其中一片應(yīng)變片。圖1-3 應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖表1-2，半橋測量時，輸出電壓與負載重量的關(guān)系重量（g)20406080100120140160180200電壓（mv）6.9 13.9 20.8 27.8 34.7 41.8 48.8 55.8 63.2 70.1 五、思考題：1、 半橋側(cè)量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片在接入電橋時，應(yīng)放在：(1)對邊？(2)

7、鄰邊的位置？ 答：（2）鄰邊2、 橋路測量時存在非線性誤差，是因為：(1)電橋測量原理上存在非線性誤差？(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的？(3)零點偏移？ 答：測量時存在非線性誤差，是因為電橋測量原理上存在非線性誤，應(yīng)變片應(yīng)變 效應(yīng)是非線性的，零點偏移共同造成的。 實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力狀態(tài)相同的兩片應(yīng)變片接入電橋?qū)?，不同的接入鄰邊，?yīng)變片初始阻值是r1= r2= r3=r4，當(dāng)其變化值r1=r2=r3=r4時，橋路輸出電壓u03=ke，比半橋靈敏度又提高了一倍，非線性誤差進一步得到改善。三、需用器件和單元：

8、同實驗一。四、實驗步驟：1、保持實驗（二）的各旋鈕位置不變。2、根據(jù)圖1-4接線，將r1、r2、r3、r4應(yīng)變片接成全橋，注意受力狀態(tài)不要接錯調(diào)節(jié)零位旋鈕rw1，并細調(diào)rw4使電壓表指示為零，保持增益不變，逐一加上砝碼。將實驗結(jié)果填入表1-3；進行靈敏度和非線性誤差計算。圖1-4 全橋性能實驗接線圖1-3，全橋測量時,輸出電壓與負載重量的關(guān)系重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）13.9 27.7 41.7 55.5 69.4 83.3 97.2 110.6 124.8 138.9 五、思考題：1、 全橋測量中，當(dāng)兩組對邊(r1、r3)電阻值相同時，即r1=

9、 r3, r2= r4,而r1r2時，是否可以組成全橋：(1)可以,(2)不可以。 答：（1）可以 2、程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖1-5 應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓平面展開圖答：第一幅圖不能組成電橋，第二幅可以組成雙臂電橋。 第一幅圖應(yīng)變片都沒順著力的方向擺放，所以力對應(yīng)變片產(chǎn)生形變不大，電阻改 變不大，相當(dāng)于4個恒定電阻。第二幅圖r3和r4順著力的方向，力對其形變改變較大，可當(dāng)作應(yīng)變計，而r2和r1可當(dāng)做恒定電阻，組成雙臂橋。實驗四 電容式傳感器的位移實驗 一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本

10、原理：利用平板電容c=a/d的關(guān)系,在（介電常數(shù)）、a（極板面積）、d（極板距離）三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，就可使電容的容量(c)發(fā)生變化，通過相應(yīng)的測量電路，將電容的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量,則可以制成多種電容傳感器，如：變的濕度電容傳感器。變d的電容式壓力傳感器。變a的電容式位移傳感器。本實驗采用第種電容傳感器,是一種圓筒形差動變面積式電容傳感器。圖4-1 電容傳感器位移實驗接線圖 三、器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０?、測微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓電源。 四、實驗步驟： 1、按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳稀?2、將

11、電容傳感器連線插入電容傳感器實驗?zāi)０?，實驗線路見圖4-1。 3、將電容傳感器實驗?zāi)０宓妮敵龆藇01與數(shù)顯電壓表vi相接，電壓表量程置2v檔，rw調(diào)節(jié)到中間位置。 4、接入15v電源，將測微頭旋至10mm處，活動桿與傳感器相吸合，調(diào)整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，并將測量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動測微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(v)，填入表4-1。將測微頭回到10mm處，反向旋動測微頭，重復(fù)實驗過程。 表4-1電容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系 x（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810v（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.8

12、3.4 0.0 x（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2v（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.15、 根據(jù)表4-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的靈敏度s和非線性誤差f，分析誤差來源。 靈敏度s=v/x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm 誤差來源：（1）原理上存在非線性誤差。 （2）電容式傳感器產(chǎn)生的效應(yīng)是非線性的。 (3 ) 零點偏移。五、思考題：試設(shè)計一個利用的變化測谷物濕度的電容傳感器？能否敘述一下在設(shè)計中應(yīng)考慮哪些因素？ dd電極棒容器壁答：（1）谷物濕度的變化會引起介電

13、常數(shù)變化，電容變化和介電常數(shù)變化的關(guān)系：c=2a/（a和已知） （2）圖所示電容式谷物傳感器，用來測量谷物濕度。由于谷物摩擦力較大，容易滯留，故一般不采用雙層電極，而用電極棒和容器壁組成電容傳感器兩極。實驗五 直流激勵時接觸式霍爾位移傳感器特性實驗（注：如您的霍爾位移傳感器無活動桿，即為非接觸式，請按最后附錄實驗進行）一、 實驗?zāi)康模毫私饣魻柺轿灰苽鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢uh=khib，保持kh、i不變，若霍爾元件在梯度磁場b中運動，且b是線性均勻變化的，則霍爾電勢uh也將線性均勻變化，這樣就可以進行位移測量。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗?zāi)０?、線性霍爾位移傳

14、感器、直流電,源4v、154、測微頭、數(shù)顯單元。四、實驗步驟：1、 將霍爾傳感器按圖5-1安裝?；魻杺鞲衅髋c實驗?zāi)０宓倪B接按圖5-2進行。、為電源4，、為輸出,r1與之間聯(lián)線可暫時不接。2、開啟電源，接入15v電源，將測微頭旋至10mm處，左右移動測微頭使霍爾片處在磁鋼中間位置，即數(shù)顯表電壓指示最小，擰緊測量架頂部的固定鏍釘,接入r1與之間的聯(lián)線，調(diào)節(jié)rw2使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置2v檔）。 3、旋轉(zhuǎn)測微頭，每轉(zhuǎn)動0.2mm或0.5mm記下數(shù)字電壓表讀數(shù)，并將讀數(shù)填入表5-1，將測微頭回到10mm處，反向旋轉(zhuǎn)測微頭，重復(fù)實驗過程，填入表5-1。 表5-1：霍爾式位移傳感器位移量與輸出電壓

15、的關(guān)系：x(mm)9.29.49.69.81010.210.410.610.811v(mv)1186541-2-3-5-7作出v-x曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度s和非線性誤差。靈敏度s=v/x=(11+7)/9/0.2=10mv/mm五、思考題： 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？ 答：霍爾電勢uh=khib，b是線性均勻變化的，則霍爾電勢uh也將線性均 勻變化。故本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的磁場強度b的變化。實驗六 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測速實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。 二、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)表達式：uh=khib, 當(dāng)khi不變時,在轉(zhuǎn)速圓

16、盤上裝上只磁性體，并在磁鋼上方安裝一霍爾元件。圓盤每轉(zhuǎn)一周經(jīng)過霍爾元件表面的磁場b從無到有就變化n次，霍爾電勢也相應(yīng)變化n次，此電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速。三、器件與單元：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動源（2000型）或轉(zhuǎn)速測量控制儀（9000型）。四、實驗步驟：1、據(jù)圖5-4，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于轉(zhuǎn)動源的傳感器調(diào)節(jié)支架上，探頭對準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤內(nèi)的磁鋼。圖5-4 霍爾光電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖2、 主控箱上的+5v直流電源加于霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的電源輸入端，紅（）、綠（），不要接錯。3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（黃線）插入數(shù)顯單元fin端，轉(zhuǎn)速/頻率表置轉(zhuǎn)速檔。4、 主控臺上的+2v+24v

17、可調(diào)直流電源接入轉(zhuǎn)動電機的+2v+24v輸入插口（2000型）。調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速電位器使轉(zhuǎn)速變化，觀察數(shù)顯表指示的變化。五、實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測速數(shù)據(jù)表格電壓（v）24.484.75.135.896.387.127.84轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）051556068584596011101260電壓（v）8.369.329.9510.2810.911.3812.0112.3轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）13801585172517801890198520952145電壓（v）12.7313.2613.8414.3414.9515.1315.7116.18轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）221022952375245025052560

18、26252680電壓（v）16.7717.2217.9518.4318.8219.3119.91轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）2740278028452880291029452970六、思考題：1、 利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上是否有限制？答：必須要有鋼磁產(chǎn)生磁場b。2、 本實驗裝置上用了十二只磁鋼，能否只用一只磁鋼。 答：會大大降低靈敏度。十二只鋼磁產(chǎn)生十二個信號，丟失一個對記錄影響不大，如果用一只鋼磁，丟失一個就會少記錄一圈。實驗七 熱電偶測溫性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y量溫度的原理與應(yīng)用。 二、基本原理：將兩種不同的金屬絲組成回路，如果二種金屬絲的兩個接點有溫度差，在回路內(nèi)就會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱

19、電效應(yīng)，熱電偶就是利用這一原理制成的一種溫差測量傳感器，置于被測溫度場的接點稱為工作端，另一接點稱為冷端(也稱自由端)，冷端可以是室溫值也可以是經(jīng)過補償后的0、25的模擬溫度場。 三、器件與單元：k型、e型熱電偶、溫度源、溫度控制儀表、數(shù)顯單元（2000型）或溫度控制測量儀（9000型）。 四、實驗步驟： 1、 熱電偶插到溫度源兩個傳感器插孔中任意一個插孔中，（k型、e型已裝在一個護套內(nèi)），k型熱電偶的自由端接到主控箱面板上溫控部分的ek端，用它作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器，配合溫控儀表用于設(shè)定溫度，注意識別引線標(biāo)記，k型、e型及正極、負極不要接錯。 2、 e型熱電偶的自由端接入溫度傳感器實驗?zāi)０迳蠘?biāo)有熱電偶符號的a、b