東南大學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。2. 基本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它反映被測(cè)部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓Uo1=EKw/4,其中K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，&=AL/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。3. 實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、祛碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。4. 實(shí)驗(yàn)步驟1 .根據(jù)接線示意圖安裝接線。2 .放大器輸出

2、調(diào)零。3 .電橋調(diào)零。4 .應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)。測(cè)得數(shù)據(jù)如下:重量（g）020406080100120140電壓mmv)35101317212529實(shí)驗(yàn)曲線如下所示:分析：由圖可以看出，輸出電壓與加載的重量成線性關(guān)系，由于一開始調(diào)零不好，致使曲線沒有經(jīng)過原點(diǎn)，往上偏離了一段距離。5 .根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度S=AU/AW（AU為輸出電壓變化量，WN為重量變化量）和非線性誤差mmAm/yFSm100%,式中Am為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為140g。U =30mvW =140g所以S=30/1400.2m43gm=1.9768g,yFS

3、=140g,所以、.=1.9768/140100%1.6 .利用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量。測(cè)得數(shù)據(jù)如下表所示：(g)020406080100120140電壓(mv)0.75.09.513.918.723.428.332.9相應(yīng)的曲線如下:5. 思考題單臂電橋工作時(shí)，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)變片受拉，所以選（1）正應(yīng)變片。實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片一一全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)、基本原理全橋測(cè)量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值R1=R2=R3=R4、其

4、變化值A(chǔ)R1=AR2=AR3=AR4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo3=EK君。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差都得到了改善。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、祛碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .根據(jù)接線示意圖安裝接線。2 .放大器輸出調(diào)零。3 .電橋調(diào)零。4 .應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表所示:重量（g）020406080100120140電壓（mv）0163147637995111實(shí)驗(yàn)曲線如下所示:分析：從圖中可見，數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在擬合曲線上，線性性比半橋進(jìn)一步提高。5 .計(jì)算靈敏度S=U/W,非線性誤差每。U=141.2mv,W=140g;所以S=141.2/140

5、=1.0086mv/g;m=0.1786g,yFS=140g,=0.1786/140100%06 .利用虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量測(cè)量數(shù)據(jù)如下表所示：重量（g）020406080100120140電壓（mv）-1.119.640.461.181.7102.4122.0142.0實(shí)驗(yàn)曲線如下所示:五、思考題1 .測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊電阻值R相同時(shí)，即R1=R3,R2=R4,而R1WR2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。2 .某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，能否及如何利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。答：能夠利用它們組成電橋。對(duì)于左邊一副圖，可

6、以任意選取兩個(gè)電阻接入電橋的對(duì)邊，則輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，如果已知泊松比則可知縱向應(yīng)變。對(duì)于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)?，則輸出為兩倍的縱向應(yīng)變。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻組成電橋。3 .金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：靈敏度：全橋半橋單臂非線性度：?jiǎn)伪?gt;單橋全橋理論上：靈敏度:單臂S=，半橋S=E，全橋S=E。4 2非線性度：?jiǎn)伪?=K*父100%,半橋6=0,全橋6=0。2+K6因?yàn)槿珮蚰苁瓜噜弮杀鄣膫鞲衅饔邢嗤臏囟忍匦?，達(dá)到消

7、除溫度誤差的效果。同時(shí)還能消除非線性誤差。結(jié)論：利用差動(dòng)技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。4.金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響如何消除金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響?答：利用溫度補(bǔ)償片或采用全橋測(cè)量。實(shí)驗(yàn)五差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式。當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化。將兩只次級(jí)反向串接，引出差動(dòng)電勢(shì)輸出。其輸出電勢(shì)反映出被測(cè)物體的移動(dòng)量。三

8、、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、雙蹤示波器、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .按照接線圖連接線路。2 .差動(dòng)變壓器L1的激勵(lì)電壓從主機(jī)箱中的音頻振蕩器的Lv端引入，音頻振蕩器的頻率為45KHz,輸出峰峰值為2V。3 .松開測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭白安裝套使變壓器次級(jí)輸出的Vp-p較小。然后擰緊螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使變壓器的次級(jí)輸出Vp-p為最小值（零點(diǎn)殘余電壓），定義為位移的相對(duì)零點(diǎn)。4 .從零點(diǎn)開始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔0.2mm從示波器上讀出示波器的輸出電壓Vp-p,記入表格中。一個(gè)方向結(jié)束后，退到零點(diǎn)反方向做相同的實(shí)驗(yàn)。5 .根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)畫出Vop

9、-pX曲線，做出位移為土1mm、士3mm時(shí)的靈敏度和非線性誤數(shù)據(jù)表格如下:X(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4V(mv)93776246311542037X(mm)0.60.81.01.21.41.61.82.02.2V(mv)536883100116133149165181實(shí)驗(yàn)曲線如下:分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關(guān)于x=0對(duì)稱的，在零點(diǎn)時(shí)存在一個(gè)零點(diǎn)誤差。X=±1mm時(shí)，AU=80.3672mv,AX=1mm,S=AU/AX=80.3672mv/mm；x=0.011n3m,yFS2mm5=Ax/yFS父100%=0.56%。五、思考題1

10、.用差動(dòng)變壓器測(cè)量，振動(dòng)頻率的上限受什么影響？答：受導(dǎo)線的集膚效應(yīng)和鐵損等的影響，若頻率過大會(huì)導(dǎo)致靈敏度下降。2 .試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點(diǎn)：利用電磁感應(yīng)原理工作。不同點(diǎn)：差動(dòng)變壓器為開磁路，一、二次側(cè)間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)繞組按差動(dòng)方式工作；一般變壓器為閉合磁路，一、二次側(cè)間的互感為常數(shù)。實(shí)驗(yàn)九電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)二、基本原理利用電容C=eA/曲關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路，可以選擇8,A,d三個(gè)參數(shù)中保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中的一個(gè)參數(shù)，就可以組成測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)，測(cè)位移和測(cè)距離等多種電容傳感器。三、實(shí)驗(yàn)器材主

11、機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鯲o1接主機(jī)箱電壓表的Vin。2、實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟁W調(diào)節(jié)到中間位置。Xmmm)12.69012.19011.69011.19010.690V(mV)995813619422202X(mm)10.1909.6909.1908.6908.190V(mV)-24-242-456-666-8803、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到2v檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。6、畫實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)十一壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y(cè)量振動(dòng)原理和方

12、法。二、基本原理壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。工作時(shí)傳感器感受與試件相同的振動(dòng)頻率，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶體上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)速度的表面電荷。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振?dòng)源、示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器，其它連線按照?qǐng)D示接線。2、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指敲擊振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)觀察輸出波形的變化。4、改變振動(dòng)源的頻率，觀

13、察輸出波形的變化。低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測(cè)，用示波器讀出峰峰值填入表格。f(Hz)571215172025V(p-p)0.451.052.141.491.291.090.82實(shí)驗(yàn)曲線:五、思考題根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線可知，振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大約為11Hz。t=6ms,T=108ms,所以=6msx3600=200。108ms實(shí)驗(yàn)十七霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH=Kh,Ib,當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化N此。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過放大、整和計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)就可以測(cè)量被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼間距離大約為23mm 。224V旋鈕調(diào)到最2、在接線前，先合上主機(jī)箱電源開關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源小，接入電壓表，監(jiān)測(cè)大約為1.25V;關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按照示意圖分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的Fin上。3、合上主機(jī)箱