傳感器實驗報告

1、致謝合作伙伴們！實驗一、二、三合作者：張勇實驗十三合作者：李颯，付雨昕實驗二十七、二十八、二十九、三十二合作者：張慶杰、劉天琴、孫甜、張思宵。2實驗一金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應及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，這就是電阻應變效應。描述電阻應變效應的關系式為：RRK 式中：RR 為電阻絲電阻相對變化，K 為應變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(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

2、相應的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓Uo1= EK/4。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。圖 2-1 應變式傳感器安裝示意圖如圖 2-1，將托盤安裝到應變傳感器的托盤支點上，應變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應變傳感器實驗模板上。傳感器左下角應變片為R1，右下角為R2，右上角為R3，左上角為R4。當傳感器托盤支點受壓時，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。如圖 2-2，應變傳感器實驗模板中的R1、R2、R3、R4為應變片。沒有文字標記的5 個電阻是空的，其中4 個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設的。傳

3、感器中4片應變片和加熱電阻已連接在實驗模板左上方的R1、R2、R3、R4 和加熱器上。可用萬用表進 量判別，常態(tài)時應變片阻值為350，加熱絲電阻值為50左右。圖 2-3 單臂電橋工作原理圖四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-3 工作原理圖、圖2-2 接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接(Vi0)；3調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V 檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零拆去放大器輸入端口的短接線，

4、將暫時脫開的引線復原。調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器RW1，使電壓表顯示為零。、應變片單臂電橋?qū)嶒炘趹儌鞲衅鞯耐斜P上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相應的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-1，畫出實驗曲線。表2-1下面用作出實驗曲線：附%代碼：W=20:20:200;U=21,25,30,35,39,44,48,53,58,63;plot(W,U,'r','LineWidth',2)hold on %保持原有圖像不變的基礎上繼續(xù)操作grid on;title('U-W曲線');xlabel('W/

5、g');ylabel('U/mV');%4重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)21253035394448535863、根據(jù)表2-1計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U為輸出電壓變化量，W 為重量變化量） 和非線性誤差。=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實驗完畢，關閉電源。解：根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，用作出電壓與重量的線性擬合曲線，如下圖：附%代碼：W=20:20:200;U=21,25,30,35,39,44,48,53,58,63;p

6、lot(W,U,'b:*')hold on %保持原有圖像不變的基礎上繼續(xù)操作b=polyfit(W,U,1);%ployfit是作曲線擬合時用的函數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合UU=polyval(b,W)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值， plot(W,UU,'r','LineWidth',2)grid on;title('U-W曲線');xlabel('W/g');ylabel('U/mV');%根據(jù)擬合曲線，系統(tǒng)靈敏度S= U = 63mV21mV = 0.23mV/gW200g20g非線性誤

7、差 = ± Lmax × 100% = ± 48.5848 × 100% = ±0.91%yF,S635五、思考題單臂電橋工作時，作為橋臂電阻的應變片應選用：（1）正（受拉）應變片；（2）負（受壓）應變片（3）；正、負應變片均可以。解：（1）正（受拉）應變片。實驗二 金屬箔式應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較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只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓Uo2EK2。三、實驗器材。主機箱(±4V、±15V、電

8、壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-4 工作原理圖、圖2-5接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，用導線將兩輸短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復實驗模板上放大器的兩輸機箱電壓表顯示為零。4、應變片半橋?qū)嶒灲泳€，調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器RW1，使主在應變傳感器的托盤上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相

9、應的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-2，畫出實驗曲線。5、計算靈敏度SUW，非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。6、利用虛擬儀器進量。圖 2-4 半橋工作原理圖表 2-2解：4、用繪制實驗曲線(見下頁)：6重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)1019294050607181911015、計算靈敏度和非線性誤差用最小二乘法繪制曲線后，與之對比計算靈敏度和非線性誤差7所以靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S= UW= 101.2mV9.218mV = 0.51mV/g。200g20g非線性誤差 = ± Lmax × 1

10、00% = ± 101.2101 × 100% = ±0.20%yF,S101五、思考題1、半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊；（2） 鄰邊。2、半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊；（2） 鄰邊。、橋路（差動電橋）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；（2）應變片應變效應是非線性的；（3）調(diào)零值不是真正為零。解：1、應放在（2）鄰邊。2、應放在（1）對邊3、是因為（1）電橋測量原理上存在非線性。實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、基

11、本原理全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應變片接入電橋?qū)?，相反的應變片接入電橋鄰邊。當應變片初始阻值R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓Uo3KE 。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均得到改善。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖2-6 工作原理圖、圖2-7 接線示意圖安裝接線。2、差動放大器調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，用導線將兩輸短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn)2 圈)；

12、將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復實驗模板上放大器的兩輸機箱電壓表顯示為零。4、應變片全橋?qū)嶒灲泳€，調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器RW1，使主在應變傳感器的托盤上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相應的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表2-3，畫出實驗曲線。5、計算靈敏度SUW，非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。、利用虛擬儀器進量。8圖 2-6 全橋工作原理圖表 2-3解：4、用繪制實驗曲線圖：5、計算靈敏度和非線性誤差利用，用最小二乘法繪制曲線后，與之對比計算靈敏

13、度和非線性誤差9重量(g)21406280100120140160180200電壓(mV)1939597899119139159183201所以靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S= UW= 180.5mV58.76mV = 1.0145mV/g。180g60g非線性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 183180.5 × 100% = ±1.25%yF,S200.8五、思考題1、測量中，當兩組對邊（如R1、R3 為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。2、某工程技術在進行材料拉

14、力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如圖-，能否如何利用應變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖 2-8 受拉力時應變式傳感器圓周面展開圖解：1、(1)可以，但是不利于測量后的分析計算。2、將這兩組應變片分別按照兩個不同的方向貼在棒材上面就可以了，然侯利用不同的兩組測量值就可以組成一個全橋電路，進而獲得測量結(jié)果，無需再引入外界電阻。10實驗九 電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理利用電容CAd的關系式，通過相應的結(jié)構(gòu)和測量電路，可以選擇、A、d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)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測位移（d變）和測距離、液位（A變）等多

15、種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖3-6 所示：由二個圓筒和一個圓柱組成。設圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2 是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生X 位移時，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說明C 與位移X配套測量電路就能測量位移。成正比，配上圖 3-6 電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)三、實驗器材主機箱、電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭。四、實驗步驟圖 3-7 電容傳感器位移實驗原理圖1、按圖3-8 將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上，實驗模板的輸出o

16、1 表的in。接主機箱電壓2、將實驗模板上的Rw調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳圈）。3、將主機箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關打到檔，合上主機箱電源開關；旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動測微頭（向同一個方向）5 圈，此時測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點為實驗起點值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即=.位移電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈相應的電壓表讀數(shù)（單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的回差）； 將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出實驗曲線。表 3-7 電容傳感器位移與輸出電壓值4、根據(jù)表3-7 數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。11X(mm)15

17、.37615.87616.37616.87617.37617.87618.37618.87619.37619.876V(mv)88186372048824734-195-435-643-844解：應用軟件，對以上數(shù)據(jù)進行線性擬合，將所得到的線性擬合曲線與根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制的實際曲線在同一坐標圖中表示出來，如下圖：附%代碼：x=15.376:0.5:19.876;v=881,863,720,488,247,34,-195,-435,-643,-844plot(x,v,'r:*')hold on %保持原有圖像不變的基礎上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作

18、曲線擬合時用的函數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合vv=polyval(b,x)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值， plot(x,vv,'LineWidth',2)grid on;title('v-x曲線');xlabel('x/mm');ylabel('v/mV');%1042(818.5)所以電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S=y=| = 413.33mv/mmx15.3819.88非線性誤差為 = ± Lmax × 100% = ± 720628.3 × 100% = ±10.4%yF,S8

19、81五、思考題試設計利用的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？解：這種利用的變化測谷物濕度的傳感器的結(jié)構(gòu)有很多種，最簡單的是由兩平行極板12組成的電容器，將電容器極板被測量的介質(zhì)（谷物）中，的深度固定，隨著谷物濕度的增加，由C = 0rA 可知，電容器極板間相對介電常數(shù) 將會增加，從而導致電容器的r電容增大，從而通過電容的變化來測量谷物的濕度。實驗十一 壓電式傳感器振動測量實驗一、實驗目的了解壓電傳感器的測量振動的原理和方法。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（觀察實驗用壓電度計結(jié)構(gòu)）。工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比

20、于度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運動三、實驗器材度的表面電荷。主機箱、差動變壓器實驗模板、振動源、示波器。四、實驗步驟1、按圖4-3 所示將壓電傳感器安裝在振動臺面上（與振動臺面中心的磁鋼吸合），振動源的低頻輸入接主機箱中的低頻振蕩器，其它連線按圖示意接線。圖 4-2 壓電傳感器振動實驗原理圖2、合上主機箱電源開關，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察低通濾波器輸出的波形。3、用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺同時觀察輸出波形變化。4、改變振動源的振蕩頻率（調(diào)節(jié)主機箱低頻振蕩器的頻率），觀察輸出波形

21、變化。低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入表4-2。實驗完畢，關閉電源。表 4-2五、思考題根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？解：根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致是15Hz。傳感器輸出波形的相位差大致為12°。13f(Hz)571215172025V(p-p)0.3030.5782.8491.6711.4391.2621.001實驗十二 電渦流傳感器位移實驗一、實驗目的了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當金屬體處在交變磁場時

22、，根據(jù)電磁感應原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導體的電阻率、導磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線圈與金屬體表面不接觸），當線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時可以進行位移測量。三、實驗器材主機箱、電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、測微頭、被測體（鐵圓片）。四、實驗步驟圖 4-4 電渦流傳感器原理圖1、 觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。根據(jù)圖4-5 安裝測微頭、被測體、電渦流

23、傳感器并接線。2、調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關切換到20V 檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源開關，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm 讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)列入表4-2。表 4-2 電渦流傳感器位移 X 與輸出電壓數(shù)據(jù)14X(mm)14.30014.40014.50014.60014.70014.80014.90015.000V(v)0.000.010.050.110.170.240.310.39X(mm)15.10015.20015.30015.40015.50015.60015.70015.800V(v)0.470.540.620.710.800

24、.890.971.06X(mm)15.90016.00016.10016.20016.30016.40016.50016.600V(v)1.161.261.351.441.541.641.751.85X(mm)16.70016.80016.90017.00017.10017.20017.30017.400V(v)1.952.052.162.262.482.582.692.80X(mm)17.50017.60017.70017.80017.90018.00018.10018.200V(v)2.913.013.113.223.343.443.553.65X(mm)18.30018.40018.50

25、018.60018.70018.80018.90019.000V(v)3.763.873.974.074.174.284.384.483、畫出VX 曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進行正、負位移測量時的最佳工作點（即曲線線性段的中點）。試計算測量范圍為1mm與3 mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。實驗完畢，關閉電源。解：、用軟件作出V-X曲線：附代碼：% x=14.300:0.1:20.600;v=0.00,0.01,0.05,0.11,0.17,0.24,0.31,0.39,0.47,0.54,0.62,0.71,0.80,0.89,0.97,1.06,1.16,1.26,1

26、.35,1.44,1.54,1.64,1.75,1.85,1.95,2.05,2.16,2.26,2.48,2.58,2.69,2.80,2.91,3.01,3.11,3.22,3.34,3.44,3.55,3.65,3.76,3.87,3.97,4.07,4.17,4.28,4.38,4.48,4.58,4.67,4.77,4.86,4.96,5.05,5.14,5.23,5.32,5.40,5.48,5.56,5.65,6.70,6.70,6.70;plot(x,v,'Linewidth',2); grid on;title('v-x曲線');xlabel(

27、'x/mm');ylabel('v/V');%、根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進行正、負位移測量時的最佳工作點（即曲線線性段的中點） 為點X=17.300mm，此時對應的V=2.69V。15X(mm)19.10019.20019.30019.40019.50019.60019.70019.800V(v)4.584.674.774.864.965.055.145.23X(mm)19.90020.00020.10020.20020.30020.40020.50020.600V(v)5.325.405.485.565.656.70(不變值)、計算測量范圍為1mm與3 mm時的

28、靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）：再次利用軟件線性擬合V-X曲線圖：附代碼：% x=14.300:0.1:20.600;v=0.00,0.01,0.05,0.11,0.17,0.24,0.31,0.39,0.47,0.54,0.62,0.71,0.80,0.89,0.97,1.06,1.16,1.26,1.35,1.44,1.54,1.64,1.75,1.85,1.95,2.05,2.16,2.26,2.48,2.58,2.69,2.80,2.91,3.01,3.11,3.22,3.34,3.44,3.55,3.65,3.76,3.87,3.97,4.07,4.17,4.28,4.

29、38,4.48,4.58,4.67,4.77,4.86,4.96,5.05,5.14,5.23,5.32,5.40,5.48,5.56,5.65,6.70,6.70,6.70;plot(x,v,'r:*')hold on %保持原有圖像不變的基礎上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作曲線擬合時用的函數(shù)，其中參數(shù)1表示一次擬合yy=polyval(b,x)% 作用是生成一次擬合后y的擬合值， plot(x,yy,'LineWidth',2)grid on; grid on;title('v-x曲線');xlabel(

30、9;x/mm');ylabel('v/V');%測量范圍為1mm時，由于最佳工作點為點X=17.300mm，因此選?。?6.800mm，17.800mm）區(qū)間段進行計算，利用圖（見下頁）：作出擬合曲線與實際曲線在（16.800mm，17.800mm）區(qū)間的曲線16= 6.7V,所以其線性度e = ± Lmax × 100% =由圖可知：L=2.306V-2.16V=0.146V,ymaxF,SLyF,S± 0.146 × 100% = ±2.18%，靈敏度K=y = |3.22V2.05V| = 1.16V/mm.6.7

31、x17.800mm16.800mm測量范圍為3mm時，同理，由于最佳工作點為點X=17.300mm，因此選?。?5.800mm，18.800mm）區(qū)間段進行計算，利用線圖：作出擬合曲線與實際曲線在（15.800mm，18.800mm）區(qū)間的曲17= 6.7V,所以其線性度e = ± Lmax × 100% =由圖可知：L=1.784V-1.64V=0.144V,ymaxF,SLyF,S± 0.144 × 100% = ±2.15%，靈敏度K=y = |4.28V1.06V| = 1.07V/mm.6.7x18.800mm15.800mm五、思考

32、題1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量±5mm的量程應如何設計傳感器？2、用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。解：1、電渦流傳感器的量程與其線圈的外徑、線圈的磁心等有關。線圈的外徑越大，線性范圍就越大，但靈敏度低，反之，線圈的外徑越小，線性范圍就越小，靈敏度越高。由于利用電渦流傳感器測位移是要在其線性范圍內(nèi)才能正常工作的，超出其線性范圍，則測量的數(shù)據(jù)是錯誤的，因此，要測量±5mm的量程，應當適當增大電渦流傳感器的外徑，在保證其靈敏度較高的情況下進量。另外，為了使該傳感器小型化，可在其線圈內(nèi)加磁心，以便在相感量的條件下，減小匝數(shù)，提高

33、 Q 值，同時，加入磁心還可以感受較弱的磁場變化，造成值變化增大而擴大測量范圍。2、用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時應選用反射式電渦流傳感器，應根據(jù)所要測量的 非接觸位移的大小范圍選擇適合的傳感器，例如：進行較大非接觸位移時，可考慮選用 100mm， 分辨力為 0.1%的電渦流傳感器。若要進行較小非接觸位移時，可考慮選用量程為幾微米的電渦流傳感器，以便提高測量數(shù)據(jù)的準確度?？傊?，要根據(jù)待測量的情況選擇相應的電渦流傳感器。實驗十三 被測體材質(zhì)、面積對電渦流傳感器的特性影響實驗一、實驗目的了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。了解不同的被測體形狀、二、基本原理對電渦流傳感器性能的影響。渦

34、流效應與金屬導體本身的電阻率和磁導率有關，因此不同的材料就會有不同的性能。電渦流傳感器在實際應用中，由于被測體的形狀，大小不同會導致被測體上渦流效應的不充分，會減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須三、實驗器材具體的被測體進行靜態(tài)特性標定。主機箱、電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、測微頭、三個圓片被測體（鐵、銅和鋁）、二個不同形狀鋁被測體（被測體面積不同）。四、實驗步驟一被測體材質(zhì)對電渦流傳感器性能的影響1、實驗步驟與方法同實驗十二。2、將實驗十二的被測體鐵圓片換成鋁和銅圓片，重復實驗十二步驟，進行被測體為鋁圓片和銅圓片時的位移特性測試，分別將數(shù)據(jù)

35、列入表和表4-3 表表4-4。18表4-3被測體為鋁圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)表4-4被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)19X(mm)14.50014.60014.70014.80014.90015.00015.10015.200V(V)1.931.921.931.951.992.112.252.42X(mm)15.30015.40015.50015.60015.70015.80015.90016.000V(V)2.582.762.943.103.243.403.553.70X(mm)16.10016.20016.30016.40016.50016.60016.70016.800V(V)3.

36、843.984.124.244.384.514.634.74X(mm)16.90017.00017.10017.20017.30017.40017.50017.600V(V)4.864.985.085.185.285.385.505.59X(mm)17.70017.80017.90018.00018,10018.20018.30018.400V(V)5.655.735.815.905.966.036.096.17X(mm)18.50018.60018.70018.80018.90019.00019.10019.200V(V)6.246.306.356.416.476.536.576.62X(m

37、m)19.30019.40019.50019.60019.70019.80019.90020.000V(V)6.676.726.776.816.856.906.957.00X(mm)20.10020.20020.30020.40020.50020.60020.70020.800V(V)7.047.087.127.167.197.237.267.29X(mm)13.00013.10013.20013.30013.40013.50013.60013.700V(V)2.152.182.212.292.472.662.833.00X(mm)13.80013.90014.00014.10014.2001

38、4.30014.40014.500V(V)3.173.343.513.663.813.964.104.25X(mm)14.60014.70014.80014.90015.00015.10015.20015.300V(V)4.384.514.634.764.874.995.095.19X(mm)15.40015.50015.60015.70015.80015.90016.00016.100V(V)5.305.405.495.585.665.745.835.90X(mm)16.20016.30016.40016.50016.60016.70016.80016.900V(V)5.976.046.11

39、6.186.246.306.366.42X(mm)17.00017.10017.20017.30017.40017.50017.60017.700V(V)6.476.536.576.626.676.716.756.79X(mm)17.80017.90018.00018,10018.20018.30018.40018.500V(V)6.846.876.916.956.987.017.057.08X(mm)18.60018.70018.80018.90019.00019.10019.20019.300V(V)7.117.147.177.207.227.257.277.30X(mm)19.40019

40、.50019.60019.70019.80019.90020.00020.100V(V)7.327.347.377.397.417.437.457.46X(mm)20.20020.30020.40020.50020.60020.70020.80020.900V(V)7.487.507.517.537.557.567.587.59X(mm)21.00021.10021.20021.30021.40021.50021.60021.700V(V)7.617.617.627.637.657.687.697.70X(mm)21.80021.90022.00022.10022.20022.30022.40

41、022.500V(V)7.717.727.747.757.767.77(不變值)3、根據(jù)表4-3 和表4-4畫出實驗曲線分別計算量程為1mm 和3mm 時的靈敏度和非線性誤差（線性度）。解：(1)根據(jù)表4-3畫出被測體為大鋁圓片時的位移與輸出電壓的實際曲線：在%的m文件中輸入以下代碼：X=13.000:0.1:22.500; V=2.15,2.18,2.21,2.29,2.47,2.66,2.83,3.00,3.17,3.34,3.51,3.66,3.81,3.96,4.10,4.25,4.38,4.51,4.63,4.76,4.87,4.99,5.09,5.19,5.30,5.40,5.49

42、,5.58,5.66,5.74,5.83,5.90,5.97,6.04,6.11,6.18,6.24,6.30,6.36,6.42,6.47,6.53,6.57,6.62,6.67,6.71,6.75,6.79,6.84,6.87,6.91,6.95,6.98,7.01,7.05,7.08,7.11,7.14,7.17,7.20,7.22,7.25,7.27,7.30,7.32,7.34,7.37,7.39,7.41,7.43,7.45,7.46,7.48,7.50,7.51,7.53,7.55,7.56,7.58,7.59,7.61,7.61,7.62,7.63,7.65,7.68,7.69

43、,7.70,7.71,7.72,7.74,7.75,7.76,7.77,7.77,7.77plot(X,V),title('V-X實際曲線'),xlabel('X/mm'),ylabel('V/V'),grid%運行后可得V-X實際曲線圖：（見下頁）on;下面計算量程為1mm和3mm時的靈敏度和非線性誤差（線性度）：量程為1mm時，選取17mm,18mm，應用，在同一坐標圖內(nèi)作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：20X(mm)20.90021.00021.10021.20021.30021.40021.500

44、21.600V(V)7.327.357.387.417.437.467.487.50X(mm)21.70021.80021.90022.00022.10022.20022.30022.400V(V)7.527.547.567.587.607.6222.63(不變值)根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：6.92V6.485V靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=V = | = 0.435V/mm。X18mm17mm非線性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 6.485V6.47V × 100% = ±0.22%yF,

45、S6.92V量程為3mm時，選取16mm,19mm, 應用，在同一坐標圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖(見下頁)：21根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=V = 7.329V5.961V = 0.456V/mm。X19mm16mm非線性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 5.961V5.83V × 100% = ±1.79%yF,S7.329V(2)根據(jù)表4-4畫出被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓的實際曲線：在%的m文件中輸入以下

46、代碼：X=14.500:0.1:22.400; V=1.93,1.92,1.93,1.95,1.99,2.11,2.25,2.42,2.58,2.76,2.94,3.10,3.24,3.40,3.55,3.70,3.84,3.98,4.12,4.24,4.38,4.51,4.63,4.74,4.86,4.98,5.08,5.18,5.28,5.38,5.50,5.59,5.65,5.73,5.81,5.90,5.96,6.03,6.09,6.17,6.24,6.30,6.35,6.41,6.47,6.53,6.57,6.62,6.67,6.72,6.77,6.81,6.85,6.90,6.95

47、,7.00,7.04,7.08,7.12,7.16,7.19,7.23,7.26,7.29,7.32,7.35,7.38,7.41,7.43,7.46,7.48,7.50,7.52,7.54,7.56,7.58,7.60,7.62,7.63,7.63plot(X,V),title('銅圓片V-X實際曲線'),xlabel('X/mm'),ylabel('V/V'),grid on;%運行后可得銅圓片的V-X實際曲線圖：22下面計算量程為1mm 和3mm 時的靈敏度和非線性誤差（線性度）：量程為1mm時，選取17mm,18mm，應用，在同一坐標圖內(nèi)

48、作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)銅圓片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm 時的靈敏度和非線性誤差：23靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=V = 5.922V5.002V = 0.92V/mm。X18mm17mm非線性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 5.5V5.462V × 100% = ±0.64%yF,S5.90V量程為3mm時，選取16mm,19mm, 應用，在同一坐標圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)銅圓片的V-X實際曲線以及其線性擬合曲線如下圖：根據(jù)線性擬合曲線可以計算出測量范圍1mm

49、 時的靈敏度和非線性誤差：靈敏度為曲線斜率，即靈敏度S=V = 6.742V3.994V = 0.916V/mm。X19mm16mm非線性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 3.994V3.7V × 100% = ±4.4%yF,S6.742V4、分別比較實驗十二和本實驗所得結(jié)果，進行小結(jié)。解：由實驗十二的實驗結(jié)果以及根據(jù)實驗結(jié)果所繪出的電渦流傳感器的V-X特性曲線可知： 電渦流傳感器的V-X曲線在一定范圍內(nèi)基本上是線性的，而隨著X的增大，V逐漸增大，當X 達到一定值時，V趨于恒定，但在其很大測量范圍內(nèi)V與X的關系仍是線性關系。而本實

50、驗所得出的結(jié)果，所繪出的大鋁片、小鋁片、銅圓片的V-X曲線卻均不是線性的，V隨著X的增大逐漸增大，但dV卻逐漸減小，最終V趨于恒定。由此可見，并非任何一種材料都可以制成電dX渦流傳感器的，需經(jīng)過一定的校正才能使其V-X曲線在量程范圍內(nèi)呈線性關系。24實驗完畢，關閉電源。五、實驗步驟二被測體形狀、1、實驗步驟與方法同實驗十二。對電渦流傳感器性能的影響2、在測微頭的測桿上分別用二種不同面積的被測鋁材進行電渦位移特性測定，并分別將實驗數(shù)據(jù)列入表4-5。表 4-5不同時的被測體特性數(shù)據(jù)：3、根據(jù)表4-5數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算二種被測體1號、2號的靈敏度、并說明理由。25X(mm)13.00013.10

51、013.20013.30013.40013.50013.60013.700被測體12.152.182.212.292.472.662.833.00被測體23.964.144.314.474.644.804.955.09X(mm)13.80013.90014.00014.10014.20014.30014.40014.500被測體13.173.343.513.663.813.964.104.25被測體25.235.375.505.635.745.855.976.07X(mm)14.60014.70014.80014.90015.00015.10015.20015.300被測體14.384.514.634.764.874.995.095.19被測體26.176.276.356.446.536.616.696.76X(mm)15.40015.50015.60015.70015.80015.90016.00016.100被測體15.305.405.495.585.665.745.835.90被測體26.836.906.967.027.087.137.197.24X(mm)16.20016.30016.40016.50016.60016.70016.80016.900被測體15.976.046.11