傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、致謝合作伙伴們！實(shí)驗(yàn)一、二、三合作者：張勇實(shí)驗(yàn)十三合作者：李颯，付雨昕實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、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。二、基本原理電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，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：RRK 式中：RR 為電阻絲電阻相對(duì)變化，K 為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過(guò)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

2、相應(yīng)的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓Uo1= EK/4。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線(xiàn)等。圖 2-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖如圖 2-1，將托盤(pán)安裝到應(yīng)變傳感器的托盤(pán)支點(diǎn)上，應(yīng)變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?。傳感器左下角?yīng)變片為R1，右下角為R2，右上角為R3，左上角為R4。當(dāng)傳感器托盤(pán)支點(diǎn)受壓時(shí)，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。如圖 2-2，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、R2、R3、R4為應(yīng)變片。沒(méi)有文字標(biāo)記的5 個(gè)電阻是空的，其中4 個(gè)組成電橋模型是為實(shí)驗(yàn)者組成電橋方便而設(shè)的。傳

3、感器中4片應(yīng)變片和加熱電阻已連接在實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降腞1、R2、R3、R4 和加熱器上?？捎萌f(wàn)用表進(jìn) 量判別，常態(tài)時(shí)應(yīng)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(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-3 工作原理圖、圖2-2 接線(xiàn)示意圖安裝接線(xiàn)。2、放大器輸出調(diào)零將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€(xiàn)暫時(shí)脫開(kāi)，再用導(dǎo)線(xiàn)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(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到2V 檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(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(xiàn)，

4、將暫時(shí)脫開(kāi)的引線(xiàn)復(fù)原。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使電壓表顯示為零。、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)在應(yīng)變傳感器的托盤(pán)上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-1，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。表2-1下面用作出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)：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(chǔ)上繼續(xù)操作grid on;title('U-W曲線(xiàn)');xlabel('W/

5、g');ylabel('U/mV');%4重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)21253035394448535863、根據(jù)表2-1計(jì)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(xiàn)性誤差。=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線(xiàn)的最大偏差；yFS為滿(mǎn)量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。解：根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，用作出電壓與重量的線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)，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(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(W,U,1);%ployfit是作曲線(xiàn)擬合時(shí)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(xiàn)');xlabel('W/g');ylabel('U/mV');%根據(jù)擬合曲線(xiàn)，系統(tǒng)靈敏度S= U = 63mV21mV = 0.23mV/gW200g20g非線(xiàn)性誤

7、差 = ± Lmax × 100% = ± 48.5848 × 100% = ±0.91%yF,S635五、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。解：（1）正（受拉）應(yīng)變片。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、基本原理不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線(xiàn)性得到當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓Uo2EK2。三、實(shí)驗(yàn)器材。主機(jī)箱(±4V、±15V、電

8、壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線(xiàn)等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-4 工作原理圖、圖2-5接線(xiàn)示意圖安裝接線(xiàn)。2、放大器輸出調(diào)零將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€(xiàn)暫時(shí)脫開(kāi)，用導(dǎo)線(xiàn)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(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；將主機(jī)箱電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢敊C(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線(xiàn)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主在應(yīng)變傳感器的托盤(pán)上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相

9、應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-2，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。5、計(jì)算靈敏度SUW，非線(xiàn)性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。6、利用虛擬儀器進(jìn)量。圖 2-4 半橋工作原理圖表 2-2解：4、用繪制實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)(見(jiàn)下頁(yè))：6重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)1019294050607181911015、計(jì)算靈敏度和非線(xiàn)性誤差用最小二乘法繪制曲線(xiàn)后，與之對(duì)比計(jì)算靈敏度和非線(xiàn)性誤差7所以靈敏度為曲線(xiàn)斜率，即靈敏度S= UW= 101.2mV9.218mV = 0.51mV/g。200g20g非線(xiàn)性誤差 = ± Lmax × 1

10、00% = ± 101.2101 × 100% = ±0.20%yF,S101五、思考題1、半橋測(cè)量時(shí)，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對(duì)邊；（2） 鄰邊。2、半橋測(cè)量時(shí)，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對(duì)邊；（2） 鄰邊。、橋路（差動(dòng)電橋）測(cè)量時(shí)存在非線(xiàn)性誤差，是因?yàn)椋海?）電橋測(cè)量原理上存在非線(xiàn)性；（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線(xiàn)性的；（3）調(diào)零值不是真正為零。解：1、應(yīng)放在（2）鄰邊。2、應(yīng)放在（1）對(duì)邊3、是因?yàn)椋?）電橋測(cè)量原理上存在非線(xiàn)性。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(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)。二、基

11、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R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4時(shí)，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(xiàn)性誤差和溫度誤差均得到改善。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱(±4V、±15V、電壓表)、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線(xiàn)等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-6 工作原理圖、圖2-7 接線(xiàn)示意圖安裝接線(xiàn)。2、差動(dòng)放大器調(diào)零將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢斎攵丝谝€(xiàn)暫時(shí)脫開(kāi)，用導(dǎo)線(xiàn)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(shí)針旋到底，再順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2 圈)；

12、將主機(jī)箱電壓表的量程切換開(kāi)關(guān)打到2V檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復(fù)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳戏糯笃鞯膬奢敊C(jī)箱電壓表顯示為零。4、應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)接線(xiàn)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主在應(yīng)變傳感器的托盤(pán)上放置一只砝碼，數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2-3，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。5、計(jì)算靈敏度SUW，非線(xiàn)性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。、利用虛擬儀器進(jìn)量。8圖 2-6 全橋工作原理圖表 2-3解：4、用繪制實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)圖：5、計(jì)算靈敏度和非線(xiàn)性誤差利用，用最小二乘法繪制曲線(xiàn)后，與之對(duì)比計(jì)算靈敏

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

14、力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖-，能否如何利用應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖 2-8 受拉力時(shí)應(yīng)變式傳感器圓周面展開(kāi)圖解：1、(1)可以，但是不利于測(cè)量后的分析計(jì)算。2、將這兩組應(yīng)變片分別按照兩個(gè)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(cè)量值就可以組成一個(gè)全橋電路，進(jìn)而獲得測(cè)量結(jié)果，無(wú)需再引入外界電阻。10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CAd的關(guān)系式，通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路，可以選擇、A、d三個(gè)參數(shù)中保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，就可以組成測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測(cè)位移（d變）和測(cè)距離、液位（A變）等多

15、種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖3-6 所示：由二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2 是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生X 位移時(shí)，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說(shuō)明C 與位移X配套測(cè)量電路就能測(cè)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(shí)驗(yàn)器材主機(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)步驟圖 3-7 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)原理圖1、按圖3-8 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宓妮敵鰋

16、1 表的in。接主機(jī)箱電壓2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳圈）。3、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開(kāi)關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向）5 圈，此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即=.位移電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈相應(yīng)的電壓表讀數(shù)（單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差）； 將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)。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(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線(xiàn)性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)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(yīng)用軟件，對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合，將所得到的線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)與根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的實(shí)際曲線(xiàn)在同一坐標(biāo)圖中表示出來(lái)，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(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作

18、曲線(xiàn)擬合時(shí)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(xiàn)');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(xiàn)性誤差為 = ± Lmax × 100% = ± 720628.3 × 100% = ±10.4%yF,S8

19、81五、思考題試設(shè)計(jì)利用的變化測(cè)谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素？解：這種利用的變化測(cè)谷物濕度的傳感器的結(jié)構(gòu)有很多種，最簡(jiǎn)單的是由兩平行極板12組成的電容器，將電容器極板被測(cè)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(duì)介電常數(shù) 將會(huì)增加，從而導(dǎo)致電容器的r電容增大，從而通過(guò)電容的變化來(lái)測(cè)量谷物的濕度。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)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(shí)驗(yàn)用壓電度計(jì)結(jié)構(gòu)）。工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，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(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)三、實(shí)驗(yàn)器材度的表面電荷。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、按圖4-3 所示將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)面上（與振動(dòng)臺(tái)面中心的磁鋼吸合），振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱中的低頻振蕩器，其它連線(xiàn)按圖示意接線(xiàn)。圖 4-2 壓電傳感器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)原理圖2、合上主機(jī)箱電源開(kāi)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的波形。3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形；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)觀察輸出波形變化。4、改變振動(dòng)源的振蕩頻率（調(diào)節(jié)主機(jī)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(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰峰值填入表4-2。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表 4-2五、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(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)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(shí)驗(yàn)十二 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過(guò)交變電流的線(xiàn)圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處在交變磁場(chǎng)時(shí)

22、，根據(jù)電磁感應(yīng)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(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線(xiàn)圈激磁電流頻率及線(xiàn)圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量，從而改變激磁線(xiàn)線(xiàn)圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)（線(xiàn)圈與金屬體表面不接觸），當(dāng)線(xiàn)圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體（鐵圓片）。四、實(shí)驗(yàn)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(gè)平繞線(xiàn)圈。根據(jù)圖4-5 安裝測(cè)微頭、被測(cè)體、電渦流

23、傳感器并接線(xiàn)。2、調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開(kāi)關(guān)切換到20V 檔，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm 讀一個(gè)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(huà)出VX 曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)找出線(xiàn)性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)（即曲線(xiàn)線(xiàn)性段的中點(diǎn)）。試計(jì)算測(cè)量范圍為1mm與3 mm時(shí)的靈敏度和線(xiàn)性度（可以用端基法或其它擬合直線(xiàn)）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。解：、用軟件作出V-X曲線(xiàn)：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(xiàn)');xlabel(

27、'x/mm');ylabel('v/V');%、根據(jù)曲線(xiàn)找出線(xiàn)性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)（即曲線(xiàn)線(xiàn)性段的中點(diǎn)） 為點(diǎn)X=17.300mm，此時(shí)對(duì)應(yīng)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(jì)算測(cè)量范圍為1mm與3 mm時(shí)的

28、靈敏度和線(xiàn)性度（可以用端基法或其它擬合直線(xiàn)）：再次利用軟件線(xiàn)性擬合V-X曲線(xiàn)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(chǔ)上繼續(xù)操作b=polyfit(x,v,1);%ployfit是作曲線(xiàn)擬合時(shí)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(xiàn)');xlabel(

30、9;x/mm');ylabel('v/V');%測(cè)量范圍為1mm時(shí)，由于最佳工作點(diǎn)為點(diǎn)X=17.300mm，因此選?。?6.800mm，17.800mm）區(qū)間段進(jìn)行計(jì)算，利用圖（見(jiàn)下頁(yè)）：作出擬合曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)在（16.800mm，17.800mm）區(qū)間的曲線(xiàn)16= 6.7V,所以其線(xiàn)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(cè)量范圍為3mm時(shí)，同理，由于最佳工作點(diǎn)為點(diǎn)X=17.300mm，因此選?。?5.800mm，18.800mm）區(qū)間段進(jìn)行計(jì)算，利用線(xiàn)圖：作出擬合曲線(xiàn)與實(shí)際曲線(xiàn)在（15.800mm，18.800mm）區(qū)間的曲17= 6.7V,所以其線(xiàn)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(guān)，如果需要測(cè)量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)，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(xiàn)圈的外徑、線(xiàn)圈的磁心等有關(guān)。線(xiàn)圈的外徑越大，線(xiàn)性范圍就越大，但靈敏度低，反之，線(xiàn)圈的外徑越小，線(xiàn)性范圍就越小，靈敏度越高。由于利用電渦流傳感器測(cè)位移是要在其線(xiàn)性范圍內(nèi)才能正常工作的，超出其線(xiàn)性范圍，則測(cè)量的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，因此，要測(cè)量±5mm的量程，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)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(jìn)量。另外，為了使該傳感器小型化，可在其線(xiàn)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(shí)，加入磁心還可以感受較弱的磁場(chǎng)變化，造成值變化增大而擴(kuò)大測(cè)量范圍。2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)應(yīng)選用反射式電渦流傳感器，應(yīng)根據(jù)所要測(cè)量的 非接觸位移的大小范圍選擇適合的傳感器，例如：進(jìn)行較大非接觸位移時(shí)，可考慮選用 100mm， 分辨力為 0.1%的電渦流傳感器。若要進(jìn)行較小非接觸位移時(shí)，可考慮選用量程為幾微米的電渦流傳感器，以便提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度?？傊?，要根據(jù)待測(cè)量的情況選擇相應(yīng)的電渦流傳感器。實(shí)驗(yàn)十三 被測(cè)體材質(zhì)、面積對(duì)電渦流傳感器的特性影響實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠煌谋粶y(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器性能的影響。了解不同的被測(cè)體形狀、二、基本原理對(duì)電渦流傳感器性能的影響。渦

34、流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會(huì)有不同的性能。電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，由于被測(cè)體的形狀，大小不同會(huì)導(dǎo)致被測(cè)體上渦流效應(yīng)的不充分，會(huì)減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實(shí)際測(cè)量中，往往必須三、實(shí)驗(yàn)器材具體的被測(cè)體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉㈦姕u流傳感器、測(cè)微頭、三個(gè)圓片被測(cè)體（鐵、銅和鋁）、二個(gè)不同形狀鋁被測(cè)體（被測(cè)體面積不同）。四、實(shí)驗(yàn)步驟一被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器性能的影響1、實(shí)驗(yàn)步驟與方法同實(shí)驗(yàn)十二。2、將實(shí)驗(yàn)十二的被測(cè)體鐵圓片換成鋁和銅圓片，重復(fù)實(shí)驗(yàn)十二步驟，進(jìn)行被測(cè)體為鋁圓片和銅圓片時(shí)的位移特性測(cè)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(cè)體為鋁圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)表4-4被測(cè)體為銅圓片時(shí)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(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)分別計(jì)算量程為1mm 和3mm 時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差（線(xiàn)性度）。解：(1)根據(jù)表4-3畫(huà)出被測(cè)體為大鋁圓片時(shí)的位移與輸出電壓的實(shí)際曲線(xiàn)：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(shí)際曲線(xiàn)'),xlabel('X/mm'),ylabel('V/V'),grid%運(yùn)行后可得V-X實(shí)際曲線(xiàn)圖：（見(jiàn)下頁(yè)）on;下面計(jì)算量程為1mm和3mm時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差（線(xiàn)性度）：量程為1mm時(shí)，選取17mm,18mm，應(yīng)用，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出17mm,18mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實(shí)際曲線(xiàn)以及其線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)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(xiàn)性擬合曲線(xiàn)可以計(jì)算出測(cè)量范圍1mm 時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差：6.92V6.485V靈敏度為曲線(xiàn)斜率，即靈敏度S=V = | = 0.435V/mm。X18mm17mm非線(xiàn)性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 6.485V6.47V × 100% = ±0.22%yF,

45、S6.92V量程為3mm時(shí)，選取16mm,19mm, 應(yīng)用，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)作出16mm,19mm區(qū)間內(nèi)大鋁片的V-X實(shí)際曲線(xiàn)以及其線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)如下圖(見(jiàn)下頁(yè))：21根據(jù)線(xiàn)性擬合曲線(xiàn)可以計(jì)算出測(cè)量范圍1mm 時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差：靈敏度為曲線(xiàn)斜率，即靈敏度S=V = 7.329V5.961V = 0.456V/mm。X19mm16mm非線(xiàn)性誤差 = ± Lmax × 100% = ± 5.961V5.83V × 100% = ±1.79%yF,S7.329V(2)根據(jù)表4-4畫(huà)出被測(cè)體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電壓的實(shí)際曲線(xiàn)：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(shí)際曲線(xiàn)'),xlabel('X/mm'),ylabel('V/V'),grid on;%運(yùn)行后可得銅圓片的V-X實(shí)際曲線(xiàn)圖：22下面計(jì)算量程為1mm 和3mm 時(shí)的靈敏度和非線(xiàn)性誤差（線(xiàn)性度）：量程為1mm時(shí)，選取17mm,18mm，應(yīng)用，在同一坐標(biāo)圖內(nèi)

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

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

50、驗(yàn)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(xiàn)卻均不是線(xiàn)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(jiàn)，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(guò)一定的校正才能使其V-X曲線(xiàn)在量程范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系。24實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、實(shí)驗(yàn)步驟二被測(cè)體形狀、1、實(shí)驗(yàn)步驟與方法同實(shí)驗(yàn)十二。對(duì)電渦流傳感器性能的影響2、在測(cè)微頭的測(cè)桿上分別用二種不同面積的被測(cè)鋁材進(jìn)行電渦位移特性測(cè)定，并分別將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列入表4-5。表 4-5不同時(shí)的被測(cè)體特性數(shù)據(jù)：3、根據(jù)表4-5數(shù)據(jù)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，計(jì)算二種被測(cè)體1號(hào)、2號(hào)的靈敏度、并說(shuō)明理由。25X(mm)13.00013.10

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