傳感器綜合實驗

1、傳感器綜合實驗報告(2014-2015年度第二學期)名稱： 傳感器綜合實驗報告 題目：利用傳感器測量重物質量院系： 自動化系 班級： 測控1201班 姓名： 蔡文斌 小組成員： 蔡文斌、蔣麗濤 指導教師： 仝衛(wèi)國 實驗周數： 1周 成績： 日期：2015年7月12日 傳感器綜合實驗報告一、實驗目的1、了解各種傳感器的工作原理與工作特性。2、掌握多種傳感器應用于電子稱的原理。3、根據不同傳感器的特性，選擇不同的傳感器測給定物體的重量。4、能根據原理特性分析結果，加深對傳感器的認識與應用。5、測量精度要求達到1%。二、實驗設備、器材1、金屬箔式應變片傳感器用到的設備：直流穩(wěn)壓電源、雙平行梁、測微器

2、、金屬箔式應變片、標準電阻、差動放大器、直流數字電壓表。2、差動變壓器用到的設備：差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微器。3、霍爾傳感器用到的設備：音頻振蕩器、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表。三、傳感器工作原理1、金屬箔式應變片傳感器工作原理：應變片應用于測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發(fā)生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。實驗中，通過旋轉測微器可使雙平梁的自由端上、下移動，從而使應變片的受力情況不同，將應變片接于電橋中

3、即可使雙平衡的位移轉換為電壓輸出。電橋的四個橋臂電阻R1、R2、R3、R4，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4成正比。當E和電阻相對變化一定時，電橋輸出電壓及其電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。2、差動變壓器的工作原理由同心分布在線圈骨架上一初級線圈P，二個級線圈S1 和S2 組成， 線圈組件內有一個可自由移動的桿裝磁芯（鐵芯），當鐵芯在線圈內移動時，改變了空間的磁場分布,從而改變了初次級線圈之間的互感量M，當初級線圈供給一定頻率的交變電壓時，次級線圈就產生了感應電動勢， 隨著鐵芯的位置不同， 次級產生的感應電動勢也不同， 這樣，就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出。測

4、出電壓信號就能測出位移信號，通過位移測量物體重量。3、霍爾傳感器的工作原理：霍爾傳感器是由兩個半圓形永久磁鋼組成的梯度磁場，位于梯度磁場中的霍爾元件霍爾片通過底座連接在振動臺上。當霍爾片通以恒定的電時，霍爾元件就有電壓輸出。改變振動臺的位置，霍爾片就在梯度磁場中上、下移動，輸出的霍爾電勢U值取決于其在磁場中的位移量Y，所以由霍爾電勢的大小便可獲得振動臺的靜位移。四、傳感器特性測試（一）、金屬箔式應變片傳感器特性測試1、實驗步驟按圖接線，圖中R1和R3為拉伸應變片，R2和R4為壓縮應變片，接成一個直流全橋。調好橋路輸出的零點，裝上測微器，旋緊固定螺釘，轉動測微器，使梁處于水平位置，即此時電壓表指

5、示為零，記錄測微器的讀數。然后向上旋動測微器6mm，從此位置開始，記下梁的位移與電壓表指示值，每往下1mm記下一個數值，到水平下6mm。2、特性分析實驗數據記錄與處理實驗所得數據如下：位移X（mm）6543210輸出電壓（mV）-95-80-64-49-33-17-1位移X（mm）-1-2-3-4-5-6輸出電壓（mV）152946627894根據數據利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，金屬箔式應變片傳感器輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。利用EXCLE繪出其擬合直線：其擬合曲線方程為：y=-15.764x-1.1538。擬合曲線和測量曲線基本吻合，

6、可以利用該特性將金屬箔式應變片傳感器應用于電子秤，在線性范圍內可以用于稱未知重量的物體質量。（二）、差動變壓器的特性測試1、實驗步驟按圖接線，使音頻振蕩器輸出頻率為5kHz，其峰峰值為1.5V，差動放大器的增益旋鈕調到最大，旋轉測微器，調節(jié)電橋 WD、WA 電位器，調節(jié)測微頭帶動銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統輸出為零。 旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統輸出是否正負對稱。如不對稱則需反復調節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負輸出對稱。 旋動測微儀，帶動銜鐵向上 4mm，向下 4mm 位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。2、特性分析實驗數據記

7、錄與處理位移4.54.03.53.02.52.01.51.00.5電壓8.778.548.227.756.955.604.222.811.41位移0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0電壓0.01-1.37-2.79-4.14-5.48-6.56-7.11-7.47-7.78根據數據利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，差動變壓器位移在（-33）之間輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。因此可以在這段取其擬合直線，其擬合直線為：其擬合直線方程為：y=2.7024x+0.0252擬合曲線和部分測量曲線基本吻合，可以利用該特性將金屬

8、箔式應變片傳感器應用于電子秤，在該線性范圍內可以用于稱未知重量的物體質量。（三）霍爾式傳感器特性測試1、實驗步驟差動放大器增益適度，切對差動放大器調零，霍爾片調至磁場中間位置，記下測微器的讀數，按照下圖接線，將音頻振蕩器的輸出幅度調到適當位置。調整系統WD、WA使輸出最小。使振動臺上下移動，并調節(jié)移相器使系統輸出達到最大值。調節(jié)測微器使霍爾片回到磁路中間位置。旋風測微器2密碼，沒個0.1mm讀出相應的電壓值，記錄數據。2、特性分析實驗數據記錄與處理位移0.60.50.40.30.20.10電壓-2.34-2.33-2.28-2.03-1.78-1.53-1.12位移-0.1-0.2-0.3-0

9、.4-0.5-0.6電壓-0.74-0.35-0.110.030.080.1根據數據利用EXCLE畫出特性曲線為：從特性曲線可以看出，霍爾傳感器位移在（-0.40.4）之間輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。因此可以在這段取其擬合直線，其擬合直線為：其擬合直線方程為：y=-3.1083x-1.1011擬合曲線和部分測量曲線基本吻合，可以利用該特性將金屬箔式應變片傳感器應用于電子秤，在該線性范圍內可以用于稱未知重量的物體質量。五、實際測試與實驗數據處理（一）、金屬箔式應變片傳感器測重物質量1、按金屬箔式應變片傳感器特性測試接好實驗線路圖，在平臺中間逐步加上砝碼，記錄U

10、、M值，并做出UM曲線，然后將電池和鎖芯分別放在平臺中間，并記錄輸出電壓值U。2、實驗數據記錄質量M（g）020406080100120140電壓U（mv）020406078102119139稱重南孚電池時顯示的電壓是0.092v，稱重鎖芯時顯示的電壓是0.134v根據標定數據用excle繪出圖像：用excle繪出其擬合直線為：其擬合方程為：y=0.9952x+0.0835將電池和鎖芯的電壓帶進去，分別得到電池和鎖芯的質量為92.36g、134.56g（二）、差動變壓器測重物質量1、按金屬箔式應變片傳感器特性測試接好實驗線路圖，在平臺中間逐步加上砝碼，記錄U、M值，并做出UM曲線，然后將電池和

11、鎖芯分別放在平臺中間，并記錄輸出電壓值U。2、實驗數據記錄質量M（g）020406080100120140電壓U（mv）0.150.190.230.270.310.350.380.41稱重南孚電池時顯示的電壓是0.33v稱重鎖芯時顯示的電壓是0.41v根據標定數據用excle繪出圖像：用excle繪出其擬合直線為：其擬合方程為：y=0.0019x+0.1542將電池和鎖芯的電壓帶進去，分別得到電池和鎖芯的質量為92.53g、134.63（三）、霍爾式傳感器測重物質量1、實驗步驟按金屬箔式應變片傳感器特性測試接好實驗線路圖，在平臺中間逐步加上砝碼，記錄U、M值，并做出UM曲線，然后將電池和鎖芯分

12、別放在平臺中間，并記錄輸出電壓值U。2、實驗數據記錄質量M（g）020406080100120140電壓U（mv）-1.12-1.24-1.36-1.48-1.59-1.71-1.83-1.95稱重南孚電池時顯示的電壓是-1.67v，稱重鎖芯時顯示的電壓是-1.91v根據標定數據用excle繪出圖像：根據標定數據用excle繪出圖像：其擬合方程為：y=0.0059x-1.1217將電池和鎖芯的電壓帶進去，分別得到電池和鎖芯的質量為92.93g、133.61g六 實驗結果分析（一）、金屬箔式應變片傳感器測重物質量測量得出的電池質量是m1=92.36 g，又因為測量精度為1%，故電池質量在91.4

13、364g93.2836g之間。測量得出的鎖芯質量是m2=134.56 g，又因為測量精度為1%，故鎖芯質量在133.2144g135.9056g之間。（二）、差動變壓器測重物質量測量得出的電池質量是m1=92.53 g，又因為測量精度為1%，故電池質量在93.4553g95.3059g之間。測量得出的鎖芯質量是m2=134.63 g，又因為測量精度為1%，故鎖芯質量在133.2837g135.9763g之間。（三）、霍爾式傳感器測重物質量測量得出的電池質量是m1=92.93 g，又因為測量精度為1%，故電池質量在92.0007g93.8593g之間。測量得出的鎖芯質量是m2=133.61 g，又因為測量精度為1%，故鎖芯質量在132.2739g134.9461g之間。七、總結本次傳感器綜合實驗基本達到了預期目標，通過這次綜合實驗我進一步的了解了各傳感器的工作原理、工作特性、適用范圍和優(yōu)缺點，通過用各種傳感器測一個未知質量的重物，把課堂上所學的理論知識真正的與實際運用相結合，讓我們更加理解了理論知識，也能把理論知識運用到現實中用以解決實際問題。同時我們也通過這次實驗，提高了數據處理與分析的能力，能把多而復雜的實驗數據通過擬合、分析、處理從而得到較為準確的實驗結果。另外，我們了解了相敏檢波器