東南大學傳感器實驗報告

1、傳感器實驗實驗一金屬箔式應(yīng)變片一一單臂電橋性能實驗1. 實驗目的了解金屬箔式應(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)生機械形變時，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為電阻絲長度相對變化。3. 實驗器材主機箱、應(yīng)變傳感器實驗模板、托盤、祛碼、萬用表、導線等。4. 實驗步驟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)嶒灐y得數(shù)據(jù)如下:重量（g）020406080100120140電壓mmv)35101317212529實驗曲線如下所示: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，往上偏離了一段距離。5 .根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算系統(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 .利用虛擬儀器進行測量。測得數(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，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（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)變片受拉，所以選（1）正應(yīng)變片。實驗三金屬箔式應(yīng)變片一一全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優(yōu)點、基本原理全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄喾吹膽?yīng)變片接入電橋鄰邊。當應(yīng)變片初始阻值R1=R2=R3=R4、其

4、變化值A(chǔ)R1=AR2=AR3=AR4時，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、實驗器材主機箱、應(yīng)變傳感器實驗模板、托盤、祛碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟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)嶒灁?shù)據(jù)記錄如下表所示:重量（g）020406080100120140電壓（mv）0163147637995111實驗曲線如下所示:分析：從圖中可見，數(shù)據(jù)點基本在擬合曲線上，線性性比半橋進一步提高。5 .計算靈敏度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 .利用虛擬儀器進行測量測量數(shù)據(jù)如下表所示：重量（g）020406080100120140電壓（mv）-1.119.640.461.181.7102.4122.0142.0實驗曲線如下所示:五、思考題1 .測量中，當兩組對邊電阻值R相同時，即R1=R3,R2=R4,而R1WR2時，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)人員在進行材料拉力測試時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。對于左邊一副圖，可

6、以任意選取兩個電阻接入電橋的對邊，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。對于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋?qū)叄瑒t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、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。答：根據(jù)實驗結(jié)果可知：靈敏度：全橋半橋單臂非線性度：單臂>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：單臂6=K*父100%,半橋6=0,全橋6=0。2+K6因為全橋能使相鄰兩臂的傳感器有相同的溫度特性，達到消

7、除溫度誤差的效果。同時還能消除非線性誤差。結(jié)論：利用差動技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補償溫度誤差。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：利用溫度補償片或采用全橋測量。實驗五差動變壓器的性能實驗一、實驗目的了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式。當被測物體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化。將兩只次級反向串接，引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三

8、、實驗器材主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導線等。四、實驗步驟1 .按照接線圖連接線路。2 .差動變壓器L1的激勵電壓從主機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 .松開測微頭的緊固螺釘，移動測微頭白安裝套使變壓器次級輸出的Vp-p較小。然后擰緊螺釘，仔細調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使變壓器的次級輸出Vp-p為最小值（零點殘余電壓），定義為位移的相對零點。4 .從零點開始旋動測微頭的微分筒，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。一個方向結(jié)束后，退到零點反方向做相同的實驗。5 .根據(jù)測得數(shù)據(jù)畫出Vop

9、-pX曲線，做出位移為土1mm、士3mm時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實驗曲線如下:分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關(guān)于x=0對稱的，在零點時存在一個零點誤差。X=±1mm時，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、.用差動變壓器測量，振動頻率的上限受什么影響？答：受導線的集膚效應(yīng)和鐵損等的影響，若頻率過大會導致靈敏度下降。2 .試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點：利用電磁感應(yīng)原理工作。不同點：差動變壓器為開磁路，一、二次側(cè)間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個繞組按差動方式工作；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C=eA/曲關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路，可以選擇8,A,d三個參數(shù)中保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中的一個參數(shù)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)，測位移和測距離等多種電容傳感器。三、實驗器材主

11、機箱、電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭。四、實驗步驟1、按圖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Vo1接主機箱電壓表的Vin。2、實驗模板上RW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、將主機箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到2v檔，合上主機箱電源開關(guān)。6、畫實驗曲線，計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。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。工作時傳感器感受與試件相同的振動頻率，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)生正比于運動速度的表面電荷。三、實驗器材主機箱、差動變壓器實驗模板、振動源、示波器。四、實驗步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動臺上，振動源的低頻輸入接主機箱的低頻振蕩器，其它連線按照圖示接線。2、合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺，同時觀察輸出波形的變化。4、改變振動源的頻率，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，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實驗曲線:五、思考題根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺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)實驗曲線可知，振動臺的自然頻率大約為11Hz。t=6ms,T=108ms,所以=6msx3600=200。108ms實驗十七霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量電機轉(zhuǎn)速實驗一、實驗目的了解霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理利用霍爾效應(yīng)表達式：UH=Kh,Ib,當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N此。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整和計數(shù)電路計數(shù)就可以測量被測物體的轉(zhuǎn)速。三、實驗器材主機箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動源。四、實驗步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準轉(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，先合上主機箱電源開關(guān)，將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源小，接入電壓表，監(jiān)測大約為1.25V;關(guān)閉主機箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動電源按照示意圖分別接到主機箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的Fin上。3、合上主機箱