2023年傳感器與檢測技術(shù)技術(shù)實驗報告

天津廣播電視大學(xué)武清分?！秱鞲衅髋c測試技術(shù)》實驗報告姓名：學(xué)號：1班級:13春機械本實驗一：電渦流式傳感器實驗一、實驗?zāi)康?、了解電渦流傳感器的實際應(yīng)用。2、了解電渦流傳感器在靜態(tài)測量中的應(yīng)用。3、了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性。4、通過實驗掌握用電渦流傳感器測量振幅的原理和方法。5、通過實驗說明不同的渦流感應(yīng)材料對電渦流傳感器特性的影響。二、實驗電路圖及原理：圖(1)電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。三、實驗所需部件：測微頭、示波器、電壓表、電渦流線圈、金屬渦流片、電渦流變換器、三種金屬渦流片。四、實驗步驟：1．按圖連線，差動放大器調(diào)零，將電渦流傳感器對準(zhǔn)金屬圓盤。2．旋轉(zhuǎn)測微器旋鈕移動振動臺，使電渦流傳感器與金屬片接觸，此時渦流變換器的輸出電壓為零，由此開始向上旋轉(zhuǎn)測微器旋鈕，每隔0.5mm用電壓表讀取變換器的輸出電壓，將數(shù)據(jù)填入表1。3．分別將銅片和鋁片代替鐵片，重復(fù)2的實驗結(jié)果分別填入表2和表3。4．將電渦流傳感器連支架移到金屬轉(zhuǎn)盤上方，調(diào)整到其端面距盤面0.5～1.0mm處，注意保持其端面與盤面的平行，不可碰擦。5．渦流變換器的輸出端與數(shù)字頻率表相連，開啟電機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，則電機轉(zhuǎn)速可由下式得到：電機轉(zhuǎn)速＝頻率表顯示值/金屬轉(zhuǎn)盤等分值×2（本實驗中等分值為4）五、實驗數(shù)據(jù)及分析:表1電渦流傳感器對鐵片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-2.03-2.53-2.99-3.40-3.76-4.06-4.33-4.54-4.71-4.89-5.02-5.12表2電渦流傳感器對銅片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-3.14-3.30-3.85-4.28-4.56-4.80-5.00-5.12-5.21-5.31-5.40-5.45表3電渦流傳感器對鋁片的輸出特性距離（mm）00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.5輸出（v）-3.78-4.19-4.51-4.75-4.95-5.11-5.20-5.30-5.39-5.45-5.48-5.53實驗二：電阻應(yīng)變式傳感器實驗一．實驗?zāi)康?、熟悉電阻應(yīng)變式傳感器在位移測量中的應(yīng)用。2、比較半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器和金屬電阻應(yīng)變式傳感器的靈敏度。3、通過實驗熟悉和了解電阻應(yīng)變式傳感器測量電路的組成及工作原理。4、比較單臂電橋、雙臂電橋和雙差動全橋式電阻應(yīng)變式傳感器的靈敏度。二．實驗內(nèi)容1、半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器位移測量電路。2、單臂電橋、雙臂電橋和雙差動全橋組成的位移測量電路。三．實驗步驟1、調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“＋、－”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2、按圖（1）將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±4V。＋4VR＋4VRR2－4VR3R1WD＋－V圖（1）測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。3、接線無誤后開啟儀器電源，預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。（1）旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零起點，向上和向下移動各6mm，測微頭每移動1（2）計算各種情況下測量電路的靈敏度S。S＝△U／△x表1金屬箔式電阻式應(yīng)變片單臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）1208554304-34-74-108-147-184-235平均靈敏度S（mV/mm）35.5表2金屬箔式電阻式應(yīng)變片雙臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）236180123590-53-108-163-222-282-339平均靈敏度S（mV/mm）57.5表3半導(dǎo)體應(yīng)變片雙臂電橋位移x（mm）-6-5-4-3-2-10123456輸出U0（mV）558040502610129010-980-2370-3770-5300-6810-8360平均靈敏度S（mV/mm）1394實驗三：電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：利用平板電容C=εA/d的關(guān)系,在ε（介電常數(shù)）、A（極板面積）、d（極板距離）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)，就可使電容的容量(C)發(fā)生變化，通過相應(yīng)的測量電路，將電容的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量,則可以制成多種電容傳感器，如：①變ε的濕度電容傳感器。②變d的電容式壓力傳感器。③變A的電容式位移傳感器。本實驗采用第③種電容傳感器,是一種圓筒形差動變面積式電容傳感器。圖4-1電容傳感器位移實驗接線圖三、器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０?、測微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓電源。四、實驗步驟：1、按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗?zāi)０迳稀?、將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗?zāi)０?，實驗線路見圖4-1。3、將電容傳感器實驗?zāi)０宓妮敵龆薞01與數(shù)顯電壓表Vi相接，電壓表量程置2V檔，Rw調(diào)節(jié)到中間位置。4、接入±15V電源，將測微頭旋至10mm處，活動桿與傳感器相吸合，調(diào)整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，并將測量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動測微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(V)，填入表4-1。將測微頭回到10mm處，反向旋動測微頭，重復(fù)實驗過程。表4-1電容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系X（mm）88.28.48.68.899.29.49.69.810V（mv）34.330.52723.620.216.913.410.46.83.40.0X（mm）1211.811.611.411.21110.810.610.410.2V（mv）-30.7-27.7-24.8-21.6-18.5-15.6-12.4-9.4-6.2-3.1根據(jù)表4-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的靈敏度S和非線性誤差δf，分析誤差來源。靈敏度S=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm誤差來源：（1）原理上存在非線性誤差。（2）電容式傳感器產(chǎn)生的效應(yīng)是非線性的。（3）零點偏移。五、思考題：試設(shè)計一個利用ε