傳感器原理實驗報告下載(應(yīng)變片單臂、半橋、全橋、電渦流多個實驗)

ID:385157 · 發(fā)表于 2018-8-10 23:57

傳感器原理實驗報告

目錄

實驗一金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實驗

一、實驗?zāi)康模?/strong>了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，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，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：

式中為電阻絲電阻的相對變化，為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化，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，通過它轉(zhuǎn)換被測部位的受力狀態(tài)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O1。

三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。

四、實驗步驟：

1、檢查應(yīng)變傳感器的安裝

根據(jù)圖1-1應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模塊的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模塊上，可用萬用表進(jìn)行測量判別，各應(yīng)變片初始阻值R1=R2=R3=R4=351±2Ω，加熱絲初始阻值為20-50Ω左右。

2、差動放大器的調(diào)零

首先將實驗?zāi)K調(diào)節(jié)增益電位器Rw3順時針到底（即此時放大器增益最大。然后將差動放大器的正、負(fù)輸入端相連并與地短接，輸出端與主控臺上的電壓表輸入端Vi相連。檢查無誤后從主控臺上接入模塊電源±15V以及地線。合上主控臺電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)K上的調(diào)零電位器Rw4，使電壓表顯示為零（電壓表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源。（注意： Rw4的位置一旦確定，就不能改變，一直到做完實驗為止）

3、電橋調(diào)零
適當(dāng)調(diào)小增益Rw3（順時針旋轉(zhuǎn)3-4圈，電位器最大可順時針旋轉(zhuǎn)5圈），將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1（即模塊左上方的R1）接入電橋（如圖）作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好，其中模塊上虛線電阻符號為示意符號，沒有實際的電阻存在），按圖1-2完成接線，給橋路接入±4V電源（從主控箱引入），同
圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖
時，將模塊左上方撥段開關(guān)撥至左邊“直流”檔（直流檔和交流檔調(diào)零電阻阻值不同）。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1，使電壓表顯示為零。
備注：
1）、如出現(xiàn)零漂現(xiàn)象，則是應(yīng)變片在供電電壓下，應(yīng)變片本身通過電流所形成的應(yīng)變片溫度效應(yīng)的影響，可觀察零漂數(shù)值的變化，若調(diào)零后數(shù)值穩(wěn)定下來，表示應(yīng)變片已處于工作狀態(tài)，時間大概5—10分鐘。
2）、如出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定，電壓表讀數(shù)隨機(jī)跳變情況，可再次確認(rèn)各實驗線的連接是否牢靠，且保證實驗過程中，盡量不接觸實驗線，另外，由于應(yīng)變實驗增益比較大，實驗線陳舊或老化后產(chǎn)生線間電容效應(yīng)，也會產(chǎn)生此現(xiàn)象。
3）、因應(yīng)變實驗差動放大器放大倍數(shù)很高，應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K對各種信號干擾很敏感，所以在用應(yīng)變模塊做實驗時模塊周圍不能放置有無線數(shù)據(jù)交換的設(shè)備，例如正在無線上網(wǎng)的手機(jī)、ipad、筆記本等電子設(shè)備。
4、測量并記錄
在電子秤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到10只砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。

表1-1  單臂電橋輸出電壓與加負(fù)載重量值
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
電壓（mv）
4
6
8
10
12
13
15
18
21
24

5、計算靈敏度和誤差
根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計算非線性誤差：f1=F •S×100%，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F •S滿量程輸出平均值，此處為500g或200g。
axis([20 200 4 24]);

coords=[20:20:200;4,6,8,10,12,13,15,18,21,24];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=0.10636x+1.4'
復(fù)制代碼
傳感器的系數(shù)靈敏度S=0.106%
非線性誤差f=4.168%

五、思考題：
單臂電橋時，作為橋臂電阻應(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。

答：正、負(fù)應(yīng)變片都可以，因為正負(fù)對單臂電橋的傳感器的特性無影響。

實驗二金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>比較半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。
二、基本原理：不同受力方向的兩片應(yīng)變片（實驗?zāi)K上對應(yīng)變片的受力方向有標(biāo)識）接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓Uo2=。
三、需要器件與單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。
四、實驗步驟：
保持金屬箔式應(yīng)變片實驗單臂電橋性能試驗中的Rw3和Rw4的當(dāng)前位置不變。

2、根據(jù)圖1-3接線。R1、R2為實驗?zāi)K左上方的應(yīng)變片，此時要根據(jù)模塊上的標(biāo)識確認(rèn)R1和R2受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。給橋路接入±4V電源，檢查連線無誤后，合上主控箱電源，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1進(jìn)行橋路調(diào)零。依次輕放標(biāo)準(zhǔn)砝碼，將實驗數(shù)據(jù)記入表1-2，根據(jù)表1-2計算靈敏度S=，非線性誤差f2。
圖1-3 應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖
表1-2  半橋測量時，輸出電壓與加負(fù)載重量值
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
電壓（mv）
5
10
16
20
25
32
37
46
51
56

axis([20 200 5 56]);

coords=[20:20:200;5,10,16,20,25,32,37,46,51,56];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=0.28909x+-2'

傳感器的系數(shù)靈敏度S=0.289%

非線性誤差f=1.247%
復(fù)制代碼

五、思考題：
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(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。
答：（1）
實驗三金屬箔式應(yīng)變片——全橋性能實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解全橋測量電路的優(yōu)點。
二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)︖�，受力方向不同的接入鄰邊，�?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時，其橋路輸出電壓Uo3=。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、需用器件和單元：應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)K、砝碼、數(shù)顯表（主控臺上電壓表）、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。
四、實驗步驟：
                     圖1-4接線
1、保持單臂、半橋?qū)嶒炛械腞w3和Rw4的當(dāng)前位置不變。
2、根據(jù)圖1-4接線，實驗方法與半橋?qū)嶒炏嗤�，全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)︖叄煌慕尤豚忂�，將實驗結(jié)果填入表1-3；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計算。
表1-3全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值
重量（g）
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
電壓（mv）
8
18
28
42
52
58
65
71
81
91

3、根據(jù)表1-3計算系統(tǒng)靈敏度S，S=（輸出電壓變化量；重量變化量）；計算非線性誤差：f1=F •S×100%，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差，F •S滿量程輸出平均值。
axis([20 200 8 91]);

coords=[20:20:200;8,18,28,42,52,58,65,71,81,91];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=0.44788x+2.1333'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=0.448%
非線性誤差f=0.604%

實驗四金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較
一、實驗?zāi)康模?/strong>比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。
二、實驗步驟：根據(jù)實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較。闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益RW3必須在相同的位置）。
從三個實驗對比來看，從單臂到半橋再到全橋，靈敏度依次增大，且大致遵循2倍關(guān)系；從理論分析而言，非線性誤差全橋電路<半橋電路<單臂電路。但由于實驗偶然誤差，實測全橋電路非線性誤差大于半橋。
實驗七    移相器實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解運算放大器構(gòu)成的移相電路和它的原理及工作情況。
二、基本原理：圖5為移相電路示意圖，由移相器電路結(jié)構(gòu)圖可求得該電路的閉環(huán)增益G(s)
則
當(dāng)R1=R2=W1= R4=R5=10K時有：
  由正切三角函半角公式可得：
從上式可以看出，調(diào)節(jié)電位器W2將產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化。
三、需用器件與單元：移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊、音頻振蕩器、雙線（雙蹤）示波器（自備）、直流穩(wěn)壓電源±15V。
四、實驗步驟：
了解移相器原理，即通過調(diào)節(jié)電位器使交流信號產(chǎn)生相位的變化。

2、將音頻振蕩器的信號引入移相器的輸入端（音頻信號從0˚、LV插口輸出均可），將±15V電源及地線接入移相器模塊，合上主控箱電源。
3、將示波器的兩根線分別接到移相器的輸入和輸出端，調(diào)整示波器，觀察示波器的波形。
4、調(diào)節(jié)移相器上的電位器，觀察兩個波形間相位的變化。
5、改變音頻振蕩器的頻率，觀察不同頻率的最大移相范圍。
五、思考題：
1、根據(jù)基本原理公式，分析本移相器的工作原理，并解釋所觀察到的現(xiàn)象。
注意事項：本實驗臺中音頻信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，所以通過移相器后波形局部有些畸變，這不是儀器故障。
正確選擇示波器中的“觸發(fā)”形式，以保證雙蹤示波器能看到波形的變化。
答：根據(jù)移相器的電路原理圖，改變Rw，改變RC充放時間常數(shù)，從而改變信號的相位。
實驗八    相敏檢波器實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解相敏檢波器的原理及工作情況。
二、基本原理：相敏檢波器模塊示意圖如下所示，圖中Vi為輸入信號端，Vo為輸出端，AC為交流參考電壓輸入端，DC為直流參考電壓輸入。有脈沖符號的兩個端子為附加觀察端。
三、需用器件與單元：移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊、音頻振蕩器、雙蹤示波器（自備）、直流穩(wěn)壓電源±15V、±2V、轉(zhuǎn)速/頻率表、數(shù)顯電壓表。
四、旋鈕初始位置：轉(zhuǎn)速/頻率表置頻率檔，音頻振蕩器頻率為4KHz左右，幅度置最�。鏁r針到底），直流穩(wěn)壓電源輸出置于±2V檔。
五、實驗步驟：
了解移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊面板上的符號布局，接入電源±15V及地線。
根據(jù)如下的電路進(jìn)行接線，將音頻振蕩器的信號0˚ 輸出端和移相器及相敏檢波器輸入端Vi相接，把示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端Vi和輸出端Vo組成一個測量線路。

3、將主控臺電壓選擇撥段開關(guān)撥至+2V檔位，改變參考電壓的極性（通過DC端輸入+2V或者-2V），觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當(dāng)參考電壓為正時，輸入和輸出同相；當(dāng)參考電壓為負(fù)時，輸入和輸出反相。

4、調(diào)整好示波器，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰-峰值4V，通過調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的電位器，使相敏檢波器的輸出Vo為全波整流波形。

六、思考題：
根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用）。
答：相敏檢波器的作用：鑒別調(diào)制信號相位和選頻作用。
移相器作用：將信號相位移動一個角度。
實驗十差動變壓器的性能實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>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兩只次級線圈及一個鐵芯組成（鐵芯在可移動桿的一端），根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測體移動時，由于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，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只次級線圈反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。
三、需用器件與單元：差動變壓器實驗?zāi)K、測微頭、雙線示波器、差動變壓器、音頻信號源（音頻振蕩器）、直流電源、萬用表。
四、實驗步驟：
根據(jù)圖3-1，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗?zāi)K上。

2、在模塊上按照圖3-2接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的LV端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為5~10KHz（可用主控箱的數(shù)顯表的頻率檔fi輸入來監(jiān)測，實驗中可調(diào)節(jié)頻率使波形不失真）。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰-峰值Vp-p=2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div、Y軸CH1為1V/div、CH2為0.2v/div）。判別初次級線圈及次級線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級線圈（1和2實驗插孔作為初級線圈），并設(shè)另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖3-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當(dāng)次級波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點(即3和4實驗插孔)，而且相位與初級線圈波形（LV音頻信號Vp-p=2V波形）比較能同相和反相變化，說明已連接的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判斷直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）為模塊中的實驗插孔。）
3、旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰-峰值Vp-p為最小。這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，則另一個方向位移為負(fù)。從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.5mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入表3-1。再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關(guān)系。
表3-1  差動變壓器位移ΔX值與輸出電壓Vp-p數(shù)據(jù)表
X（mm）
− ←
0mm
→ +
1.5
3.0
4.5
6.0
7.5
V（mv）
Vp-p
230

250
265
290
310
335

4、實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據(jù)表3-1畫出Vop-p-X曲線，作出量程為±4mm、±6mm靈敏度和非線性誤差。
axis([0 7.5 230 335]);

coords=[0:1.5:7.5;230,250,265,290,310,335];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=13.9048x+227.8571'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=13.905%
非線性誤差f=-0.628%

實驗十二差動變壓器零點殘余電壓補(bǔ)償實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解差動變壓器零點殘余電壓補(bǔ)償方法。
二、基本原理：由于差動變壓器兩只次級線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，二次級的不均勻、不一致，鐵芯B-H特性的非線性等，因此在鐵芯處于差動線圈中間位置時其輸出電壓并不為零。稱其為零點殘余電壓。
三、需用器件與單元：音頻振蕩器、測微頭、差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)K、示波器。
四、實驗步驟：
1、按圖3-2.1接線，音頻信號源從LV插口輸出，實驗?zāi)KR1、C1、Rw1、Rw2為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。
2、用示波器調(diào)整音頻振蕩器輸出為2V峰-峰值。
3、調(diào)整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。
4、依次調(diào)整Rw1、Rw2，使輸出電壓降至最小。
5、觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓比較。
6、從示波器上觀察，差動變壓器的零點殘余電壓值（峰-峰值）。（注：這時的零點殘余電壓經(jīng)放大后的零點殘余電壓=V零點P-P/K，K為放大倍數(shù)）
數(shù)據(jù):
從示波器上觀察到的零點殘余電壓值為18.6mV

實驗十六直流激勵時霍爾式傳感器的
位移特性實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用。
二、基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)、霍爾電勢UH = KHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進(jìn)行位移測量。
三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗?zāi)K、霍爾傳感器、直流源±4V、±15V、測微頭、數(shù)顯單元。
四、實驗步驟：
1、將霍爾傳感器按圖5-1安裝。霍爾傳感器與實驗?zāi)K的連接按圖5-2進(jìn)行。1、3為電源±4V，2、4為輸出。
                  圖5-2 霍爾傳感器位移直流激勵接線圖
2、開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。
3、旋轉(zhuǎn)測微頭向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表5-1。
表5-1
X（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
V（mv）
25.9
34.5
41.3
55.1
60.5
71.5
82.3
88.3
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
101.9
108.4
119.1
131.4
137.6
152.4
160.0
171.6
186.7
3.6
3.8
4.0
4.2
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
193.8
208
218
230
249
260
279
293
309
5.4
5.6

331
348

作出V-X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。
axis([0.2 5.6 25.9 348]);

coords=[0.2:0.2:5.6;25.9,34.5,41.3,55.1,60.5,71.5,82.3,88.3,101.9,108.4,119.1,131.4,137.6,152.4,160.0,171.6,186.7,193.8,208,218,230,249,260,279,293,309,331,348];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=57.5305x+-0.86349'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=57.531%
非線性誤差f=0.493%
五、思考題：
本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？
答：是實際的輸入輸出與擬合的理想的直線的偏離程度的變化，當(dāng)X不同的時候，實際的輸出值與根據(jù)擬合直線得到的數(shù)值的偏離值是不相同的。

實驗十七交流激勵時霍爾式傳感器的
位移特性實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解交流激勵時霍爾片的特性
二、基本原理：交流激勵時霍爾元件與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。
三、需用器件與單元：在“直流霍爾傳感器位移特性”基礎(chǔ)上加移相/相敏檢波/低通濾波模塊、雙線示波器。
四、實驗步驟：
      傳感器安裝同“直流激勵時的實驗安裝”，實驗?zāi)K上連線見下圖。

2、調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率和幅度旋鈕，從LV輸出用示波器測量，使輸出為1KHz、峰-峰值為4V，引入電路中（激勵電壓從音頻輸出端Lv輸出頻率1KHz，幅值為4V峰-峰值，注意頻率過大會燒壞霍爾元件）。
3、調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器產(chǎn)生一個較大的位移（此時Rw3順時針旋轉(zhuǎn)至最大位置），利用示波器觀察相敏檢波器輸出（此時示波器檔位時間軸為0.2ms，電壓軸為0.2V），旋轉(zhuǎn)移相單元電位器Rw和相敏檢波電位器Rw，使示波器顯示全波整流波形。此時固定移相單元電位器Rw和相敏檢波電位器Rw，保持電位器位置不變。
4、調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器處于傳感器中間位移部分，先用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最�。ḿ聪嗝魴z波輸出接近一條直線）。
5、然后從電壓數(shù)顯表上觀察，調(diào)節(jié)電位器Rw1、Rw2使顯示為零，然后旋動測微頭，記下每轉(zhuǎn)動0.2mm時表頭讀數(shù)，填入表5-2。
表5-2  交流激勵時輸出電壓和位移數(shù)據(jù)
X（mm）
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
V（mv）
-726
-646
-565
-484
-410
-328
-252
-173
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
-98
-21
56
135
218
294
374
458
545
3.6
3.8
4.0

616
687
753

6、根據(jù)表5-2作出V-X曲線，計算不同量程時的非線性誤差。
axis([0.2 4.0 -726 753]);

coords=[0.2:0.2:4.0;-726,-646,-565,-484,-410,-328,-252,-173,-98,-21,56,135,218,294,374,458,545,616,687,753];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=392.0038x+-801.5579'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=392.004%
非線性誤差f=0.754%

實驗十八霍爾測速實驗*
一、實驗?zāi)康模?/strong>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(dá)式UH = KHIB，當(dāng)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次，霍爾電勢相應(yīng)變化N次，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)速=60*頻率/12）
三、需用器件與單元：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)2-24V、轉(zhuǎn)動源單元、數(shù)顯單元的轉(zhuǎn)速顯示部分。
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖5-4，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對準(zhǔn)反射面的磁鋼。
2、將直流源加于霍爾元件電源輸入端。紅（+）接+5V，黑（┴）接地。
3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（藍(lán)）插入數(shù)顯單元Fi端。
4、將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的2-24V轉(zhuǎn)速電源引到轉(zhuǎn)動源的2-24V插孔。
5、將數(shù)顯單元上的轉(zhuǎn)速/頻率表波段開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔，此時數(shù)顯表指示轉(zhuǎn)速。
6、調(diào)節(jié)電壓使轉(zhuǎn)動速度變化。觀察數(shù)顯表轉(zhuǎn)速顯示的變化。
電壓（V）
4
5
8
10
15
20
轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
0
544
930
1245
1810
2264

由以上數(shù)據(jù)可得：電壓的值越大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。
五、思考題：
1、利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上是否有限制？
答：有，測量速度不能過慢，因為磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的周期過長，大于讀取脈沖信號的電路的工作周期，就會導(dǎo)致計數(shù)錯誤
2、本實驗裝置上用了十二只磁鋼，能否用一只磁鋼，二者有什么區(qū)別呢？
答：如果霍爾是單極的，可以只用一只磁鋼，但可靠性和精度會差一點；如果霍爾是雙極的，那么必須要有一組分別為n/s極的磁鋼去開啟關(guān)斷它，那么至少要兩只磁鋼。
實驗二十一電渦流傳感器位移特性實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>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：通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測量。
三、需用器件與單元：電渦流傳感器實驗?zāi)K、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、測微頭、鐵圓片。
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖8-1安裝電渦流傳感器。
2、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個扁平繞線圈。
3、將電渦流傳感器輸出線接入模塊上標(biāo)有Ti的插孔中，作為振蕩器的一個原件。
4、在測微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。
5、將實驗?zāi)K輸出端Vo與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔。
6、用連接導(dǎo)線從主控臺接入+15V直流電源到模塊上標(biāo)有+15V的插孔中，同時主控臺的“地”與實驗?zāi)K的“地”相連。
7、使測微頭與傳感器線圈端部有機(jī)玻璃平面接觸，開啟主控箱電源開關(guān)（數(shù)顯表讀數(shù)能調(diào)到零的使接觸時數(shù)顯表讀數(shù)為零且剛要開始變化），記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm（或0.5mm）讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹�。將結(jié)果列入表8-1。
  表8-1  電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)
X（mm）
10.5
11.5
12.5
13.5
14.5
15.5
16.5
17.5
18.5
19.5
V（v）
0.65
2.00
3.30
4.60
5.60
6.32
6.80
7.40
7.66
7.9

8、根據(jù)表8-1數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時的最佳工作點，試計算量程為1mm、3mm、5mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。
axis([10.5 19.5 0.65 7.9]);

coords=[10.5:1:19.5;0.65,2.0,3.3,4.6,5.6,6.32,6.8,7.4,7.66,7.9];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=0.80418x+-6.8397'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=0.804%
非線性誤差f=0.340%

五、思考題：
1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計傳感器？
答：金屬導(dǎo)體的電阻率，厚度，線圈的勵磁電流角頻率以及線圈與金屬塊之間的距離
      用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測量時，如何根據(jù)使用量程選用傳感器？

答：可以通過貼金屬片等方式進(jìn)行測量

實驗二十二被測體材質(zhì)對電渦流傳感器的
特性影響實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。
二、基本原理：渦流效應(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有不同的性能。
三、需用器件與單元：除與“電渦流位移特性實驗”相同外，另加銅和鋁的被測體小圓片。
四、實驗步驟：
1、傳感器安裝同“電渦流位移特性實驗”傳感器的安裝。
2、將原鐵圓片換成鋁和銅圓片。
3、重復(fù)“電渦流位移特性實驗”步驟，進(jìn)行被測體為鋁圓片和銅圓片時的位移特性測試，分別記入表8-2和表8-3。
表8-2  被測體為鋁圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)
X（mm）
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
V（v）
0.44
0.96
1.55
2.14
2.80
4.21
5.32
6.52
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
7.42
8.28
9.19
10.03
10.69
11.20
11.61
11.69
11.72
9.0
9.5

11.73
11.74

表8-3 被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)
X（mm）
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
V（v）
2.38
4.07
6.03
8.38
11.02
11.73
11.78
11.81
4.5
5.0
5.5
6.0

11.83
11.84
11.86
11.86

4、根據(jù)表8-2和表8-3分別計算量程為1mm和3mm時的靈敏度和非線性誤差（線性度）。
被測體為鋁圓片
axis([0.5 9.5 0.44 11.74]);

coords=[0.5:0.5:9.5;0.44,0.96,1.55,2.14,2.80,4.21,5.32,6.52,7.42,8.28,9.19,10.03,10.69,11.20,11.61,11.69,11.72,11.73,11.74];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÂÁµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=1.45x+0.078246'
復(fù)制代碼
傳感器的系數(shù)靈敏度S=1.450%
非線性誤差f=0.152%
被測體為銅圓片
axis([0.5 6.0 2.38 11.86]);

coords=[0.5:0.5:6.0;2.38,4.07,6.03,8.38,11.02,11.73,11.78,11.81,11.83,11.84,11.86,11.86];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=1.6415x+4.2144'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=1.641%
非線性誤差f=-0.019%
5、比較實驗二十三和本實驗所得的結(jié)果，并進(jìn)行小結(jié)。
傳感器的特性是和物體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率有關(guān)的，由于被測物體的靈敏度鐵>銅>鋁，故而可以得到磁導(dǎo)率越低的材料，傳感器的靈敏度越高。

實驗二十三被測體面積大小對電渦流傳感器的
特性影響實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>了解電渦流傳感器在實際應(yīng)用中其位移特性與被測體的形狀和尺寸有關(guān)。
二、基本原理：電渦流傳感器在實際應(yīng)用中，由于被測體的形狀、大小不同會導(dǎo)致被測體上渦流效應(yīng)的不充分，會減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須針對具體的被測體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。
三、需用器件與單元：直流源、電渦流傳感器、測微頭、電渦流傳感器實驗?zāi)K、不同面積的鋁被測體、數(shù)顯單元。
四、實驗步驟：
1、傳感器安裝與前面靜態(tài)特性實驗相同。
2、按照測靜態(tài)特性實驗要求連接好測量線路。
3、在測微頭上分別用兩種不同的被測鋁（小圓片、小圓柱體）進(jìn)行電渦流位移特性測定，分別記入表8-5。。
表8-5  不同尺寸時的被測體特性數(shù)據(jù)
X（mm）
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
鋁片
4.31
6.62
9.19
11.68
11.78
11.82
11.84
11.86
鋁柱
6.37
9.45
11.67
11.76
11.80
11.82
11.84
11.85
4.5
5.0

11.87
11.87

11.85

4、根據(jù)表8-5數(shù)據(jù)計算目前范圍內(nèi)兩種被測體：被測體1、2的靈敏度，并說明理由。
鋁片：
axis([0.5 5.0 4.31 11.87]);

coords=[0.5:0.5:5;4.31,6.62,9.19,11.68,11.78,11.82,11.84,11.86,11.87,11.87];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=1.4383x+6.3287'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=1.438%
非線性誤差f=-0.288%

鋁柱：
axis([0.5 4.5 4.31 11.85]);

coords=[0.5:0.5:4.5;6.37,9.45,11.67,11.76,11.80,11.82,11.84,11.85,11.85];

grid;

hold;

plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');

x=coords(1,:)

y=coords(2,:)'

b=size(coords);

c=ones(1,b(2));

MT=[c;x];

M=MT';

f=inv(MT*M)*MT*y

['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]

x=-max(x):0.01:max(x);

y=f(1)+f(2)*x;

mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));

fprintf('´«¸ÐÆ÷µÄÏµÊýÁéÃô¶ÈS=%5.3f%%\n',abs(f(2)));

fprintf('·ÇÏßÐÔÎó²îf=%5.3f%%\n',mistake);

plot(x,y);

xlabel('x/mm');

ylabel('V/v');

title('µçÎÐÁ÷´«¸ÐÆ÷±»²âÎïÌåÎªÍµÄÐÔÄÜ');

legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);

ans =

'y=0.984x+8.4744'
復(fù)制代碼

傳感器的系數(shù)靈敏度S=0.984%
非線性誤差f=-0.949%
            通過實驗可知，由于探頭線圈產(chǎn)生的磁場范圍是一定的，當(dāng)被測物體為圓柱且探頭中心線與軸心線正交時，被測軸直徑小會導(dǎo)致傳感器的靈敏度下降，被測體表面越小，靈敏感下降越多。所以鋁片的靈敏度大于鋁柱的靈敏度。

完整的Word格式文檔51黑下載地址：
實驗指導(dǎo)書-簡化版.doc (12.62 MB, 下載次數(shù): 32)

2018-8-10 23:57 上傳
點擊文件名下載附件
下載積分: 黑幣 -5