常用傳感器原理及實驗數(shù)據(jù)的實驗報告

ID:221330 · 發(fā)表于 2017-8-4 15:09

桂林航天工業(yè)學(xué)院實驗報告

課程名稱傳感器與檢測技術(shù)(A)

開課學(xué)期 2016 - 2017第一學(xué)期

　實驗室巡天樓409

學(xué) 號201409047401

姓名宋哥

實驗一電容式位移傳感器位移測量實驗

一、實驗?zāi)康模?/strong>

了解電容式傳感器的結(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（面積）、d（截距）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。

三、需用器件與單元：

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（1-1）將電容傳感器裝于實驗?zāi)０迳希脤Ｓ秒娙葸B接線連接電容傳感器與實驗?zāi)K。

2、實驗接線見圖（1-1），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。

圖（1-1）

3、接入±15V電源，將測微頭旋至10mm處并傳感器相吸合，調(diào)整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，將測量支架頂部的鏍釘擰緊,旋動測微頭，每間隔0.2mm或0.5mm記下輸出電壓值(V)，填入表1-1。

表1-1:容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系

位移（mm）
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
-ΔX
←
0
+ΔX
→
0.5
1.0
1.5
2.0
電壓(Vp-p)
0.057
0.060
0.061
0.064
Vmin
0.067
0.068
0.070
0.073
0.075

4、將測微頭旋回到10mm處，反向旋動測微頭，重復(fù)實驗過程填入表1-1。

圖（4-1）
根據(jù)表1-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的靈敏度S，分析誤差來源。

靈敏度S=0.00443V/mm
五、實驗小結(jié)
根據(jù)所得的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，我們可以算出該傳感器的靈敏度，在實驗過程中，記錄數(shù)據(jù)的時候必須要等電壓表穩(wěn)定下來在記錄這樣可以減小實驗誤差。遵守實驗規(guī)則。最后記錄
實驗二電渦流傳感器位移實驗
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會產(chǎn)生高頻磁場，當有導(dǎo)體接近該磁場時，會在導(dǎo)體表面產(chǎn)生渦流效應(yīng)，而渦流效應(yīng)的強弱與該導(dǎo)體與線圈的距離有關(guān)，因此通過檢測渦流效應(yīng)的強弱即可以進行位移測量。
三、需用器件與單元：
電渦流傳感器實驗?zāi)０�、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測微頭、鐵圓片。
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖2－１安裝電渦流傳感器。
2、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個扁平的多層線圈，兩端用單芯屏蔽線引出。
3、按圖2-2將電渦流傳感器輸出插頭接入實驗?zāi)０迳舷鄳?yīng)的傳感器輸入插口，傳感器作為由晶體管T1組成振蕩器的一個電感元件。
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)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯電壓表量程置20V檔。

圖2-1

圖2-2
６、用連接導(dǎo)線從主控箱接入＋15V直流電源到模板上標有+15V的插孔中。
７、移動測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測微每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹�，將結(jié)果填入表2-1。
表2-1：電渦流傳感器位移與輸出電壓數(shù)據(jù)
位移X(mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
電壓(V)
2.27
2.85
3.36
3.83
4.24
4.60
4.91
5.19
5.56
5.77
5.96
位移（mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
電壓（V）
6.12
6.33
6.56
6.66
6.75
6.83
6.91
6.97
7.09
7.08
7.13
位移（mm）
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
電壓（V）
7.17
7.21
7.24
7.27
7.31
7.34
7.38
7.40
7.43
7.46
7.51

8、根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，試計算量程為1mm、3mm及5mm時的靈敏度

該鐵片的靈敏度為0.682
實驗小結(jié)

1.按照實驗原理圖搭建電路圖并檢查是否安裝正確
2.金屬片應(yīng)當僅僅與電渦流式傳感器僅僅貼合并記錄初始值
3.由繪制的V-X圖可知，當鐵片慢慢遠離電渦流式傳感器時，電壓會逐漸增大，最后會達到穩(wěn)定。
4.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，這就是電渦流效應(yīng)
5.電渦流傳感器具有較高的線性度，且是非接觸式的，故靈敏度較高，能準確采集各種參數(shù)，用途廣泛。
6.從圖中的波形來看我們可以算出該鐵片的靈敏度。
實驗三被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性影響實驗
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：
影響渦流效應(yīng)的強弱除了上面提及的因素外，與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率也有關(guān)系，因此不同的材料就會有不同的渦流效應(yīng)，從而改變電渦流傳感器的測量性能。
三、需用器件與單元：
電渦流傳感器實驗?zāi)０�、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測微頭、鐵圓片，銅圓片
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖3－１安裝電渦流傳感器。
2、按圖3-2將電渦流傳感器輸出插頭接入實驗?zāi)０迳舷鄳?yīng)的傳感器輸入插口，傳感器作為由晶體管T1組成振蕩器的一個電感元件。
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)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯電壓表量程置20V檔。

圖3-1

圖3-2
６、用連接導(dǎo)線從主控箱接入＋15V直流電源到模板上標有+15V的插孔中。
７、移動測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測微每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹�，將結(jié)果填入表3-1。
8、將原鐵圓片換成銅圓片。
3、重復(fù)上述實驗步驟，并將數(shù)據(jù)記錄在表3-2
表3-1：被測體為鐵圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)：
位移X(mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
電壓(V)
2.76
2.76
3.01
3.56
3.99
4.42
4.77
5.08
5.38
5.62
5.84
位移X(mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
電壓(V)
6.03
6.21
6.36
6.48
6.60
6.70
6.78
6.86
6.92
6.99
7.04
位移X(mm）
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.8
電壓(V)
7.10
7.15
7.19
7.22
7.25
7.25
7.28
7.31
7.31
7.32
7.33
表3-2：被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)：
位移X(mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
電壓(V)
2.27
2.85
3.36
3.83
4.24
4.60
4.91
5.19
5.56
5.77
5.96
位移（mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
電壓（V）
6.12
6.33
6.56
6.66
6.75
6.83
6.91
6.97
7.09
7.08
7.13
位移（mm）
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
電壓（V）
7.17
7.21
7.24
7.27
7.31
7.34
7.38
7.40
7.43
7.46
7.51
4、比較銅片和鐵片的靈敏度
鐵片的靈敏度為：0.645
銅片的靈敏度為：0.682

圖為被測物體為鐵片時電壓與位移的輸出關(guān)系圖

圖為被測物體為銅片時電壓與位移的輸出關(guān)系圖
5、將上述銅片、鐵片換成非金屬材料，實驗出現(xiàn)什么結(jié)果。
  答：靈敏度會變小甚至?xí)優(yōu)?
實驗小結(jié)

按照電路圖鏈接好電路之后，開始實驗。注意多測機組數(shù)據(jù)，這樣紙我們就可以更好的計算出這兩種金屬被測物體的靈敏度并且做出比較，經(jīng)過比較我可以知道銅片的靈敏度要比鐵片的靈敏度要高一點，這可能跟金屬的電子活動性有關(guān)吧。

實驗四壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>
了解擴散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。
二、基本原理：
擴散硅壓阻式壓力傳感器如圖（4-1），是在單晶硅的基片上擴散出P型或N型電阻條并接成電橋。在壓力作用下，基片產(chǎn)生應(yīng)變，根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻條的電阻率會產(chǎn)生很大變化而引起電阻值的變化，我們把這一變化量引入測量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。

                  圖（4-1）
三、需用器件與單元：
壓力源(已在主控箱內(nèi))、壓力傳感器實驗?zāi)K（壓阻式壓力傳感器已安裝在模塊上）、流量計、三通連接導(dǎo)管、數(shù)顯表、直流穩(wěn)壓源±4V、±15V。
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖（4-2）連接管路和電路，主控箱內(nèi)的空氣壓縮泵、壓力緩沖器、流量計之間的管路在內(nèi)部已接好。將硬氣管一端插入主控箱面板上的氣源快速插座中(注意管子拉出時請用手按住氣源插座邊緣往內(nèi)壓，則硬管可輕松拉出)。軟導(dǎo)管與壓力傳感器接通。壓力傳感器有4個引腳，③端接+4V電源，①端接地，②端為V0+，④端為V0-。
2、實驗?zāi)０迳蟁w2用于調(diào)節(jié)零位，Rw1可調(diào)放大倍數(shù)，模板的放大器輸出V02引到主控箱數(shù)表的Vi插座，將電壓量程顯示選擇開關(guān)撥到20V檔，Rw1大約旋至中間，反復(fù)調(diào)節(jié)Rw2使數(shù)顯表顯示為零。
3、先松開流量計下端進氣口調(diào)氣閥的旋鈕（逆時針旋轉(zhuǎn)），開通流量計。
4、合上主控箱上的氣源開關(guān)，啟動壓縮泵，此時可看到流量計中的滾珠浮起懸于玻璃管中。
5、逐步關(guān)小流量計旋鈕（順時針），使壓力表指示在4KPa左右，并記下電壓表讀數(shù)。
6、進一步關(guān)小流量計旋鈕，壓力每上升1KP記下相應(yīng)的電壓表數(shù)值并填于下表:
表(4-1):壓力傳感器輸出電壓與輸入壓力的關(guān)系
壓力（Kpa）
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
電壓(V)
0.12
0.15
0.18
0.21
0.25
0.28
0.31
0.34
0.38
0.41
0.44
0.45
0.51
0.53
注：壓力可調(diào)范圍在0—20Kpa左右，實驗數(shù)據(jù)的多少可由實驗者自己確定。
7、根據(jù)實驗一方法，計算本系統(tǒng)的靈敏度

   圖（4-2）

該傳感器的靈敏度為：0.03178
實驗小結(jié)

過載能力強和抗沖擊壓力強，適合測量高量程范圍的壓力變化，尤其在1Mpa以上時，線性很好，精度也很高，并適合測量與應(yīng)變材料兼容的各類介質(zhì)
實驗五光纖傳感器的位移特性實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>
了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。
二、基本原理：
本實驗采用的是導(dǎo)光型多模光纖，它由兩束光纖組成半圓分布的Y型傳感探頭，一束光纖端部與光源相接用來傳遞發(fā)射光，另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接用來傳遞接收光，兩光纖束混合后的端部是工作端亦即探頭，當它與被測體相距Ｘ時，由光源發(fā)出的光通過一束光纖射出后，經(jīng)被測體反射由另一束光纖接收，通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓的大小與間距Ｘ有關(guān)，因此可用于測量位移。
三、需用器件與單元：
光纖傳感器及實驗?zāi)０濉?shù)顯單元、測微頭、直流電源±15V、鐵測片。
四、實驗步驟：
1、根據(jù)圖5-1安裝光纖位移傳感器，二束光纖分別插入實驗板上光電變換座內(nèi)，其內(nèi)部裝有發(fā)光管Ｄ及光電轉(zhuǎn)換管T。

圖5-1
2、將光纖實驗?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元相連，見圖5-2。

圖5-2
3、在測微頭頂端裝上鐵質(zhì)圓片作為反射面，調(diào)節(jié)測微頭使探頭與反射面輕微接觸，數(shù)字電壓表置20V檔。
4、實驗?zāi)０褰尤搿?5V電源，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)字電壓表顯示為零。
5、旋轉(zhuǎn)測微頭,使被測體離開探頭,每隔0.1mm讀出數(shù)顯表顯示值,將其填入5-1。
注：電壓變化范圍從最小→最大→最小必須記錄完整。
表5-1：光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)：
X(mm)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
V(v)
0
0.2
0.37
0.58
0.81
0.90
1.15
1.30
1.41
1.56
X(mm)
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
V(v)
1.79
1.93
2.00
2.10
2.21
2.40
2.44
2.38
2.35
2.49
X(mm)
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
V(v)
2.53
2.50
2.35
2.28
2.23
2.37
2.33
2.19
2.09
2.11
X(mm)
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
V(v)
2.20
2.21
1.99
1.87
1.85
1.98
2.03
1.82
1.68
1.71

6、根據(jù)表5-1數(shù)據(jù)，作出光纖位移傳感器的位移特性圖。
五、思考題：
光纖位移傳感器測量位移時，對被測體的表面有些什么要求？

  答：表面要干凈沒有污點,而且光潔度要好

實驗六光纖傳感器測量轉(zhuǎn)速實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>
了解光纖位移傳感器用于測量轉(zhuǎn)速的方法。
二、基本原理：
利用光纖位移傳感器在被測物的反射光強弱明顯變化時所產(chǎn)生的相應(yīng)信號經(jīng)電路處理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號即可測量轉(zhuǎn)速。
三、需用器件與單元：
光纖傳感器、光纖傳感器實驗?zāi)０濉⒅绷髟础?5V、轉(zhuǎn)動源（2000型）
四、實驗步驟：
1、將光纖傳感器探頭按圖6-1安裝于轉(zhuǎn)動臺傳感器支架上，使光纖探頭與電機轉(zhuǎn)盤平臺上的反射點對準。

圖6-1
2、按實驗三十圖5-2模塊接線，數(shù)顯電壓表置2V檔，并按以下步驟操作:①用手轉(zhuǎn)動圓盤，使探頭避開反射面，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯表顯示接近零（≥０）。②再用手轉(zhuǎn)動圓盤，使光纖探頭對準反射點，調(diào)節(jié)升降支架高低，使數(shù)顯表指示最大，重復(fù)①、②步驟，直至兩者的電壓差值最大（差值需大于1V）。再將V01與轉(zhuǎn)速／頻率表的fin端相接，頻率/轉(zhuǎn)速表開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔。
3、接入+2V—+24V直流電壓至旋轉(zhuǎn)電機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕，使電機轉(zhuǎn)動，逐漸加大轉(zhuǎn)速電壓，使電機轉(zhuǎn)速加快，固定某一轉(zhuǎn)速記下數(shù)顯表上讀數(shù)，并將頻率/轉(zhuǎn)速表開關(guān)撥到頻率檔，通過頻率計算出轉(zhuǎn)速。
實際轉(zhuǎn)速
1750
2420
2915
3490
3620
3785
頻率
351
485
585
700
726
760
理論轉(zhuǎn)速
1755
2425
2925
3500
3630
3800
五、實驗小結(jié)
由上表我們可以得知實際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速基本上一致。由本次實驗我們認識到了傳感器在實際應(yīng)用中的重要性，并且學(xué)會了如何應(yīng)用傳感器。

實驗七  直流激勵時接觸式霍爾位移傳感器特性實驗
實驗?zāi)康模?/font>

了解霍爾式位移傳感器原理與應(yīng)用。
二、基本原理：
根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢VH=KHIB，保持KHI不變，若霍爾元件在梯度磁場B中運動，且B是線性均勻變化的，則霍爾電勢VH也將呈線性均勻變化，這就可以進行位移測量。
三、需用器件與單元：
霍爾傳感器實驗?zāi)K、線性霍爾位移傳感器、被測永久磁鋼、直流電源：±4V、15Ｖ、測微頭、數(shù)顯單元。
四、實驗步驟：
1、按圖7-1在實驗?zāi)K上安裝霍爾傳感器及磁鋼。
2、在測量圓片上吸上圓形磁鋼，盡量使磁鋼中心對準霍爾傳感器。旋轉(zhuǎn)測微桿至15mm處，調(diào)節(jié)測微桿位置使磁鋼與霍尓式傳感器探頭剛好接觸，擰緊測量架頂部的固定鏍釘。
3、按圖7-2接線，放大器增益旋鈕RW3置最小位，調(diào)節(jié)RW1使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置2V檔）。

圖7-1
4、旋動測微頭，每間隔0.2mm或0.5mm記下輸出電壓值(V)，填入表7-1：

表7-1：霍爾式位移傳感器位移量與輸出電壓的關(guān)系：
位移X(mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
電壓(V)
0
0.003
0.010
0.018
0.025
0.033
0.040
0.049
0.058
0.067
5、作出V-X曲線。

圖7-2
位移與電壓的趨勢圖如下

可以計算出該霍爾傳感器的靈敏度為0.0380
五、實驗小結(jié)
1.連接電路并檢查后再開啟電源
2.永久磁鋼應(yīng)對準霍爾式傳感器中心，并使兩者貼合，固定好測微頭
3.由V-X圖可以看出位移與輸出電壓存在線性關(guān)系，這也霍爾式位移傳感器的特性之一

實驗八  霍爾式位移傳感器的應(yīng)用―電子秤實驗
一、實驗?zāi)康模?/strong>
了解霍爾式傳感器用于稱重的原理。
二、基本原理：
當振動臺加載時懸臂梁會產(chǎn)生一相應(yīng)的位移量，通過霍爾式位移傳感器測量位移重量轉(zhuǎn)換成電壓。
三、需用器件與單元：
霍爾傳感器實驗?zāi)K、線性霍爾位移傳感器、被測永久磁鋼、電源：±4V、±15Ｖ、振動臺（2000型）、砝碼、數(shù)顯單元。
四、實驗步驟：
1、安裝霍爾傳感器并使探頭對準且離開振動圓盤磁鋼約2—5mm。
2、根據(jù)實驗七的圖（7-2）接線。
3、在霍爾實驗?zāi)０迳霞由现绷麟妷骸?Ｖ和±15Ｖ，電壓表量程置 2Ｖ檔。
4、調(diào)整RW1電位器使數(shù)顯電壓表指示為零。
5、在振動臺面上分別加砝碼：20g、40g、60g、80g、100g，讀出數(shù)顯表指示的相應(yīng)值，依次填入表8-1：
表8-1：
重量（g）
20
40
60
80
100
120
電壓(V)
0.004
0.008
0.009
0.009
0.008
0.005
注：如電壓表變化不太小，請順時針調(diào)節(jié)RW3電位器，加大放大器增益。
6、放上一金屬薄片，讀出數(shù)顯表顯示的電壓值0.008V
7、計算出未知重物大約為40g。
五、實驗小結(jié)
本設(shè)計過程充分利用傳感器的有關(guān)知識，利用霍爾傳感器設(shè)計的簡單電子秤很大程度上滿足了此應(yīng)用需求，并從簡單電子秤的基本構(gòu)造進一步了解大型電子秤的構(gòu)造原理。通過設(shè)計使我們更好地理解傳感器的實際應(yīng)用，更全面地掌握各種測量電路的具體應(yīng)用特點，使我們在動手能力得到鍛煉的同時充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新潛能，充分調(diào)動我們的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力。

完整論文下載（word格式可編輯）：
本科八個傳感器實驗--黃明送.docx (407.33 KB, 下載次數(shù): 13)

2017-8-4 15:09 上傳
點擊文件名下載附件