傳感器與檢測技術實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上準考證號：0 姓名：倪帥彪 院校：河南科技大學 專業(yè)名稱：機械制造及自動化（獨立本科段） 傳感器與檢測技術 實驗報告 實驗一 常用傳感器（電感式、電阻式或電容式）靜態(tài)性能測試 :一、實驗目的1進一步認識電阻式、電感式、電容式傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能與應用。 2以差動變壓器式位移傳感器（屬于互感型電感傳感器）的測量電路為典型，了解調(diào)幅-調(diào)解電路的基本構(gòu)成與特點。 3掌握測試差動變壓器式位移傳感器變換特性的基本方法，比較電感式傳感器的交流輸出特性和解調(diào)后的直流輸出特性。 了解差動變壓器式位移傳感器與電路的靈敏度、線性度數(shù)據(jù)處理的方法。4. 二、實驗原理與裝置 1實

2、驗裝置與儀器 （1）WJ-1型小位移特性實驗儀一套。 差動變壓器式位移傳感器實驗裝置一臺。 電感檢測線路板一臺。 頻率4005KHz可調(diào)，電壓15V可調(diào)，電感實驗激勵振蕩源一臺。 （2）數(shù)字電壓表一只。 （3）雙蹤電子示波器一臺。 2實驗原理 實驗裝置的龍門框架上固定精密螺旋測微儀，精度達0.01mm。框架下固定差動變壓器組件。調(diào)螺旋測微儀，可使其端部聯(lián)接的差動變壓器的可動鐵心發(fā)生位移，從而使互感發(fā)生變化。鐵心的位移量由螺旋千分尺讀出。電感量的變化通過檢測線路（見圖1-1）轉(zhuǎn)化為電壓的變化輸出。 雖然含有位移量大小和方向由于差動變壓器式傳感器直接輸出的信號為調(diào)幅波，的信息，但不易讀出。所以應經(jīng)

3、過相敏檢波電路（由四個二極管組成的環(huán)形相敏解調(diào)器）處理后，方可輸出與輸入位移信號波形相同的電壓波形。變壓器的激磁電源由電感振蕩源提供。數(shù)字電壓表用于測量輸出電壓。示波器用于觀察傳感器 的交流輸出信號（調(diào)幅波）與輸入位移量大小、方向的對應關系。 19 a) mV7 V116調(diào)滿1mV b) 圖1-1 差動變壓器式傳感器及其測量電路 a)差動變壓器原理 b)測量電路 三、實驗內(nèi)容 測量差動變壓器式位移傳感器的直流輸出特性，即靜態(tài)特性曲線。計算靈敏1度與線性度。 2 用雙蹤示波器觀察傳感器的交流輸出信號，即調(diào)幅波與位移大小、方向的對應關系和與激磁電源頻率、電壓大小的關系。 四、實驗步驟 1 在實驗裝

4、置框架下，固定差動變壓器組件，螺旋測微儀端部固定差動變壓器鐵心，面板上固定電感檢測線路板。 2 在轉(zhuǎn)換機箱上插入電感實驗用激勵振蕩源插件。圖1-1B為電感檢測線路板，振蕩源的輸出與檢測線路板上的孔7聯(lián)接。 3 差動變壓器的1、4、5、8（圖1-1A）與線路板上的1、2、3、4聯(lián)接。差動變壓器的9、10與線路板的5、6聯(lián)接。 4 用雙蹤示波器觀察交流輸出波形時，檢測線路板上的1與9、3與10聯(lián)接，從孔16輸出的調(diào)幅波接入雙蹤示波器，以觀察輸出波形。雙蹤示波器的另一輸入口可接入差動變壓器的激勵電廠作為參考信號，以觀察調(diào)幅波的相位與鐵心位移方向的對應關系。 5 做直流輸出特性實驗時，將檢測線路板的1

5、與14、3、與13、9與15、10與12聯(lián)接，從孔17輸出直流電壓（mV），接入檢測儀器指示單元的插入插孔usr。若用數(shù)字表指示輸出時，可將插孔17與數(shù)字表聯(lián)接。 6 打開轉(zhuǎn)換器電源預熱15分鐘左右，將指示單元測量選擇開關撥向V處，電感振蕩源頻率調(diào)節(jié)到1KHz左右，輸出電壓為5V。再將測量選擇開關撥向A處，準備測量。 7 調(diào)節(jié)螺旋測微儀到中間位置約12（mm）處，再以此為零點。再調(diào)節(jié)龍門框架上下滾花螺母，使鐵心調(diào)節(jié)到差動變壓器的中間位置，毫安表指示為零；否則，調(diào)節(jié)零電位器使之為零。之后，調(diào)節(jié)螺旋測微器向上或向下位移10（mm），毫安表指示應為10（mA）；否則，調(diào)節(jié)調(diào)滿電位器。 8 以螺旋測微

6、儀12(mm)刻度為零點，在10（mm）范圍內(nèi)每變化2毫米為一點，逐點測量差動變壓器的輸出，并重復三次，記入表1-1。 表1-1 差動變壓器位移傳感器的輸出特性數(shù)據(jù) 距離 鐵心位移（mm） 項目-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 第一次 輸出 第二次 mV）（ 第三次 平均值 Y 1 擬合方程 理論值Y 1 非線性差值 L= Y-Y 11非線性L N 9 取三次各測量點的平均值，以鐵心位移為橫坐標，輸出值為縱坐標，繪圖。 10用平均法求線性擬合直線，并以此為理論值，求該差動變壓器的非線性。 五、實驗報告要求 1 繪出實驗系統(tǒng)框圖，并加以說明。 2 用平均法確定由實驗數(shù)據(jù)所

7、得平均值的擬合方程，計算傳感器的非線性度，并填入表1-1中。 3 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制傳感器的輸出電壓yi與鐵心位移x的對應關系曲線，即輸出特性曲線。 4 根據(jù)雙蹤示波器的波形（調(diào)幅波），定性繪制傳感器輸出交流波形與輸入位移大小、方向的對應關系圖。 思考題 5（1）差動電感式傳感器與差動變壓器在結(jié)構(gòu)、原理上有何異同？ .差動電感是基于電橋工作原理；差動變壓器直接輸出信號。 （2）對電感式傳感器的激勵振蕩源應有哪些要求？ 1、檢測距離的衰減性；2、現(xiàn)場抗干擾能力；3、安裝方面；4、穩(wěn)定運行的保障。 實驗二 濾波器的頻率特性實驗 一、實驗目的 1.了解無源和有源濾波器的類型、電路構(gòu)成、工作原理、特性和

8、應用，比較其性能的不同點。 2.通過對濾波器頻率響應特性的測試，掌握對元件或系統(tǒng)做頻率特性測試的方法。 二、實驗原理、裝置和儀器 實驗裝置及儀器見圖2-1，其中濾波器實驗板上可根據(jù)實驗內(nèi)容的不同接插組成不同濾波器。信號發(fā)生器輸出幅值恒定、頻率可調(diào)的正弦波電壓作為濾波器的輸入信號ui,由雙蹤示波器監(jiān)測其幅值。在每一給定頻率下，從雙蹤示波器讀出輸出電壓u0及u0與ui的相位差 。直流穩(wěn)壓電源為有源濾波器的運算放大器提供12V電源。 三、實驗內(nèi)容及步驟 +/-12V直流穩(wěn)壓電濾波器實驗信號發(fā)生雙蹤示波器 圖2-1濾波器頻率特性測試系統(tǒng)框圖 1 實驗內(nèi)容 （1） RC無源一階低通濾波器的頻率特性測試

9、RC無源低通濾波器如圖2-2A所示。如果負載電阻RL=，其幅頻特性 和相頻特性 為 1?arctg?A() ? 2 ?1 ?RC? 式中?)(2RCf?1/。無源濾波器的此為一階低通濾波器，其選擇性較差，截止頻率 c 優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是帶負載能力差。RfR1?Ruo?1kRRuuuLRLiC?k1oi?F0.02 a) b) C1R3RC12?uuo?7.5ki?R2R4 c) 圖2-1 濾波器電路圖 a) RCb)RC c) 多路有源反饋帶通有源低通 無源低通 （2）RC有源一階低通濾波器頻率特性測試 RC有源一階低通濾波器如圖2-2B所示，其幅頻特性和相頻特性為 RF?1K?R?RC

10、式中1由式可見，RC有源一階低通濾波器的頻率特性和RC無源一階低通濾波器相似，但增益不同，所以帶負載能力強。 （3）多路負反饋有源帶通濾波器頻率特性測試 電路原理如圖2-2C所示。其幅頻特性和相頻特性為 ?K1? )?arctg?A(? 2? ?12?Q1? Rf?3?K? ： 式中 fR2n1 ?1111?f 中心頻率 ：?n?R2RCR?231 ?111R?Q? ：品質(zhì)因素 ?32RR?21可取參數(shù)為R=7.5(k?),R=20(k?),R=16(k?),C=C=C=0.01?F .實驗步驟 三個實驗對象雖然不同，但均是測試濾波器的幅頻、相頻特性。因而，實驗方法及步驟相同。其實驗結(jié)果可填入

11、表2-1中。 （1） 按圖S-3A選擇R、C元件，測試參數(shù)R=1(k?)，C=0.02?F，R=1(k?)，Lf。在濾波器實驗板上，按圖S-3A接線，插入計算截止頻率R、Cc元件，但先不接入R（即R=） LL（2） 按圖S-2聯(lián)接測試系統(tǒng)，由信號發(fā)生器輸出幅值恒定的正弦信號（約1（V），用雙蹤示波器監(jiān)測波形，不斷改變信號頻率f，使?0.01/f?f，0.1,0.2,并從示波器上讀出濾波器輸出正弦電壓cu，記入表2-1中。 的幅值omuu同時送入雙蹤示波器（或其它測試相位差將信號源電壓及濾波器輸出電壓oi的儀器），觀察并計算相位差，記入表S-2中。 表2-1 f(Hz) 0.01 0.1 0.2

12、 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 ?f?/f c )(umV om?)?( 記錄有關數(shù)據(jù)。，重復上述實驗，?在濾波器的輸出端并聯(lián)接入負載R=1(k)4）（L，)(k?C=0.027?F，)（5）按圖2-2B選擇運算放大器，取R=R=1(k?，5?R1ff及增益K，在濾波器實驗板上按圖)，計算截止頻率2-2B接線，并插=1R(k?Lc入相應元件。重復（2），（3），（4）操作，記錄數(shù)據(jù)，填入表2-1中。 ?）、阻容元件值，在實驗板上聯(lián)接。2-2C選擇運算放大器（如（6）按圖741A?f?f/f。及品質(zhì)因數(shù)Q計算中心頻率，此時， nn

13、（7）按（2），（3），（4）順序測試、記錄數(shù)據(jù)，填入表2-1中。 四、實驗報告要求（除一般要求外） 1根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表繪制RC無源一階低通、RC有源一階低通濾波器的幅頻特性?)A(。從中找出實際曲線上的截止頻率，與理論計算值相比較，并分析誤差。 ?)A(、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)表繪制多路負反饋有源帶通濾波器的幅頻特性相頻特性2?)(，與理論計算值相比較，并分析誤差。 思考題 31濾波器的階數(shù)與其性能有什么關系？ 階數(shù)越高,濾波反應越靈敏,延遲小 但不是越高越好 2階數(shù)對濾波器的那些性能有影響? 階數(shù),通俗的理解,就是諧波過濾的次數(shù),階數(shù)越高,諧波濾除率就會越高,但是,成本增加也會越厲害,所以,不能一味的

14、追求階數(shù),還要考慮成本要求 實驗三 壓力傳感器的靜態(tài)標定 一、實驗目的 1 通過實驗，掌握傳感器的靜態(tài)標定方法及標定數(shù)據(jù)的處理方法。 2 學會根據(jù)靜態(tài)標定曲線，計算傳感器的靜態(tài)性能指標。 3 掌握傳感器靜態(tài)標定系統(tǒng)的組成。 4 進一步認識應變式力傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)及相匹配的測量電路。 5了解動態(tài)電阻應變儀的使用方法。 二、實驗裝置及儀器 1.應變電阻式壓力傳感器一臺PBR-2型，0.175(MPa)。 2活塞式壓力計一臺 量程0110(MPa)。 3標準壓力表一只 量程0110(MPa)，精度05級以上。 4Y6D-3A型動態(tài)應變儀。 5數(shù)字萬用表(電壓表)。 6溫度計 050()。 三、

15、實驗原理 1靜態(tài)標定系統(tǒng) 靜態(tài)塞標定是給傳感器輸入已知不變的標準非電量(本實驗為標準壓力)，測出其輸出，給定標定曲線、標定方程，從而計算靈敏度、線性度、滯差、重復性等傳感器的靜態(tài)指標。對傳感器進行靜態(tài)標定時，首先，要建立靜態(tài)標定系統(tǒng)。圖3-1為壓力傳感器靜態(tài)標定系統(tǒng)的框圖，其系統(tǒng)的關鍵是標準壓力發(fā)生器及標準測試系統(tǒng)，即圖中的活塞式壓力計及標準壓力表。 活塞式壓力計人為地對被標的壓力傳感器施加標準壓力，其值由彈簧管式標準壓力表顯示。應變電阻式壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換為電橋橋臂的電阻變化，再經(jīng)動態(tài)應變儀處理、放大后，輸出的電壓由數(shù)字萬用表讀出?；钊綁毫τ嬅慨a(chǎn)生一個標準壓力值，系統(tǒng)相應輸出電壓值。在傳

16、感器量程范圍內(nèi)，至少要標定510個點。通過由零上升到最大量程值，再由最大值逐漸下降到零的工作循環(huán)，可得 到一條標定曲線。標準壓力表交流穩(wěn)壓電源活塞式壓力計壓力傳感器動態(tài)應變儀數(shù)字萬用表 圖3-1 壓力傳感器的靜態(tài)標定系統(tǒng)圖 活塞式壓力計是一種較精密的測量儀器，工作時應水平放在無振動的工作臺上。由于 介質(zhì)(實驗中為液壓傳動油)的粘度與溫度有關，實驗應在環(huán)境溫度，t=203()、相對濕 度不大于80的條件下工作。 2PBR-2型應變電阻式壓力傳感器及測量電橋 圖3-2所示為PBR-2型應變電阻式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。活塞式壓力計產(chǎn)生的標準壓力作用在感壓膜片4上，膜片變形推壓感測薄壁圓筒 (或稱應

17、變管)3，在壁筒沿軸線方向貼一應變片R1，沿圓周方向貼一相同阻值的應變片R2。受壓時，軸向壓縮，橫向膨脹，而使R1阻值降低、R2阻值增加。如此布片不僅提高了靈敏度，也實現(xiàn)了溫度補償?shù)墓δ?。測量電橋如圖3-3所示。R1、R2為電橋的兩相鄰臂，另外兩臂是阻值與Rl、R2相同的固定電阻R3、R4由動態(tài)電阻應變儀的電橋盒提供。 圖3-2 PBR-2 型壓力傳感器 1-引線 2-應變片 3-應變管 4-感壓膜片 R （MPa輸出（ 正行程 1 反行程 正行程 y 2 1 反行程 正行程 3 反行程 正行程輸出平均值 ?1? 1 R2 ? 7560 輸入0 5 10 15 20 ） ）mV?4 測量電橋及

18、應變儀框圖圖3-3 3-相敏檢波器 4-濾波器 1-電橋盒 2-調(diào)幅波放大器 7-電源緩沖器（放大器） 6-5-振蕩器 3動態(tài)電阻應變儀的工作原理相敏交流放大器、該儀器是與應變式傳感器配套的測量儀器，主要由測量電橋、 檢波器、濾波器和電源供給器組成。應變儀將電橋輸出的交流測量電橋的電源由振蕩器供給10(kHz)的正弦波電壓。由數(shù)字電壓表或電流)，調(diào)幅波經(jīng)過交流放大一相敏檢波一低通濾波后輸出電壓()包括電阻、電容微調(diào)顯示電壓值。在應變儀的主機中裝有電橋的微調(diào)平衡裝置(無信號理論上電橋平衡，和電標定裝置。當活塞壓力計給出的標準壓力為零時，可能有信放大器零漂等輸出。但實際上由于各種原因(如橋臂電阻阻值誤差、)， 號輸出，此時應微調(diào)應變儀的平衡裝置，使輸出信號為零。 四、實驗步驟 1將被標定的壓力傳感器和標準壓力表安裝在活塞式壓力計上。 2給活塞式壓力計充油、排氣，并排除標定壓力下的漏油現(xiàn)象。應變儀由自配的、R2聯(lián)接到動態(tài)應變儀電橋上。通過傳輸電纜將傳感器的3R1 電源箱 供電。將應變儀電壓輸出口接到數(shù)字萬用表上。過機箱上配置的電104檢查接線無誤后即可接通應變儀電源，預