傳感器實驗報告

實驗?zāi)夸泴W(xué)號：姓名：龍艷梅班級：物聯(lián)網(wǎng)工程試驗一：傳感器和技術(shù)試驗臺使用試驗二：金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能試驗試驗三：直流全橋應(yīng)用——電子秤試驗試驗四：差動變壓器性能試驗試驗五：電容式傳感器位移特征試驗試驗六：電渦流傳器位移特征試驗試驗七：被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特征影響試驗試驗一：傳感器和技術(shù)試驗臺使用一、試驗臺組成CSY系列傳感器與檢測技術(shù)試驗臺由主控臺、三源板（溫度源、轉(zhuǎn)動源、振動源）、傳感器（基本型18個、增強型23個）、對應(yīng)試驗?zāi)０?、?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、試驗臺桌等六部分組成。（1）主控臺部分，提供高穩(wěn)定±15V、＋5V、±2V±4V±6V±8V±10V、及＋2V～＋24V可調(diào)四種直流穩(wěn)壓電源；主控臺面板上還裝有電壓、氣壓、頻率、轉(zhuǎn)速3位半數(shù)顯表及計時表。音頻信號源（音頻振蕩器）1KHZ～10KHZ(可調(diào))；低頻信號源（低頻振蕩器）1HZ～30HZ（可調(diào)）；氣壓源0～20kpa可調(diào)；高精度溫度轉(zhuǎn)速兩用儀表；RS232計算機串行接口；流量計；漏電保護器；其中電源、音頻、低頻均具備斷路保護功效?！?V～±10V電源與其余電源、信號Fin、Vin部分，不共地。假如與其余電源同時使用時應(yīng)將其共地。因斷路無輸出重新開機即可回復(fù)正常。調(diào)整儀置內(nèi)為溫度調(diào)整、置外為轉(zhuǎn)速調(diào)整。

（2）三源板：裝有振動臺1HZ～30HZ（可調(diào)）；旋轉(zhuǎn)源0～2400轉(zhuǎn)/分（可調(diào)）；加熱源常溫～150℃（可調(diào)）。

（3）傳感器：基本型傳感器包含：電阻應(yīng)變式傳感器、擴散硅壓力傳感器、差動變壓器、電容式傳感器、霍爾式傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、集成溫度傳感器、K型熱電偶、E型熱電偶、Pt100鉑電阻、Cu銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器共十八個。

（4）試驗?zāi)K部分：普通型有應(yīng)變式、壓力、差動變壓器、電容式、霍爾式、壓電式、電渦流、光纖位移、溫度、移相/相敏檢波/濾波十個模塊。二、電路原理傳感器模塊電路原理圖見模塊正面。三、使用方法（1）開機前將轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕調(diào)到中間位置，顯示選擇旋鈕打到2V檔，電壓選擇旋鈕打到±2V檔，其余旋鈕均打到中間位置，計時復(fù)位按鈕在松開狀態(tài)。

（2）將220V電源線插頭插入市電插座，接通開關(guān)，電源指示燈亮，計時器指示為4個零，數(shù)字表顯示0.000或-0.000，電壓指示燈亮，表示試驗臺電源工作正常。

（3）每個試驗前先閱讀試驗指導(dǎo)書，每個試驗均應(yīng)在斷開電源狀態(tài)下按試驗線路接好連接線，檢驗無誤后方可接通主電源。

（4）打開調(diào)整儀電源開關(guān)，調(diào)整儀表頭PV顯示測量值，SV顯示設(shè)置值。四、注意事項（1）在更換接線時，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。

（2）禁止將電源、信號源輸出插座和地短接，時間長易造成電路元件損壞。

（3）禁止將主控箱上±15V電源引入模塊時接錯。

（4）本試驗臺電源±2V～±10V與電源±15V不共地，所以在同時使用時應(yīng)將共地。

（5）差動變壓器原邊不能接直流電壓。

（6）三源板上電機電源不能超出12V。

（7）做振動試驗時振動面板不要碰到傳感器。

（8）本試驗臺應(yīng)采取Pt100做溫度標準值與主控箱面板相連（見色標）。

（9）打開調(diào)整儀電源開關(guān)后等其完成自開啟后再做按鍵操作。

（10）試驗完成后，請將傳感器以及電路模塊放回原位。

（11）本試驗臺各個部分是相配套使用，請勿調(diào)換。

（12）在做試驗前務(wù)必詳細閱讀試驗指導(dǎo)書。試驗二金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能試驗一、試驗?zāi)繕?了解金屬箔式應(yīng)變片應(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)生機械變形時，其電阻值發(fā)生改變，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)關(guān)系式為：ΔR/R=Kε式中ΔR/R為電阻絲電阻相對改變，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=Δl/l為電阻絲長度相對改變，金屬箔式應(yīng)變片就是經(jīng)過光刻、腐蝕等工藝制成應(yīng)變敏感元件，經(jīng)過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)改變、電橋作用完成電阻到電壓百分比改變，電橋輸出電壓反應(yīng)受力狀態(tài)。對單臂電橋輸出電壓U01=EKε/4。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器試驗?zāi)０濉?yīng)變式傳感器、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表(自備)。四、試驗步驟：1、依照圖(1-1)應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板左上方R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω，加熱絲阻值為50Ω左右。圖1-1應(yīng)變式傳感安裝示意圖2、接入模板電源±15V(從主控箱引入)，檢驗無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，將試驗?zāi)０逭{(diào)整增益電位器Rw3順時針調(diào)整大致到中間位置，再進行差動放大器調(diào)零，方法為將差放正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯表電壓輸入端Vi相連，調(diào)整試驗?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表切換開關(guān)打到2V檔)。關(guān)閉主控箱電源。3、將應(yīng)變式傳感器其中一個應(yīng)變片R1(即模板左上方R1)接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源±4V(從主控箱引入)如圖1-2所表示。檢驗接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)整Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。圖1-2應(yīng)變式傳感器單臂電橋試驗接線圖4、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取對應(yīng)數(shù)顯表值，直到500g(或200g)砝碼加完。記下試驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)0.010.040.070.100.130.160.190.220.250.29依照表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S，S=Δu/ΔW(Δu輸出電壓改變量；ΔW重量改變量)計算線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm為輸出值(數(shù)次測量時為平均值)與擬合直線最大偏差：yF·S滿量程輸出平均值，另外為500g或200g。五、思索題：單臂電橋時，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選?。?1)正(受拉)應(yīng)變片(2)負(受壓)應(yīng)變片(3)正、負應(yīng)變片均能夠。試驗三直流全橋應(yīng)用——電子秤試驗一、試驗?zāi)繕耍毫私鈶?yīng)變片直流全橋應(yīng)用電路標定。二、基本原理：電子秤試驗原理為試驗三全橋測量原理，經(jīng)過對電路調(diào)整使電路輸出電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成為一臺原始電子秤。三、需用器件與單元：應(yīng)變式傳感器試驗?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、±15V電源、±4V電源。四、試驗步驟：1、按試驗一中2步驟將差動放大器調(diào)零：按圖1-4全橋接線，合上主控箱電源開關(guān)調(diào)整電橋平衡電位器Rw1，使數(shù)顯表顯示0.00V。2、將10只砝碼全部置于傳感器托盤上，調(diào)整電位器Rw3(增益即滿量程調(diào)整)，使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測顯)或-0.200V。3、拿去2、3步驟標定過程，一直到精準為止，把電壓量綱 V改為重量量綱g，就可秤重，成為一臺原始電子秤。4、重復(fù)2、3步驟標定過程，一直到精準為止，把電壓量綱V改為重量量綱g，就可秤重，成為一臺原始電子秤。5、把砝碼依次放在托盤上，填入下表：重量(g)20406080100120140160180200電壓(mv)0.0210.0410.0610.0810.1000.1200.1400.1600.1800.200電壓(mv)0.0170.0370.0570.0780.0980.1180.1390.1590.1800.200電壓(mv)0.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.1800.200依照上表計算誤差與非線性誤差。試驗四：差動變壓器性能試驗一、試驗?zāi)繕耍毫私獠顒幼儔浩鞴ぷ髟砗吞卣?。二、基本原理：差動變壓器同一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，依照內(nèi)外層排列不一樣，有二段式和三段式，本試驗采取三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器伴隨被測體移動時，因為初級線圈和次級線圈之間互感發(fā)生改變促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生改變，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則降低，將兩只次級反向串接(同名端連接)，就引出差動輸出。其輸出電勢反應(yīng)出被測體移動量。三、需用器件與單元：差動變壓器試驗?zāi)０?、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、試驗步驟：1、依照圖3-1，將差動變壓器裝在差動變壓器試驗?zāi)０迳稀D3-1差動變壓器電容傳感器安裝示意圖2、在模塊上近圖3-2接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中Lv端子輸出，調(diào)整音頻振蕩器頻率，輸出頻率為4～5KHz(可用主控箱數(shù)顯表頻率檔Fin輸入來監(jiān)測)。調(diào)整幅度使輸出幅度為峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X軸為0.25ms/div、Y軸CH1為1V/div、CH2為20mv/div)。判別首次級線圈及次級線圈同名端方法以下：設(shè)任一線圈為初級線圈，并設(shè)另外兩個線圈任一端為同名端，按圖3-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示初級線圈波形，次級線圈波形，當(dāng)次級波形輸出幅值改變很大，基本上能過零點，而且相位與初級圈波形(Lv音頻信號Vp-p=2V波形)比較能同相和反相改變，說明已連接初、次級線圈及同名端是正確，不然繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中(1)、(2)、(3)、(4)為模塊中試驗插孔。圖3-2雙線示波與差動變壓器連結(jié)示意圖3、旋動測微頭，使示波器第二通道顯示波形峰一峰值Vp-p為最小。這時能夠左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，則另一方向移為負。從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入下表(3-1)。再從Vp-p最小處反向位移做試驗，在試驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形相位關(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V(mv)252220181510------101518202225V(mv)120110100110100800mm203040455060X(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2Vp-p最小0.20.40.60.81.01.24、試驗過程中注意差動變壓輸出最小值即為差動變壓器零點殘余電壓大小。依照表3-1畫出Vop-p-X曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。五、思索題：1、用差動變壓器測量較高頻率振幅，比如1KHz振動幅填，能夠嗎？差動變壓器測量頻率上限受到什么影響？2、試分析差動變壓器與通常電源變壓器異同？試驗五電容式傳感器位移試驗一、試驗?zāi)繕耍毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：利用平板電容C=εA/d和其它結(jié)構(gòu)關(guān)系式經(jīng)過對應(yīng)結(jié)構(gòu)和測量電路能夠選擇ε、A、d中三個參數(shù)中，保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則能夠有測谷物干燥度(ε變)測微小位移(變d)和測量液位(變A)等多個電容傳感器。三、需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器試驗?zāi)０?、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。四、試驗步驟：1、按圖3-1安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器試驗?zāi)０迳稀?、將電容傳感器連線插入電容傳感器試驗?zāi)０?，試驗線路見圖4-1。圖4-1電容傳感器位移試驗接線圖3、將電容傳感器試驗?zāi)０遢敵龆薞01與數(shù)顯表單元Vi相接(插入主控箱Vi孔)，Rw調(diào)整到中間位置。4、接入±15V電源，旋動測微頭推進電容傳感器動極板位置，每間隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表4-1。X(mm)0.20.40.60.81.01.21.41.