传感器实验报告
实验一 金属箔式应变片——全桥性能实验
一、实验目的
了解全桥测量电路的优点
二、基本原理
全桥测量电路中,将受力方向相同的两应变片接入电桥对边,相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值R1=R2=R3=R4、其变化值R1R2R3R4时,其桥路输出电压Uo3EK。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍,非线性误差和温度误差都得到了改善。
三、实验器材
主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.根据接线示意图安装接线。 2.放大器输出调零。 3.电桥调零。 4.应变片全桥实验
实验曲线如下所示:
分析:从图中可见,数据点基本在拟合曲线上,线性性比半桥进一步提高。
5.计算灵敏度S=U/W,非线性误差。 U=141.2mv, W=140g; 所以 S=141.2/140=1.0086 mv/g;
m=0.1786g, yFS=140g,
40100% 0 0.1786/1
6.利用虚拟仪器进行测量
实验曲线如下所示:
五、思考题
1.测量中,当两组对边电阻值R相同时,即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时,是否可以组成全桥:(1)可以;(2)不可以。 答:(2)不可以。
2.某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片,能否及如何利用四组应变片组成电桥,是否需要外加电阻。
答:能够利用它们组成电桥。对于左边一副图,可以任意选取两个电阻接入电桥的对边,则 输出为两倍的横向应变,如果已知泊松比则可知纵向应变。对于右边的一幅图,可以选取R3、R4接入电桥对边,则输出为两倍的纵向应变。两种情况下都需要接入与应变片阻值相等的电阻组成电桥。
3.金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较
比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度,根据实验结果和理论分析,阐述原因,
得出相应的结论。
答:根据实验结果可知: 灵敏度: 全桥>半桥>单臂 非线性度:单臂>单桥>全桥 理论上: 灵敏度: 单臂 S 非线性度:单臂
EE
,半桥 S ,全桥 SE。 42
K
100%,半桥 0,全桥 0。
2K
因为全桥能使相邻两臂的传感器有相同的温度特性,达到消除温度误差的效果。同时还能消除非线性误差。
结论:利用差动技术,能有效地提高灵敏度、降低非线性误差、有效地补偿温度误差。
4.金属箔式应变片的温度影响
如何消除金属箔式应变片的温度影响? 答:利用温度补偿片或采用全桥测量。
实验二 差动变压器的性能实验
一、实验目的
了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理
差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成,根据内外层排列不同,有两段式和三段式,本实验采用三段式。
当被测物体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移,从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化。将两只次级反向串接,引出差动电势输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。
三、实验器材
主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、万用表、导线等。
四、实验步骤
1.按照接线图连接线路。
2.差动变压器L1的激励电压从主机箱中的音频振荡器的Lv端引入,音频振荡器的频率为4~5KHz,输出峰峰值为2V。
3.松开测微头的紧固螺钉,移动测微头的安装套使变压器次级输出的Vp-p较小。
然后拧紧螺钉,仔细调节测微头的微分筒使变压器的次级输出Vp-p为最小值(零点残余电压),定义为位移的相对零点。
4.从零点开始旋动测微头的微分筒,每隔0.2mm从示波器上读出示波器的输出电压Vp-p,记入表格中。
一个方向结束后,退到零点反方向做相同的实验。
5.根据测得数据画出Vop-p —X曲线,做出位移为±1mm、±3mm时的灵敏度和非线性误差。
数据表格如下:
实验曲线如下:
分析:从图中可见,曲线基本呈线性,关于x=0对称的,在零点时存在一个零点误差。
X1mm ,SU/X80.3672mv/mm;X=±1mm 时, U80.3672mv , x0.0113mm , yFS2mm ,x/yFS100%0.56%。
五、思考题
1.用差动变压器测量,振动频率的上限受什么影响?
答:受导线的集肤效应和铁损等的影响,若频率过大会导致灵敏度下降。
2.试分析差动变压器与一般电源变压器的异同? 答:相同点:利用电磁感应原理工作。
不同点:差动变压器为开磁路,一、二次侧间的互感随衔铁移动而变,且两个绕组按差
动方式工作;一般变压器为闭合磁路,一、二次侧间的互感为常数。
实验三 交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二、基本原理
交流激励时霍尔传感器与直流激励一样,基本工作原理相同,不同之处是测量电路。
三、实验器材
主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器/相敏检波器/低通滤波器模板、双线示波器。
四、实验步骤
1、按照示意图接线。
2、检查接线无误后,合上主机电源开关。
调节主机箱音频振荡器的频率和幅度旋钮,用示波器、频率表监测Lv输出频率为1KHz、峰峰值为4V的信号。
关闭主机电源,将Lv输出信号作为传感器的激励电压接入实验模板中。 3、合上主机箱电源,调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中间。
先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小,然后观察数显表显示,调节电位器Rw1、Rw2使显示为零。
4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大的位移,利用示波器观察相敏检波器的输出,旋转移相器单元电位器Rw和相敏检波器单元电位器Rw,使示波器显示全波整流波形,并观察数显表显示值。
直至数显表显示为零,此点作为测量原点。然后旋动测微头,没转动0.2mm,记下读数,填入表格。
6、根据表格中的数据作出V-X曲线,计算不同量程时的非线性误差。
2mm时的非线性误差:
X0.1142mm,yFs1.8mm
X/yFs100%6.32%。
1mm时非线性误差:
X0.0142mm,yFs1mm X/yFs100%1.42%
实验四 光纤传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、基本原理
本实验采用的是传光型光纤,它由两束光纤混合后,组成Y型光纤,半圆分布即双D分布,一束光纤端部与光源相接发射光束,另一端部与光电转换器相接接收光束。
两光束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相距X,由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来,另一束光纤接收挂光信号由光电转换器转换成电量,而光电转换器的电量大小与间距X有关,因此可用于测量位移。
三、实验器材
主机箱、光纤传感器、光纤传感器实验模板、测微头、反射面。
四、实验步骤
1、根据图7-9示意安装光纤传感器和测微头,两束光纤分别插入实验模板上的光电座中。接好其他接线。
2、检查接线无误后,合上主机箱电源开关。
调节测微头,使光反射面与Y型光纤头接触;再调节实验模板上的Rw电位器,使电压表显示0V。
3、旋转测微头,被测体离开探头,每隔0.1mm读取电压表显示值,将数据填入表7-8中。根据表中数据画出实验曲线,计算1mm测量范围时的灵敏度和非线性误差。 表7-8 光纤位移传感器输出电压与位移数据
实验曲线:
灵敏度:
U2.62V,X1mm SU/X2.62V/mm。 非线性误差:
Um0.0509V,yFs2.62V
Um/yFs100%1.94%。
五、思考题
光纤位移传感器测量位移时对被测体表面有些什么要求?
答:被测体表面对光要有较好的反射性;表面尽量光滑;被测面最好是与光纤头平行的平面,以免移动过程中造成额外误差。