2014年传感器与检测技术技术实验报告

天津广播电视大学武清分校

《传感器与测试技术》

实验报告

姓名： 学号： [1**********]66 班级: 13春机械本

实验一：电涡流式传感器实验

一、实验目的

1、了解电涡流传感器的实际应用。

2、了解电涡流传感器在静态测量中的应用。 3、了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。

4、通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。

5、通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。 二、实验电路图及原理：

图(1)

电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z ，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X 有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z 只与X 距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V 输出，则输出电压是距离X 的单值函数。 三、实验所需部件：

测微头、示波器、电压表、电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、三种金属涡流片。 四、实验步骤：

1．按图连线，差动放大器调零，将电涡流传感器对准金属圆盘。

2．旋转测微器旋钮移动振动台，使电涡流传感器与金属片接触，此时涡流变换器的输出

电压为零，由此开始向上旋转测微器旋钮，每隔0.5mm 用电压表读取变换器的输出电压，将数据填入表1。

3．分别将铜片和铝片代替铁片，重复2的实验结果分别填入表2和表3。

4．将电涡流传感器连支架移到金属转盘上方，调整到其端面距盘面0.5～1.0mm 处，注

意保持其端面与盘面的平行，不可碰擦。

5

．涡流变换器的输出端与数字频率表相连，开启电机，调节转速，则电机转速可由下式

得到：电机转速＝频率表显示值/金属转盘等分值×2 （本实验中等分值为4） 五、实验数据及分析:

表1 电涡流传感器对铁片的输出特性

表3 电涡流传感器对铝片的输出特性

实验二：电阻应变式传感器实验

一．实验目的

1、熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用。

2、比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度。 3、通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理。 4、比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度。 二．实验内容

1、半导体应变式传感器位移测量电路。

2、单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路。 三．实验步骤

1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。

2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V 。

图（1）

测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。

3、接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。 （1）旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm ，测微头每移动1mm 记录一个差动放大器输出电压值，并列表。

＋

（2）计算各种情况下测量电路的灵敏度S 。

S ＝△U ／△x

实验三：电容式传感器的位移实验

一、实验目的：

了解电容式传感器的结构及其特点。 二、基本原理：

利用平板电容C=εA/d的关系, 在ε（介电常数）、A （极板面积）、d （极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量, 则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d 的电容式压力传感器。③变A 的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器, 是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。

图4-1 电容传感器位移实验接线图

三、器件与单元：

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。 四、实验步骤：

1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。

3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi 相接，电压表量程置2V 档，Rw

调节到中间位置。

4、接入±15V 电源，将测微头旋至10mm 处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左

右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm 记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm 处，反向旋动测微头，重复实验过程。

表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系

8 8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4 X （mm ）

V （mv ） 34.3 30.5 27 23.6 20.2 16.9 13.4 10.4

11 10.8 10.6 X （mm ） 12 11.8 11.6 11.4 11.2

V （mv ） -30.7 -27.7 -24.8 -21.6 -18.5 -15.6 -12.4 -9.4

9.6 6.8 10.4 -6.2

9.8 3.4 10.2 -3.1

10 0.0

5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S 和非线性误差δf ，分析误差来源。 灵敏度S=△v/△x=(34.3+3.1)/19/0.2=9.84mv/mm 误差来源：（1）原理上存在非线性误差。

（2）电容式传感器产生的效应是非线性的。

（3） 零点偏移。

五、思考题：

试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器，能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

故一般不采用双层电极，而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极。

答：（1）图所示电容式谷物传感器，用来测量谷物湿度。由于谷物摩擦力较大，容易滞留，

（2）谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化，电容变化和介电常数ε变化的关系：

△C=2π△εA/δ（A 和δ已知）