传感器实验报告.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流传感器实验报告.精品文档.实验一 电阻应变片式传感器一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥，半桥和全桥的工作原理和性能。二、实验仪器：应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表（自备）。三、实验原理：1、单臂电桥：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R/R=K，式中R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，=l/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1-1图1-2通过这些应变片转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压Uo= （1-1）E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=。2、半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图1-3。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 Uo=EK/2 = （1-2）E为电桥电源电压，式1-2表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 图1-33、全桥全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图1-4，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KE （1-3） E为电桥电源电压，式1-3表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。 图 1-4四、实验内容与步骤1、单臂电桥1）图1-1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2）从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3）将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥，见图1-2，接好电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示2mV，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-1，关闭电源。表11重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)4.39.413.918.923.528.133.037.442.246.92、半桥1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2）差动放大器调零 。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3）按图1-3接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电器Rw1，直流电源±4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1,使电压表显示为零。4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示10mV左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表，关闭电源。表1-2重量(g) 20406080100120140160180200电压(mV)9.118.127.136.345.554.663.973.082.191.13、全桥1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。2）差动放大器调零。从主控台接入±15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V档），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V。Rw4的位置确定后不能改动。关闭主控台电源。3）按图1-3接线，将受力相反(一片受拉，一片受压)的两只应变片接入电桥的邻边，接入电桥调零电位器Rw1，直流电源±4V(从主控台接入)，电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零。 4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器的增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值，保持Rw3不变，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表1-3，关闭电源。表1-3重量(g)020406080100120140160180200电压(mV)0.4000.3820.3640.3460.3280.3100.2920.2740.2560.2380.219五、实验报告根据各表中的数据，计算系统灵敏度SU/W（U输出电压变化量，W重量变化量）和非线性误差f1=m/yF.S ×100，式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yF·S为满量程（200g）输出平均值。六、思考题1、引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？2、比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。七、注意事项加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！实验二 电感式传感器 一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性二、实验仪器差动变压器模块、测微头、通信接口、差动变压器、信号源、直流电源。三、实验原理差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体，移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出。输出的变化反映了被测物体的移动量。四、实验内容与步骤1根据图2-1将差动变压器安装在差动变压器实验模块上。 图2-1 图2-22将传感器引线插头插入实验模块的插座中，按图2-2接线（1、2接音频信号，3、4为差动变压器输出），音频信号由振荡器的“00”处输出，打开主控台电源，调节音频信号输出的频率和幅度（用频率/转速表和上位机软件监视），使输出信号频率为4-5KHz，幅度为Vp-p=2V。3用通信接口的CH1观测差动变压器的输出，旋动测微头，使上位机观测到的波形峰峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从上位机上读出输出电压Vp-p值，填入下表71，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。五、实验报告1实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表21画出Vop-pX曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。表 2-1 差动变压器位移X值与输出电压数据表。V(mV)X(mm)实验三 电容式传感器 一、实验目的：了解电容传感器的结构及特点二、实验仪器：电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源三、实验原理：电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理： （3-1）式中，S为极板面积，d为极板间距离，0真空介电常数，r介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使S、d或r发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图3-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。 图3-1四、实验内容与步骤1按图3-2将电容传感器安装在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中。图3-22将电容传感器模块的输出UO接到数显直流电压表。3接入±15V电源，合上主控台电源开关，将电容传感器调至中间位置，调节Rw，使得数显直流电压表显示为0。4旋动测微头推进电容传感器的共享极板（下极板），每隔0.2mm记下位移量X与输出电压值V的变化，填入下表3-1X(mm) V(mV)五、实验报告：1根据表3-1的数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。