测试技术差动电感式传感器位移特性试验
《传感器与检测技术》高教(4版) 第六章
差动变压器位移计
当铁芯处于中间位置时，输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向右移动时，则输出电压: UU 21 U 220
当铁芯向左移动时，则输出电压: UU 21 U 220
输出电压的方向反映了铁芯的运动方向，大小反映了铁 芯的位移大小。
差动变压器位移计
输出特性如图所示。
差动变压器位移计
角度的精密测量。 光栅的基本结构
1、光栅：光栅是在透明的玻璃上刻有大量平行等宽等 距的刻线构成的，结构如图。
设其中透光的缝宽为a，不透光的缝宽为b，
一般情况下，光栅的透光缝宽等于不透光
的缝宽，即a = b。图中d = a + b 称为光
栅栅距（也称光栅节距或称光栅常数）。
光栅位移测试
2、光栅的分类
1、激光的特性
（1）方向性强
（2）单色性好
（3） 亮度高
（4） 相干性好
2、激光器
按激光器的工作物质可分为以下几类： （1）固体激光器：常用的有红宝石激光器、钕玻 璃激光器等。
（2）气体激光器：常用的为氦氖激光器、二氧化 碳激光器、一氧化碳激光器等。
激光式传感器
（3） 液体激光器：液体激光器分为无机液体激光器 和有机液体激光器等。
数小，对铜的热电势应尽可能小，常用材料有： 铜镍合金类、铜锰合金类、镍铬丝等。 2、骨架：
对骨架材料要求形状稳定表面绝缘电阻高， 有较好的散热能力。常用的有陶瓷、酚醛树脂 和工程塑料等。 3、电刷：
电刷与电阻丝材料应配合恰当、接触电势 小，并有一定的接触压力。这能使噪声降低。
电位器传感器
电位计式位移传感器
6.2.2 差动变压器位移计结构
1-测头； 2-轴套； 3-测杆； 4-铁芯；5-线圈架； 6-导线； 7-屏蔽筒；8-圆片弹簧；9-弹簧； 10-防尘罩
实验二 差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的1、通过实验，掌握差动变压器式电感传感器的基本工作原理。
二、实验原理差动变压器式电感传感器是利用感应电动势的方法，将物理量（如位移、压力、力等）转换为电信号的电子传感器。
差动变压器式电感传感器的基本组成为：主变压器、感应线圈和吸引式铁芯。
其中主变压器的主要作用是调制、解调信号，感应线圈是感应位移的探头，吸引式铁芯则用于传递感应力或位移作用。
当感应线圈产生了位移时，感应线圈中的磁通量随之变化，从而产生了感应电动势。
通过差动测量，可以得到感应线圈中的感应电动势。
差动变压器式电感传感器在运转中，其电感值随着位移的变化而变化。
最终，差动变压器式电感传感器可以将位移信号转化为电信号，并将转化后的电信号输出。
差动变压器式电感传感器相对于其他传感器的优势在于，其精确度比较高，线性度良好，同时具有较高的抗干扰能力和稳定性，适用于许多高精度位移测量场合。
三、实验器材与仪器2、数字万用表3、直流稳压电源4、温度控制器5、实验样品四、实验步骤1、连接实验装置：将差动变压器式电感传感器、数字万用表、直流稳压电源和温度控制器按照电路线路图连成一整个电路。
待连接完毕后，检查各个实验器材连接是否牢固且正确。
2、打开电源：将直流稳压电源和温度控制器的电源开关打开。
3、调节电源电压：调节直流稳压电源输出电压为3V并固定。
4、测量初始电压：将数字万用表的测量回路连接至差动变压器式电感传感器的输出端口，调节温度控制器以达到室温环境下的温度值。
在测定之前，需要先将应变计（或激光信号测试仪等测试仪器）分别置于初态位置和终态位置，然后测量出其初始电压值和终态电压值，并记录下来。
5、应变测试：通过手动控制实验样品位移并使实验样品进行定量的变化，此时差动测量器的输出电压值也会相应变化。
根据变化的大小，对应获取测量结果，并记录下差动测量器的输出电压值。
6、数据分析：在完成实验测量之后，需要对实验测量数据进行分析，并得到本次实验的相关结论。
电容式传感器测位移实验
一、实验目的
理解差动电容式传感器的工作原理，掌握差动电容 式传感器电路的组成并会计算其精度，了解电容传感器 在位移测量中的使用。
二、实验内容
利用电容式传感器测位移
三、实验仪器
• 传感器检测技术综合实验台、电容传感器实验模块、 电容传感器、振动源实验模块、示波器、导线。
六、实验报告要求 • 1. 实验数据真实，准确，填入表格 • 2. 对数据进行处理，进行误差分析，求出 线性度，灵敏度，做出输入-输出特性曲线
七、注意事项
• 1.不要带电操作，请仔细检查电路及仪器连 接后打开电源；
• 2.传感器内外筒上导线较细，请大家轻拿轻 放，并注意在改变位移时小幅度增加，避 免拉断导线； • 3.实验完成后注意整理好仪器再离开。
四、实验原理
S 0 r S C d d
• 差动圆筒式 两个外筒不动 等电势 内筒可动
差动电容式传感器结构图
二极管环形充放电电路
cx1
a
c
cx2
五、实验步骤
1.连接电路
2. 螺旋测微仪安装示意图
2.调节脉冲调制单元的电位器W1，使其输出 方波 3. RW1调节到中间位置，旋动测微头推进电 容传感器移动至极板中间位置，使电压数显 表显示为最小值 4.旋动测微头，每间隔0.5mm记下位移X与输 出电压值，填入表
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告实验三电感式传感器实验传感器实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验(一)实验内容1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 (二)实验目的1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 (三)实验原理螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。
(四)实验操做步骤实验项目一、1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。
2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。
3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置(输出为零)，向下每1mm读一个数。
实验项目二、1.按图接线2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。
3.V/F表调至20V档。
4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。
5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态;调节W1、W2，使输出最小(灵敏度最大)。
6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小(CH1示)，再向上移2.5mm。
7.调节移相器使输出最大(CH2示);观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。
8.向下每0.5mm读一个数。
项目一数据表第 1 页共 1 页项目二数据表篇二:传感器与检测技术实验报告准考证号:100214101370 姓名:倪帅彪院校:河南科技大学专业名称:080302机械制造及自动化(独立本科段)《传感器与检测技术》实验报告实验一常用传感器(电感式、电阻式或电容式)静态性能测试一、实验目的:1(进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。
传感器实验大全(附思考题答案+实验过程+结果)
传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。
实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。
这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。
下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。
２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。
４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。
接线时，航空插头上的号码与之对应。
当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。
判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。
当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
差动变压器式电感传感器的性能测试课件
功能测试方法
温度特性测试
在不同温度下对传感器进行测试 ，评估其温度对性能的影响。
长期稳定性测试
长时间对传感器进行测试，评估 其在长时间运行下的稳定性。
防护等级测试
检验传感器的防护性能，如防水 、防尘等能力。
04
差动变压器式电感传感器 的性能测试案例
数百赫兹。
差动变压器式电感传感器的特点
高灵敏度
由于差动结构可以消除非线性误 差，因此差动变压器式电感传感 器具有高灵敏度，可以检测微小
的位置变化。
抗干扰能力强
由于其工作原理基于电磁感应，因 此差动变压器式电感传感器对电磁 干扰具有较强的抗干扰能力。
长期稳定性
由于机械结构较为简单，差动变压 器式电感传感器的长期稳定性较好 。
02
差动变压器式电感传感器 的性能指标
灵敏度
总结词
灵敏度是差动变压器式电感传感器的 重要性能指标，它反映了传感器对被 测量物体变化的响应程度。
详细描述
差动变压器式电感传感器的灵敏度高 ，意味着当被测量物体发生变化时， 传感器输出的变化量也更大。这有助 于提高测量精度和分辨率。
线性范围
总结词
线性范围是指差动变压器式电感传感器在正常工作条件下，能够准确测量的输 入量程范围。
详细描述
零漂现象会导致传感器在输入量不变时产生误差。在性能测 试中，应关注零漂现象并进行修正，以确保测量的准确性。
03
差动变压器式电感传感器 的测试方法
静态测试方法
01
02
03
04
空载测试
检验传感器的空载性能，如零 点漂移、灵敏度等指标。
负载测试
实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的：通过差动变压器实验模板来了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理：电感式传感器的基本原理是电磁感应。
在电感式传感器中，互感式传感器是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。
变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电势。
由于变压器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。
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，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。
当差动变压器随着被测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，一只次级线圈感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接。
），就引出差动电势输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
****同名端：定义一：在同一磁通变量作用下，产生同极性感应电势的端子，为同名端。
定义二：主线圈在某一个瞬间电位为正时，付线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端叫做该设备线圈的同极性端，或者叫同名端。
同名端大多用在电流互感器及电压互感器上，对变压器称谓同名端的情况很少；因为变压器有多种接线组别，当一、二次绕组接线组别不一致时，可能没有同名端。
图1 差动变压器原理图在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。
初级线圈的复数电流值为ω—激励电压的角频率； 1U —激励电压的复数值； 根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为111I M j U ω-= 122I M j U ω-=当铁芯位于线圈中心位置时1200U U ,U ==当铁芯向上移动时>12U U , | |>00U 当铁芯向下移动时<12U U , | |<00U 当铁芯偏离中心位置时，则输出电压随铁芯偏离中心位置程度，逐渐增大，但相位相差180度，但实际上，铁芯位于中心位置，输出电压并不是零电位而是存在零点残余电压，如图2所示。
普通物理II实验-实验八 电感位移传感器特性研究
实验八电感位移传感器特性研究【实验目的】1.了解电感位移传感器工作原理；2.测量自感式传感器特性；3.测量差动变压器式传感器特性。
【实验原理】1．自感式位移传感器当磁棒插入线圈中并发生位移时，回路自感的大小与这回路所围面积的磁链数有关，由于磁棒在外部的磁感线是发散的、密度较稀，在内部的磁感线密度很大，所以自感L随磁棒位移x而发生变化。
而自感式传感器是把被待测位移变化转换成自感L变化的一种传感器。
自感式传感器的自变量为L，电感测量常见方法有以下两种。
（1）RL分压法测电感图9.1（a）所示的RL分压法测量电感接线图，因为电感的电流落后电压90°，而串联电路流过的电流是相同的，所以电感的电流与电阻的电压同相位。
我们把电阻电压VR放在X轴上，则电感电压VL在Y轴正向。
因为串联电路流过的电流相同，所以我们可以把电流因子约去。
由图9.1（b）可知V R V i =√VR2+VL2=√1+(ωL/R)（1）L=Rω√(Vi/VR)2−1（2）所以，只要已知R、ω、Vi ，测量VR即可求出L。
（2）LC谐振电流法测量电感如图9.2所示，我们再在RL回路中串入一个电容C。
串联电路流过各元件的电流相同，但电容上的电压落后电流90°。
我们仍把电阻上的电压作为参考量放在x轴，那么，电容电压将位于y轴的负方向。
这样电容上的电压和电感上的电压都位于y轴且方向相反。
一种特殊情况下，无论电感和电容的值是多少，总能找到一个频率使得VC=VL，由图9.2（b）看出，在y方向上的合成量为零。
这种情况称之为谐振，此时回路电流为谐振电流，用取样电阻R就得到了取样电压，此时取样信号与信号源信号同相位且为最大值，利用这个特点，我们可以测量精确电感。
由VC=VL，约去电流因子我们有XC=XL，即ωL=1（3）ωC（4）L=1ω2C可以看出，只要信号源频率、电容C已知，L就可以计算。
这种测量方式避免了测量仪表直接加在被测元件上，对于小容量电容测量很有好处，由于是比较相位，所以特别灵敏。
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差动电感式传感器位移特性试验
一、实验目的
了解差动电感式传感器的原理。
比较和差动变压器传感器的不同，
二、实验仪器：
差动传感器、信号源、相敏检波模块、差动变压器实验模块、电压表、示波器、测微头、。
三、实验原理
差动螺管式电感传感器由电感线圈的二个次级线圈反相串接而成，工作在自感基础上，由于衔铁在线圈中位置的变化使二个线圈电感量发生变化，包括两个线圈在内组成的电桥电路的输出电压信号因而发生相应变化。
四、试验内容与步骤
1、将传感器安装在差动变压器模块上，将传感器引线插入试验模块插座中。
2、连接主机与试验模块电源线，按下图连线组成测试系统，两个次级线圈必须接成差动状态。
3、使差动传感器的铁芯偏在一边，使差分放大器有一个较大的输出，调节移相器使输入输出同相或者反相，然后调节电感传感器铁芯到中间位置，直至差分放大器输出波形最小。
4、调节RW1和RW2使电压表显示为零，当衔铁在线圈中左右位移时，L2≠L3，电桥失衡，输出电压信号的大小与衔铁位移量成比例。
5、以衔铁位置居中为起点，分别向左、向右各位移5㎜，记录U、X值并填入下表（每位移0.5㎜记录一个数值）：
五、试验报告：
根据实验记录的数据依次作出U-X曲线，求出灵敏度S，指出线性工作范围。