模拟量电感式传感器实验指导书
电感式传感器实验
电感式传感器实验实验项目编码：实验项目时数：2实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√）一、实验目的了解模拟量电感传感器的响应特性；熟悉评估测量的重复性、直线度和磁滞误差；掌握确定模拟量电感传感器的灵敏度。
二、实验内容及基本原理（一）实验内容使用螺旋测微器带动电感式传感器衔铁横向位移，产生电感变化，利用测量电路，将电感变化转换成电压输出，从而将位移与电压输出建立联系。
（二）实验原理差动变压器的工作原理电磁互感原理。
差动变压器的结构如图1所示，由一个一次绕组1 和二个二次绕组2、3 及一个衔铁4 组成。
差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。
由于把二个二次绕组反向串接(＊同名端相接)，以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
当差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响)，它的等效电路如图2所示。
图中U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1 分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。
对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。
由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。
当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，图1 差动变压器的结构示意图图2 差动变压器的等效电路图因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。
在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。
同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。
因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。
差动变压器的输出特性曲线如图3所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x 表示衔铁偏离中心位置的距离。
传感器实验指导书2023
传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。
传感器实验指导书(实际版)
实验一 金属箔式应变片性能实验（一）金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：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：εK RR=∆式中RR∆为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数，ll ∆=ε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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
对单臂电桥输出电压41εEK U O =。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V 电源、土4V 电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1．应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的1R 、2R 、3R 、4R 。
加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，Ω====3504321R R R R ，加热丝阻值为Ω50左右。
2．接入模板电源上15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器3W R 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端i V 相连，调节实验模板上调零电位器4W R ，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。
关闭主控箱电源。
3．将应变式传感器的其中一个应变片1R (模板左上方的1R )接入电桥作为一个桥臂与5R 、6R 、7R 接成直流电桥（5R 、6R 、7R 模块内已连接好），接好电桥调零电位器4W R ，接上桥路电源上4V （从主控箱引入）如图1—2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节1W R ，使数显表显示为零。
图1—2应变式传感器单臂电桥实验接线图4．在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加破码和读取相应的数显表值，直到500g （或200g ）砝码加完。
电感式传感器实验指导书(2013版)
⑥旋动螺旋测微仪，观察示波器的波形的变化，并记录。 （3）移相器、相敏检波器、低通滤波器的连接与测试 连接图见图1。 ①连接差动变压器信号源端至实验模块公共电路的移相器的 “IN” 端， 移相器的 “Vout” 端连至相敏检波器的“2” ； ②差动放大器的“Vout”连至相敏检波器的“1” ；相敏检波器的“3”连至低通滤波器 的“IN” ；低通滤波器的“Vout”接万用表，万用表置20V 直流电压档； ③示波器2通道接至移相器的“Vout”端，旋转“移相调节”旋钮，观察示波器两通道 波形相位的变化，同时观察万用表示数的变化，观察万用表正最大值和负最大值时，两波形 的相位差。 （4）差动变压器的标定 ①旋转螺旋测微仪刻度为0，记录万用表的电压；螺旋测微仪刻度每增加1mm，记录万 用表的电压，直到数据饱和为止；螺旋测微仪刻度每减少1mm，记录万用表的电压，直到 螺旋测微仪刻度为0。 ②在表1中记录数据。测量时，注意初次级线圈波形相位的变化。 表 1 差动变压器测量数据（采用静态标定步骤进行正反三次循环） 位移 mm 电压 Vp-p 位移 mm 电压 Vp-p 位移 mm 电压 Vp-p 根据表格所列结果， 作出电压-位移曲线， 指出线性工作范围， 并进行静态指标的计算。
3 实验原理
（1图 从图中看到，实验系统包括差动变压器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低 通滤波器、信号源、电压表，另外还包括示波器。 （2）差动变压器结构及原理 电感式传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器。 电感元件的基本特性方
图 6 电桥及差放电路 其功能为：对信号进行放大，进行零点残余电压补偿。 （5）移相器 移相器电路示意如图7所示。通过对电路的闭环增益的推导，可得
1 2 R 2C1C2 W 2arctg C W R C 2 2 1
电感式传感器实训报告
#### 一、实训背景随着科学技术的不断发展，传感器技术在各个领域的应用越来越广泛。
电感式传感器作为一种常见的传感器，具有结构简单、响应速度快、精度高等优点，在位移、压力、流量等测量领域有着广泛的应用。
为了更好地理解和掌握电感式传感器的工作原理和应用，我们进行了电感式传感器的实训。
#### 二、实训目的1. 理解电感式传感器的基本原理和工作原理。
2. 掌握电感式传感器的结构、性能和特点。
3. 学会电感式传感器的安装、调试和故障排除。
4. 了解电感式传感器在实际工程中的应用。
#### 三、实训内容1. 电感式传感器原理讲解- 介绍了电感式传感器的基本原理，即通过电磁感应将被测量的非电量转换为电感的变化，再通过测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
- 讲解了自感式、互感式和电涡流式传感器的区别和特点。
2. 电感式传感器结构分析- 分析了电感式传感器的结构，包括线圈、铁芯、衔铁、磁芯等部分。
- 讲解了各部分的作用和相互关系。
3. 电感式传感器性能测试- 通过实验测试了电感式传感器的灵敏度、线性度、分辨率等性能指标。
- 分析了影响电感式传感器性能的因素。
4. 电感式传感器应用案例分析- 介绍了电感式传感器在位移、压力、流量等测量领域的应用案例。
- 分析了电感式传感器在实际工程中的应用优势和局限性。
5. 电感式传感器安装与调试- 讲解了电感式传感器的安装方法，包括接线、定位、固定等。
- 介绍了电感式传感器的调试方法，包括参数设置、校准、调整等。
6. 电感式传感器故障排除- 分析了电感式传感器常见的故障现象和原因。
- 介绍了故障排除的方法和技巧。
#### 四、实训过程1. 理论学习- 通过查阅资料和教师讲解，了解了电感式传感器的基本原理、结构、性能和应用。
- 分析了电感式传感器的优缺点，以及在各个领域的应用情况。
2. 实验操作- 按照实验指导书的要求，进行了电感式传感器的性能测试实验。
- 通过实际操作，掌握了电感式传感器的安装、调试和故障排除方法。
传感器与电测技术实验指导书
《传感器与电测技术》实验指导书实验一仪器、设备的认识与操作一、实验目的通过对实验室中的基本仪器、设备的认识和操作，对实验室的仪器、设备有初步认识，并且能够使用这些仪器和设备。
二、实验设备及用具VC8045台式数字万用表，GDM-8245双显数字电表，加热箱，k型、E型热电偶，活塞式压力计.三、实验的基本原理1.VC8045型数字万用表是一种4 1/2位台式万用表，它具有基本的DCV，ACR，DCA，ACA和OHM测量功能，电压测量最高到1000V直流或交流峰值，分辨力可达10 V，电流可测量到20A，极性自动转换。
GDM-8245是一种双显示的桌上型可提式数字式万用表。
在同一输入待测信号下，可同时显示两种不同的资料数值，并具有50,000个counts 的有两特性，适用于一般的测量。
2.K型热电偶热电动势线性好，1200C 下抗氧化性能良好，不适用于还原性气体。
Ｅ型热电偶是在现有热电偶中，灵敏度最高的，耐热性良好，同样不适用于还原性气体。
3.ＹＵ—系列活塞式压力计应用静压平衡原理：即活塞本身和加在活塞上的专用砝码重量（Ｇ）作用在活塞面积（Ｓ）上所产生的压力（Ｐ）与液压容器内所产生的压力相平衡，来测定被校验仪表的压力大小：即Ｐ＝Ｇ／Ｓ。
四、实验内容及要求1.熟悉VC8045型数字万用表、GDM-8245双显数字电表的工作方式和使用方法。
2.了解热电偶的原理和性质，对其有初步认识。
3.了解活塞式压力计的原理和使用方法。
五、实验步骤1.熟悉VC8045型数字万用表、GDM-8245双显数字电表的一般特性、直流电压的测量方法、维护和保养方法。
2.对照书本了解K、E型热电偶的特性，找出二者的相同与不同。
3.参照说明书学会使用活塞式压力计，了解其特性，使用方法。
六、注意事项1.注意仪器的使用方法，使用环境等，避免损坏仪器仪表。
2.在使用加热箱时，要注意安全，不要用手触及加热箱里面部分，以免造成损伤。
七、思考题1.说明扩散型压阻式压力传感器的原理2.简述热电偶冷端补偿的必要性，常用冷端补偿有几种方法？并说明补偿原理。
传感器电感实训报告书
一、实训目的本次实训旨在通过实际操作，加深对电感式传感器原理、结构、工作特性的理解，掌握电感式传感器的应用方法，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
二、实训环境1. 实训地点：XX大学传感器实验室2. 实训设备：电感式传感器实验装置、信号发生器、示波器、数字多用表、导线等。
三、实训原理电感式传感器是一种将非电量（如位移、压力、振动等）转换为电信号的传感器。
其基本原理是基于电磁感应现象。
当磁场中的磁通量发生变化时，在闭合回路中会产生感应电动势。
通过测量感应电动势的变化，可以实现对非电量的检测。
四、实训过程1. 认识电感式传感器（1）观察电感式传感器的结构，了解其主要由线圈、铁芯、磁芯等部分组成。
（2）学习电感式传感器的工作原理，理解电磁感应现象在传感器中的应用。
（3）分析电感式传感器的性能指标，如灵敏度、线性度、频率响应等。
2. 搭建实验电路（1）根据实验要求，连接信号发生器、电感式传感器、示波器等实验设备。
（2）调整信号发生器的输出频率和幅度，使其满足实验要求。
（3）观察示波器显示的波形，分析电感式传感器的响应特性。
3. 测量电感式传感器的性能（1）调整传感器与被测物体的距离，观察示波器显示的波形变化，分析传感器的灵敏度。
（2）改变传感器的工作频率，观察示波器显示的波形变化，分析传感器的频率响应。
（3）调整传感器的激励电流，观察示波器显示的波形变化，分析传感器的线性度。
4. 数据处理与分析（1）记录实验数据，包括传感器输出电压、激励电流、工作频率等。
（2）分析实验数据，绘制传感器性能曲线，如灵敏度曲线、频率响应曲线等。
（3）比较实验结果与理论分析，找出误差产生的原因。
五、实训结果1. 通过本次实训，掌握了电感式传感器的原理、结构和工作特性。
2. 学会了搭建电感式传感器实验电路，并能够进行简单的调试。
3. 掌握了电感式传感器的性能测试方法，能够根据实验数据分析传感器的性能。
4. 培养了动手能力和分析问题、解决问题的能力。
传感器实验指导书
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介一、概述“THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。
适用于各大、中专院校开设“传感器原理”、“非电量检测技术”、“工业自动化仪表与控制”等课程的实验教学。
二、装置特点1.实验台桌面采用高绝缘度、高强度、耐高温的高密度板，具有接地、漏电保护、采用高绝缘的安全型插座，安全性符合相关国家标准；2.完全采用模块化设计，将被测源、传感器、检测技术有机的结合，使学生能够更全面的学习和掌握信号传感、信号处理、信号转换、信号采集和传输的整个过程；3.紧密联系传感器与检测技术的最新进展，全面展示传感器相关的技术。
三、设备构成实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。
1.主控台(1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调；(2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能；(3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能；(4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V；(5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级；(6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能；(7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm；(8)计时器：0～9999s，精确到0.1s；(9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。
2.检测源加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C；转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm；振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。
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模拟量电感式传感器实验指导书
注意事项
实验设备安装步骤
1、断开实验电源
2、实验用设备组合搭建
3、实验线路连接
4、依据实验指导书认真检查设备及接线
5、开启实验电源（24V DC/4.5A）
实验完毕
1、断开实验电源
2、断开实验线路
3、整理实验设备及工具
连接线和插头颜色说明：
颜色
缩写
黑棕
蓝白红绿黄
电压-电流转换开关：
通过电压-电流转换开关将电压信号连接到输出0，电流信号连接到输出1。
转换开关切换每个输入接口到各自的输出接口。
电压-电流转换开关接线原理图
模拟量电感式传感器
一、实验目的
1、确定模拟量电感式传感器的特性曲线；
2、测量对象对模拟量电感式传感器输出信号的影响；
二、实验原理
模拟量电感式传感器包括一个带有电感线圈的振荡回路、电容器以及一个放大器的并
联回路。
通过线圈的磁芯在外部产生电磁场。
如果一个电感应材料进入该磁场活动区域中，根据电感原理产生涡流，将使振荡减弱。
由于传导率、渗透性、尺寸和距离的不同，振荡的衰减也不相同。
振荡的衰减通过后
续产生的输出信号来进行评价，在一定的测量范围内，输出信号与传感器、材料间的距离
成正比。
1 振荡器
2 解调器
3 放大器
4 线性装置
5 输出信号调节
6 外部电压 7内部恒定
电源 8线圈 9 输出（mV或mA）
图1-1 模拟量电感式传感器结构图
三、实验仪器
仪器
数量
名称
模拟信号转换板电压-电流转换开关模拟量电感式传感器
位移滑板游标卡尺数字万用表
零件3：低碳钢90x30mm 零件4：不锈钢90x30mm 零件5：铝90x30mm 零件6：黄铜
90x30mm 零件7：铜90x30mm
零件11：低碳钢30x30mm 零件12：低碳钢25x25mm
零件13：低碳钢20x20mm 零件14：低碳钢15x15mm 零件15：低碳钢10x10mm 零件16：低碳钢5x5mm 台式稳压电源（24V DC/4.5A）
四、实验内容
1 确定模拟量电感式传感器的特性曲线
游标卡尺安装时，位移滑板设定在“0”。
游标卡尺通过两个磁铁固定在位移滑板的
基座上，与基座平行放置。
模拟量电感式传感器安装位置对于位移滑板中心横向偏移5cm。
将零件3插入位移滑板材料固定架上。
图1-2 实验仪器布置图
1
图1-3 电气接线图
图1-4 电气原理图
使用位移滑板向模拟量电感式传感器方向移动测量对象。
当接触到传感器时，设定游标卡尺上的数字显示器为“0”。
调节电压-电流信号转换开关为“0”位置。
设定万用表的适当量程范围。
接通24V 电源。
分别记录底座和传感器之间的距离以1mm的间隔递增和递减时，模拟量电感式传感器的输出电流。
当先前的恒定输出电流改变时或变化的电流维持恒定时，对应位移值即为传感器的感应范围标志。
观察传感器的输出在距离增大和减小时有何差异。
记录传感器输出电流，填入表格1中。
重复进行两次实验，计算出平均值。
依据计算结果绘制传感器的电流－距离特性曲线图表1。
2 测量对象对模拟量电感式传感器得输出信号的影响 2.1不同测量对象的传感器特性曲线
参照实验内容1实验过程，将安装在位移滑板材料固定架上的测试对象依次更换为零件4~7，以1mm的间距增加传感器与测试对象之间的距离。
记录传感器输出电流，填入表格2中，重复实验计算平均值。
并依据测量结果绘制传感器对应的电流－距离特性曲线图表2。
2.2 确定传感器输出电流与测试对象表面积的相关性
参照实验内容1过程，将安装在位移滑板材料固定架上的测试对象依次更换为零件11~16，设定传感器与测量对象间距离为3mm和4mm，重复进行三次测量。
记录传感器输出电流，填入表格3中，计算平均值。
依据计算结果绘制出传感器的电流－面积特性曲线图表3。
五、注意事项
1、所有测试都可以使用模拟量电压输出(黑线)替代模拟量电流输出(白线)；
2、当更换滑块固定架上的被测件时，保证传感器表面完全被测量对象遮盖；
六、课后问题
1 传感器对于不同材质零件3~7的检测距离S0的范围？
2 计算分别对应于零件3~7的传感器转换因子R=
I−IΔI
=21=ΔSS2−S1
？
3 对于不同材质的零件3~7，哪两种最容易区分？
4 根据实验内容2的测量结果，是否可以区分金属的类型与尺寸？
附录1：
表格1 测试内容
距离(mm) 输出电流I(mA) 距离(mm) 输出电流I(mA) 图表1
表格2 测试对象
距离一次测量
输出电流I(mA) 二次测量
输出电流I(mA) 平均值
输出电流I(mA) 图表2
表格3 测量尺寸钢S 235JR
距离＝ mm
输出电流
I(mA)
测量值1
测量值2
测量值3
平均值
零件11：零件12：零件13：零件14：零件15：零件16：图表3
模拟量电感式传感器设计性实验
一、工业问题：
在工厂生产线上，存在工件的表面轮廓高度差异。
使用一个模拟量电感式传感器，就可以检测出工件边缘与中心的差距，用以评定产品是否为合格品。
二、实验要求
要求学生依据实验学习获得模拟量电感式传感器的基本原理，自行设计实验方案测量平面材料的偏差（即施加负载力与偏差中心距离之间的关系）。
实验室提供所需实验设备及使用方法。
学生编制实验内容及实施步骤，实验数据记录，实验结果分析。
三、实验仪器
元件
数量
名称模拟信号转换板电压-电流转换开关模拟量电感式传感器
位移滑板游标卡尺数字万用表
砝码安装杆：318mm 安装杆：168mm 水平支持板
铅笔尺子
1 1
台式稳压电源（24V DC/4.5A）学生自备
三、实验仪器电气接线图及原理图
图3-1 电气接线图
图3-2 电气原理图
四、注意事项
1、所有测试都可以使用模拟量电压输出(黑线)替代模拟量电流输出(白线)；
2、保证传感器表面完全被测量对象遮盖；
实验方案需经指导老师确认后进行实验操作。