传感器实验报告

传感器实验报告
实验二金属箔式应变片——单臂、半桥、全桥的比较
实验目的：验证金属箔式应变片单臂、半桥、全桥的性能。

所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、V/F表。

旋纽初始位置：直流稳压电源打到OV挡，V/F表打到V±20V挡，差动放
大增益旋钮打到最大。

实验步骤：
（1）按实验一的方法将差动放大器调零。

（2）按图2接线，图中R4为工作片，r及w1为调平衡网络。

（3）调整测微头使双平衡横梁处于水平位置（目测）。

将直流稳压电源开关打到±4V档。

选择适当的放大器增益。

然后调整电桥平衡电位器，使表头指示为零（0V ）。

然后预热数分钟（需预热几分钟表头才能稳定下来）。

（4）转动侧微头使之在 20mm的位置上。

（5）单臂电桥：使横梁向下移动每隔1mm读一个数据，并将测得数据填入——表1。

（6）半桥电桥：保持差动放大器增益不变，将R3换为与R4工作状态相反的另一应变片，形成半桥，调好零点平衡，同样测出读数填入——表2 。

（7）全桥电桥：保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个电阻换成另两片工作应变片，接成一个直流全桥，调好零点平衡，将测出数据填入——表3 。

（8）在同一坐标纸描出X—V关系曲线，比较三种接法的灵敏度。

注意事项：
（1）在更换应变片时应将直流稳压电源打到OV挡。

（2）在实验过程中如有发现电压表输出发生过载，应将量程扩大。

（3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。

（4）直流稳压电源不能打的过，以免损坏应变片或造成严重自热效应。

（5）接全桥时请注意区别各工作片的工作状态与方向不得接错。

（1）实验数据:
单臂电桥——表1
（2）分析系统灵敏度S ，并作比较。

全桥电桥的灵敏度>半桥电桥的灵敏度>单臂电桥的灵敏度。

可以近似得出全桥电桥的灵敏度是半桥电桥灵敏度的2倍，是单臂电桥的4倍。

实验三电涡流式传感器的静态标定
实验目的：了解电涡流式传感器的原理及工作性能
所需单元及部件：涡流变换器、V/F表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器
实验原理：利用电磁在导体表面产生的电涡流，不同的材料所产生的电涡流是不同的。

实验步骤：
〈1〉装好传感器和测微头。

〈2〉观察传感器的结构，它是一个平绕线圈,嵌入到非金属的有机玻璃中所组成的传感器。

（3）由于调整单元的特殊电路结构，使得涡流变换器的输出始终为负值。

涡流变换器的面板示意见图3(a)。

〈3〉根据图10(b)的电路结构,用导线将传感器接入涡流的变换器的输入端，将输出端接至电压表，电压表初始位置置于20v档，组成一个测量线路。

〈4〉把电涡流式传感器调至铁测片，用示波器观察涡流变换器输入端的波形。

时基打到1μS档。

如发现没有振荡波形出现，可将被测体移开一些。

可见：波形为＿正弦＿波形，示波器的时基为＿0.5＿μS/cm，故波形频率约为＿1MHZ＿。

〈5〉适当调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表
（解释：刚开始时，金属片与传感器是接触的。

当往下旋转时，位移由0开始增加）
建议每隔0.25mm读一次数，到线性严重变坏为止。

根据实验数据，在座标纸上画出V—X 曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度S=△V/△X。

(最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度，灵敏度)。

可见：涡流传感器最大的特点是能对位移、厚度、表面温度速度、应力、材料损伤等进行非接触式连续测量，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。

这里采用的变换电路是一种＿＿涡流变换器＿＿。

V-X曲线
灵敏度：从图上可以看出，在区间（1.25~3.50）区间线性
ΔV=[-2390-（-2010）+（-2800）-（-2390）+...+(-4900)-(-4700)]/10 =266.00mV
ΔX=0.25mm
S=ΔV/ΔX=1064 mV/mm
注意事项：
被测体与涡流传感器测试头平面必须平行，并将测试头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。

电涡传感器的应用——电子秤之一
实验目的：了解电涡流传感器在静态测量中的应用
所需单元及部件：涡流传感器，涡流变换器、V/F表、砝码、差动放大器、电桥、铁测片。

有关旋钮初始位置：电压表置20v档，差动放大器增益旋至最小。

实验步骤：
〈1〉按(如下)图4的电路接线
〈2〉调整传感器的位置，使其处于线性范围的起始距离处。

〈3〉开启电源，调整电桥单元上的电位器w1，使电压表为零
〈4〉在平台上放上砝码，记下表头指示值，填入下表
〈5〉在平台上放一重物，记下电压表读数，根据实验数据作出V—W曲线，计算出灵敏度及重物的重量 (该重物的重量：在10g—100g之间)
灵敏度： S=△V/△W=(-3.26+0.43)/9=-0.314v/g
何重物＿中兴手机电池＿。

重物的重量W=＿13.06＿(g)。

说明：差动放大器的增益不一定选最小，可以适当大一些，可视情况指示而定。

注意事项：
（1）码重物不得使位移超出线性范围。

(2) 被测体与涡流传感器测试头平面必须平行，并将测试头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。

实验五霍耳式传感器的特性——直流激励
实验目的：了解霍耳式传感器的原理与特性
所需单元及部件：霍耳片、磁路系统、电桥、差动放大器、V/F表、直流稳压电源、测微头。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置200mv档，直流稳压电源置2V档。

实验步骤：
〈1〉按(如下)图6接线：w1、r为电桥单元中的直流平衡网络。

〈2〉装好测微头。

〈3〉开启电源，差动放大器调零，然后重新接好线路。

〈4〉调整w1使电压表指示为零。

〈5〉上下旋动测微头，记下电压表的读数，每0.25mm读一个数，从15.00mm到5.00mm左右为止。

将读数填入下表：
作出V—X曲线指出线性范围，求出灵敏度。

V—X曲线：
计算系统灵敏度：
在【11.0~13.25】区间，曲线成近似线性
ΔV=[-128-(-94)]+ [-163-(-128)]+∙
∙+（-436-(-403)）/9==38.00mV
∙
ΔX=0.25mm
灵敏度S=ΔV/ΔX=15.00mV/mm
可见：本实验测出的实际上是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也
越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。

注意事项：
〈1〉由于磁路系统的气隙较大，应使霍耳片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。

〈2〉一旦调整好后，测量过程中不能再移动调路系统。

〈2〉激励电压不能任意过大，以免损坏霍耳片。

霍耳式传感器的应用——电子秤之二
实验目的:了解霍耳式传感器在静态测量中的应用。

所需单元及部件:霍耳片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、V/F表。

有关旋钮初始位置：直流稳压电源±2v
实验步骤:
〈1〉根据下图5（b ）接好线，将差动放大器调零。

〈3〉 将系统调零(即调节W1)。

〈3〉检查钮路系统有无碰卡现象。

〈4〉差动放大器增益调至适中位置,然后不再改变。

〈6〉在平面上放一个未知重量之物,以上表头读数。

根据实验结果作出v —w
曲线,求得未知重量。

(该重物的重量 ：在10g —100g 之间)
何重物 ＿中兴手机电池＿。

重物的重量W=＿14＿＿(g)。

注意事项:
（1）双平行梁处于（自由）水平位置时，霍耳式应处于环形磁铁的中间，否则要调整环形磁铁的位置。

（2）实验过程中，差动放大器增益旋钮不能改变。

（3）平衡梁的自由端在加减砝码时不能与其他相碰
此霍耳传感器的线性范围较小,所以砝码和重物不应太重。

砝码应置于平台的中间部分。