1、“傳感器與檢測技術”實驗報告序號實驗名稱1電阻應變式傳感器實驗2電感式傳感器實驗3電容傳感器實驗學號：913110200229姓名：楊薛磊序號：83實驗一電阻應變式傳感器實驗（一）應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的：了解電阻應變片的工作原理與應用并掌握應變片測量電路。二、基本原理：電阻應變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應變片來組成。一種利用電阻材料的應變效應將工程結構件的內部變形轉換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機械裝置將被測量轉化成彈性元件的變形，然后由電阻應變片將彈性元件的變形轉換成電阻的變化， 再通過測量電路將電阻的變化轉換成電壓或電流變化信號輸出。 它可用于

2、能轉化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機械加工、計量、建筑測量等行業應用十分廣泛。三、 需用器件與單元： 主機箱中的± 2V± 10V（步進可調）直流穩壓電源、±15V直流穩壓電源、電壓表；應變式傳感器實驗模板、托盤、砝碼；4 1位數顯萬用表（自備）。四、實驗步驟：應變傳感器實驗模板說明：應變傳感器實驗模板由應變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應變片測量電路、差動放大器組成。實驗 模板中的R1（傳感器的左下）、R2（傳感器的右下）、R3（傳感器的右上）、R4（傳感器的左上） 為稱重傳感器上的

3、應變片輸出口；沒有文字標記的5個電阻符號是空的無實體， 其中4個電阻符號組成電橋模型是為電路初學者組成電橋接線方便而設；R5、R5、R7是350 固定電阻，是為應變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口， 做應變片溫度影響實驗時用。多芯插頭是振動源的振動梁上的應變 片輸入口，做應變片測量振動實驗時用。1、將托盤安裝到傳感器上，如圖1 4所示。 /G lLaa / 屈対皐 圖1 4傳感器托盤安裝示意圖R1、R2、R3 R42、測量應變片的阻值：當傳感器的托盤上無重物時，分別測量應變片的阻值。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測量 R1、

4、R2、R3 R4的阻值變化，分析應變片的受力情況（受拉的應變片：阻值變大，受壓的應變片：阻值變小。）。K應變傳感器實驗模板圖1 5測量應變片的阻值示意圖3、實驗模板中的差動放大器調零：按圖1 6示意接線，將主機箱上的電壓表量程切換開關切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機箱電源開關；調節放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時針輕輕轉到底， 再逆時針回轉1圈）后，再調節實驗模板放大器的調零電位器 RW4使電壓表顯示為零。Ir圖16差動放在器調零接線示意圖I II II II IIIIII直淀応壓電鴻 MMTIIIIIRIt 仃;O 珈4、應變片單臂電橋實驗：關閉主機箱電源，按圖1 7示意圖接線，

5、將± 2V± 10V可調電源調節到± 4V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關，調節實驗模板上的橋路平衡電位器RW1,使主機箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼(盡量靠近托盤的中心點放置)，讀取相應的數顯表電壓值，記下實驗數據填入表1。圖17應變片單臂電橋實驗接線示意圖表1應變片單臂電橋性能實驗數據重量(g)020406080100120140160180電壓(mV)0-4-9-14-19-23-27-32-36-405、根據表1數據作出曲線并計算系統靈敏度S= V/ W( V輸出電壓變化量， W重量變化量)和非線性誤差, = m/yFS

6、× 100%式中m為輸出值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實驗完畢，關閉電源。電壓CmV)電壓(nw)絨性 lI± (mQ )數據分析：系統靈敏度S= V/ W=0.224非線性誤差 = m/yFS × 100% =1.02 %（二）應變片半橋性能實驗一、實驗目的：了解應變片半橋（雙臂）工作特點及性能。二、 基本原理：應變片基本原理參閱實驗一。應變片半橋特性實驗原理如圖21所示。不同應力方向的兩片應變片接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓 Ug （1 / 2）（ R/R）E= （1 /

7、 2）K E。三、 需用器件與單元： 主機箱中的± 2V± 10V（步進可調）直流穩壓電源、±15V直流 穩壓電源、電壓表；應變式傳感器實驗模板、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、按實驗一（單臂電橋性能實驗）中的步驟 1和步驟3實驗。2、關閉主機箱電源，除將圖 1 7改成圖2 2示意圖接線外，其它按實驗一中的步驟4實驗。讀取相應的數顯表電壓值，填入表2中。圖2 2應變片半橋實驗接線示意圖表2應變片半橋實驗數據重量(g)020406080100120140160180電壓(mV)0816243341495866743、根據表2實驗數據作出實驗曲線，計算靈敏度S= V/

8、W非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。電壓(mv)電圧C rv)線性(電壓CrTW) 數據分析：系統靈敏度S= V/ w=413非線性誤差 = m/yFS × 100% =2.05 %五、思考題：半橋測量時兩片不同受力狀態的電阻應變片接入電橋時，應放在：鄰邊。在鄰邊時，中點的電位變化的才能和另外的參考點進行比較，如果不在臨邊，也就會出現當兩個應變片都發生變化時，與他們對應電阻的電位差可能會出現0的情況。舉個例子：兩個應變片的電阻分別為 A和B,另外兩個電阻為 C和D,假設A=B=C=D那么,在鄰 邊時，當因為受力,A電阻大于B時,兩點間電位會低于 C和D,反之亦然；而如果不在臨邊 ，那

9、么A和C之間的電位變化和 C與D之間的電位變化就沒有前面的規律了 ，也就無法判斷哪個應變片出現受力變化了。（三）應變片全橋性能實驗一、實驗目的：了解應變片全橋工作特點及性能。二、基本原理：應變片基本原理參閱實驗一。應變片全橋特性實驗原理如圖31所示。應變片全橋測量電路中，將應力方向相同的兩應變片接入電橋對邊，相反的應變片接入電橋鄰邊。當應變片初始阻值：R1 = F2= R3 = F4,其變化值 Rl = R2 = R3= R4時，其橋路輸出電壓Uc （ R/R）E= K E。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。Rl蠱煢片應變傳懋器實驗模板1機靖圖31應變片全橋特性實驗接線示意圖三、

10、 需用器件和單元：主機箱中的± 2V± 10V （步進可調）直流穩壓電源、±15V直流 穩壓電源、電壓表；應變式傳感器實驗模板、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、實驗步驟與方法（除了按圖3 2示意接線外）參照實驗二，將實驗數據填入表3作出實驗曲線并進行靈敏度和非線性誤差計算。實驗完畢，關閉電源。乏祇i遙電渭p''> Of -+1U - L5TF 4陸÷j t s? 電壓表1圖32應變片全橋性能實驗接線示意圖2、表3全橋性能實驗數據重量(g)20406080100120140160180200電壓(mV)-17-34-51-67-84-1

11、00-117-134-151-1673、根據表/3實驗數據作出實驗曲線，計算靈敏度S= V/ W非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。電壓(mv)4060-eo出-100# -120-140-160*20OJo I2-17 CO 0 2QO 2040x -34、碼 £1BQt -67IOOI *sIlOI-tooIgdr7* 160t134XY= .S3z0.3RI = I線性(電壓CnW) J ISO1-ISl 200j-167-180 <£)數據分析：系統靈敏度S= V/ w=834非線性誤差 = m/yFS × 100% =4.12 %（四） 應變片單臂、半

12、橋、全橋性能比較、實驗目的：比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應的結論。、基本原理：如圖4 （a）、（b）、（C）（a）單臂（b）半橋（C）全橋圖4 應變電橋、需用器件與單元：主機箱中的± 2V± 10V（步進可調）直流穩壓電源、±15V直流穩壓電源、電壓表；應變式傳感器實驗模板、托盤、砝碼。四、根據實驗一、二、三所得的單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上 進行分析比較。經實驗驗證闡述理由（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同） 實驗完畢，關閉電源。實驗分析：全橋是半橋的兩倍，半橋是單臂的兩倍，也就是說，靈敏度：全=2*半=4

13、*單咅Ftfi菇鬲 I-T ;I. r, N! LLII O LCEUIHlII隅¾J« IO實驗二電感式傳感器實驗（一）差動變壓器的性能實驗一、實驗目的：了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：差動變壓器的工作原理電磁互感原理。三、需用器件與單元： 主機箱中的± 15V直流穩壓電源、音頻振蕩器；差動變壓器、差 動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、差動變壓器、測微頭及實驗模板按圖11 6示意安裝、接線。實驗模板中的L1為差動變壓器的初級線圈，L2、L3為次級線圈，*號為同名端；L1的激勵電壓必須從主機箱中音頻振蕩器的LV端子引入。檢查接線

14、無誤后合上主機箱電源開關，調節音頻振蕩器的頻率 為4kHz5kHz、幅度為峰峰值 VP-P = 2V作為差動變壓器初級線圈的激勵電壓（示波器設置提示：觸發源選擇內觸發 CH1、水平掃描速度 TIME/DIV在0.1mS10S范圍內選擇、觸發 方式選擇AUTo。垂直顯示方式為雙蹤顯示 DUAL垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC CH1靈敏度 VOLTS/DIV在0.5V1V范圍內選擇、CH2靈敏度 VOLTS/DIV在0.1V50mV范圍內選4-,5hzZT-RJri圖11 6差動變壓器性能實驗安裝、接線示意圖2、差動變壓器的性能實驗：使用測微頭時，當來回調節微分筒使測桿產生位移的過程中本身存在機

15、械回程差，為消除這種機械回差可用如下方法實驗。調節測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的O刻度線對準軸套的10mm刻度線。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p（峰峰值）為較小值（越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置）時，擰緊緊固螺釘，再順時針方向轉動測微頭的微分筒 12圈，記錄此時的測微頭讀數和示波器CH2通道顯示的波形 Vp-p（峰峰值）值為實驗起點值。以后，反方向（逆時針方向）調節測微頭的微分筒，每隔 X=0.2mm可取6070點值）從示波器上讀出輸出電壓VP-P值，填入表11（這樣單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的機械回差）。3、根

16、據表11數據畫出X- VP-P曲線并找出差動變壓器的零點殘余電壓。實驗完畢，關閉電源。表11差動變壓器性能實驗數據（表格不夠自己加） X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.61.8Vp-p(mV)1560152015001480146014401400138013601320 X(mm)2.02.22.42.62.83.03.23.43.63.8Vp-p(mV)1300126012201180114011001020980940900 X(mm)4.04.24.44.64.85.05.25.45.65.8Vp-p(mV)820780700660500520460400320

17、240 X(mm)6.06.26.46.66.87.07.27.47.67.8Vp-p(mV)180120140220280360420500540620 X(mm)8.08.28.48.68.89.09.29.49.69.8Vp-p(mV)6807408008409009601020108011201160 X(mm)10.010.210.410.610.811.011.211.411.611.8Vp-p(mV)1180122012601300134013601400140014201440 X(mm)12.012.212.412.612.813.013.213.4Vp-p(mV)14601

18、460150015401540154015401560VP-P (IuV)Bo -*w,jHOo400' flhriilIa1：14If由圖可知：殘余電壓為120mV五、思考題：1、試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同?答：不同點：這兩者差距極大，不可以互相替代。差動變壓器一般用于作為檢測元件，而 一般變壓器一般作為電源變換部件或者信號轉換部件。以E型為例。一般變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）是固定在一起的緊耦合，不希望工作中有任何移動，否則會產生噪聲，大功率時甚至可能損壞。而差動變壓器的 2個E型鐵芯（磁芯）則相反。差動變壓器一般分為變面積式和變氣隙式。變面積式差動變壓器的2個E型鐵芯

19、（磁芯）不是固定在一起的，隨工作需要移動或者旋轉。差動變壓器有2個線圈，一個是激勵線圈，另一個是檢測線圈，一般在激勵線圈諸如一個固定頻率固定幅度的信號，通過在檢測線圈 中的信號獲取差動變壓器的變化數據，進而可以計算出距離/角度或者速度。變氣隙式差動變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）固定在一起，但是2個E型鐵芯（磁芯）之間間距較大，中間可以通過放置導體體改變氣隙大小。差動變壓器 有2個線圈，一個是激勵線圈，另一個是檢測線圈，一般在激勵線圈諸如一個固 定頻率固定幅度的信號，通過在檢測線圈中的信號獲取差動變壓器中導體的位置 變化數據，進而可以計算出距離或者速度。相同點：都是由鐵芯和線圈組成，都是轉換電壓的

20、元件。2、用直流電壓激勵會損壞傳感器。為什么？答：因為變壓器初級直接接到了直流電壓上，由于初級線圈直流電阻很低，這樣形成 很大的直流電流。產生的熱量如果足夠大，可能將初級線圈燒毀，一般線圈都是不能 直接接到直流電壓上的。3、如何理解差動變壓器的零點殘余電壓？用什么方法可以減小零點殘余電壓？答：1、由于兩次級線圈結構上的不對稱，因而兩次級電壓的幅值平衡點與相位平衡點兩者 不重合引起的。2、由于鐵芯材料 B - H曲線的彎曲部分所引起的輸出電壓有高次諧波造成的。3、由于激磁電壓波形中的高次諧波引起的。方法：將差動變壓器輸出經相敏檢波器，檢波后即可見效零點殘余電壓。（二） 差動變壓器測位移實驗、實驗

21、目的：了解差動變壓器測位移時的應用方法三、 需用器件與單元：主機箱中的± 2V± 10V（步進可調）直流穩壓電源、± 15V直流 穩壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動變壓器、差動變壓器實驗模板、移相器/相敏檢波器/ 低通濾波器實驗模板；測微頭、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、相敏檢波器電路調試：將主機箱的音頻振蕩器的幅度調到最小（幅度旋鈕逆時針輕輕轉到底），將± 2V± 10V可調電源調節到± 2V檔，再按圖14 2示意接線，檢查接線無 誤后合上主機箱電源開關，調節音頻振蕩器頻率f=5kHz ,峰峰值VP-P=5V （用示波器測量。提示：

22、正確選擇雙蹤示波器的“觸發”方式及其它設置，觸發源選擇內觸發CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.1mS10S范圍內選擇、觸發方式選擇AUTo ;垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC靈敏度VOLTS/DIV在1V5V范圍內選擇。當CH1 CH2輸入對地短接時移動光跡線居中后再去測量波形。）。調節相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個波形。到此，相敏檢波器電路已調試完畢，以后不要觸碰這個電位器鈕。關閉電源。VI 川：訂氈寫化im氣>= o冋馬|皆礙AC DCIWI 7 Jthlt+.1, F-IT'Jl圖14 2相敏檢波器電路調試接線

23、示意圖1、調節測微頭的微分筒，使微分筒的O刻度值與軸套上的IOmm刻度值對準。按圖14 3示意圖安裝、接線。將音頻振蕩器幅度調節到最小（幅度旋鈕逆時針輕轉到底）；電壓表的量程切換開關切到 20V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關。圖143差動變壓器測位移組成、接線示意圖3、 調節音頻振蕩器頻率 f=5KHz、幅值VP-P=2V （用示波器監測）。4、松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動變壓器銜鐵的位移方向移動測微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動變壓器銜鐵明顯偏離L1初級線圈的中點位置，再調節移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在1V

24、50mV范圍內選擇監測）。再慢悠悠仔細移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅 值盡量為最小（盡量使銜鐵處在 L1初級線圈的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。5、調節差動變壓器實驗模板中的FWI RW2（二者配合交替調節）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應調節示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。6、調節測微頭的微分筒，每隔 X=0.2mm從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入下表14。表14差動變壓器測位移實驗數據（表格不夠自己加）X(mm)-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.2V(mV)310280250220190160130

25、90603000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.002050801101401702002302602907、根據表14數據作出實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S= V/X與線性度及測量范圍。實驗完畢關閉電源開關。數據分析：系統靈敏度S= V/ X=149.6線性度 = m/yFS × 100% =1.26 %五、思考題：差動變壓器輸出經相敏檢波器檢波后是否消除了零點殘余電壓和死區？從實驗曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性嗎？答：消除了 ，可以得出檢相特性。（三）電渦流傳感器位移實驗一、實驗目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理：電

26、渦流式傳感器是一種建立在渦流效應原理上的傳感器。三、需用器件與單元：主機箱中的± 15V直流穩壓電源、電壓表；、電渦流傳感器實驗模 板、電渦流傳感器、測微頭、被測體 （鐵圓片）、示波器。四、實驗步驟：1、觀察傳感器結構，這是一個平繞線圈。調節測微頭的微分筒，使微分筒的O刻度值與軸套上的5mm刻度值對準。按圖224安裝測微頭、被測體鐵圓片、電渦流傳感器（注意安裝順序：首先將測微頭的安裝套插入安裝架的安裝孔內，再將被測體鐵圓片套在測微頭的測桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測微頭安裝套使被測體與傳感器端面相帖并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘），再按圖22 4示意接線。圖224電渦

27、流傳感器安裝、按線示意圖主機¾2、將電壓表量程切換開關切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源，記下電壓表讀數，然后逆時針調節測微頭微分筒，每隔01mm讀一個數，直到輸出 Vo變化很小為止并將數據列入表22 （在輸入端即傳感器二端可接示波器觀測振蕩波形）。表22電渦流傳感器位移 X與輸出電壓數據（表格不夠自己加）X( mm5.8705.9706.0706.1706.2706.3706.4706.5706.6706.770VD(V)0.0000.0570.1660.2780.3960.5170.6390.7610.8861.015X( mm6.8706.9707.0707.1707

28、.2707.3707.4707.5707.6707.770Va(V)1.1471.2821.4151.5471.6871.8281.9712.1202.2602.410X( mm7.8707.9708.0708.1708.2708.3708.4708.5708.6708.770Va(V)2.5602.7102.8603.0103.1603.3103.4503.6003.7403.890X( mm8.8708.9709.0709.1709.2709.3709.4709.5709.6709.770Vo(V)4.0304.1804,3204.4604.6004.7404.8705.0105.1405

29、.270X( mm9.8709.97010.07010.17010.27010.37010.47010.57010.67010.770Vo(V)5.4005.5305.6505.7705.8906.0106.1306.2406.3506.450X( mm10.87010.97011.07011.17011.27011.37011.47011.57011.67011.770Vo(V)6.5806.6906.8006.8906.9907.0907.1807.2707.3407.430X( mm11.87011.97012.07012.17012.27012.37012.47012.57012.67012.770Vo(V)7.5107.5907.6607.7307.8007.8707.9408.0008.0608.130X( mm12.87012.97013.07013.17013.27013.37013.47013.57013.67013.770Vo(V)8.1908.2508.3108.3608.4108.4708.5308.5808.6308.680X( mm14.77015.77016.77017.77018.770Vo(V)9.0909.4109