基本传感器实验报告.docx
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基本传感器实验报告
实验一电容式位移传感器位移测量实验
一、实验目的：
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理：
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（面积）、d（截距）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量（C）发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：
①变ε的湿度电容传感器。
②变d的电容式压力传感器。
③变A的电容式位移传感器。
本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
三、需用器件与单元：
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
四、实验步骤：
1、按图（1-1）将电容传感器装于实验模板上，用专用电容连接线连接电容传感器与实验模块。
2、实验接线见图（1-1），将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。
图（1-1）
3、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处并传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，将测量支架顶部的镙钉拧紧,旋动测微头，每间隔0.2mm或0.5mm记下输出电压值（V），填入表1-1。
表1-1:
容式传感器位移与输出电压的关系
位移（mm）
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
-ΔX
←
0
+ΔX
→
0.5
1.0
1.5
2.0
电压（Vp-p）
0.057
0.060
0.061
0.064
Vmin
0.067
0.068
0.070
0.073
0.075
4、将测微头旋回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程填入表1-1。
图（4-1）
∙根据表1-1数据计算电容传感器的灵敏度S，分析误差来源。
灵敏度S=0.00443V/mm
五、实验小结
根据所得的实验数据和结果，我们可以算出该传感器的灵敏度，在实验过程中，记录数据的时候必须要等电压表稳定下来在记录这样可以减小实验误差。
遵守实验规则。
最后记录
实验二电涡流传感器位移实验
一、实验目的：
了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：
通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。
三、需用器件与单元：
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、实验步骤：
1、根据图2－１安装电涡流传感器。
2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。
3、按图2-2将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。
４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。
数显电压表量程置20V档。
图2-1
图2-2
６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。
７、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，旋转测微每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表2-1。
表2-1：
电涡流传感器位移与输出电压数据
位移X（mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
电压（V）
2.27
2.85
3.36
3.83
4.24
4.60
4.91
5.19
5.56
5.77
5.96
位移（mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
电压（V）
6.12
6.33
6.56
6.66
6.75
6.83
6.91
6.97
7.09
7.08
7.13
位移（mm）
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
电压（V）
7.17
7.21
7.24
7.27
7.31
7.34
7.38
7.40
7.43
7.46
7.51
8、根据表2-1数据，画出V-X曲线，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度
该铁片的灵敏度为0.682
∙实验小结
1.按照实验原理图搭建电路图并检查是否安装正确
2.金属片应当仅仅与电涡流式传感器仅仅贴合并记录初始值
3.由绘制的V-X图可知，当铁片慢慢远离电涡流式传感器时，电压会逐渐增大，最后会达到稳定。
4.根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，这就是电涡流效应
5.电涡流传感器具有较高的线性度，且是非接触式的，故灵敏度较高，能准确采集各种参数，用途广泛。
6.从图中的波形来看我们可以算出该铁片的灵敏度。
实验三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验
一、实验目的：
了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。
二、基本原理：
影响涡流效应的强弱除了上面提及的因素外，与金属导体本身的电阻率和磁导率也有关系，因此不同的材料就会有不同的涡流效应，从而改变电涡流传感器的测量性能。
三、需用器件与单元：
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片，铜圆片
四、实验步骤：
1、根据图3－１安装电涡流传感器。
2、按图3-2将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。
４、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。
数显电压表量程置20V档。
图3-1
图3-2
６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。
７、移动测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，旋转测微每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表3-1。
8、将原铁圆片换成铜圆片。
3、重复上述实验步骤，并将数据记录在表3-2
表3-1：
被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据：
位移X（mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
电压（V）
2.76
2.76
3.01
3.56
3.99
4.42
4.77
5.08
5.38
5.62
5.84
位移X（mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
电压（V）
6.03
6.21
6.36
6.48
6.60
6.70
6.78
6.86
6.92
6.99
7.04
位移X（mm）
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.8
电压（V）
7.10
7.15
7.19
7.22
7.25
7.25
7.28
7.31
7.31
7.32
7.33
表3-2：
被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据：
位移X（mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
电压（V）
2.27
2.85
3.36
3.83
4.24
4.60
4.91
5.19
5.56
5.77
5.96
位移（mm）
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
电压（V）
6.12
6.33
6.56
6.66
6.75
6.83
6.91
6.97
7.09
7.08
7.13
位移（mm）
4.4
4.6
4.8
5.0
5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
电压（V）
7.17
7.21
7.24
7.27
7.31
7.34
7.38
7.40
7.43
7.46
7.51
4、比较铜片和铁片的灵敏度
铁片的灵敏度为：
0.645
铜片的灵敏度为：
0.682
图为被测物体为铁片时电压与位移的输出关系图
图为被测物体为铜片时电压与位移的输出关系图
5、将上述铜片、铁片换成非金属材料，实验出现什么结果。
答：
灵敏度会变小甚至会变为0
∙实验小结
按照电路图链接好电路之后，开始实验。
注意多测机组数据，这样纸我们就可以更好的计算出这两种金属被测物体的灵敏度并且做出比较，经过比较我可以知道铜片的灵敏度要比铁片的灵敏度要高一点，这可能跟金属的电子活动性有关吧。
实验四压阻式压力传感器压力测量实验
一、实验目的：
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、基本原理：
扩散硅压阻式压力传感器如图（4-1），是在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条并接成电桥。
在压力作用下，基片产生应变，根据半导体的压阻效应，电阻条的电阻率会产生很大变化而引起电阻值的变化，我们把这一变化量引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
图（4-1）
三、需用器件与单元：
压力源（已在主控箱内）、压力传感器实验模块（压阻式压力传感器已安装在模块上）、流量计、三通连接导管、数显表、直流稳压源±4V、±15V。
四、实验步骤：
1、根据图（4-2）连接管路和电路，主控箱内的空气压缩泵、压力缓冲器、流量计之间的管路在内部已接好。
将硬气管一端插入主控箱面板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出）。
软导管与压力传感器接通。
压力传感器有4个引脚，③端接+4V电源，①端接地，②端为V0+，④端为V0-。
2、实验模板上Rw2用于调节零位，Rw1可调放大倍数，模板的放大器输出V02引到主控箱数表的Vi插座，将电压量程显示选择开关拨到20V档，Rw1大约旋至中间，反复调节Rw2使数显表显示为零。
3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮（逆时针旋转），开通流量计。
4、合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮起悬于玻璃管中。
5、逐步关小流量计旋钮（顺时针），使压力表指示在4KPa左右，并记下电压表读数。
6、进一步关小流量计旋钮，压力每上升1KP记下相应的电压表数值并填于下表:
表（4-1）:
压力传感器输出电压与输入压力的关系
压力（Kpa）
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
电压（V）
0.12
0.15
0.18
0.21
0.25
0.28
0.31
0.34
0.38
0.41
0.44
0.45
0.51
0.53
注：
压力可调范围在0—20Kpa左右，实验数据的多少可由实验者自己确定。
7、根据实验一方法，计算本系统的灵敏度
图（4-2）
该传感器的灵敏度为：
0.03178
∙实验小结
过载能力强和抗冲击压力强，适合测量高量程范围的压力变化，尤其在1Mpa以上时，线性很好，精度也很高，并适合测量与应变材料兼容的各类介质
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