传感器综合实验

传感器综合实验报告

(2014-2015年度第二学期)

名称：传感器综合实验报告

题目：利用传感器测量重物质量

院系：自动化系

班级：测控1201班

姓名：蔡文斌

小组成员：蔡文斌、蒋丽涛

指导教师：仝卫国

实验周数：1周

成绩：

日期：2015年7月

12日

传感器综合实验报告

一、实验目的

1、了解各种传感器的工作原理与工作特性。

2、掌握多种传感器应用于电子称的原理。

3、根据不同传感器的特性，选择不同的传感器测给定物体的重量。

4、能根据原理特性分析结果，加深对传感器的认识与应用。

5、测量精度要求达到1%。

二、实验设备、器材

1、金属箔式应变片传感器用到的设备：

直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、直流数字电压表。

2、差动变压器用到的设备：

差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微器。

3、霍尔传感器用到的设备：

音频振荡器、电桥、霍尔传感器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表。

三、传感器工作原理

1、金属箔式应变片传感器工作原理：

应变片应用于测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。

实验中，通过旋转测微器可使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片的受力情况不同，将应变片接于电桥中即可使双平衡的位移转换为电压输出。电桥的四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、

△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4

成正比。当E和电阻相对变化一定时，电桥输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

2、差动变压器的工作原理

由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P，二个级线圈S1 和S2 组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布,从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。测出电压信号就能测出位移信号，通过位移测量物体重量。

3、霍尔传感器的工作原理：

霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成的梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件——霍尔片通过底座连接在振动台上。当霍尔片通以恒定的电时，霍尔元件就有电压输出。改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上、下移动，输出的霍尔电势U值取决于其在磁场中的位移量Y，所以由霍尔电势的大小便可获得振动台的静位移。

四、传感器特性测试

（一）、金属箔式应变片传感器特性测试

1、实验步骤

按图接线，图中R1和R3为拉伸应变片，R2和R4为压缩应变片，接成一个直流全桥。调好桥路输出的零点，装上测微器，旋紧固定螺钉，转动测微器，使梁处于水平位置，即此时电压表指示为零，记录测微器的读数。然后向上旋动测

微器6mm，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，每往下1mm记下一个数值，到水平下6mm。

2、特性分析实验数据记录与处理

根据数据利用EXCLE画出特性曲线为：

从特性曲线可以看出，金属箔式应变片传感器输出电压与位移之间几乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。利用EXCLE绘出其拟合直线：

其拟合曲线方程为：y=-15.764x-1.1538。

拟合曲线和测量曲线基本吻合，可以利用该特性将金属箔式应变片传感器应用于电子秤，在线性范围内可以用于称未知重量的物体质量。

（二）、差动变压器的特性测试

1、实验步骤

按图接线，使音频振荡器输出频率为5kHz，其峰—峰值为1.5V，差动放大器的增益旋钮调到最大，旋转测微器，调节电桥WD、WA 电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。旋动测微仪，带动衔铁向上4mm，向下4mm 位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。

2、特性分析实验数据记录与处理

位

移

4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

电压8.7

7

8.5

4

8.2

2

7.7

5

6.9

5

5.6

4.2

2

2.8

1

1.4

1

位

移

0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0

电压0.0

1

-1.3

7

-2.7

9

-4.1

4

-5.4

8

-6.5

6

-7.1

1

-7.4

7

-7.7

8

根据数据利用EXCLE画出特性曲线为：

从特性曲线可以看出，差动变压器位移在（-3~3）之间输出电压与位移之间几乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。因此可以在这段取其拟合直线，其拟合直线为：

其拟合直线方程为：y=2.7024x+0.0252

拟合曲线和部分测量曲线基本吻合，可以利用该特性将金属箔式应变片传感器应用于电子秤，在该线性范围内可以用于称未知重量的物体质量。

（三）霍尔式传感器特性测试

1、实验步骤