PAGEPAGE6傳感實驗總結傳感器技術與應用這門課雖只歷時八周，但這卻是第一次理論與實踐結合能同步的專業(yè)課。實驗室去了兩次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些實驗讓自己所學的理論知識活起來。這次試驗主要做了四個實驗：差動變壓器的位移特性、電容式傳感器的位移特性、電渦流傳感器的位移特性、光纖傳感器的位移特性。下面分別說明：一．差動變壓器的性能實驗１.實驗目的：了解差動變壓器的工作原理及特性。２.基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段和三段式，本實驗是三段式結構。當傳感器隨著被測體移動時，由于初級線圈（做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器原邊）和次級線圈（由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器副邊）之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應電勢產生變化，一只次級感應電勢增加，另一只感應電勢則減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。３.需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器、差動變壓器、音頻信號源、直流電源（音頻振蕩器）、電壓表。４.實驗步驟：根據圖1－1，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。圖1－1差動變壓器電容傳感器安裝示意圖２）在模塊上按圖1－２接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的Lv端子輸出，調節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為4－5KHz（可用主控箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測）。調節(jié)輸出幅度為峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div）。圖中1、2、3、4、5、6為連接線插座的編號。接線時，航空插頭上的號碼與之對應。當然不看插孔號碼，也可以判別初次級線圈及次級同名端。判別初次線圖及次級線圈同中端方法如下：設任一線圈為初級線圈，并設另外兩個線圈的任一端為同名端,按圖1—2接線。當鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當次級波形輸出幅度值變化很大，基本上能過零點，而且相應與初級線圈波形（Lv音頻信號Vp-p＝2ｖ波形）比較能同相或反相變化，說明已連接的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續(xù)改變連接再判別直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）為實驗模塊中的插孔編號。３）旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰－峰值Vp-p為最小，這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，另一個方向位稱為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表1－1，再人Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關系。圖1－2雙蹤示波器與差動變壓器連結示意圖實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓大小。根據表1－1畫出Vop-p－X曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。表1－1差動變壓器位移X值與輸出電壓數據表X(mm)００．２０．４０．６０．８１．０１．２１．４１．６V(mv)００．０２０．０７０．１２０．１４０．１８０．２１０．２４０．２７X(mm)１．８２．０２．２２．４２．６２．８３．０３．２３．４V(mv)０．３００．３３０．３７０．４１０．４２０．４６０．５００．５２０．５６X(mm)３．６３．８４．０４．２４．４４．６４．８５．０５．２V(mv)０．６００．６３０．６７０．６９０．７５０．８００．８４０．８６０．９１X(mm)５．４５．６５．８６．０６．２６．４６．６６．８V(mv)０．９７１．００１．０４１．０９１．１４１．２０１．２３１．２７得圖：經最小二乘法：可知當量程為±1mm時靈敏度分別為：0.187143(mv/mm)、-0.158571(mv/mm)可知當量程為±3mm時靈敏度分別為：0.164265(mv/mm)、-0.158309(mv/mm)可知當量程為±1mm時非線性誤差分別為：0.012952(mv)、0.014286mv)。當組數為16組，改變M、N均為16時?？芍斄砍虨椤?mm時非線性誤差分別為：0.018956(mv)、0.014338(mv)。4.思考題1）用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1KHZ的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什么影響？答：a)不可以。b)受鐵磁材料磁感應頻率響應上限影響。原則上來說沒影響，因為即使磁材料不響應的高頻，線圈本身的磁場還是有互感現(xiàn)象，只不過早已偏離了線性區(qū)域了，得到的結論也不準了，需要修正才行。2）試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：異：a)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。b)一般E型變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）是固定在一起不動的緊耦合。而差動變壓器的2個E型鐵芯（磁芯）隨工作需要移動或者旋轉。同：a)一般E型變壓器和差動變壓器有2個鐵芯（磁芯）。二．電容式傳感器的位移特性實驗１.實驗目的：了解電容式傳感器結構及其特點。２.基本原理：利用平板電容C=εA/d和其它結構的關系式，通過相應的結構和測量電路可以選擇ε、A、d三個參數中，保持兩個參數不變，而只改變其中一個參數，則可以有測谷物干燥度（ε變），測微小位移（d變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。３.需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、相敏檢波、濾波模板、數顯單元、直流穩(wěn)壓源。４.實驗步驟：按圖1－1安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上，判別CX1和CX2時，注意動極板接地，接法正確則動極板左右移動時，有正、負輸出。不然得調換接頭。一般接線：二個靜片分別是1號和2號引線，動極板為3號引線。將電容傳感器電容C1和C2的靜片接線分別插入電容傳感器實驗模板Cx1、Cx2插孔上，動極板連接地插孔（見圖1－3）。圖1－3電容傳感器位移實驗接線圖將電容傳感器實驗模板的輸出端Vo1與數顯表單元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw調節(jié)到中間位置。接入±15V電源，旋動測微頭推進電容器傳感器動極板位置，每間隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表1－2。表1－2電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm)3455.56.06.57.07.57.7V(mv)1.0930.9870.8650.7880.7230.6620.5950.5340.521X(mm)V(mv)0.4960.4700.4390.4140.3920.3610.3340.3050.281X(mm)9.79.910.110.310.510.710.911.111.3V(mv)0.2530.2250.1990.1710.1430.1160.0890.0600.032X(mm)11.511.711.912.112.312.512.712.913.1V(mv)0.005-0.024-0.052-0.079-0.108-0.135-0.163-0.193-0.221X(mm)13.313.513.713.914.114.314.514.714.9V(mv)-0.250-0.278-0.308-0.334-0.364-0.392-0.419-0.451-0.478X(mm)15.115.315.51616.51717.51819V(mv)-0.505-0.535-0.575-0.635-0.703-0.773-0.864-0.913-1.040得圖：根據表1－2數據計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差δf。經最小二乘法和非線性誤差的定義編輯程序有：得：可知系統(tǒng)靈敏度為：S=-0.137076(mv/mm)非線性誤差δf=0.067596(mv)思考題：試設計利用ε的變化測谷物濕度的傳感器原理及結構？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？三．電渦流傳感器的位移特性１.實驗目的：了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。２.基本原理：通以高頻電流的線圈產生磁場，當有導電體接近時，因導電體渦流效應產生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。３.需用器件與單元：電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、直流電源、數顯單元、測微頭、鐵圓片。４.實驗步驟：根據圖1-4安裝電渦流傳感器。圖1-4電渦流傳感器安裝示意圖圖1-5電渦流傳感器位移實驗接線圖觀察傳感器結構，這是一個平繞線圈。將電渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件。在測微頭端部裝上鐵質金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。將實驗模板輸出端Vo與數顯單元輸入端Vi相接。數顯表量程切換開關選擇電壓20V檔。用連結導線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標有＋15V的插孔中。使測微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關，記下數顯表讀數，然后每隔0.2mm讀一個數，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結果列入表1-3。表1-3電渦流傳感器位移X與輸出電壓數據X（mm）V(v)1.592.182.763.263.744.154.534.845.13X（mm）V(v)5.375.605.795.966.126.256.366.476.56X（mm）10.110.310.510.710.911.111.311.511.7V(v)6.636.716.776.836.896.936.987.017.05X（mm）11.912.112.312.512.712.913.113.313.5V(v)7.007.217.23X（mm）13.713.914.114.314.514.714.915.115.3V(v)7.247.257.277.287.297.307.317.317.31X（mm）15.515.715.916.116.316.516.716.917.1V(v)7.327.337.347.347.357.357.367.377.37X（mm）17.317.517.717.918.118.318.518.718.9V(v)7.377.387.387.387.397.397.397.397.39根據表1-3數據，畫出V－X曲線，根據曲線找出線性區(qū)域及進行正、負位移測量時的最佳工作點，試計算量程為1mm、3mm及5mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。由曲線圖可知線性區(qū)域為（6.5，7.7）進行正、負位移測量時的最佳工作點為（7.1，3.26）結果：由上可知，當量程為1mm時靈敏度為：2.568522(v/mm)線性度為：0.080928(v)由上可知，當量程為3mm時靈敏度為：1.545062(v/mm)線性度為：0.694281(v)由上可知，當量程為5mm時靈敏度為：0.971299(v/mm)線性度為：1.420599(v)思考題：電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量±5mm的量程應如何設計傳感器？用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據量程使用選用傳感器。被測體材質對電渦流傳感器特性有無影響？被測體面積大小對電渦流傳感器特性有無影響？四．光纖傳感器的位移特性實驗實驗目的：了解光纖位移傳感器的工作原理和性能?；驹恚罕緦嶒灢捎玫氖莻鞴庑凸饫w，它由兩束光纖混合后，組成Y型光纖，半園分布即雙D型一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一束端部與光電轉換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距X，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經被測體反射回來，另一束光纖接收光信號由光電轉換器轉換成電量，而光電轉換器轉換的電量大小與間距X有關，因此可用于測量位移。需用器件與單元：光纖傳感器、光纖傳感器實驗模板、數顯單元、測微頭、直流源、反射面。實驗步驟：1)根據圖1-6安裝光纖位移傳感器，二束光纖插入實驗板上的座孔上。其內部已和發(fā)光管D及光電轉換管T相接。圖1-6光纖傳感器安裝示意圖2)將光纖實驗模板輸出端VO1與數顯單元相連，見圖1-7。圖1-7光纖傳感器位移實驗接線圖3)調節(jié)測