《传感器与测试技术》
实验报告
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班级: 13春机械本
实验一：电涡流式传感器实验
一、实验目的
1、了解电涡流传感器的实际应用。
2、了解电涡流传感器在静态测量中的应用。 3、了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。
4、通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。
5、通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响。 二、实验电路图及原理：
图(1)
电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。 三、实验所需部件：
测微头、示波器、电压表、电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、三种金属涡流片。 四、实验步骤：
1．按图连线，差动放大器调零，将电涡流传感器对准金属圆盘。
2．旋转测微器旋钮移动振动台，使电涡流传感器与金属片接触，此时涡流变换器的输出
电压为零，由此开始向上旋转测微器旋钮，每隔0.5mm用电压表读取变换器的输出电压，将数据填入表1。
3．分别将铜片和铝片代替铁片，重复2的实验结果分别填入表2和表3。
4．将电涡流传感器连支架移到金属转盘上方，调整到其端面距盘面～1.0mm处，注意保
持其端面与盘面的平行，不可碰擦。
5．涡流变换器的输出端与数字频率表相连，开启电机，调节转速，则电机转速可由下式
得到：电机转速＝频率表显示值/金属转盘等分值×2 （本实验中等分值为4） 五、实验数据及分析:
表1 电涡流传感器对铁片的输出特性
距离 0 （mm） 输出 （v） 表2 电涡流传感器对铜片的输出特性 距 离0 （mm） 输 出 （v） 表3 电涡流传感器对铝片的输出特性
距离0 （mm） 输出 （v）
实验二：电阻应变式传感器实验
一．实验目的
1、熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用。
2、比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度。 3、通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理。 4、比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度。 二．实验内容
1、半导体应变式传感器位移测量电路。
2、单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路。 三．实验步骤
1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。
如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。
2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V。
图（1）
测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
3、接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。 （1）旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm，测微头每移动1mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。
＋4V R R2 ＋ WD －4V R3 R1 － V （2）计算各种情况下测量电路的灵敏度S。
S＝△U／△x
表1 金属箔式电阻式应变片单臂电桥 位移x（mm） 输出U0（mV） 平均灵敏度S（mV/mm） -6 -5 -4 120 -3 85 -2 54 -1 30 0 1 2 3 4 5 6 4 -34 -74 -108 -147 -184 -235 表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥 位移x（mm） 输出U0（mV）
-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 236 180 123 59 0 -53 -108 -163 -222 -282 -339 平均灵敏度S（mV/mm） 表3 半导体应变片双臂电桥 位移x（mm） -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 输出U0（mV） 5580 4050 2610 1290 10 -980 -2370 -3770 -5300 -6810 -8360 平均灵敏度S（mV/mm）
1394 实验三：电容式传感器的位移实验
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（极板面积）、d（极板距离）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。
图4-1 电容传感器位移实验接线图
三、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3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。
3、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。
4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左
右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。
表4-1电容式传感器位移与输出电压的关系
X（mm） V（mv） X（mm） V（mv）
8
12
27
9
11
10
5、根据表4-1数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。 灵敏度S=△v/△x=+/19/=mm
误差来源：（1）原理上存在非线性误差。
（2）电容式传感器产生的效应是非线性的。
（3） 零点偏移。
五、思考题：
试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器，能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
D d 电极棒 容器壁
故一般不采用双层电极，而用电极棒和容器壁组成电容传感器两极。
答：（1）图所示电容式谷物传感器，用来测量谷物湿度。由于谷物摩擦力较大，容易滞留，
（2）谷物湿度的变化会引起介电常数ε变化，电容变化和介电常数ε变化的关系：
△C=2π△εA/δ（A和δ已知）
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