目錄
金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)
金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗(yàn)
金屬箔式應(yīng)變片——全橋性能實(shí)驗(yàn)
差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)
直流全橋的應(yīng)用——電子秤實(shí)驗(yàn)
交流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)
電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實(shí)驗(yàn)
金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能。
- 基本原理
電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減少，且與軸向應(yīng)變成正比，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，ε=ΔL/L為電阻絲長度相對(duì)變化，金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反應(yīng)了相應(yīng)的受力狀態(tài)。對(duì)單臂電橋輸出電壓
U01=EKε/4。
- 需用器件與單元
應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、直流電壓表、±15V電源、
±4V電源、萬用表(自備)。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
1、根據(jù)圖(1-1)應(yīng)變式傳感器的插頭插入應(yīng)變傳感器模塊（Ti）上。傳感器中各應(yīng)變片就接入了模板的左上方的 R1、R2、R3、R4。加熱絲貼在應(yīng)變傳感器上，用時(shí)插入+5V直流電源，可用萬用表進(jìn)行測量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω，加熱絲阻值為 50Ω左右。
?
應(yīng)變式傳感安裝示意圖
2、接入模板電源±15V(從主控臺(tái)引入)，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器 Rw3順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，Vo1與 ?Vi2連接，輸出端 ?Vo2與主控臺(tái)面板上直流電壓表輸入端+相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器 ?RW4，使直流電壓表顯示為零(直流電壓表的切換開關(guān)打到 2V檔)。關(guān)閉主控臺(tái)電源。
3、將應(yīng)變式傳感器連接線接入模塊 Ti，其中一個(gè)應(yīng)變片 ?R1(即模板左上方的 ?R1)接入電橋作為一個(gè)橋臂與 R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7模塊內(nèi)已連接好)，接好電橋調(diào)零電位器 ??Rw1，接上橋路電源±4V(從主控臺(tái)引入)如圖 ?1-2所示。檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)。調(diào)節(jié) ??Rw1，使直流電壓表顯示為零。
?????
?
應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖
| 重量(g) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
| 電壓（MV） |
0.2 |
1.8 |
3.6 |
5.8 |
7.9 |
10 |
12.1 |
14.1 |
16.1 |
- 在電子稱上放置一只砝碼，讀取直流電壓表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的直流電壓表值，直到 200g砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 ?1-1，關(guān)閉電源。
- 根據(jù)表 1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 ?S：S=Δu/ΔW(Δu輸出電壓變化量；ΔW重量變化量)；計(jì)算非線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm為輸出電壓值(多次測量時(shí)為平均值)與擬合直線的最大偏差；yF·S滿量程輸出平均值。
?
擬合曲線圖像
得到的擬合曲線方程為：Y=0.1X+0.2
靈敏度：S=Δu/ΔW=0.14
非線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%=1.6%
五、思考題
單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用： 鄰邊位置
金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
比較半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點(diǎn)。
- 基本原理
不同受力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出
靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)兩片應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓 U02=EK/ε2。
- 需用器件與單元
同實(shí)驗(yàn)一。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
1、傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。做實(shí)驗(yàn)(一)2的步驟，實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零。
2、根據(jù)圖 2-1接線。R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意 ??R2應(yīng)和 R1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反(一片受拉、一片受壓)的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rw1進(jìn)行橋路調(diào)零，實(shí)驗(yàn)步驟 ?3、4同實(shí)驗(yàn)一中 ??4、5的步驟，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表 ?2-1，計(jì)算靈敏度 S=ΔU/ΔW，非線性誤差δf2。若實(shí)驗(yàn)時(shí)無數(shù)值顯示說明 ?R2與 ?R1為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個(gè)應(yīng)變片。
?
應(yīng)變片傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖
| 重量(g) |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
| 電壓(mv) |
1.8 |
3.8 |
5.8 |
7.9 |
10 |
12.1 |
14.1 |
16.1 |
17.9 |
20.1 |
半橋測量時(shí)，輸出電壓與負(fù)載重量的關(guān)系
3.根據(jù)表 2-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 ?S：S=Δu/ΔW(Δu輸出電壓變化量；ΔW重量變化量)；計(jì)算非線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%式中Δm為輸出電壓值(多次測量時(shí)為平均值)與擬合直線的最大偏差；yF·S滿量程輸出平均值。
?
擬合曲線圖像
得到的擬合曲線方程為：Y=0.17X+0.23
靈敏度：S=Δu/ΔW=0.179
非線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%=0.95%
五、思考題
1、半橋測量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片在接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：(1)對(duì)邊？(2)鄰邊的位置？鄰邊
2、橋路(差動(dòng)電橋)測量時(shí)存在非線性誤差，是因?yàn)椋?1)電橋測量原理上存在非線性誤差？(2)應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的？(3)調(diào)零值不是真正為零？
電橋測量存在非線性誤差。
金屬箔式應(yīng)變片——全橋性能實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解全橋測量電路的優(yōu)點(diǎn)。
- 基本原理
全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄煌慕尤豚忂?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1= R2= R3=R4，其變化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4時(shí)，其橋路輸出電壓 ???????????????????????????????????????U03=KEε。
其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到進(jìn)一步改善。
- 需用器件和單元
同實(shí)驗(yàn)一。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。
2、根據(jù)圖 3-1接線，實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表 ??3-1；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。
?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖
表 全橋輸出電壓與負(fù)載重量的關(guān)系
| 重量(g) |
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
| 電壓(mv) |
0.1 |
5.4 |
11.8 |
17.9 |
23.7 |
30.6 |
35.9 |
42.1 |
47.6 |
54.0 |
?
擬合曲線圖
得到的擬合曲線方程為：Y=0.3X-0.19
靈敏度：S=Δu/ΔW=0.3
非線性誤差：δf1=Δm/yF·S×100%=1.11%
五、思考題
?
?
差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解差動(dòng)變壓器的工作原理和特性。
- 基本原理
差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只次級(jí)反向串接(同名端連接)，就引出差動(dòng)輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動(dòng)量。
- 需用器件與單元
差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙線示波器、差動(dòng)變壓器，音頻信號(hào)源(音頻振蕩器)、直流電源、直流電壓表。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
根據(jù)下圖，將差動(dòng)變壓器裝在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀?/p>
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差動(dòng)變壓器電容傳感器安裝示意圖
在模塊上按圖接線，音頻振蕩器信號(hào)必須從主控臺(tái)中的Lv端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為 4～5KHz(可用主控臺(tái)的內(nèi)測音頻來監(jiān)測)。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰一峰值 ?Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X軸為 ?0.2ms/div、Y軸 ??CH1為 ?1V/div)。判別初次級(jí)線圈及次級(jí)線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級(jí)線圈，并設(shè)另外兩個(gè)線圈的任一端為同名端，按圖 10-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動(dòng)時(shí)，觀察示波器中顯示的初級(jí)線圈波形，次級(jí)線圈波形，當(dāng)次級(jí)波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點(diǎn)，而且相位與初級(jí)圈波形(Lv音頻信號(hào) ?Vp-p=2V波形)比較能同相和反相變化，說明已連接的初、次級(jí)線圈及同名端是正確的。圖中(1)、(2)、(3)、(4)為模塊中的實(shí)驗(yàn)插孔。
?
雙線示波器與差動(dòng)變壓器連結(jié)示意圖
旋動(dòng)測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰一峰值 Vp-p為最小。這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，則另一方向位移為負(fù)。從 Vp-p最小開始旋動(dòng)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(10-1)。再從Vp-p最小處反向位移做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，注意左、右位移時(shí)，初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。
差動(dòng)變壓器位移ΔX值與輸出電壓Vp-p數(shù)據(jù)表：
| X(mm)/100 |
-350 |
-300 |
-250 |
-200 |
-150 |
-100 |
-50 |
0mm |
| V(mv) |
740 |
721 |
707 |
689 |
679 |
669 |
656 |
640 |
| X(mm)/100 |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
...... |
| V(mv) |
648 |
656 |
672 |
688 |
712 |
738 |
749 |
...... |
在模塊上按圖10-2接線，音頻振蕩器信號(hào)必須從主控臺(tái)中的 ?Lv端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為4～5KHz(可用主控臺(tái)的內(nèi)測音頻來監(jiān)測)。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰一峰值 ?Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div、Y軸CH1為1V/div)。判別初次級(jí)線圈及次級(jí)線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級(jí)線圈，并設(shè)另外兩個(gè)線圈的任一端為同名端，按圖 10-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動(dòng)時(shí)，觀察示波器中顯示的初級(jí)線圈波形，次級(jí)線圈波形，當(dāng)次級(jí)波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點(diǎn)，而且相位在模塊上按圖 10-2接線，音頻振蕩器信號(hào)必須從主控臺(tái)中的Lv端子輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，輸出頻率為 4～5KHz(可用主控臺(tái)的內(nèi)測音頻來監(jiān)測)。調(diào)節(jié)幅度使輸出幅度為峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器監(jiān)測：X軸為0.2ms/div、Y軸CH1為1V/div)。判別初次級(jí)線圈及次級(jí)線圈同名端方法如下：設(shè)任一線圈為初級(jí)線圈，并設(shè)另外兩個(gè)線圈的任一端為同名端，按圖 10-2接線。當(dāng)鐵芯左、右移動(dòng)時(shí)，觀察示波器中顯示的初級(jí)線圈波形，次級(jí)線圈波形，當(dāng)次級(jí)波形輸出幅值變化很大，基本上能過零點(diǎn)，而且相位。
?
擬合曲線
計(jì)算S=-155.3mv/mm,0.25%；S=-158.3mv/mm,0.55%；
- 思考題
差動(dòng)變壓器測量較高頻率的振幅，例如 1KHz的振動(dòng)幅值，可以嗎？差動(dòng)變壓器測量頻率的上限受什么影響？
答:可以,受鐵磁材料磁感應(yīng)頻率響應(yīng)上限影響。
試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？
答:差動(dòng)變壓器一般用于作為檢測元件，而一般變壓器作為電源變換部件或者信號(hào)轉(zhuǎn)換部件;差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和兩只次級(jí)線圈及鐵心組成，當(dāng)傳感器隨著被測物體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變.換，使次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢的變化，而兩只次級(jí)線圈是同名端相連，就引出差動(dòng)輸出，其輸出電勢反映出來的就是被測體的位移量。而一般電源變壓器就是把連個(gè)線圈套在同一個(gè)鐵心上構(gòu)成的。
直流全橋的應(yīng)用——電子秤實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用電路的標(biāo)定。
- 基本原理
電子秤實(shí)驗(yàn)原理為實(shí)驗(yàn)三的全橋測量原理，通過對(duì)電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，將電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成為一臺(tái)原始電子秤。
- 需用器件與單元
應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變式傳感器、砝碼、±15V電源、±4V電源。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
按實(shí)驗(yàn)一中 2的步驟將差動(dòng)放大器調(diào)零：按圖3-1全橋接線，合上主控臺(tái)電源開關(guān)調(diào)節(jié)電橋平衡電位器 Rw1，使直流電壓表顯示 0.00V。
將 10只砝碼全部置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器 ?Rw3(增益即滿量程調(diào)節(jié))，使直流電壓表顯示為 0.200V(2V檔測量)或-0.200V。
?
實(shí)驗(yàn)接線圖
拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電器 Rw4（零位調(diào)節(jié)），使直流電壓表顯示為 0.000V或-0.000V。
重復(fù) 2、3步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V改為重量量綱g，就可秤重，成為一臺(tái)原始的電子秤。
把砝碼依次放在托盤上，數(shù)據(jù)記錄如下：
| 重量（g） |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
200 |
| 電壓（V) |
0.018 |
0.038 |
0.058 |
0.075 |
0.093 |
0.113 |
0.128 |
0.148 |
0.169 |
0.188 |
?
擬合曲線
由最小二乘法計(jì)算得到：y=0.00107x+0.00091
誤差a=0.0416%
可見本實(shí)驗(yàn)線性度高，傳感效果良好。
- 思考題
分析什么因素會(huì)導(dǎo)致電子秤的非線性誤差增大，怎么消除，若要增加輸出靈敏度，應(yīng)采取哪些措施。
答:環(huán)境因素和實(shí)驗(yàn)器材的校正不準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致非線性誤差增大。通過多次校正，調(diào)節(jié)變位器可消除或減少誤差。若要增加輸出靈敏度可增加相形放大電路。
交流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解交流激勵(lì)時(shí)霍爾片的特性。
- 基本原理
交流激勵(lì)時(shí)霍爾元件與直流激勵(lì)一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。
- 需用器件與單元
霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、直流源?V、±15Ｖ、測微頭、直流電壓表，相敏檢波、移相、濾波模板、雙線示波器。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)十六，實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳线B線見圖 17-1。平衡網(wǎng)絡(luò) C1、R1與霍爾傳感器輸出端之間的連線可暫時(shí)不接。
?
接線圖
調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率和幅度旋扭，從 LV輸出端用示波器測量，使輸出為 1KHZ、峰－峰值為 4V，接入電路中（激勵(lì)電壓從音頻輸出端 LV輸出頻率 1KHZ，幅值為 4V峰－峰值，注意電壓過大會(huì)燒壞霍爾元件）。
移動(dòng)測微頭使霍爾傳感器處于磁鋼中點(diǎn)，先用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最小，接入平衡網(wǎng)絡(luò) C1、R1與霍爾傳感器輸出端之間的連線，調(diào)節(jié)電位器 ?RW1、RW2使示波器顯示更小。
調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器產(chǎn)生一個(gè)較大位移，用示波器觀察相敏檢波器輸出波形，旋轉(zhuǎn)移相單元電位器ＲＷ和相敏檢波電位器ＲＷ，使示波器顯示全波整流波形，且直流電壓表顯示相對(duì)值（電壓表置 2V檔）。
調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器回到磁鋼中點(diǎn)，微調(diào) RW1、RW2與移相/相敏檢波器中的 RW，示為零，然后旋動(dòng)測微頭記下每轉(zhuǎn)動(dòng) 0.2mm或 0.5mm時(shí)電壓表讀數(shù)。記錄如下：
| X(mm) |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
2 |
| V(mv) |
-727 |
-640 |
-550 |
-488 |
-412 |
-322 |
-250 |
-173 |
-99 |
-22 |
| X(mm) |
2.2 |
2.4 |
2.6 |
2.8 |
3 |
3.2 |
3.4 |
3.6 |
3.8 |
4 |
| V(mv) |
55 |
130 |
210 |
289 |
377 |
452 |
544 |
610 |
688 |
755 |
?
擬合曲線
- 思考題
列舉一些霍爾傳感器的應(yīng)用例子。
解:位移測量﹐簡易磁場強(qiáng)度計(jì)﹐用做開關(guān)。
結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)，說明直流激勵(lì)和交流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器進(jìn)行位移測量的特點(diǎn)，并比較直流激勵(lì)和交流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器的靈敏度和非線性誤差。
解:直流激勵(lì)和交流激勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器進(jìn)行測量時(shí)，磁場梯度越大，靈敏度越高。磁場梯度越均勻，輸出的線性度越好。
電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。
- 基本原理
?
- 需要器件與單元
電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、相敏檢波、濾波模板、直流電
壓表、直流穩(wěn)壓源。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
1、按圖 10-1安裝示意圖將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀?/p>
2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，?shí)驗(yàn)線路見圖 14-1。
?
電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖
3、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆?V01與直流電壓表相接，Rw調(diào)節(jié)到中間位置。
4、接入±15V電源，將測微頭旋至 ?10mm處，活動(dòng)桿與傳感器相吸合，調(diào)整測微頭的左右位置，使電壓表顯示最小，并將測量支架頂部的螺釘擰緊，旋轉(zhuǎn)測微頭，每間隔 0.2mm記下位移 ?X與輸出電壓值，填入表 14-1。將測微頭回到 10mm處，反向旋動(dòng)測微頭，重復(fù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
旋動(dòng)測微頭推進(jìn)電容傳感器動(dòng)極板位置
| X(mm) |
8.8 |
9.0 |
9.2 |
9.4 |
9.6 |
9.8 |
10mm |
10.2 |
10.4 |
10.6 |
10.8 |
11.0 |
11.2 |
| V(mv) |
-8.0 |
-7.5 |
-5.4 |
-3.9 |
-1.9 |
-0.7 |
0.01 |
2.3 |
3.3 |
5.1 |
6.6 |
7.9 |
8.9 |
- 根據(jù)表 14-1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差δf。
擬合曲線為
?
| X(mm) |
8.8 |
9.0 |
9.2 |
9.4 |
9.6 |
9.8 |
10mm |
10.2 |
10.4 |
10.6 |
10.8 |
11.0 |
11.2 |
| V(mv) |
-8.0 |
-7.5 |
-5.4 |
-3.9 |
-1.9 |
-0.7 |
0.01 |
2.3 |
3.3 |
5.1 |
6.6 |
7.9 |
8.9 |
| V(mv)擬合 |
-8.276 |
-6.81 |
-5.344 |
-3.878 |
-2.412 |
-0.946 |
0.52 |
1.986 |
3.452 |
4.918 |
6.384 |
7.85 |
9.316 |
| detV |
-0.276 |
0.69 |
0.056 |
0.022 |
-0.512 |
-0.246 |
0.51 |
-0.314 |
0.152 |
-0.182 |
-0.216 |
-0.05 |
0.416 |
?
- 思考題
試設(shè)計(jì)利用ε的變化測谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素？
原理:由于谷物濕度變化，導(dǎo)致介電常數(shù):變化，導(dǎo)致傳感器輸出變化。結(jié)構(gòu):在極板大小不變、間距不變的電容傳感器兩極片中放入并固定谷物。
考慮因素:電容傳感器對(duì)環(huán)境變化特別敏感,當(dāng)谷物濕度發(fā)生變化時(shí)，空氣有可能發(fā)生濕度變化,甚至在探頭表面形成凝結(jié)水,改變探頭到被測谷物的距離。
答:相同點(diǎn):結(jié)構(gòu)與鐵芯、骨架和前副線圈相同，工作原理均為電磁感應(yīng)定律，線圈互感器被轉(zhuǎn)換為電壓輸出。
不同點(diǎn):
（1）磁路不同。普通變壓器磁路中的鐵芯要形成封閉回路，分別與原來的二次線圈耦合;差動(dòng)變壓器磁路是不在鐵芯形成閉合回路，但鐵芯與二次線圈的間隙形成一個(gè)封閉回路,分別與原、副邊環(huán)耦合。
（2）互感系數(shù)不同。普通變壓器互感系數(shù)為常數(shù)，二次側(cè)線圈的差動(dòng)變壓器的互感系數(shù)和互感系數(shù)是可變的，并隨鐵芯位置的變化而變化。
（3）副邊線圈不同。普通變壓器的二次側(cè)線圈具有一個(gè)或多個(gè)彼此獨(dú)立的，差動(dòng)變壓器的二次側(cè)繞組只有2個(gè)，并且彼此相對(duì)。
磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實(shí)驗(yàn)
- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
了解霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。
- 基本原理
利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH=KHIB,當(dāng)被測圓盤上裝上Ｎ只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化 N次，霍爾電勢相應(yīng)變化 N次，輸出電勢通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。
- 需要器件與單元
霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、直流源＋5V、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 2－24V、轉(zhuǎn)動(dòng)源單元、轉(zhuǎn)速表。
- 實(shí)驗(yàn)步驟
- 根據(jù)圖 20-1，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對(duì)準(zhǔn)反射面內(nèi)的磁鋼。
?
霍爾、光電、磁電轉(zhuǎn)速傳感器安裝示意圖
2、將 5Ｖ直流源加于霍爾元件電源輸入端。紅（＋）黑（⊥）綠（F０）
3、將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出端（綠）插入頻率表輸入端。
4、將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中的 2V-24V轉(zhuǎn)速電源引入到臺(tái)面上轉(zhuǎn)動(dòng)源插孔。
5、將等精度頻率表直鍵開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔，此時(shí)頻率表指示轉(zhuǎn)速。
6、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電壓使轉(zhuǎn)動(dòng)速度變化。觀察頻率表轉(zhuǎn)速顯示的變化。
?
實(shí)物圖
?
實(shí)物圖
- 思考題
1．利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上有否限制?
答:有限制。利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速過程中，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)霍爾元件輸出一個(gè)脈沖。如果轉(zhuǎn)速過慢，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的周期過長，大于讀取脈沖信號(hào)的電路的工作周期，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。
2．本實(shí)驗(yàn)裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼?
答:可以。本實(shí)驗(yàn)中的霍爾元件是單級(jí)的，可以用一只磁鋼。但用一只磁鋼可靠性和精度要差于6只磁鋼。
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