1) 差动螺管式电感传感器位移测量

一、是非题１．动向特点好的传感器应拥有很短的瞬态响应时间和很窄的频率响应特点。

（× ）２．幅频特点是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。

（√ ）３．一阶系统的时间常数越小越好。

（√ ）４．二阶系统固有频率ωn 越小越好。

（×）５．二阶系数的固有频率ωn 越大，可测量的信号频率范围就越宽。

（√ ）６．信号经过一阶系统后的幅值减小，相位滞后。

（√）７．传感器的相频特点φ(j ω)表示了信号各频率重量的初相位和频率间的函数关系。

（× ）８．能完成参量感觉和变换的装置称之为传感器。

（√）９．传感器的矫捷度与量程呈反比。

（√）１０．为提高测试精度，传感器的矫捷度越高越好。

（× ）１１．传感器的线性范围越宽，表示其工作量程越大。

（√）１２．测量小应变时，应采用矫捷度高的金属丝应变片，测量大应变时，应采用矫捷度低的半导体应变片。

（× ）１３．依照压电效应，在压电资料的任何一个表面施加力，均会在相应的表面产生电荷。

（×）１４．压电式加速度传感器由于产生的是静电荷，且自己内阻很大，故不能够用一般电表测量。

（√）１５．用差动变压器式电感传感器作位移测量时，依照其输出就能鉴识被测位移的方向的正负极性。

（√ ）１６．变缝隙式电容或电感传感器，只要满足△ d<<d 0的条件，则矫捷度均可视为常数。

（√）１７．由同一资料组成的热电偶，即使两端点温度不等，也不会形成热电势。

（√）１８．用热电偶测温时，冷端温度的改变对测量结果是有影响的。

（√）１９．直流电桥的平衡条件是R1R3 ＝ R2R4。

其电桥矫捷度是供桥电源的函数。

（√ ）２０．交流电桥达到平衡时条件必定满足z1 z2 z3 z4， 1 2 34。

（×）２１．交流电桥可测静态应变，也可测动向应变。

（√）２２．调频波是频率不变，幅值也不变的已调波。

（× ）２３．电压放大器的连接电缆长度发生变化时，仪器的矫捷度不发生变化。

湖北省高等教育自学考试实践（技能）课程大纲课程名称：传感器与检测技术（实践）课程代码：02203一、实践能力的培养目标传感器与检测技术（实践）是电子信息工程专业核心课程传感器与检测技术配套的实践课程。

通过实验巩固和消化理论课程内容，掌握常用的传感器的基本工作原理与特点，熟悉传感检测系统的构成，包括中间转换电路、微机接口、信号分析、检测数据的处理和分析方法，拓宽学生的知识领域，锻炼学生的实践技能，培养学生独立处理问题和解决问题的能力，培养学生科学的工作作风。

二、实践（技能）课程教学基本要求。

（含学时、学分要求）学分：1 学时：18本实验课程侧重于对传感器的工作原理和特性的理解，理解传感器的各种技术参数，能够识别并解决常见的电路问题，实验教学内容可参考以下实验目标安排设计型实验，通过实验达到提高学生实践基本技能综合训练的目的。

（1）通过常用参量型传感器（电阻式、电容式、电感式）性能测试实验，掌握参量型传感器的工作原理和输出特征；（2）通过压力传感器静态标定实验，掌握压力传感器静态标定方法，学习标定数据处理及传感器特性指标的计算方法；（3）通过温度传感器校准实验，掌握温度传感器的使用方法和校准方法。

（4）了解霍尔传感器的基本结构及原理，通过实验掌握霍尔传感器直流激励特性。

三、实践（技能）课程教学参考教材参考教材：传感器与检测技术，樊尚春，张建民主编，机械工业出版社。

四、实践（技能）考核的场所、设备、师资要求考核场所：专用传感器实验室设备要求：传感器系统综合实验台，具有主要功能：装有磁电、压电加速度、半导体应变、金属箔式应变、衍射光栅等传感器，信号源、温控电加热器、显示仪表、电动气压源、数据采集及通信接口等。

可支持电感、电容、霍尔、光纤、电涡流等传感器在模块上做静态位移实验，也可安装在主机的振动台上做动态性能测试。

师资要求：具有高校教师资格的电气类专业教师五、实践（技能）考核的项目名称、考核目标、考核内容、考核方法项目1：金属箔式应变计性能——应变电桥考核目标：观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式，测试应变梁变形的应变输出，比较各桥路间的输出关系。

作业4 位移传感器与位移测试班级：姓名：学号：成绩：一、填空题1、金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于，前者利用金属丝的几何变形(应变效应)引起的电阻变化，后者利用半导体材料的电阻率变化(压阻效应)引起的电阻变化。

2、差动变压器式电感传感器的基本原理是利用了电磁感应中的互感现象。

3、为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用差动工作方式。

4、金属导体置于交流磁场中，导体表层产生闭合的电流，利用该原理制作的传感器称为电涡流传感器。

这种传感器只能测量金属导体物体。

5、光栅式传感器是依靠莫尔条纹的三大特性: 位移的放大特性，栅距误差的平均效应和__莫尔条纹运动与光栅运动的一一对应关系（光栅栅距与莫尔条纹间距的对应关系）__来进行位移的精密测量的。

6、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上输出电压不为零，这个不为零的电压称为零点残余电压；利用差动变压器测量位移时，如果要求区别位移方向可采用差动整流电路或相敏检波电路。

7、电容式和电感式传感器常采用差动式结构，其作用是提高灵敏度，减少非线性度。

二、选择题1. 能够感受湿度的电容式传感器属于变 D 的电容式传感器。

A电阻率 B 相对面积 C 极距 D 介质2. 可变磁阻式传感器的灵敏度S与气隙长度δ有关，δ B灵敏度越高。

A 越大B 越小C 速度越快D 速度越慢3.为了提高自感式传感器灵敏度和线性度，实际应用时常采用D 工作方式。

A同步 B异步 C共模输入 D差动4. 不能用涡流式传感器进行测量的是 D 。

A位移 B材质鉴别 C探伤 D非金属材料5.电阻应变片的输入为 B 。

（A）力（B）应变（C）速度（D）加速度6．为减少变极距型电容传感器灵敏度的非线性误差,应选用 C 类型的传感器为最好。

（A）大间距（B）高介电常数（C）差动式（D）小间距7.金属丝应变片在测量构件应变时，电阻的相对变化主要由 B 来决定的。

电感式位移传感器实例1.1引言测量技术是实现超精加工的前提和基础。

精密加工和超精密加工过程中不仅要对工件和表面质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度，如果没有权威性的测控技术和仪器，就不能证实所达到的加工质量。

加工和检测是不可分的，测量是对加工的支持，无论多么精密的加工，都必须用更为精密的测量技术作保障。

因此，位移测量的精密和超精密测量已经成为整个超精密加工体系中一项至为关键的技术。

检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。

任何生产过程都可以看作是“物流”和“信息流”组合而成，反映物流的数量、状和趋向的信息流则是人们管理和控制物流的依据。

人们为了有目的地进行控制，首先必须通过检测获取有关信息，然后才能进行分析判断以便实现自动控制。

所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人来完成检测、分析、判断和控制工作。

一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息获取、信息转换、信息处理、信息传送及信息执行等功能。

在实现自动化的过程中，信息的获取与转换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将被控对象的各项参数检测出来并转换成易于传送和处理的信号，整个系统才能正常地工作。

因此，自动检测与转换是自动化技术中不可缺少的组成部分。

检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟式、数字式向智能化方向发展。

带有微处理机的各种智能化仪表已经出现，这类仪表选用微处理机做控制单元，利用计算机可编程的特点，使仪表内的各个环节自动地协调工作，并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表，把检测技术自动化推进到一个新水平。

1.2传感器介绍传感器是获取被测量信息的元件，其质量和性能的好坏直接影响到测量结果的可靠性和准确度，衡量其质量的特性有许多，主要包括静态和动态两个方面。

当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为输入量和输出量都和时间无关。

表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定的性能参数为静态特性；当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输人量和输出量之间的动态关系。

位移传感器位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。

电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。

位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。

小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。

其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

电容位移传感器是一种非接触电容式原理的精密测量仪器，能将被测物理量(位移、压力等)的变化转换成电容量变化的元件，通过检测电路再把电容量的变化换成电信号(电压、电流或频率)。

它与其他传感器相比，具有一系列突出的优点:结构特别简单，能实现无接触测量。

采用合适的检测电路，可以做到灵敏度高、分辨力强、能分辨微小的位移。

由于电容传感器只需输入极小的功率，而且在移动过程中没有摩擦和几乎没有相互作用力，因而特别适用于地震仪器。

当然电容式传感器有它的缺点:容易受外界干扰和分布参数的影响。

随着电子技术的飞快发展，克服了电容式传感器中所存在的一些技术问题，获得了广泛的应用。

近几年来，在地震仪器上也开始了应用电容式传感器。

电容位移传感器还具有一般非接触式仪器所共有的无磨擦、无损磨和无惰性特点外，还具有信噪比大，灵敏度高，零漂小，频响宽，非线性小，精度稳定性好，抗电磁干扰能力强和使用操作方便等优点。

在国内研究所，高等院校、工厂和军工部门得到广泛应用，成为科研、教学和生产中一种不可缺少的测试仪器。

实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的1、了解差动变压器式电感传感器的基本原理及工作情况。

2、了解差动变压器式电感传感器测量系统的组成和作用。

二、基本原理差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。

差动变压器器的结构如图2-1所示，由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个衔铁4组成。

差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移的变化而变化。

由于把二次绕组反相串接（同名端相接），以差动电势输出，所以称为差动变压器式电感传感器。

图2-1 差动变压器结构示意图图2-2 差动变压器等效电路图当差动变压器工作在理想状态下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图2-2所示。

当衔铁处于中间位置，两个次级线圈互感相同，因而产生的感应电势相同。

由于二次绕组反相串接，所以差动输出电势为零。

当衔铁移向一侧，这时输出电势不为零，位移越大，输出电动势越大。

当衔铁移向另一侧，由于移动方向改变，所以输出电动势反相。

因此，可以通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移的大小和方向。

差动变压器的输出特性曲线如图2-3所示。

图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2 为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。

E2的实线表示理想的输出特性，虚线为实际的输出特性。

E0为零点残余电势。

图2-3 差动变压器输出特性三、所需单元和部件差动变压器式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、V/F表、测微器、双线示波器。

四、注意事项1．音频振荡器的信号必须从“LV”输出端输出。

2．差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式。

3．为了便于观察，实验中需要调节示波器的灵敏度。

4．检查所有处理电路单元的开关按钮在释放位（关状态）；5．根据图2-4连接好测量电路后，经同伴检查确认，才可打开电源进行调整及测量工作，以免烧毁仪器元件。

基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计沈阳航空航天大学自动化学院摘要：虚拟仪器是基于计算机的仪器。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

这种结合有两种方式。

一种方式是计算机装入仪器，典型例子就是智能化仪器。

另一种方式就是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

本次课程设计是基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计，它的主要内容是在LabVIEW 平台上设计虚拟位移计，其中的功能包括数据的采集、数据的拟合，数据的处理，以及超值报警功能。

相比以前的方法，本方法简单可用，而且比较精确。

关键词：差动式电感数据采集虚拟位移计超值报警曲线拟合虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。

自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。

使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。

虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。

虚拟仪器有四大优点1、性能高2、扩展性强 3、开发时间少 4、无缝集成虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。

虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分： 1仪器面板控制软件 2数据分析处理软件 3仪器驱动软件 4通用I/O接口软件1 总体方案设计图1为总体原理框图：图1 虚拟位移计的原理框图总体电路的工作原理是进行差动螺管式电感传感器实验，测量出相应的数据，然后经过软件程序进行数据采集、曲线拟合、数据处理、阈值比较等几大部分，将实验得到的数据拟合得到拟合曲线，并且可以显示出系数的具体数值，并判断是否超出预设范围，超出则报警，报警灯亮。

模拟式传感器测量位移的原理由于电容式、电感式传感器在原理上有相像之处，以电感式传感器为例来介绍模拟式传感器测量位移的原理。

电感式传感器是基于电磁感应原理，将被测非电量转换为电感量变化的一种结构型传感器。

按其转换方式的不同，可分为自感型和互感型两种，自感型电感传感器又分为可变磁阻式和涡流式。

互感型又称为差动变压器式。

1、可变磁阻式电感传感器典型的可变磁阻式电感传感器的结构如图1所示，主要由线圈、铁心和活动衔铁所组成。

在铁心和活动衔铁之间保持肯定的空气隙，被测位移构件与活动衔铁相连，当被测构件产生位移时，活动衔铁随着移动，空气隙发生变化，引起磁阻变化，从而使线圈的电感值发生变化图1可变磁阻式电感传感器当线圈通以激磁电流时，其自感L与磁路的总磁阻有关，即（1）式中W——线圈匝数；——总磁阻。

假如空气隙较小，而且不考虑磁路的损失，则总磁阻为（2）式中L--铁心导磁长度（m）；--铁心导磁率（H/m）；A--铁心导磁截面积（m2）；--空气磁导率（H／m），--空气隙导磁截面积（）。

由于铁心的磁阻与空气隙的磁阻相比是很小的，计算时铁心的磁阻可以忽视不计，故（3）将式（3）代入式（1），得（4）式（4）表明，自感L与空气隙的大小成反比，与空气隙导磁截面积成正比。

当固定不变，转变时，L与成非线性关系，此时传感器的灵敏度（5）由式（5）得知，传感器的灵敏度与空气隙的平方成反比，愈小，灵敏度愈高。

由于S不是常数，故会消失非线性误差，同变极距型电容式传感器类似。

为了减小非线性误差，通常规定传感器应在较小间隙的变化范围内工作。

在实际应用中，可取。

这种传感器适用于较小位移的测量，一般为0.001～1mm。

此外，这类传感器还常采纳差动式接法。

图2为差动型磁阻式传感器，它由两个相同的线圈、铁心及活动衔铁组成。

当活动衔铁接于中间位置（位移为零）时，两线圈的自感L相等，输出为零。

当衔铁有位移时，两个线圈的间隙为，这表明一个线圈自感增加，而另一个线圈自感减小，将两个线圈接入电桥的相邻臂时，其输出的灵敏度可提高一倍，并改善了线性特性，消退了外界干扰。

差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告实验三电感式传感器实验传感器实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验(一)实验内容1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 (二)实验目的1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 (三)实验原理螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。

(四)实验操做步骤实验项目一、1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。

2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。

3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置(输出为零)，向下每1mm读一个数。

实验项目二、1.按图接线2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。

3.V/F表调至20V档。

4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。

5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态;调节W1、W2，使输出最小(灵敏度最大)。

6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小(CH1示)，再向上移2.5mm。

7.调节移相器使输出最大(CH2示);观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。

8.向下每0.5mm读一个数。

项目一数据表第 1 页共 1 页项目二数据表篇二:传感器与检测技术实验报告准考证号:100214101370 姓名:倪帅彪院校:河南科技大学专业名称:080302机械制造及自动化(独立本科段)《传感器与检测技术》实验报告实验一常用传感器(电感式、电阻式或电容式)静态性能测试一、实验目的:1(进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。