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
*名：**
学号：************
指导教师：仝卫国
实验周数：一周
成绩：
日期：2015 年7 月7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、差动变压器：
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。
2、霍尔式传感器：
直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表。
3、电涡流式传感器：
电涡流式传感器、测微器、铝测片、铁测片、铜测片、电压表、示波器。
三、传感器工作原理
1、差动变压器的工作原理：
差动变压器的基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边。而次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，形成变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感变化的基础上。
当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用电桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值（从零点几mv到数十mv）存在，称为零点残余电压。零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区，零点残余电压输出放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。因此需采用适当的方法进行补偿。
2、霍尔式传感器：
霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔
元件——霍尔片通过底座连结在震动台上。当霍尔片通以恒定的电流时，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。
3、电涡流式传感器的工作原理：
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。依据该原理可制成电涡流式传感器电子称。 四、传感器特性测试 （一）差动变压器特性分析：
(1)使音频振荡器输出频率为5kHz ，其峰—峰值p -p V 为1.5V 。差动放大器的增益旋钮调到最大位置，按下图接线。
（2）旋转测微器，使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。观察示波器和数字电压表，调整各调零及平衡电位器D W 、A W ，使数字电压表指零。
（3）使铁芯有个较大的位移，调整移相器使电压表指示为最大，同时用示波器观察相敏检波器的输出波形。
（4）旋转测微器，每旋一周（0.5mm ）记录实验数据，并填入相应的表格 （5）实验所得数据如下： 位移x （mm ） 10.8 11.3
11.8 12.3 12.8 13.3 13.8 电压U （v ） 0.00 0.01
0.03 0.05 0.06 0.06 0.08 位移x （mm ） 14.3 14.8
15.3 15.8 16.3 16.8 17.3
电压U （v ） 0.09 0.11
0.13 0.15 0.16 0.18 0.20
根据试验段数据绘得的特性曲线如下：
（6）由特性曲线的线性关系，当分别放置电池、锁芯、20g 砝码，测得数据即电压显示如下： 初始值：-0.021V 20g 砝码：-0.030V 40g 砝码：-0.040V 电池：-0.061V 锁芯：-0.081V 得电池m =91.1g 锁芯m =133.3g
（二）电涡流式传感器的特性分析 （1）装好测微器和传感器的铁测片。
（2）按下图接线，用导线将涡流传感器与涡流变换器输入端相接，将变换器输出端接至直流电压表。电压表量程设定为20V 档。
（3）传感器对准金属测片。
（4）用测微器移动振动台，使传感器与铁测片接触，调ＤW 使涡流变换器电压输
出为零。由此开始每隔0.05mm 位移用电压表读取变换器输出电压值以及用示波器读取传感器的振荡器p p U 值，并将数据填入表内，记录到线性关系严重破坏为止。
（5）实验结果 X(mm) 0 0.05 0.10 0.25 0.30 0.35 0.40 U(V) 0 2.21 5.91 6.54 7.19 7.66 8.13
X(mm) 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 U(V) 8.63 9.13 9.47 9.72 10.13 10.22
根据实验所得数据,绘出U-X 曲线
由图标可知其线性范围为X ∈[0.25 0.7]，即U ∈[6.54 1.22].改善后的特性曲线为：
（6）调节测微器，使得电压表示数在线性范围内，分别放置电池和锁芯 测得数据如下：
初始值：5.41V 20g 砝码：5.73V 40g 砝码：6.02V 电池：6.89V 锁芯：7.56V 60g 砝码：6.33V 电池m =92.5g 锁芯m =134.375g （三）霍尔式传感器的特性分析
（1）差动放大器增益适度，且对差动变压器调零，霍尔片调至磁场中间位置。记下测微器的读数。
