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
姓名：蔡文斌
小组成员：蔡文斌、蒋丽涛
指导教师：仝卫国
实验周数：1周
成绩：
日期：2015年7月
12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、金属箔式应变片传感器用到的设备：
直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、直流数字电压表。
2、差动变压器用到的设备：
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。
3、霍尔传感器用到的设备：
音频振荡器、电桥、霍尔传感器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表。
三、传感器工作原理
1、金属箔式应变片传感器工作原理：
应变片应用于测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。
实验中，通过旋转测微器可使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片的受力情况不同，将应变片接于电桥中即可使双平衡的位移转换为电压输出。电桥的四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、
△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4
成正比。当E和电阻相对变化一定时，电桥输出电压及其电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
2、差动变压器的工作原理
由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P，二个级线圈S1 和S2 组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布,从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。测出电压信号就能测出位移信号，通过位移测量物体重量。
3、霍尔传感器的工作原理：
霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成的梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件——霍尔片通过底座连接在振动台上。当霍尔片通以恒定的电时，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。
四、传感器特性测试
（一）、金属箔式应变片传感器特性测试
1、实验步骤
按图接线，图中R1和R3为拉伸应变片，R2和R4为压缩应变片，接成一个直流全桥。调好桥路输出的零点，装上测微器，旋紧固定螺钉，转动测微器，使梁处于水平位置，即此时电压表指示为零，记录测微器的读数。然后向上旋动测
微器6mm，从此位置开始，记下梁的位移与电压表指示值，每往下1mm记下一个数值，到水平下6mm。
2、特性分析实验数据记录与处理
根据数据利用EXCLE画出特性曲线为：
从特性曲线可以看出，金属箔式应变片传感器输出电压与位移之间几乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。利用EXCLE绘出其拟合直线：
其拟合曲线方程为：y=-15.764x-1.1538。
拟合曲线和测量曲线基本吻合，可以利用该特性将金属箔式应变片传感器应用于电子秤，在线性范围内可以用于称未知重量的物体质量。
（二）、差动变压器的特性测试
1、实验步骤
按图接线，使音频振荡器输出频率为5kHz，其峰—峰值为1.5V，差动放大器的增益旋钮调到最大，旋转测微器，调节电桥WD、WA 电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。旋动测微仪，带动衔铁向上4mm，向下4mm 位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。
2、特性分析实验数据记录与处理
位
移
4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
电压8.7
7
8.5
4
8.2
2
7.7
5
6.9
5
5.6
4.2
2
2.8
1
1.4
1
位
移
0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0
电压0.0
1
-1.3
7
-2.7
9
-4.1
4
-5.4
8
-6.5
6
-7.1
1
-7.4
7
-7.7
8
根据数据利用EXCLE画出特性曲线为：
从特性曲线可以看出，差动变压器位移在（-3~3）之间输出电压与位移之间几乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。因此可以在这段取其拟合直线，其拟合直线为：
其拟合直线方程为：y=2.7024x+0.0252
拟合曲线和部分测量曲线基本吻合，可以利用该特性将金属箔式应变片传感器应用于电子秤，在该线性范围内可以用于称未知重量的物体质量。
（三）霍尔式传感器特性测试
1、实验步骤
差动放大器增益适度，切对差动放大器调零，霍尔片调至磁场中间位置，记下测微器的读数，按照下图接线，将音频振荡器的输出幅度调到适当位置。调整系统WD、WA使输出最小。使振动台上下移动，并调节移相器使系统输出达到最
大值。调节测微器使霍尔片回到磁路中间位置。旋风测微器2密码，没个0.1mm读出相应的电压值，记录数据。
2
位移0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
电压-2.34 -2.33 -2.28 -2.03 -1.78 -1.53 -1.12 位移-0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6
电压-0.74 -0.35 -0.11 0.03 0.08 0.1
根据数据利用EXCLE画出特性曲线为：
从特性曲线可以看出，霍尔传感器位移在（-0.4~0.4）之间输出电压与位移之间几乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。因此可以在这段取其拟合直线，其拟合直线为：
其拟合直线方程为：y=-3.1083x-1.1011
拟合曲线和部分测量曲线基本吻合，可以利用该特性将金属箔式应变片传感器应用于电子秤，在该线性范围内可以用于称未知重量的物体质量。
五、实际测试与实验数据处理
（一）、金属箔式应变片传感器测重物质量
1、按金属箔式应变片传感器特性测试接好实验线路图，在平台中间逐步加上砝码，记录U、M值，并做出U—M曲线，然后将电池和锁芯分别放在平台中间，并记录输出电压值U。
电压是0.134v
根据标定数据用excle绘出图像：用excle绘出其拟合直线为：
其拟合方程为：y=0.9952x+0.0835
将电池和锁芯的电压带进去，分别得到电池和锁芯的质量为92.36g、134.56g
（二）、差动变压器测重物质量
1、按金属箔式应变片传感器特性测试接好实验线路图，在平台中间逐步加上砝码，记录U、M值，并做出U—M曲线，然后将电池和锁芯分别放在平台中间，并记录输出电压值U。
2、实验数据记录
称重南孚电池时显示的电压是0.33v
称重锁芯时显示的电压是0.41v
根据标定数据用excle绘出图像：
用excle绘出其拟合直线为：
其拟合方程为：y=0.0019x+0.1542
将电池和锁芯的电压带进去，分别得到电池和锁芯的质量为92.53g、134.63
（三）、霍尔式传感器测重物质量
1、实验步骤
按金属箔式应变片传感器特性测试接好实验线路图，在平台中间逐步加上砝码，记录U、M值，并做出U—M曲线，然后将电池和锁芯分别放在平台中间，并记录输出电压值U。
压是-1.91v
根据标定数据用excle绘出图像：
根据标定数据用excle绘出图像：
其拟合方程为：y=0.0059x-1.1217
将电池和锁芯的电压带进去，分别得到电池和锁芯的质量为
92.93g、133.61g
六实验结果分析
（一）、金属箔式应变片传感器测重物质量
测量得出的电池质量是m1=92.36 g，又因为测量精度为1%，故电池质量在91.4364g~93.2836g之间。
测量得出的锁芯质量是m2=134.56 g，又因为测量精度为1%，故锁芯质量在133.2144g~135.9056g之间。（二）、差动变压器测重物质量
测量得出的电池质量是m1=92.53 g，又因为测量精度为1%，故电池质量在93.4553g~95.3059g之间。
测量得出的锁芯质量是m2=134.63 g，又因为测量精度为1%，故锁芯质量在133.2837g~135.9763g之间。（三）、霍尔式传感器测重物质量
测量得出的电池质量是m1=92.93 g，又因为测量精度为1%，故电池质量在92.0007g~93.8593g之间。
测量得出的锁芯质量是m2=133.61 g，又因为测量精度为1%，故锁芯质量在132.2739g~134.9461g之间。
七、总结
本次传感器综合实验基本达到了预期目标，通过这次综合实验我进一步的了解了各传感器的工作原理、工作特性、适用范围和优缺点，通过用各种传感器测一个未知质量的重物，把课堂上所学的理论知识真正的与实际运用相结合，让我们更加理解了理论知识，也能把理论知识运用到现实中用以解决实际问题。同时我们也通过这次实验，提高了数据处理与分析的能力，能把多而复杂的实验数据通过拟合、分析、处理从而得到较为准确的实验结果。另外，我们了解了相敏
检波器的原理，并通过实验知道了相敏检波器的作用。
本次传感器综合实验基本达到了预期目标，通过这次综合实验我进一步的了解了各传感器的工作原理、工作特性、适用范围和优缺点，通过用各种传感器测一个未知质量的重物，把课堂上所学的理论知识真正的与实际运用相结合，让我们更加理解了理论知识，也能把理论知识运用到现实中用以解决实际问题。同时我们也通过这次实验，提高了数据处理与分析的能力，能把多而复杂的实验数据通过拟合、分析、处理从而得到较为准确的实验结果。