傳感器與檢測(cè)技術(shù)第二次實(shí)驗(yàn)(已修改)
2024-11-04 09:16 本頁面
【正文】 《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 專業(yè)： 儀器科學(xué)與工程 評(píng)定成績：審閱教師： 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn) 二、基本原理 利用平板電容 C＝ ε A／ d 和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇 ε、 A、 d 中三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（ ε 變）、測(cè)微小位移（變 d）和測(cè)量距離、液位（變 A）等多種電容傳感器。 本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如下圖所示：它由兩個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。 設(shè)圓筒的半徑為 R ；圓柱的半徑為 r；圓柱的長為 x ，則電容量為)/ln(/2 rRxC ??? 。圖中 C C2 是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生 X? 位移時(shí)，電容的變化量為 12 2 2 / l n ( / )C C C x R r??? ? ? ? ? ?，式中 x??2 、 )/ln( rR 為常數(shù)，說明 C? 與位移 X? 成正比，配上配套的測(cè)量電路就能測(cè)量位移。 電容式位移傳感器 結(jié)構(gòu)示意圖 三、 實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電容傳感器、測(cè)微頭。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 電容傳感器實(shí)驗(yàn)位移實(shí)驗(yàn)原理圖 1. 根據(jù)接線示意圖安裝接線。 2. 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Rw 調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)針轉(zhuǎn)三圈）。 3. 將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)達(dá)到 2v 檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)； 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 0V，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向） 5 圈，記錄此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值； 此后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭 1 圈即 位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn) 10 圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)。 將數(shù)據(jù)填入表格并作出 V—X 曲線 4. 根據(jù)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。 五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 記錄 及分析 電容傳感器位移與輸出電壓值 X(mm) U(v) 2 3 4 5 6 7 8 0 . 4 0 . 3 0 . 2 0 . 100 . 10 . 20 . 30 . 4位移 X / m m電壓V/mvX V 曲線 1. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)的靈敏度 /S U X?? ? （ U? 為輸出電壓變化量， X? 為位移變化量）和非線性誤差 m a x / 1 0 0 %FSyy? ? ? ?，式中 maxy? 為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差； FSy 為滿量程輸出值，此處為 。 利用逐差法計(jì)算靈敏度： 0. 32 7 0. 33 3 0. 32 7 0. 32 1 0. 31 5 0. 30 9 0. 12 88 /2. 5 6S v m m? ? ? ? ??? ? maxy? =， FSy =， 所以 0 .0 0 5 3 1 0 0 % 0 .8 3 %0 .6 3 6? ? ? ? 六、 思考題 試設(shè)計(jì)利用ε的變化測(cè)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？ 答： 由于是測(cè)谷物的濕度的，當(dāng)此傳感器放在谷物里面時(shí)，根據(jù)谷物的呼吸作用，用傳感器檢測(cè)呼吸作用的水分程度，從而判斷出谷物的濕度，當(dāng)電容的 S 與 D 為恒定值時(shí) C=f(ε ),稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，傳感器為兩個(gè)板，谷物從傳感器之間穿過。 在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮：傳感器是否與谷物充分接觸、谷物是否均勻的從傳感器之間穿過，而且要注意直板傳感器的邊緣效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn) 十一壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解壓電傳感器的測(cè)量振動(dòng)的原理和方法 二、 基本原理 壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成。（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。 三、 實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒄駝?dòng)源、示波器 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器，其它連線按照?qǐng)D示接線。 合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，觀察低通濾波器輸出波形。 用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指敲擊振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)觀察輸出波形的變化。 改變振動(dòng)源的頻率，觀察輸出波形的變化。 低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測(cè)，用示波器讀出峰峰值填入表格。 五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 頻率以及相應(yīng)的峰峰值 ： f(Hz) 5 7 12 15 17 20 25 V(pp) 5 10 15 20 2502468101214頻率 / h z電壓/v電壓與頻率關(guān)系曲線 與實(shí)驗(yàn)十四電渦流實(shí)驗(yàn)振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)比較， 可以看出，壓電式傳感器電壓峰峰值變化范圍更大，因此 壓電式傳感器的靈敏度 更 高，測(cè)量結(jié)果更精確。 六、 思考題 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？ 答 ：根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線可知，振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大約為 。 7 , 12 0t ms T ms? ? ? ，所以 007 36 0 21120 msms?? ? ? ?。
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