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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划电容式传感器特性实验报告成绩：吉林大学仪器科学与电气工程学院传感器实验及课程设计本科实验报告实验项目：应变片单臂特性实验学生姓名：杨娜学号：E-mail：实验地点：地质宫XX年月日一、实验目的了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路二、实验所用仪器设备机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表、2V10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应变片、调理电路单元中的电桥、差动放大器、4?位数显万用表。三、实验原理电阻应变式传感器是在弹性元件上通
2、过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。为了将电阻应变式传感器的电阻变化转换成电压或电流信号，在应用中一般采用电桥电路作为其测量电路。电桥电路按其工作方式分有单臂、双臂和全桥三种，单臂工作输出信号最小、线性、稳定性较差；双臂输出是单臂的两倍，性能比单臂有所改善；全桥工作时的输出是单臂时的四倍，性能最好。单臂特性实验基本电路如图12所示。UoUU(R1R1)(R1R
3、1R5)R7(R7R6)ER7E设R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K为灵敏度系数。则Uo(14)(R1R1)E(14)(RR)E(14)KE箔式应变片单臂电桥实验原理图如下：图中R5、R6、R7为350固定电阻，R1为应变片；RW1和R8组成电桥调平衡网络，E为供桥电源4V。桥路输出电压Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE。差动放大器输出为Vo。四、实验步骤1.差动放大器调零：按图18示意接线，将主机箱上的电压表量程切换开关切换到2V档，检查接线无误后合上主、副电源开关；将差动放大器的增益电位器按顺时针轻轻转到底，再逆向回旋一点点，调节差动放大器的调零电位器RW
4、4，使电压表显示为零，差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。应变片单臂电桥特性实验将2V10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路。电桥的一对角接4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的两个输入端。将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中。如图19示意图接线。图19应变片单臂电桥特性实验接线示意图检查无误后合上主电源开关，当机头上应变梁自由端的测微头离开自由端时调节电桥的直流调节平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或接近0。在测微头吸合梁的自由端前调节测微头的微分筒，使测微头的读数为10mm左右；再松开测
5、微头支架轴套的紧固螺钉，调节测微头支架高度，使梁吸合后进一步调节支架高度，同时观察电压表显示绝对值尽量为最小时拧紧紧固螺钉以固定支架高度。仔细微调测微头的微分筒，使电压表显示值为0，这时的测微头刻度线位置作为梁位移的相对0位位移点。首先确定某个方向位移，以后每调节测微头的微分筒一周产生位移，根据表1位移数据依次增加并读取相应的电压值填入表1中；然后反方向调节测微头的微分筒使电压表显示0V，再根据表1位移数据依次反方向增加并读取相应的电压值填入表1-1中。注：调节测微头要仔细，微分筒每转一周X=，如果调节过量再回调，则产生回程差。表11五、实验结果及分析根据表1-1数据画出实验曲线，并计算灵敏度
6、S=V/X和非线性误差，?m/yFS?100%式中?m为输出值与拟合直线的最大偏差。yFS为满量程输出平均值，此处为相对总位移量。由图可以得出，灵敏度S=/mm非线性误差=-/100%=%分析：应变片的单臂特性是近似线性的。六、实验新得调节测微头时要仔细，不可调节过量再回调，否则产生回程差。实验一：常用传感器静态性能测试一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。其结构如图所示：二、基本原理：利用电容CAd和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度、测位移和测量液位等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆
7、筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，如下图所示：它是有二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R；圆柱的半径为r；圆柱的长为x，则电容量为C=2?ln(Rr)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C=C1C2=2?2?Xln(Rr)，式中2?、ln(Rr)为常数，说明?C与位移?X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。图1-1电容式传感器结构三、需用器件与单元：主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。四、实验步骤：1、测微头的使用和安装参阅实验九。按图1-2将电容传感器装于电容传感器实验模板上并按图示意接线(实验模板的输出接主机箱电压表的)。图1-
8、2电容传感器位移实验安装、接线图2、将实验模板上的Rw调节到中间位置(方法：逆时针转到底再顺时传圈)。3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2档，合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示0，再转动测微头(同一个方向)5圈，记录此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头1圈即X=位移读取电压表读数(这样转10圈读取相应的电压表读数)，将数据填入表1-1并作出XV实验曲线(这样单行程位移方向做实验可以消除测微头的回差)。五、实验数据处理1、将测得的实验数据填入表1-1如下所示：表1-1电容传感器位移与输出电压值2、根据表1-1实验数据用
9、excel做出X-Y曲线并求得曲线的函数表达式如图1-3所示：X-Y曲线的函数表达式为V=图1-3X-V实验曲线3、根据表1-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差。由表1-1数据及所绘制的X-V曲线可得电容传感器的系统灵敏度即曲线的斜率：S=V/X=/mm由所得X-Y函数表达式及所测的实验数据用excel计算出各点误差如表1-2所示，可得输出V的最大误差V=表1-2电容传感器位移与输出电压值及各点误差值X(mm)V(mv)V(mv)V(mv)X(mm)V(mv)V(mv)V(mv)-非线性误差=最大误差V/满量程输出yFS=(/XXmv)100%=%.六、思考题1.差动电感式传感器与
10、差动变压器传感器在结构、原理上有何异同？2.对电感式传感器的激励振荡源有哪些要求？3.除本实验所采用的测量位移的传感器外，还可采用其它什么传感器实验五电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容式传感器的结构及其特点。二、实验原理平板电容器电容C?s/d，它的三个参数?、S、d中，保持两个参数不变，只改变其中一个参数，则可用于测量谷物干燥度、测微小位移和测量液位等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响。圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系成为实际中最常用的结构，其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为：C?2?ll21式中
11、l外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；r2、r1外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动?l时，电容变化量?C为：?C?2?l?l?2?l2?l?l?C0r2r2r2lln1ln1ln1于是，可得其静态灵敏度为：?C?2?l?l?2?l?l?4?kg?/?l?r2r2r2?llnlnln11?1?可见灵敏度Kg与r21有关，r2与r1越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l与灵敏度无关，但l不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，如图5-1所示，此结构可以消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。其安装示
12、意图如图5-2所示图5-1圆柱形差动式电容传感器示意图图5-2圆柱形差动式电容传感器实验装置安装示意图电容式传感器调理模块的电路图如图5-3所示图5-3uF50p三、实验设备THVZ-1型传感器实验箱、电容传感器、测微头、万用表、信号调理挂箱、电容式传感器调理模块。四、实验步骤1将“电容传感器调理模块电路图”插放到相应的实验挂箱上，在确保上述模块插放无误后，从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源；2将电容式传感器引线插头插入信号调理挂箱“电容式传感器调理模块”旁边的黑色3调节“电容式传感器调理模块”上的电位器Rw1，逆时针调节Rw1使旋到底。用万用表(来自:写论文网:电容式传感器特性实验报告)测
13、量此模块上输出两端的电压Uo；4旋动测微头改变电容传感器动极板的位置，每隔记下位移量X与输出电压Uo，填入表5-1。表5-1电容传感器位移与输出电压值九芯插孔中；五、实验注意事项1传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。2做实验时，不要用手或其它物体接触传感器，否则将会使线性变差。六、思考题简述什么是电容式传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。七、实验报告要求1整理实验数据，根据所得的实验数据画出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法画出拟合直线，计算该传感器的非线性误差?f。2根据实验结果，分析引起这些非线性误差的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。
