1、傳感器原理及應用綜合實驗報告 系別： 自動化系 班級： 測控1301 姓名： 吳志偉 學號： 201302030117 傳感器綜合實驗報告1、 實驗目的1、了解各種傳感器的工作原理與工作特性。2、掌握多種傳感器應用于電子稱的原理。 3、根據不同傳感器的特性，選擇不同的傳感器測給定物體（電池）的重量。 4、能根據原理特性分析結果，加深對傳感器的認識與應用。5、要求重物測量精度達到1%。2、 實驗設備傳感器一（差動變壓器）：差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微器傳感器二（電容傳感器）：電容傳感器、電容變換器、差動放大器、

2、低通濾波器、電壓表、示波器傳感器三（金屬箔式應變傳感器）：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、金屬箔式應變片、測微器、懸臂梁3、 傳感器工作原理分析1、差動變壓器的工作原理： 差動變壓器是一種開磁路互感式電感傳感器。由于其具有兩個接成差動結構二次線圈，所以又稱為差動變壓器。  當差動變壓器的一次線圈有交變電源激勵時，其二次線圈就會產生感應電動勢，由于兩個二次線圈做差動連接，所以總的輸出是兩線圈感應電動勢之差，當鐵心不動時，其總輸出為零，當被測量帶動鐵心移動時，輸出電動勢與鐵心位移呈線性變換。差動變壓器式進氣壓力傳感器的檢測與轉換過程是：先將

3、壓力的變化 轉換成差動變壓器鐵心的位移，然后通過差動變壓器再將鐵心位移轉換成電信號輸出2、電容式傳感器的工作原理：      電容器的電容量C是的函數，當被測量變化使S、d或任意一個參數發生變化時，電容量也隨之而變，從而可實現由被測量到電容量的轉換。電容式傳感器的工作原理就是建立在上述關系上的，若保持兩個參數不變，僅改變另一參數，就可以把該參數的變化轉換為電容量的變化，通過測量電路再轉換為電量輸出。 差動平行變面積式傳感器是由兩組定片和一組動片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對面積發生變化，極間

4、電容也發生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為CX1，下層定片與動片形成的電容定為CX2，當將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。依據該原理，在振動臺上加上砝碼可測定重量與橋路輸出電壓的對應關系，稱未知重量物體時只要測得橋路的輸出電壓即可得出該重物的重量。3、金屬箔式應變片傳感器工作原理：  應變片應用于測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。 實驗中，通過旋轉測微器可使雙平梁的自由

5、端上、下移動，從而使應變片的受力情況不同，將應變片接于電橋中即可使雙平衡的位移轉換為電壓輸出。電橋的四個橋臂電阻Z1、Z2、Z3、Z4，電阻的相對變化率分別為Z1Z1、Z2Z2、Z3Z3、Z4Z4 則橋路的輸出與成正比。4、 傳感器特性分析1、 差動變壓器特性分析i)使音頻振蕩器輸出頻率為5kHz，其峰-峰值為1.5V。差動放大器的增益旋鈕調到最大位置，按下圖接線ii)旋轉測微器，使差動變壓器鐵芯處于線圈中段位置。觀察示波器和數字電壓表，調整各調零及平衡電位器WD、WA，使數字電壓表指零。iii)使鐵芯有個較大的位移，調整移相器使電壓表指示為最大，同時用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形

6、。iv)旋轉測微器，每旋轉一周（0.5mm）記錄實驗數據，并填入相應的表格。v)實驗結果(正行程)位移（mm）00.51.01.52.02.53.0電壓（V）0.0000.0580.1070.1520.2110.2540.311（反行程）位移（mm）3.02.52.01.51.00.50電壓（V）0.3000.2500.2080.1530.1050.0560.002根據上述兩組數據，取均值后繪制U-X曲線根據實驗數據，利用最小二乘法對特性曲線進行擬合，得到擬和曲線為：U=0.102071x+0.003036綜合特性分析：線性度：根據擬合曲線與實際曲線的比較可得，線性度<2%,表明差動變壓

7、器的輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，非線性誤差非常小，線性特性很好。 靈敏度：根據差動變壓器特性曲線的擬合曲線可以的到它的靈敏度即擬合直線的斜率為：K=0.102071 遲滯：=5.7%零點漂移：0.003036V從特性曲線可以看出，差動變壓器式的輸出電壓與位移之間幾乎是線性的，在一定范圍內非線性誤差非常小。輸出電壓跟位移在合適范圍內成線性度非常好。2、電容式傳感器特性分析i）按圖接線，電容變換器和差放的增益均調至最大。ii）測微器帶動振動臺移動至系統輸出為零，此時動片位于兩靜片組之間。旋動測微器，每次0.5mm，記下位移X與電壓輸出U值，直至動片與靜片覆蓋面積最大為止。然后向相反方向做上述實

8、驗，記下實驗數據。(正行程)位移（mm）00.51.01.52.02.53.0電壓（V）0.0000.0710.1430.2160.2880.3580.429（反行程）位移（mm）3.02.52.01.51.00.50電壓（V）0.4290.3520.2830.2090.1370.0690.002對上述兩組數據取均值后繪制U-X曲線根據實驗數據，利用最小二乘法對特性曲線進行擬合，得到擬和曲線為：U=0.143286x+0.00007綜合特性分析：線性度：根據擬合曲線與實際曲線的比較可得，線性度<1%,表明電容傳感器的輸出電壓與位移之間線性度非常好 靈敏度：根據電容式傳感器特性曲線的擬合曲

9、線可以的到它的靈敏度即擬合直線的斜率為：K=0.143286遲滯：=2.8%零點漂移：0.00007V從特性曲線可以看出，電容式傳感器式的輸出電壓與位移之間線性度非常好，且與差動變壓器比較，其靈敏度更高，零點漂移也更小。5、 傳感器的標定及重物的測量（注：標定所用砝碼質量：8.4g、12g、19.8g）（1） 差動變壓器的標定及測量電路連接不變，調零后在平臺中間逐漸加砝碼，并記錄砝碼個數與輸出電壓之間的關系第一次標定（8.4g砝碼標定）砝碼個數012345678U00.0090.0190.0290.0390.0500.0610.0710.081砝碼個數910111213U0.0920.1020

10、.1140.1240.134第二次標定（19.8g砝碼標定）砝碼個數01234567U00.0260.0460.0710.0950.1190.1450.168根據實驗數據，利用最小二乘法擬合標定曲線，分別得到第一次標定擬合曲線：U=0.01042m-0.00166第二次標定擬合曲線：U=0.023976m-0.00017將砝碼全部取下后其他條件不變，將重物放置在托盤中心位置，讀出電壓表示數為0.114v，將其帶入上述兩個公式中得到m1=11.10*8.4=93.238gm2=4.76*19.8=94.285g（2） 電容傳感器的標定及測量第一次標定（8.4g砝碼標定）砝碼個數012345678

11、U0.0030.0130.0260.0390.0520.0500.0650.0910.107砝碼個數910111213U0.1210.1330.1440.1570.170第二次標定（19.8g砝碼標定）砝碼個數0123456U00.0280.0580.0890.1210.1540.185根據實驗數據，利用最小二乘法擬合標定曲線，分別得到第一次標定擬合曲線：U=0.013224m-0.00231第二次標定擬合曲線：U=0.031071m-0.00250將砝碼全部取下后其他條件不變，將重物放置在托盤中心位置，讀出電壓表示數為0.146v，將其帶入上述兩個公式中得到m1=93.207gm2=94.3

12、85g6、 實驗結果及分析 本次實驗利用差動變壓器和電容傳感器兩種傳感器來完成重物測量的任務，首先對兩種傳感器的特性進行了測量和分析，一方面為后續步驟的標定和測量提供了一個線性度較好的量程范圍，另一方面通過靈敏度、非線性誤差、遲滯、零點漂移等靜態特性的比較，發現電容傳感器更優于差動變壓器。在精度要求為1%的前提下，電容傳感器測得重物得質量為93.34295.227g；差動變壓器測得重物質量為93.44195.329g。為了實驗結果的更加準確，我們還用金屬箔式應變片傳感器對實驗結果進行驗證，（實驗過程同上，這里不在贅述）測得的重物質量在93.87595.799g之間，說明測量結果是相對正確的。綜上所述，我們最終采用電容傳感器的測量結果，即認為該重物質量在94.385g左右。7、 實驗總結 大學期間很少有機會能夠用所學知識去解決實際問題的機會，而這一次傳感器綜合實驗讓我大呼過癮。這是