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广东麻将电容式传感器位移特性实验报告

发布日期:2020-10-18 03:44

  电容式传感器位移特性实验报告_物理_自然科学_专业资料。电容式传感器位移特性实验报告

  ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 电容式传感器位移 特性实验报告 篇一:实验十一 电容式传感器的 位移特性实验 实验十一电容式传感器的位移特性 实验 一、实验目的: 了解电容传感器的结构及特点 二、 实验仪器: 电容传感器、电容传感器模块、测 微头、数显直流电压表、直流稳压电源 三、实验原理: 电容式传感器是指能将被测物理量 的变化转换为电容量变化的一种传感器 它实质上是具有一个可变参数的电容 器。利用平板电容器原理: C? ?S d ? ----------------精选公文范文---------------- 1 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- ?0??r?S d (11-1) 0 真空介电常数,εr 介质相对介电常 数,由 式中,S 为极板面积,d 为极板间距 离,ε 此可以看出当被测物理量使 S、d 或ε r 发生变化时,电容量 C 随之发生改变,如果保持其 中两个参数不变而仅改变另一参 数,就可以将该参数的变化单值地转换 为电容量的变化。所以电容传感器可以 分为三种类型:改变极间距离的变间隙 式,改变极板面积的变面积式和改变介 质电常数的变介电常数式。这里采用变 面积式,如图 11-1 两只平板电容器共享 一个下极板,当下极板随被测物体移动 时,两只电容器上下极板的有效面积一 只增大,一只减小,将三个极板用导线 引出,形成差动电容输出。 四、实验内 容与步骤 ----------------精选公文范文---------------- 2 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 1.按图 11-2 将电容传感器安装在电 容传感器模块上,将传感器引线插入实 验模块插座中。 2.将电容传感器模块的输出 UO 接 到数显直流电压表。 3.接入±15V 电源,合上主控台电 源开关,将电容传感器调至中间位置, 调节 Rw,使得数显直流电压表显示为 0 (选择 2V 档)。(Rw 确定后不能改动) 4.旋动测微头推进电容传感器的共 享极板(下极板),每隔记下位移量 X 与 输出电压值 V 的变化,填入下表 11-1 五、实验报告: 1.根据表 11-1 的数据计算电容传感 器的系统灵敏度 S 和非线性误差 δf。六、 实验数据曲线图: V X 篇二:电涡流传感器的位移特性实 验报告 实验十九 电涡流传感器的位移特 性实验 ----------------精选公文范文---------------- 3 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 一、实验目的 了解电涡流传感器测量位移的工作 原理和特性。 二、实验仪器 电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传 感器模块、测微头、直流稳压电源、数 显直流电压表 三、实验原理 通过高频电流的线圈产生磁场,当 有导电体接近时,因导电体涡流效应产 生涡流损耗,而涡流损耗与导电体离线 圈的距离有关,因此可以进行位移测量。 四、实验内容与步骤 1.按图 2-1 安装电涡流传感器。 图 2-1 传感器安装示意图 2.在测微头端部装上铁质金属圆 盘,作为电涡流传感器的被测体。调节 测微头,使铁质金属圆盘的平面贴到电 涡流传感器的探测端,固定测微头。 图 2-2 电涡流传感器接线,实验模块 输出端 Uo 与直流电压表输入端 Ui 相接。 直流电压 表量程切换开关选择电压 20V 档, ----------------精选公文范文---------------- 4 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 模块电源用 2 号导线.合上实验台上电源开关,记下数 显表读数,然后每隔读一个数,直到输 出几乎不变为止。将结果列入表 2-1。 表 2-1 铁质被测体 5.根据上表数据,画出 V-X 曲线, 根据曲线找出线性区域及进行正、负位 移测量时的最佳工作点(即曲线线性段 的中点),试计算测量范围为 1mm 与 3mm 时的灵敏度和线)由上图可得系统灵敏度: S=ΔV/ΔW=/mm (2)由上图可得非线mm 时: Y=×= Δm == yFS= δf =Δm /yFS×100%=% 当 x=3mm 时: Y=×= Δm == yFS= δf =Δm /yFS×100%=%五、思考题 1、电涡流传感器的量程与哪些因素 有关,如果需要测量±5mm 的量程应如 何设计传感器? 答:量程与线性度、 ----------------精选公文范文---------------- 5 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 灵敏度、初始值均有关系。如果需要测 量±5mm 的量程应使传感器在这个范围 内线性度最好,灵敏度最高,这样才能 保证的准确度。 2、用电涡流传感器进行非接触位移 测量时,如何根据使用量程选用传感 器? 答:根据需要测量距离的大小,一 般距离较大要求量程较大,且灵敏度要 求不会太高,而且量程有正负;相反需 要测量的距离较小,则对灵敏度要求较 高,量程不需要太大,这样既能满足要 求,同时又保证了测量的精确度。 实验二十 被测体材质对电涡流传 感器特性影响 一、实验目的 了解不同的被测体材料对电涡流传 感器性能的影响。 二、实验原理 涡流效应与金属导体本身的电阻率 和磁导率有关,因此不同的材料就会有 不同的性能。在实际应用中,由于被测 体的材料、形状和大小不同会导致被测 ----------------精选公文范文---------------- 6 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 体上涡流效应的不充分,会减弱甚至不 产生涡流效应,因此影响电涡流传感器 的静态特性,所以在实际测量中,往往 必须针对具体的被测体进行静态特性标 定。 三、实验仪器 除与实验十九相同外,另加铜和铝 的被测体圆盘 四、实验内容与步骤 与实验十九相同 将铁质金属圆盘分别换成铜质金属 圆盘和铝质金属圆盘。将实验数据分别 记入下面表 2-2、2-3。 (1)由上图可得系统灵敏度: S=ΔV/ΔW=/mm (2)由上图可得非线+= Δm == yFS= δf =Δm /yFS×100%=% 当 x=3mm 时: Y=×3+= Δm ==0V yFS= δf =Δm /yFS×100%=0% 篇三:电涡流传感器位移特性实验 报告 电涡流传感器位移特性实验 ----------------精选公文范文---------------- 7 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 实验报告 专业:机械工程 班级:机械 7 班 学 号:2201507003 姓名:牛嘉彬 2015 年 11 月 20 日 一.前言 长度是测量中最常见的物理量之 一,我们经常要通过判断物体的位移量 来判断物体的状态变化。除此之外,不 少非位移变化量也是通过传感器内部器 件相对位移来测量计算得出的。位移传 感器又称为线性传感器,是一种属于金 属感应的线性器件,传感器的作用是把 各种被测物理量转换为电量。在生产过 程中,位移的测量一般分为测量实物尺 寸和机械位移两种。按被测变量变换的 形式不同,位移传感器可分为模拟式和 数字式两种。模拟式又可分为物性型和 结构型两种。常用位移传感器以模拟式 结构型居多,包括电位器式位移传感器、 电感式位移传感器、自整角机、电容式 位移传感器、电涡流式位移传感器、霍 ----------------精选公文范文---------------- 8 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 尔式位移传感器等。数字式位移传感器 的一个重要优点是便于将信号直接送入 计算机系统。这种传感器发展迅速,应 用日益广泛。 电涡流传感器能静态和动态地非接 触、高线性度、高分辨力地测量被测金 属导体距探头表面距离。作为一种非接 触的线性化计量工具,它能准确测量被 测体(必须是金属导体)与探头端面之 间静态和动态的相对位移变化。在高速 旋转机械和往复式运动机械状态分析, 振动研究、分析测量中,对非接触的高 精度振动、位移信号,能连续准确地采 集到转子振动状态的多种参数。如轴的 径向振动、振幅以及轴向位置。电涡流 传感器以其长期工作可靠性好、测量范 围宽、灵敏度高、分辨率高等优点,在 大型旋转机械状态的在线监测与故障诊 断中得 到广泛应用。因此我们需要来了解 电涡流传感器的相关特性。 二.实验目的 ----------------精选公文范文---------------- 9 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 了解电涡流传感器测量位移的工作 原理和特性。 三.电涡流传感器的工作原理 电涡流式传感器是一种建立在涡流 效应原理上的传感器。电涡流式传感器 由传感器线圈和被测物体(导电体—金 属涡流片)组成,如图 1 所示。根据电 磁感应原理,当传感器线圈(一个扁平 线圈)通以交变电流(频率较高,一般 为 1MHz~2MHz)I1 时,广东麻将!线圈周围空间 会产生交变磁场 H1,当线圈平面靠近某 一导体面时,由于线圈磁通链穿过导体, 使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭 合的电流 I2,而 I2 所形成的磁通链又穿 过传感器线圈,这样线圈与涡流“线圈” 形成了有一定耦合的互感,最终原线圈 反馈一等效电感,从而导致传感器线圈 的阻抗 Z 发生变化。我们可以把被测导 体上形成的电涡等效成一个短路环,这 样就可得到如图 1 的等效电路。图中 R1、 L1 为传感器线 电涡流传感器原理图 图.2 电 ----------------精选公文范文---------------- 10 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 涡流传感器等效电路图 圈的电阻和电感。短路环可以认为 是一匝短路线。线圈与导体间存在一个互感 M,它 随线圈与导体间距的减小而增大。 根据等效电路可列出电路方程组: 通过解方程组,可得 I1、I2。因此 传感器线圈的复阻抗为: 线圈的等效电感为: 线圈的等效 Q 值为: Q=Q0{[1-/]/[1+/]} 式中:Q0 — 无涡流影响下线— 金属导体中产生电涡流部 分的阻抗,Z22=R22+ω2L22。 由式 Z、L 和式Q可以看出,线圈与 金属导体系统的阻抗 Z、电感 L 和品质 因数Q值都是该系统互感系数平方的函 数,而从麦克斯韦互感系数的基本公式 出发,可得互感系数是线圈与金属导体 间距离 x 的非线性函数。因此 Z、L、Q 均是x的非线性函数。虽然它整个函数 ----------------精选公文范文---------------- 11 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 是一非线性的,其函数特征为”S”型曲 线,但可以选取它近似为线性的一段。 其实 Z、L、Q的变化与导体的电导率、 磁导率、几何形状、线圈的几何参数、 激励电流频率以及线圈到被测导体间的 距离有关。如果控制上述参数中的一个 参数改变,而其余参数不变,则阻抗就 成为这个变化参数的单值函数。当电涡 流线圈、金属涡流片以及激励源确定后, 并保持环境温度不变,则只与距离 x 有 关。于此,通过传感器的调理电路(前 置器)处理,将线圈阻抗 Z、L、Q的变 化转化成电压或电流的变化输出。输出 信号的大小随探头到被测体表面之间的 间距而变化,电涡流传感器就是根据这 一原理实现对金属物体的位移、振动等 参数的测量。 为实现电涡流位移测量, 必须有一个专用的测量电路。这一测量 电路(称之为前置器,也称电涡流变换 器)应包括具有一定频率的稳定的震荡 器和一个检波电路等。电涡流传感器位 移测量实验框图如图 3 所示: ----------------精选公文范文---------------- 12 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 图 3 电涡流位移特性实验框图 根据电涡流传感器的基本原理,将 传感器与被测体间的距离变换为传感器 的 Q 值、等效阻抗 Z 和等效电感 L 三个 参数,用相应的测量电路(前置器)来 测量。 本实验的涡流变换器为变频调幅式 测量电路,电路原理与面板如图 4 所示。 图 4 电涡流变换器原理图与面板图 电路组成:⑴Q1、C1、C2、C3 组 成电容三点式振荡器,产生频率为 1MHz 左右的正弦载波信号。电涡流传感器接 在振荡回路中,传感器线圈是振荡回路 的一个电感元件。振荡器作用是将位移 变化引起的振荡回路的 Q 值变化转换成 高频载波信号的幅值变化。⑵D1、C5、 L2、C6 组成了由二极管和 LC 形成的 π 形滤波的检波器。检波器的作用是将高 频调幅信号中传感器检测到的低频信号 取出来。⑶Q2 组成射极跟随器。射极跟 随器的作用是输入、输出匹配 以获得尽可能大的不失真输出的幅 ----------------精选公文范文---------------- 13 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 度值。 电涡流传感器是通过传感器端部线 圈与被测物体(导电体)间的间隙变化 来测物体的振动相对位移量和静位移 的,它与被测物之间没有直接的机械接 触,具有很宽的使用频率范围(从 0~ 10Hz)。当无被测导体时,振荡器回路谐 振于 f0,传感器端部线 为定值且 最高,对应的检波输出电压 Vo 最大。 当被测导体接近传感器线圈时,线圈 Q 值发生变,振荡器的谐振频率发生变化, 谐振曲线变得平坦,检波出的幅值 Vo 变 小。Vo 变化反映了位移x的变化。电涡 流传感器在位移、振动、转速、探伤、 厚度测量上得到应用。 四.实验准备器材 机头中的振动台、测微头、电涡流 传感器、被测体;显示面板中的 F/V 表 (或电压表);调理电路面板传感器输出 单元中的电涡流、调理电路面板中的涡 流变换器 五.实验步骤 ----------------精选公文范文---------------- 14 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 1、调节测微头初始位置的刻度值为 5mm 处,松开电涡流传感器的安装轴套 紧固螺钉,调整电涡流传感器高度与电 涡流检测片相帖时拧紧轴套紧固螺钉并 按图 5 示意接线 电涡流传感 器位移特性实验接线、将电压表(F/V 表)量程切换开关切换 到 20V 档,检查接线无 误后合上主、副电源开 关(在涡流变换器输入 端可接示波器观测振荡 波形),记下电压表读 数,然后逆时针调节测 微头微分筒每隔 读一个数,直到输出 Vo 变化很小为止并将数据 列入表 1 表 1 电涡流传感器 位移 X 与输出电压数据 ----------------精选公文范文---------------- 15 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- 根据表 1 数据作出 V-X 实验曲线。 在实验曲线上截取线性较好的区域作为 传感器的位移量程计算灵敏度和线性度 (可用最小二乘法或其它拟合直线)。实 验完毕,关闭所有电源。 六.数据分析 Matlab 使用 GUI 编辑 m 文件如下: function varargout = nihe_gui %NIHE_GUI M-file for nihe_ %NIHE_GUI, by itself, creates a new NIHE_GUI or raises the existing %singleton*. % %H = NIHE_GUI returns the handle to a new NIHE_GUI or the handle to %the existing singleton*. % %NIHE_GUI creates a new NIHE_GUI using the %given property value pairs. Uecognized properties are passed via %varargin to nihe_gui_OpeningFcn. This calling ----------------精选公文范文---------------- 16 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- syntax produces a %warning when there is an existing singleton*. % %NIHE_GUI and NIHE_GUI call the %local function named CALLBACK in NIHE_ with the given input %arguments. % %*See GUI Options on GUIDE’s Tools menu. Choose “GUI allows only one %instance to run “. % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help nihe_gui % Last Modified by GUIDE 14-Dec-2015 19:05:47 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; ----------------精选公文范文---------------- 17 ---------------------------------精选公文范文-------------------------- gui_State = struct; ----------------精选公文范文---------------- 18