电涡流传感器试验.docx

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】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。§,在现代科学技术领域中的地位愈来愈重要。各种传感器的研制、推行和使用飞快发展,作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术将是二十一世纪人们在高新技术发展方面抢夺的一个制高点。实质应用中,人们往常把将非电量信号变换成电量信号的装置叫做传感器。一、传感器的基本观点传感器实质上是一种功能块,其作用就是把非电量信号的被丈量(如力、热、声、磁和光等物理量)变换成与之成比率的电量信号(如电压和电流),而后再经过适合的电路办理后,送至指示器以发出指示或送至记录仪进行记录。它是系统信号获取、变换和传输的器件,为系统办理和决议供给所需要的信息。、变换元件和基本变换电路三部分构成。敏感元件:其作用是直接“感知”被丈量,并输出与被丈量成确定关系的某一物理量的元件。变换元件:作用是将敏感元件的输出变换成电路参量。基本变换电路:作用是将上述的电路参数变换成电量输出。实质上,有些传感器很简单,有些则较复杂。最简单的由一个敏感元件构成,它直接将“感知”的被丈量变换成电量输出。。按传感器构成原理分为:构造型与物性型两大类。构造型:主假如经过机械构造的几何形状或尺寸的变化将外界被丈量变换为相应电阻、电感、电容等物理量的变化,从而检测出被丈量信号,当前此种传感器应用较宽泛。物性型:利用某些资料自己物理性质的变化而实现丈量。此外还可按传感器工作机理分为:物理型、化学型、生物型等。按其工作原理分为:电学式传感器、磁学式传感器、光电式传感器、化学式传感器、半导体传感器等。按被测物理量区分为:温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器等。按输出形式分为:数字传感器、模拟传感器。,又形象地称之为“电五官”。在科学研究中,人类需要获取大批人类感官没法直接获取的信息。作为模拟人体感官的传感器,是感知、获取、监测和变换信息的窗口,处于研究对象与传输办理系统的接口地点,为系统进行办理和决议供给着所必要的信息。当前,大部分的传感器都是依据各样物理原理和效应来设计的,获取的信号也多半转变为电学量。这类由非电量至电量的变换是利用了不一样物质的某些电学性质与被丈量之间的特定关系来实现的。比如热电效应、磁电效应、光电效应和压电效应等。利用这些独到的物理效应,能够设计和制造出合用于各样场合、有着不一样用途的传感器。二、传感器的基本特征传感器的基本特征分为静态特征和动向特征两种。。即在被丈量数值稳准时,输出与输入量之间所形成的对应关系。人们老是希望输出量能不失真的反应输入量,理想状况下应是线性关系,但在实质应用中,因为诸多要素的影响(如迟滞、蠕变、摩擦等),输入量与出量之其实不是性关系。权衡感器静特征的主要指是性度、和重复性。(1)性度(非性差)性度是指入(理想)与出关系于性比率关系的偏差程度。在不考滞、蠕、不定性等要素的状况下,其静特征可用下式表示:敏捷度、滞性ya0a1xa2x2a3x3-1)式中y是出量、x是入量、a0是零点出、a1是理敏捷度、a2,a3,??an是非性系数。静特征曲可通量得。但方便定和数据理,希望获取性关系,可采纳各样法行性化理。一般采纳直合的方法来性化。采纳直合性化,性度就定:进出的校订曲与某合直之的最大偏差。性度也称非性差。往常用相来表示,即:ErA100%y0式中A最大偏差,y0量程出。-1所示,由此可:非性偏差的大小是以必定的合直基准直而得。合直不一样、非性差也不一样。当前常用的直合法有“端点合法”、“端点平移合法”、“吻合法”及“最小二乘法合”等。合直的原,-1传感器线性度差,并考使用与算的方便。(2)敏捷度敏捷度Sn定:在定性区出化量与入化量之比。Sn=dy/dx可:感器出曲的斜率就是其敏捷度。于性特别好的感器,Sn一常数,-1式中a1,与入量大小没关。(3)滞性滞性是指在同样工作条件下作全量范校准,在同一次校准中同一入量的正行程和反行程其出的最大偏差。滞后象反应了感器机械构和制造工上的缺点,如承摩擦、隙、螺松、元件腐或碎裂及等,都会惹起感器的滞后象。(4)重复性重复性指在同一工作条件下,入量按同一方向在全量范内所得特征曲的一致程度。各条特征曲越凑近,重复性就越好。重复性差反应的是校准数据的失散程度,属于随机差。。此,要求感器能随精准地追踪入,其出能依据入的化律生相的化,个程又称响。响是描绘特征的重要参数。三、传感器的标定传感器的标定,就是经过实验确定传感器的输入量与输出量之间的关系。同时,也确定出不一样使用条件下的偏差关系。所以,传感器标定有两个含义。其一是确定传感器的性能指标;其二是明确这些性能指标所合用的工作环境。本实验只议论第一个问题。传感器的标定有静态标定和动向标定两种。静态标定的目的是确定传感器静态指标,主假如线性度、敏捷度、滞后和重复性。动向标定的目的是确定传感器动向指标,主假如时间常数、固有频次和阻尼比。有时,依据需要也对非丈量方向(要素)的敏捷度、温度响应、环境影响等进行标定。标定的基本方法是将已知的被丈量(亦即标准量)输入给待标定的传感器,同时获取传感器输出量,对所获取的传感器输入量和输出量进行办理和比较,从而获取一系列表征二者对应关系的标定曲线,从而获取传感器性能指标的实测结果。传感器专题实验一电涡流式传感器电涡流式传感器是成立在涡流效应原理上的一种传感器。利用它能够把距离的变化变换为电量的变化,从而做成位移、振幅、厚度等传感器;也能够利用它把电阻率的变化变换成电量的变化,做成表面温度、电介质的浓度等传感器;还能够利用它把磁导率的变化变换为电量的变化,做成应力、硬度等传感器。电涡流式传感器能够实现非接触丈量,并且还拥有丈量范围大、敏捷度高、抗扰乱能力强、不受油污等介质的影响、构造简单及安装方便等长处。所以宽泛应用于工业生产和科学研究的各个领域。【实验目的】。,认识被测资料对电涡流式传感器特征的影响。。I1【实验原理】,高频反射式应用较广。本实验使用高频反射式。-2所示,在一金属导体上方搁置一个线I1I2圈,当线圈中通入交变电流I1时,线圈的四周空间就产生了交变磁场H1,-2电涡流传感器工作原理R1M流I2,因为I2呈涡旋状,故称为电涡流。而此电涡流将产生交变磁场H2,它的方向与磁场H1方向相UL1L2R2反,因为磁场H2的反作用使导电线圈的电感量、阻抗及质量因数等发生变化,这些参数变化量的大小与金属导体的电阻率、磁导率、几何形状、激励电流以及线圈与金属导体间的距离等相关。-3等效电路其余参数不变,只让此中某一个参数变化,就构成了丈量该参数的传感器。-3所示的等效电路。图中,R1和L1为传感器线圈的电阻和电感,R2和L2为金属导体等效的电阻和电感,各自的电流为I1、I2,U为激励电压,M为互感系数。依据基尔霍夫定律能够写出方程R1I1jL1I1jMI2UR2I2jL2I2jMI10以上两式联立解得传感线圈中的电流I1为UI12222MR2jL1ML2R12L222L22R22R22上式的分母即为线圈受涡流产生的磁场此中,线圈等效电阻线圈等效电抗由此可算出线圈的质量因数而无涡流效应时线圈的质量因数为H2影响后的阻抗URjLZ1I1RR12M2R22L22R22L2M2L2L12L22R22LQRQ=L1/R1。可见,R、L、Q均为M的函数。而互感系数M决定于线圈凑近金属导体的程度,跟着线圈与金属导体离得越近,互感M值越大,涡流效应惹起上述参数的变化也越大,表现为涡流消耗的功率增大,线圈回路的Q值降低。电涡流传感器的基来源理就是将传感器与被测体间的距离变换为传感器的质量因数Q值、等效阻抗Z及等效电感L三个参量,并用相应的丈量电路来丈量。。丈量电路中供给一个稳固性很高的振荡信号,它是由石英晶体振荡器产生,其频次一般选在1MHz~2MHz。往常采纳一个电容C与电涡流线圈L并联,构成并联谐振回路,其谐振频次为0=1LC2传感器线圈作为振荡回路的一个电感元件与电容构成基本电路单元。振荡器的输出信号经电阻R加到传感器上。其作用是将位移变化惹起的振荡回路阻抗的变化转变为高频载波信号的幅度变化。当没有被测导体时,使谐振回路产生谐振,回路谐振频次为0,当与被测导体凑近时,回路将失谐,使回路Q值降低,振荡幅值降落,也发生变化。阻抗Z也发生变化。传感器LC回路的阻抗变化既反应了电感的变化,又反应了Q值变化。发生谐振时回路的等效阻抗最大。此时阻抗最高,对应的输出电压U0最大。当被测导体凑近传感器线圈时,电感线圈L感觉的高频电磁场作用于被测导体,由表面的涡流反射作用,使电感量L变小,致使回路失谐,回路的等效阻抗相应减小,对应的输出电压U值减少。所以经过对输出电压的丈量,就能够确定距离x的大小。实质上,参数R、L、Q均是M的非线性函数,即与距离x呈非线性关系。但在某一小范围内能够将这些函数关系近似地用线性函数表示,即电涡流位移传感器只好在必定范围内呈线性关系。能够用电涡流传感器在这段线性范围内丈量位移、振幅等物理量。【实验仪器】CSY10系传记感器系统实验仪、双踪示波器等。【实验内容】)选择实验所需零件:电涡流传感器、涡流变换器、螺旋测微仪、电压表。-4静态标定接线图2)-4连结电路,安装好电涡流线圈与金属片,注意二者一定保持平行,安装好测微仪,将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压/频次表20V档。3)开启主机电源与副电源,用测微仪带动涡流片挪动,当涡流片完整紧贴线圈时输出电压应为零(可适合改变支架中的线圈角度,若不为零记下零点偏移量)。而后旋动测微仪使涡流片走开线圈,,共记约14组数据。将U、x数值填入自己设计的表格内,作出U~x曲线,指出线性范围,求出敏捷度。4)将示波器接涡流变换器输入端口,察看电涡流传感器的激励信号频次,跟着线圈与电涡流片距离的变化,信号幅度也发生变化,当涡流片紧贴线圈时电路停振,输出为零。,而另一部分则是被测导体,所以线圈阻抗的变化还与被测导体的资料、形状、大小相关。一般状况下,被测体导电率越高,敏捷度越高,在同样的量程下,其线性范围越宽。别的被测体的形状和大小对丈量也有影响。当被测体的面积比传感器线圈面积大好多时,传感器敏捷度基本不发生变化;当被测风光积为传感器一半时,其敏捷度减少一半;更小时,敏捷度则明显减小。所以需对不一样的被测资料分别进行标定。(1)按内容1的要求分别对铁、铜、铝涡流片进行测试与标定,记录数据,在同一坐标上作出U~x曲线。2)分别找出不一样资料被测体的线性工作范围、敏捷度、最正确工作点,进行比较并做出定性的结论。)选择所需零件:电涡流传感器、涡流变换器、直流稳压电源、电桥、差动放大器、激振器I、低频振荡器等,-5接线。(2)差动放大器调零。-5振幅丈量接线图3)换回被测铁片,将测微头旋至走开振动台,将电涡流传感器的线圈安装在与被测铁片的最正确工作距离上(即线性地区的中点位置),利用差放和电桥电位器WD所构成的电平挪动电路将输出电压调理为零,此时振动台处于均衡地点。4)挪动振动台至上、下偏离地点,察看输出电压的变化,若均衡地点恰为传感器的最正确工作点上,则电压的双向指示值应付称,若不对称需从头安装传感器线圈与被测铁片的地点,找寻最正确工作点。(5)选好最正确工作点后,用双踪示波器的一个通道在A点察看涡流传感器的高频振荡波形,并测出其振荡频次。(6)将低频振荡器的低频输出信号接入激振器I,迟缓加大增益使振动台产生适合振幅的振动,调理振动频次范围1~30Hz,察看振动台振动状态,记下共振频次0。(7)再将示波器的另一个通道接入在B点察看涡流变换器的输出电压波形,适合调理低频振荡器的增益以保证输出电压波形不失真,用示波器测出Up-p值大小。8)依据实验内容1的结果(即当被测资料为铁片刻,对电涡流传感器进行静态标定所得的敏捷度Sn)(1)-5接线,调理好差动放大器的零点,将差放的输出接电压表20V档。(2)调整电涡流传感器的地点,使其处于线性范围的开端处,调理电桥电位器WD使电压表指示为零(调理好此后差放增益和WD均不行再动)。(3)在振动台上逐渐累加砝码,记下相应的砝码重量W和输出电压U值。依据实验数据作出U~W曲线,找出线性区,计算出敏捷度SnU/W(4)取下砝码,在振动台上放一重量未知的物体,记下输出电压值Ux则该物体的重量为WxUxSn【注意事项】,应实时减小振荡器增益,免得振动台振幅过大发生碰撞。,应第一移开传感器探头(线圈)。,激励信号幅度则应从小到大。(包含探头阻抗)以致影响线圈的阻抗,使输出U变小,并造成初始地点邻近的一段死区,将示波器探头离开输入端即可解决这个问题。、铝和其余金属涡流片,线圈紧贴涡流片刻的输出电压其实不为零,这是因为电涡流线圈的尺寸是为配合铁涡流片而设计的,换了不一样资料的涡流片,只有改变线圈尺寸输出才能为零。【预****思虑题】?。【剖析议论题】,工作点问题能否仍十分重要?为何??