传感器实验七至实验十实验报告

汕头大学实验报告

学院:工学院系:电子系专业:电子信息工程年级:成绩:

姓名:学号组:实验时间:11.24指导教师签字:

实验七电容式传感器的位移实验

一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：利用电容C＝εA／d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ε、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（ε变）、测位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。本实验采用的传感器为圆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_，则电容量为C=ε2_／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生_位移时，电容量的变化量为C=C1－C2=ε22_／ln(R／r)，式中ε2、ln(R／r)为常数，说明C与位移_成正比，配上配套测量电路就能测量位移。

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13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ＶＯ1接主机箱电压表的Ｖｉｎ)。

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3圈)。

3、将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2ｖ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０ｖ，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△_=０.5ｍｍ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13并作出_—Ｖ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)。

4、根据表13数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。

图13电容传感器位移实验安装、接线图

表13电容传感器位移与输出电压值

五、数据分析：

实验八压电式传感器测振动实验

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。

四、实验步骤：

1、按图18所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。

图18压电传感器振动实验安装、接线示意图

2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出的波形。

3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。

4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器的频率)，观察输出波形变化。实验完毕，关闭电源。

步骤4波形：

输入Vp-p=4.88V

输出Vp-p=7.08V

自振频率f=9Hz

实验九直流激励时霍尔式传感器位移特性实验

一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH＝KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，

它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。

四、实验步骤：

1、霍尔传感器和测微头的安装、使用参阅实验九。按图14示意图接线(实验模板的输出ＶＯ1接主机箱电压表的Ｖｉｎ)，将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2ｖ档。

2、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节RW1使数显表指示为零。

图14霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图

3、以某个方向调节测微头2ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数(建议做4ｍｍ位移)

五、数据数据与分析：

_-V曲线：

实验十交流激励时霍尔式传感器的位移实验

一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。

二、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。

三、需用器件与单元：主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双线示波器。

四、实验步骤：

1、传感器、测微头安装使用同实验九。实验模板接线见图15(千万注意：暂时不要将主机箱中的音频振荡器Ｌｖ接入实验模板)。

图15交流激励时霍尔传感器位移实验接线图

2、首先检查接线无误后，合上主机箱总电源开关，调节主机箱音频振动器的频率和幅度旋钮，用示波器、频率表监测LV输出频率为1KHz，幅值为4V

的峰－峰值；关闭主机箱电

源，再将LV输出电压(1KHz、4V、)作为传感器的激励电压接入图15的实验模板中（注意电压幅值过大会烧坏传感器）。

3、合上主机箱电源，调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器RW1、RW2使显示为零。

4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器Rw和相敏检波电位器Rw，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。

5、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，

五、数据数据与分析：

_-V曲线：

思考题：

1.1温度对结构尺寸的影响

环境温度的改变将引起电容式传感器各组成部分的集合尺寸和相互位置的变化，从而导致电容式传感器产生温度附加误差，这个误差尤其在检测间隙变化的电容式传感器中更为严重因为它的初始间隙很小。

1.2温度对介电常数的影响

电容式传感器的电容值与介质的介电常数成正比，因此对于介电常数的温度系数不为零的传感器，温度的变化必然会引起传感器电容值的改变，从而造成温度附加误差。

1.3漏电阻的影响

电容式传感器的容抗都很高，特别是当激励频率较低时。当两极间总的漏电阻与容抗相近时，就必须考虑分路作用对整个系统总灵敏度的影响，它将使传感器的灵敏度下降。

1.4边缘效应与寄生参量的影响

边缘效应使设计计算复杂化、产生非线性及降低传感器的灵敏度。消除和减小的方法是在结构上增设防护电极，防护电极必须与备防护电极取相同的电位，尽量使它们同为低电位。

由霍尔传感器的工作原理可知，U=KIB；即霍尔元件实际感应的是所在位置的磁场强度B的大小。实验中，霍尔元件卫衣的线性性实际上反映了空间磁场的线性分布，揭示了元件测量处磁场的线性分布。

1，查阅资料，结合以上实验，说明直流激励和交流激励时霍尔传感器进行位移测量的

特点，并比较直流激励和交流激励时霍尔传感器的灵敏度和非线性误差。

解：直流激励和交流激励时霍尔式传感器进行测量时，磁场梯度越大，灵敏度越高。磁场梯度越均匀，输出的线性度越好。

2，查阅资料，列举一些霍尔传感器的应用实例。

解：位移测量,简易磁场强度计,用做开关。