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电容式传感器位移特性实验报告

发布日期:2020-11-14 02:23

  篇一:实验十一电容式传感器的位移特性实验 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: 为极板面积,d为极板间距离,ε 此可以看出当被测物 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 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 (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0.2mm记下位移量X 与输出电压值V 的变化,填入下表11-1 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δ 实验十九电涡流传感器的位移特性实验 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 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,模块电源用 号导线.合上实验台上电源开关,记下数显表读数,然后每隔0.1mm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时的灵敏度和线性度 由上图可得非线V /yFS100%=2.49%当x=3mm时: =Y-3.84=1.0428VyFS=3.84V 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、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 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。 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 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。 由上图可得非线V /yFS100%=1.57%当x=3mm时: =Y-10.45=0VyFS=8.40V 专业:机械工程班级:机械7 2015年11 月20 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 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 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 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 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 的等效电路。图中R1、L1为传感器线 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。 Q=Q0{[1-(L2ω2M2)/(L1Z22)]/[1+(R2ω2M2)/(R1Z22)]} Z22—金属导体中产生电涡流部分的阻抗,Z22=R22+ω 2L22。 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(转载自:旭范文网:电容式传感器位移 特性实验报告)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(H)的非线性函数。因此 线性函数。虽然它整个函数是一非线性的,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 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: 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 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。 电路组成:Q1、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 值变化转换成高频载波信号的幅值变化。D1、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。Q2 组成射极跟随器。射极跟随器的作用是输入、输出 匹配 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 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。 机头中的振动台、测微头、电涡流传感器、被测体(铁圆片);显示面板中的 表(或电压表);调理电路面板传感器输出单元中的电涡流、告诉你网赌放水时间,调理电路面板中的涡流变换器 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V档,检查接线无 位移X与输出电压数据 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。 Matlab使用GUI 编辑m文件如下: functionvarargout %NIHE_GUIM-file itself,creates newNIHE_GUI existing%singleton*. NIHE_GUIreturns newNIHE_GUI existingsingleton*. %NIHE_GUI(Property,Value,...)creates newNIHE_GUI using %givenproperty value pairs. Uecognized properties passedvia %varargin callingsyntax produces %warningwhen existingsingleton*. NIHE_GUI(CALLBACK,hObject,...)call %localfunction named CALLBACK giveninput %arguments. %*SeeGUI Options GUIDEsTools menu. Choose GUI allows only one run(singleton). Seealso: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES abovetext helpnihe_gui LastModified GUIDEv2.5 14-Dec-2015 19:05:47 Begininitialization code struct(gui_Name,mfilename, gui_Singleton,gui_Singleton, gui_OpeningFcn,@nihe_gui_OpeningFcn, gui_OutputFcn,@nihe_gui_OutputFcn,

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