电感式传感器习题及解答
第5章电感式传感器
一、单项选择题
1、电感式传感器的常用测量电路不包括（）。
A. 交流电桥
B. 变压器式交流电桥
C. 脉冲宽度调制电路
D. 谐振式测量电路
2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是（）。
A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反
B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化
C. 根据输出的指示可以判断位移的方向
D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态
3、下列说法正确的是（）。
A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。
C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。
4、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是（）。
A. 既能反映衔铁位移的大小，也能反映位移的方向
B. 既能反映衔铁位移的大小，也能消除零点残余电压
C. 既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向
D. 既不能反映位移的方向，也不能消除零点残余电压
5、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（）。
A．直流电桥 B．变压器式交流电桥
C．差动相敏检波电路 D．运算放大电路
6、通常用差动变压器传感器测量（）。
A．位移 B．振动 C．加速度 D．厚度
7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( )。
A．直流电桥 B．变压器式交流电桥
C．差动相敏检波电路 D．运算放大电路
二、多项选择题
1、自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（）。
A. 提高很多倍
B. 提高一倍
C. 降低一倍
D. 降低许多倍
2、电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。
A位移 B振动 C压力 D流量 E比重
3、零点残余电压产生的原因是（）
A传感器的两次级绕组的电气参数不同
B传感器的两次级绕组的几何尺寸不对称
C磁性材料磁化曲线的非线性
D环境温度的升高
4、下列哪些是电感式传感器？（）
A．差动式 B.变压式 C.压磁式 D.感应同步器
三、填空题
1、电感式传感器是建立在基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为或的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
2、对变隙式差动变压器，当衔铁上移时，变压器的输出电压与输入电压的关系是。
3、对螺线管式差动变压器，当活动衔铁位于中间位置以上时，输出电压与输入电压的关系是。
4、产生电涡流效应后，由于电涡流的影响，线圈的等效机械品质因数。
5、把被测非电量的变化转换成线圈互感变化的互感式传感器是根据的基本原理制成的，其次级绕组都用形式连接，所以又叫差动变压器式传感器。
6、变隙式差动变压器传感器的主要问题是灵敏度与的矛盾。这点限制了它的使用，仅适用于的测量。
7、螺线管式差动变压器传感器在活动衔铁位于位置时，输出电压应该为零。实际不为零，称它为。
8、与差动变压器传感器配用的测量电路中，常用的有两种：电路和
电路。
9、单线圈螺线管式电感传感器主要由线圈、和可沿线圈轴向
组成。
10、变磁阻式传感器的敏感元件由线圈、和等三部分组成。
11、当差动变压器式传感器的衔铁位于中心位置时，实际输出仍然存在一个微小的非零电压，该电压称为。
12、电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的或的变
化，并通过测量电路将 或 的变化转换为 或 的变化，从而将非电量转换成电信号的输出，实现对非电量的测量。 13、电感式传感器根据工作原理的不同可分为 、 和 等种类。
14、变磁阻式传感器由 、 和 3部分组成，其测量电路包括交流电桥、 和 。
15、差动变压器结构形式有 、 和 等，但它们的工作原 理基本一样，都是基于 的变化来进行测量，实际应用最多的是 差动变压器。
16、电涡流传感器的测量电路主要有 式和 式。电涡流传感器可用于位移测量、 、 和 。
17、变气隙式自感传感器，当街铁移动靠近铁芯时，铁芯上的线圈电感量 （①增加，②减少）。
18、在变压器式传感器中，原方和副方互感M 的大小与 成正比，与 成正比，与磁回路中 成反比。
四、简答题
1、说明差动变隙式电感传感器的主要组成和工作原理。
2、变隙式电感传感器的输出特性与哪些因素有关？ 怎样改善其非线性？怎样提高其灵敏度？
3、差动变压器式传感器有几种结构形式？ 各有什么特点？
4、差动变压器式传感器的零点残余电压产生的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？
5、保证相敏检波电路可靠工作的条件是什么？
6、何谓电涡流效应？怎样利电用涡流效应进行位移测量？
7、说明变磁阻式电感传感器的主要组成和工作原理。
8、为什么螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的测位移范围？ 9、概述变隙式差动变压器的输出特性。
10、试比较自感式传感器与差动变压器式传感器的异同。
11、在自感式传感器中，螺管式自感传感器的灵敏度最低，为什么在实际应用中却应用最广泛？
12、零点残余电压产生原因？
13、如图为二极管相敏整流测量电路。1e 为交流信号源，2e 为差动变压器输出信号，r e 为参考电压，并有2e e r ，r e 和2e 同频但相位差为0°或180°，及W R 为调零电位器，Dl~D4是整流二极管，其正向电阻为r ，反向电阻为无穷大。试分析此电路的工作原理(说
明铁心移动方向与输出信号电流i的方向对应关系)。
14、分析螺管式差动变压器式传感器的性能特点。
15、简述电感式传感器的基本工作原理和主要类型。
16、试推导差动变隙式电感传感器的灵敏度，并与单极式相比较。
17、分析变气隙厚度的电感式传感器出现非线性的原因，并说明如何改善？
18、试分析下图所示差动整流电路的整流原理，若将其作为螺线管式差动变压器的测量电路，如何根据输出电压来判断衔铁的位置？
五、计算题
1、已知变气隙电感传感器的铁心截面积S=1.5cm2,磁路长度L=20cm，相对磁导率μi=5000，气隙δ0=0.5cm，△δ=±0.1mm，真空磁导率μ0=4π310-7H/m，线圈匝数W=3000，求单端式传感器的灵敏度△L/△δ，若做成差动结构形式，其灵敏度将如何变化？
2、分析如图所示自感传感器当动铁心左右移动时自感L变化情况（已知空气隙的长度为x1和x2，空气隙的面积为S，磁导率为μ，线圈匝数W不变）。
3、如图所示气隙型电感传感器，衔铁断面积S ＝4342mm ，气隙总长度mm l 8.0=δ，衔铁最大位移mm l 08.0±=?δ，激励线圈匝数N ＝2500匝，导线直径mm d 06.0=，电阻率cm ?Ω?=-61075.1ρ，当激励电源频率Hz f 4000=时，忽略漏磁及铁损，要求计算：（1）线圈电感值；（2）电感的最大变化量；（3）线圈直流电阻值；（4）线圈的品质因数；（5）当线圈存在pF 200分布电容与之并联后其等效电感值。(m H /10470-?=πμ)
4、如图所示差动螺管式电感传感器，已知单个线圈的电感值mH L 4.55=，当铁心移动
mm 5±时线圈电感变化量mH L 03.5±=?，当采用交流不平衡电桥检测时，桥路电源电压
有效值V U 6=，要求设计电桥电路，具有最大输出电压值，画出相应桥路原理图，并求输出电压值。
5、如下图所示为一简单电感式传感器。尺寸已示于图中。磁路取为中心磁路，不计漏磁，设铁心及衔铁的相对磁导率为104
，空气的相对磁导率为1，真空的磁导率为4л310－7
H 2m -1
，试计算气隙长度为零及为2mm 时的电感量。（图中所注尺寸单位均为mm ）
六、综合分析设计题
1、若要你需要用差动变压器式加速度传感器来测量某测试平台振动的加速度。请你：
（1）设计出该测量系统的框图，并作必要的标注或说明；
（2）画出你所选用的差动变压器式加速度传感器的原理图，并简述其基本工作原理；
（3）给出差动变压器式加速度的测量电路图，并从工作原理上详细阐明它是如何实现既能测量加速度的大小，又能辨别加速度的方向的。
第5章电感式传感器
一、单项选择题
1、C
2、C
3、D
4、D
5、B
6、C
7、C
二、多项选择题
1、ABCD
2、ABCDE
3、ABC
4、ABCD
三、填空题
1、电磁感应；线圈的自感系数；互感系数
2、反相
3、同频同相
4、下降
5、变压器；顺向串接
6、衔铁位移量；微小位移
7、中间；零点残余电压
8、差动整流；相敏检波电路 9、铁磁性外壳；移动的活动铁芯
10、铁芯；衔铁 11、零点残余电压
12、自感系数L；互感系数M；自感系数L；互感系数M；电压；电流
13、变磁阻式（自感式）；变压器式；涡流式（互感式）
14、线圈；铁芯；衔铁；变压器式交流电桥；谐振式测量电路
15、变隙式；变面积式；螺线管式；线圈互感量；螺线管式
16、调频；调幅；振幅测量；转速测量；无损探伤 17、①增加 18、绕组匝数；穿过线圈的磁通；磁阻
四、简答题 1、 答：
工作原理：
假设：初级绕组W 1a =W 1b =W 1，次级绕组和W 2a =W 2b =W 2。两个初级绕组的同名端顺向串
联，两个次级绕组的同名端则反相串联。
当没有位移时，衔铁C 处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δ
a 0=δ
b 0=δ0，则绕组
W 1a 和W 2a 间的互感M a 与绕组W 1b 和W 2b 的互感M b 相等，致使两个次级绕组的互感电势相
等，即e 2a =e 2b 。由于次级绕组反相串联，因此，差动变压器输出电压U o =e 2a -e 2b =0。
当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa ≠δb ，互感M
a
≠M b ，两次级绕组的互感电势e 2a ≠e 2b ，输出电压U o =e 2a -e 2b ≠0，即差动变压器有电压输出， 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。
2、答：变隙式电感传感器的输出特性与衔铁的活动位置、供电电源、线圈匝数、铁芯间隙有关。
为改善其非线性可采用差动结构。
如果变压器的供电电源稳定，则传感器具有稳定的输出特性；另外，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。增加次级线圈和初级线圈的匝数比值和减小铁芯间隙都能使灵敏度提高。
3、答：差动变压器式传感器主要有变隙式差动传感器和螺线管式差动变压器两种结构形式。
i
U B
o
变隙式差动变压器结构
差动变压器式传感器根据输出电压的大小和极性可以反映出被测物体位移的大小和方向。螺线管式差动变压器如采用差动整流电路，可消除零点残余电压，根据输出电压的符号可判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向；如配用相敏检波电路，可判断位移的大小和方向。
4、答：零点残余电压的产生原因：传感器的两次极绕组的电气参数与几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。
为了减小和消除零点残余电压，可采用差动整流电路。
5、答：保证相敏检波电路可靠工作的条件是检波器的参考信号u o的幅值远大于变压器的输出信号u的幅值，以便控制四个二极管的导通状态，且u o和差动变压器式传感器的激励电压共用同一电源。
6、答：电涡流效应指的是这样一种现象：根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，通过导体的磁通将发生变化，产生感应电动势，该电动势在导体内产生电流，并形成闭合曲线，状似水中的涡流，通常称为电涡流。
利用电涡流效益测量位移时，可将被测体的电阻率、磁导率、线圈与被测体的尺寸因子、线圈中激磁电流的频率保持不变，而只改变线圈与导体间的距离，这样如果测出传感器线圈
7、答：
变磁阻式传感器结构
变磁阻式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。铁芯和衔铁由导磁材料制成。
在铁芯和衔铁之间有气隙，传感器的运动部分与衔铁相连。当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化，因此只要能测出这种电感量的变化，就能确定衔铁位移量的大小和方向。
8、答：变隙式电感传感器的灵敏度与铁芯间隙成反比，因此只能测量较小的位移，否则灵敏度会有所下降。而螺线管式电感传感器则不存在这个问题，可测量更大范围的位移。
9、答：在忽略铁损（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下，等效电路。r1a与L1a , r1b与L1b , r2a与L2a , r2b与L2b，分
别为W1a , W1b , W2a, W2b绕阻的直流电阻与电感。
当r 1a <<ωL 1a ，r 1b <<ωL 1b 时，如果不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，可得变隙式差动变
压器输出电压U o 的表达式，即： 当衔铁处于初始平衡位置时，因δa =δb =δ0， 则U o =0。但是如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动Δδ（假设向上移动为正）时，则有δa =δ0-Δδ， δb =δ0+Δδ，代入上式可得：
变隙式差动变压器的输出特性：当衔铁位于中间位置时，输出电压为0；当衔铁上移时，变
10、答：(1)不同点：
1)自感式传感器把被测非电量的变化转换成自感系数的变化； 2)差动变压器式传感器把被测非电量的变化转换成互感系数的变化。
(2)相同点：两者都属于电感式传感器，都可以分为气隙型、截面型和螺管性三种类型。 11、答：
(1)在自感式传感器中，虽然螺管式自感传感器的灵敏度最低，但示值范围大、线性也较好; (2)同时还具备自由行程可任意安排、制造装配方便、可互换性好等优点。
(3)由于具备了这些优点，而灵敏度低的问题可在放大电路方面加以解决，故目前螺管式自感传感器应用中最广泛。
12、答：主要是传感器的两次级绕组的电气参数、几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，构成了零点残余电压的基波；而磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞），产生了零点残余电压的高次谐波（主要是三次谐波）。
13、答：根据已知条件2e e r >>，所以四个二极管工作状态可完全由r e 而定。设r e 正半用A 点为正、B 点为负，此时21D D 、导通，43D D 、截止。此时ADBF 回路是对称的，因而D 点和F 点等电位；r e 负半周A 点为负，B 点为正，此时21D D 、截止，43D D 、导通，此时ACBF 也是对称回路，故C 点和F 点等电位。 在以上两种情况下：
(1)当铁心在中间位置02=e ，此时E 点与C 点、D 点等电位，因此E 点与F 点也等电
21b a o
i
b a W U U
W δδδδ-=-+
210
i o U W U W δδ=--? -
变隙式差动变压器输出特性
位，因此流过电流表的电流0=i ；
(2)当铁心上移，设信号电压2e 与电压r e 同相位，r e 正半周时2e 的极性为C 点为正、D 点为负，此时点D 与F 等电位，电流i 由E →mA 表→F(D)；负半周信号电压2e 的极性为C 点为负，D 点为正，此时C 点与F 点等电位，电流i 由E →mA 表→F(C)。所以铁心上移，电流走向是由E →F 。
(3)反之铁心下移，2e 与r e 反相位，即r e 的正半周时，2e 的极性为C 点为负，D 点为正，同理可分析得电流i 流向为F →E ，与上述相反。
14、答：差动变压器的输出电压在理想状态下与输入位移成线性关系，但实际工作时其线性度受位移量大小的影响较大，在位移小时，线性尚好，但位移一大，线性就很差。影响因素主要有线圈骨架的形状及机械结构精度，线圈的排列状况，铁芯的几何结构、材质和尺寸精度及励磁频率和负载大小等许多因素。要提高其线性度，应使它的测量范围不超过线圈框架长度的1/4，励磁频率应采用中频，最好配用相敏检波器。
差动变压器的灵敏度是其最主要的性能指标，它是指动铁芯在产生单位位移时所引起的输出电压量，一般用输出电压的增量与动铁芯位移增量之比表示，即：KU=?U/?X 。影响因素主要有副边绕组的线圈匝数和原边绕组的励磁电压及频率等。
15、答：电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，它将输入的物理量（如位移、振动、压力、流量、比重等）转换为线圈的自感系数L 或互感系数M 的变化，再通过测量电路将L 或M 的变化转换为电压或电流的变化，从而将非电量转换成电信号输出，实现对非电量的测量。
根据工作原理的不同，电感式传感器可分为变磁阻式（自感式）、变压器式和涡流式（互感式）等种类。
16、答：设两差动线圈初始气隙厚度均为0δ，初始电感均为0L ，且
0202δμA W L =
当衔铁向上移动δ?时，则
)(20002101δδμ?-=?+=A W L L L ，)
(200
02202δδμ?+=?-=A W L L L
∴2121L L L L L -=?+?=?
2
000020002)(
11
2)(2)(2δδδδδμδδμ?-??=?+-?-=L A W A W
当0δδ<
2δδ
?≈?L L
∴灵敏度为：0
02δδL L
K =??=
由此可见，与单极式相比，其灵敏度提高了一倍（单极式为0
δδL L K =??=
）。 17、答：设初始状态时（被测量为0），传感器线圈初始气隙厚度为0δ，则初始电感值为
0202δμA W L =
当传感器工作时（被测量不为0），传感器受被测量作用，衔铁位移发生改变，设衔铁上移了δ?的距离，则气隙厚度减小了δ?，此时传感器电感量为：
)
(200
02δδμ?-=A W L
∴电感变化量0
02000202)(2δμδδμA W A W L L L -?-=-=?
00
11
δδ
δδ
?-
?
?=L 由此可见，由于分母中含有0/δδ?项，使输出L ?与输入δ?之间呈现非线性关系。为了改善其非线性，可采用差动结构形式的变气隙厚度的电感式传感器。
18、答：该差动整流电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流，然后再将整流后的电压的差值作为输出，具体整流原理如下：
A 当U i 上正下负时，上线圈a 正b 负，下线圈c 正d 负。
上线圈：电流从a －1－2－4－3－b ，流过电容C 1的电流是由2到4，电容C 1上的电
压为U 24；
下线圈：电流从c －5－6－8－7－d ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电
压为U 68。
B 当U i 上负下正时，上线圈a 负b 正，下线圈c 负d 正。
上线圈：电流从b －3－2－4－1－a ，流过电容C 1的电流是由2到4，
电容C 1上的电压为U 24；
下线圈：电流从d －7－6－8－5－c ，流过电容C 2的电流是由6到8，电容C 2上的电
压为U 68。
由此可知，不论两个次级线圈的输出电压极性如何，流经电容C 1的电流方向总是从2到4，流经电容C 2的电流方向总是从6到8，故整流电路的输出电压为：
U 0＝U 26＝U 24＋U 86＝U 24－U 68
① 当衔铁位于中间位置时，U 24＝U 68，∴U 0＝0 ② 当衔铁位于中间位置以上时，U 24>U 68，∴U 0>0 ③ 当衔铁位于中间位置以下时，U 24
如此，输出电压U 0的极性反映了衔铁的位置，实现了整流的目的。
五、计算题 1、解：0
L=L δ
δ??，0
L L K=
δδ?=
? 22743
0002
0W A 30004101.510L 5410H 220.510
μππδ----??????===??? 所以：3
2
5410K=
10.8340.510ππ--?==? 做成差动结构形式灵敏度将提高一倍。
2、解：线圈中自感量：m
2R W I W I L =?==φψ
磁路总磁阻：S
2l S 2x S 2x A 2R 2100m μμμμδ=+=≈
空气隙x 1和x 2各自变而其和不变，其他变量都不变，所以自感量L 不变。 3、解：（1）1
l 0.4mm 2
δδ=
= 227600W A 25004101610L=157mH 0.8222
μπδ--??????==?
（2）2
00
0.0811
L=L [1......]157[1.....]39.25mH 0.4525
δ
δ
δ
δδδ????+++=?
+++=（
）（
） （3）L
R=
464A
ρ=Ω
（4）L
Q=2f R
ωωπ=，，3
2400015710Q=
8.5464π-???= 4、解：根据交流电桥桥臂匹配原则设计电路，如图所示，将1L 和2L 差动电感与固定电阻R 按图连接，此时应满足L f L R ?==πω2。将L 和R 分别放置在桥路输出端两侧，则桥路电压灵敏度系数5.0=K ，电感为差动式。
输电压有效值为
mV U L L L L U 27264
.5503
.52121210=?=?+?+??=
5、解：∵ 002S R m μδ≈，∴ δ
μ2002S W L ≈
又 ∵ 200=W ，7
0104-?=πμ，33
0101510
30--???=S
∴ 当0=δ时，∞≈L
当3
102-?=δ时，()H L 005655.01022101510301042003
3
372≈????????≈
----π
六、综合分析设计题 1、解： （1）
测试平台振动加速度的测量系统框图
（2）差动变压器式加速度传感器的原理图
（3）差动变压器式加速度的测量电路图
为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路或相敏检波电路。 法一：差动整流电路
把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将整流的电压或电流的差值作为输出。下面给出全波电压输出的差动整流电路：
?全波电压输出的差动整流电路图
从上图电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C 1的电流方向总是从2到4，流经电容C 2的电流方向总是从6到8， 故整流电路的输出电压为
68
242U U U -=
1—悬臂梁；2—差动变压器
当衔铁在零位时，因为U 24=U 68，所以U 2=0；当衔铁在零位以上时，因为U 24 > U 68 ，则U 2 >0；
而当衔铁在零位以下时， 则有U 24< U 68，则U 2 <0。
∴ U 2的有效值大小反映了位移的大小，从而利用①式可以反求加速度的大小；
U 2正负表示衔铁位移的方向，即振动的加速度方向。
法二：相敏检波电路
输入信号u 2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T 1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号u s 通过变压器T 2加到环形电桥的另一个对角线上。 输出信号u o 从变压器T 1与T 2的中心抽头引出。
平衡电阻R 起限流作用，以避免二极管导通时变压器T 2的次级电流过大。R L 为负载电阻。u s 的幅值要远大于输入信号u 2的幅值，以便有效控制四个二极管的导通状态，且u s 和差动变压器式传感器激磁电压u 1由同一振荡器供电， 保证二者同频同相（或反相）。
根据变压器的工作原理，考虑到O 、M 分别为变压器T 1、 T 2的中心抽头，则采用电路分析的基本方法，可求得图4-19（b ）所示电路的输出电压u o 的表达式
(a )
u o
o
(b )
o
1u s )2(2
11
22L L L L o R R n u R R u R u +=-
=
当u 2与u s 均为负半周时：二极管V D2、V D3截止，V D1、V D4导通。其等效电路如图4-19（c ）所示。输出电压u o 表达式与式（4-38）相同。说明只要位移Δx >0，不论u 2与u s 是正半周还是负半周，负载电阻R L 两端得到的电压u o 始终为正。 当Δx <0时：u 2与u s 为同频反相。
不论u 2与u s 是正半周还是负半周，负载电阻R L 两端得到的输出电压u o 表达式总是为
波形图
（a ） 被测位移变化波形图; （b ） 差动变压器激磁电压波形; （c ） 差动变压器输出电压波形 (d) 相敏检波解调电压波形； (e) 相敏检波输出电压波形
∴ U 2的有效值大小反映了位移的大小，从而利用①式可以反求加速
度的大小；
U 2正负表示衔铁位移的方向，即振动的加速度方向。
)
2(12
L L o R R n u R u +-
=?
u
u u u (a )
(b )
(c )
(d )
(e )
传感器测试实验报告
实验一 直流激励时霍尔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： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv)
作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
传感器原理实验指导书
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君编著 电子技术省级实验教学示范中心
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 三、 实验原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （2） 式中：ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R 2、R 3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V 相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V ，此时应将±5V 地与±15V 地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。
测试技术实验(综合)
实验1 电感式传感器——差动变压器性能测试 实验目的 了解差动变压器的基本构造及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。 实验器件 音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器。 旋钮初始位置 音频振荡器的振荡频率为4kHz～8kHz，双线示波器每格读数为示波器上“>”后面所对应的数字，触发选择“第一通道”，主、副电源关闭。 实验原理 电感传感器是一种基于互感的原理，将位置量的变化(即位移)转变为电感量变化的传感器。如图1所示，它由初级线圈L、次级线圈L1、L2与铁心P构成，本质上，它是一个变压器，且因其两个次级线圈按反极性串联组成差动式，故电感式传感器又称差动变压器式传感器。当初级线圈L加入交流电压时，若u1=u2，则输出电压u0= u1–u2=0，当铁心向上运动时，因u1 > u2，故u0 > 0，当铁心向下运动时，因u1 < u2，故u0 < 0，且铁心偏离中心位置越大，u0越大。其输出特性曲线如图所示。
=u 1-u 2L v (a) 电路 (b) 输出特性 图1 差动变压器式传感器的工作原理 实验步骤 1、根据图2接线，将差动变压器、音频振荡器（注意：输出为L V ）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器初级线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V 。
图2 器件连接图 (两线圈两上极联在一起，示波器两通道均不能接地) 2、转动测微头，使其与振动平台吸合，然后将其向上转动5mm，使振动平台向上移动。 3、向下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰值电压，并填入表，根据所得数据计算灵敏度S(S＝Δu/Δx，其中，Δu为电压变化，Δx为对应振动平台的位移变化)，并作出u- x关系曲线。 思考题 1、根据实验结果，指出线性范围。 2、当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？ 3、用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？
实验一电阻应变片传感器特性实验
实验一、二 电阻应变片传感器特性实验 一、 实验目的： 1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2．比较半桥，全桥测量电路与单臂电桥的不同性能、了解各自的特点。 二、 基本原理： 敏感元件—金属箔在外力作用下，其电阻值会发生变化。即金属的电阻应变效应。根据推导可以得出： l l k l l l l l l R R ?=???++=?++?=?02121）（）（ρρμρρμ “应变效应”的表达式。k 0称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k 0受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是） （ρερ ?，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料 而言，以前者为主，则 μ210+≈k ，对半导体，0 k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸 比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数k 0=2左右。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系εσE = （4） 式中 σ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值σ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 单臂电桥：即应变片电阻接入电桥的一臂，测出其电阻变化值，结构比较简单，但是灵敏度较差； 半桥：把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EG ε／2。式中E 为电桥供电电压。 全桥：测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U 03＝KE ε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、±15V 电源、±5V 电源、万用表。 四、实验内容与步骤： 1、应变片的安装位置如图（1－1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R 2、R 3、R4。可用万用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Ω。 R1 R2 R3R4 图1－1 应变式传感器安装示意图 图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图 2、接入模板电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，顺时针调节Rw2使之大致位于中间位置，再进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、
最新实验第5章电感式传感器
实验第5章电感式传 感器
实验名称：电感式传感器测试实验 一、实验目地： 1． 了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。 2． 利用差动螺管式电感传感器进行位移测量。 3． 了解不同的激励频率对差动螺管式电感传感器的影响。 实验一. 差动变压器的基本结构及原理 二、实验原理： 差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图（9） 三、实验环境 差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。 四、实验步骤： 1．按图接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV 端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv ／格。 2．音频振荡器输出频率5KHZ ，输出值V P －P 2V 。 3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。 示波器
4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次 位移 mm 电压 V 5. 根据表格所列结果，画出Vop-p－X曲线，指出线性工作范围。（可附在后面） 实验二. 差动螺管式电感传感器位移测量 二、实验原理： 利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。次级二个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一线圈的电感减小。 三、实验环境 差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。 四、实验步骤： 1．差动变压器二个次级线圈组成差动状态，按图接线，音频振荡器LV 端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。 2．旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时Lo′＝Lo″，系统输出为零。
电感式传感器实验
电感式传感器实验 实验项目编码： 实验项目时数：2 实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√） 一、实验目的 了解模拟量电感传感器的响应特性；熟悉评估测量的重复性、直线度和磁滞误差；掌握确定模拟量电感传感器的灵敏度。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 使用螺旋测微器带动电感式传感器衔铁横向位移，产生电感变化，利用测量电路，将电感变化转换成电压输出，从而将位移与电压输出建立联系。 （二）实验原理 差动变压器的工作原理电磁互感原理。差动变压器的结构如图1所示，由一个一次绕组1 和二个二次绕组2、3 及一个衔铁4 组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接(＊同名端相接)，以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。 当差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响)，它的等效电路如图2所示。图中U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1 分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小， 图1 差动变压器的结构示意图图2 差动变压器的等效电路图 因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。 因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。
传感器与检测技术实验的报告.doc
精品资料 “传感器与检测技术”实验报告 序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验 学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83
实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。 一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感 器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元 件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。 它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在 机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直 流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模 板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻 符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻， 是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器 上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应 变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。
模拟量电感式传感器实验指导书
模拟量电感式传感器实验指导书 注意事项 实验设备安装步骤 1 、断开实验电源 2 、实验用设备组合搭建 3 、实验线路连接 4 、依据实验指导书认真检查设备及接线 5 、开启实验电源( 24V DC/4.5A ) 实验完毕 1 、断开实验电源 2 、断开实验线路 3 、整理实验设备及工具连接线和插头颜色说明：颜色缩写黑棕蓝白红绿黄电压- 电流转 换开关：通过电压- 电流转换开关将电压信号连接到输出0，电流信号连接到输出1。转换开关 切换每个输入接口到各自的输出接口。 电压- 电流转换开关接线原理图 模拟量电感式传感器 一、实验目的 1 、确定模拟量电感式传感器的特性曲线； 2 、测量对象对模拟量电感式传感器输出信号的影响； 、实验原理
模拟量电感式传感器包括一个带有电感线圈的振荡回路、电容器以及一个放大器的并联回路。通过线圈的磁芯在外部产生电磁场。如果一个电感应材料进入该磁场活动区域中，根据电感原理产生涡流，将使振荡减弱。 由于传导率、渗透性、尺寸和距离的不同，振荡的衰减也不相同。振荡的衰减通过后续产生的输出信号来进行评价，在一定的测量范围内，输出信号与传感器、材料间的距离成正比。 1 振荡器 2 解调器 3 放大器 4 线性装置 5 输出信号调节 6 外部电压 7 内部恒定电源8线圈9输出(mV或mA 图1-1 模拟量电感式传感器结构图 三、实验仪器 仪器 数量 名称 模拟信号转换板电压- 电流转换开关模拟量电感式传感器 位移滑板游标卡尺数字万用表 零件3:低碳钢90x30mm零件4:不锈钢90x30mm零件5:铝90x30mm零件6:黄铜 90x30mm零件7:铜90x30mm 零件11:低碳钢30x30mm零件12:低碳钢25x25mm 零件13:低碳钢20x20mm零件14:低碳钢15x15mm零件15:低碳钢10x10mm零件16:低碳钢5x5mm台式稳压电源(24V DC/4.5A ) 四、实验内容 1 确定模拟量电感式传感器的特性曲线 游标卡尺安装时，位移滑板设定在“ 0”。游标卡尺通过两个磁铁固定在位移滑板的基座上，与基座平行放置。 模拟量电感式传感器安装位置对于位移滑板中心横向偏移5cm。将零件3插入位移滑板材料固定架上。 图1-2 实验仪器布置图 1 图1-3 电气接线图
电感式传感器测试实验
福建江夏学院 《传感器技术》实验报告 姓名 班级学号实验日期课程名称传感器技术指导教师成绩 实验名称：电感式传感器测试实验 一、实验目地： 1．了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。 2．利用差动螺管式电感传感器进行位移测量。 3．了解不同的激励频率对差动螺管式电感传感器的影响。 实验一. 差动变压器的基本结构及原理 二、实验原理： 差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图（9） 三、实验环境 差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。 R 1 L K R 3R 2 Lo Lo Ma Mb Lv 5KHZ 示波器第一通道第二通道
四、实验步骤： 1．按图接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器 第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv／格。 2．音频振荡器输出频率5KHZ，输出值V P－P2V。 3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变 两个次级线圈的串接端。 4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压 V P－P值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。 位移 mm 电压 V 5. 根据表格所列结果，画出Vop-p－X曲线，指出线性工作范围。（可附在后面） 实验二. 差动螺管式电感传感器位移测量 二、实验原理： 利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管 线圈电感值的变化。次级二个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电 感增加，而另一线圈的电感减小。 三、实验环境 差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、 电压表、示波器、测微头。 四、实验步骤： 1．差动变压器二个次级线圈组成差动状态，按图接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成
传感器测试实验报告
实验一直流激励时霍尔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： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍 尔电势 U H＝ K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中 沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为U H kx ，式中k—位移传感器的灵敏度。这样它就 可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场 梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座 中，实验板的连接线按图9-1进行。 1、 3 为电源±5V ， 2、4 为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1 使数显表指示为零。 图 9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填 入表 9-1。 表9－ 1 X （ mm） V(mv)
作出 V-X 曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V ，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
传感器实验
传感器实验
实验一金属箔式应变计性能——应变电桥 实验目的： 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 实验原理： 本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也 随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，当使用一个应变片时， ∑ ? = R R R；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑ ? = R R 2 R；用四个应变片 组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，∑ ? = R R 4 R。 实验所需部件：(括号{ }内为2001B型内容) 直流稳压电源+4V、公共电路模块（一）{公共电路模块}、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表 实验步骤： 1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“—”输入端对地用实验线短路。输出端接电压表2V档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
（图1） 2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图（1）将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。 将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。 3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的W D电位器，使桥路输出为零。 4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表： 位 移 mm 电 压V 根据表中所测数据在坐标图上做出V—X曲线，计算灵敏度S：S=X V? ?。 / 注意事项： 1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。 2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。 3、实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试
电感式传感器测静态位移
实验七（1） 差动变压器式电感传感器的性能 实验目的：了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况。 所需单元和部件：差动变压器式电感传感器、音频振荡器、测微器、V/F 表。 有关旋钮的初始位置：音频振荡器频率为4KHz ，LV 输出幅度为峰峰值5V 。 注意事项： （1）音频振荡器的信号必须从LV 输出端输出。 （2）双平行梁处于（目测）水平位置时，计算机上观察到的差动变压器式电感传感器的输出端信号应为最小，否则要调整电感中磁棒的位置。 （3）差动变压器次级的两个线圈必须接成差动形式（同名端相接）。 实验步骤： （1）根据图28的电路结构，将差动变压器式电感传感器、音频振荡器、CH 1和CH 2连接起来，组成一个测量线路。将CH 1和CH 2分别接至差动变压器式电感传感器的输入端和输出 端。 （2）转动测微器，使双平行梁处于（目测）水平位置。调整电感中磁棒位置，使差动变压器输出端信号最小，再向上转动测微器5mm ，使梁的自由端往上位移，用计算机读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表。 （3）往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移。每位移1mm ，用计算机读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据记计算灵敏度S 。S=ΔV/ΔX （式中ΔV 为电压变 思考： （1）根据实验结果，指出线性范围。 （2）电感中磁棒的位置由上到下，计算机观察到的波形相位发生怎样的变化。 （3）用测微器调节双平行梁位置，使计算机上观察到的差动变压器式电感传感器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么，由于什么原因造成。
实验七（2） 差动螺管式电感传感器的静态位移性能 实验目的：了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况。 所需单元和部件：差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、V/F 表、测微器。 有关旋钮的初始位置：音频振荡器频率为4KHz ，LV 输出幅度为峰峰值2V ，差动放大器的增益旋钮旋至中间。V/F 表置于V 表20V 档。 注意事项： （1）音频振荡器的信号必须从LV 输出端输出。 （2）此实验只用原差动变压器的两个次级线圈，注意接法。 （3）实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2的调整，是配调的。 实验步骤： (1)根据图32的电路结构，将差动螺管式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器，移相器，低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。将CH 1和CH 2分别接至差动放大器的输出端和相敏检波器的输出端（这时，V/F 表应置于V 表20V 档）。 (2)转动测微器，使梁上振动平台中间的磁铁与测微头相吸，使平行梁处于水平位置. (3)调整电桥平衡网络的是位器W1和W2，使差动放大器的输出信号最小，这时差动放大器增益旋钮旋至最大,用实时采样观察数据和差动放大器的输出端、相敏检波器的输出端波形。 （4）再向上转动测微器2.5mm ，使梁的自由端往上位移。 （5）调整移相器上的移相电位器，使得电压表显示最大。（可以参考观察相敏检波器的输出波形）。 （6）为了减小相敏检波器输出端的两个半波的高低差异，必要时调整差动放大器的调零电位器。 （7）往下旋动测微器，使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的数值。每隔0.5mm 记一个数值，将所记数据填入下表，根据所得数据记计算灵敏度S 。S=ΔV/ΔX （式中ΔV 为电压变化，ΔX 为梁自由端的位移变化），并作出V-X 关系曲线。 思考： 本实验与实验廿六比较相似，请指出它们的各自特点。 ∞ - + + ∞ _ + + CH 1 CH 2
实验一_电容式传感器实验
实验一：常用传感器（电感式、电阻式或电容式） 静态性能测试 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。其结构如图所示： 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x，则电容量为C=ε2πｘ／ln(R／r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生?X位移时，电容量的变化量为?C=C1－C2=ε2π2?X ／ln(R／r)，式中ε2π、ln(R／r)为常数，说明?C与位移?X成正比，配上配套测量电路就能测量位移。 图1-1 电容式传感器结构 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1-2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)。 图1-2 电容传感器位移实验安装、接线图 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△X=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1-1并作出X —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)。 五、实验数据处理 1、将测得的实验数据填入表1-1如下所示： 表1-1电容传感器位移与输出电压值 2、根据表1-1实验数据用excel 做出X-Y 曲线并求得曲线的函数表达式如图1-3所示： X-Y 曲线的函数表达式为V=0.1793X-2.8035. 图1-3 X-V 实验曲线 3、 根据表1-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差δ。 由表1-1数据及所绘制的X-V 曲线可得电容传感器的系统灵敏度即曲线的斜率： S=ΔV/ΔX=0.1793mv/mm 由所得X-Y 函数表达式及所测的实验数据用excel 计算出各点误差如表1-2
实验3电感式传感器实验
实验电感式传感器实验 实验项目编码： 实验项目时数：2 实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√） 一、实验目的 了解模拟量电感传感器的响应特性；熟悉评估测量的重复性、直线度和磁滞误差；掌握确定模拟量电感传感器的灵敏度。 二、实验内容及基本原理 （一）实验内容 使用螺旋测微器带动电感式传感器衔铁横向位移，产生电感变化，利用测量电路，将电感变化转换成电压输出，从而将位移与电压输出建立联系。 （二）实验原理 差动变压器的工作原理电磁互感原理。差动变压器的结构如图1所示，由一个一次绕组1 和二个二次绕组2、3 及一个衔铁4 组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接(＊同名端相接)，以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。 当差动变压器工作在理想情况下(忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响)，它的等效电路如图2所示。图中U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1 分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小， 图1 差动变压器的结构示意图图2 差动变压器的等效电路图 因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。 因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。
电感式传感器的误差分析
电感式传感器的误差 1.输出特性的非线性 各种自感式传感器，都在原理上或实际上存在非线性误差。测量电路也往往存在非线性。为了减小非线性，常用的方法是采用差动结构和限制测量范围。 对于螺管式自感传感器，增加线圈的长度有利于扩大线性范围或提高线性度。在工艺上应注意导磁体和线圈骨架的加工精度、导磁体材料与线圈绕制的均匀性，对于差动式则应保证其对称性，合理选择衔铁长度和线圈匝数。另一种有效的方法是采用阶梯形线圈，如图3.12所示。 图3.12 阶梯形线圈 2.零位误差 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压)，造成零位误差，如图3.13(a)所示。过大的零位电压会使放大器提前饱和，若传感器输出作为伺服系统的控制信号，零位电压还会使伺服电机发热，甚至产生零位误动作。 零位电压的组成十分复杂，如图3.13(b)所示。它包含有基波和高次谐波。 图3.13 零位误差 (ａ)零位电压；(ｂ)相应波形 产生基波分量的主要原因是传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致。由于基波同相分量可以通过调整衔铁的位置(偏离机械零位)来消除，通常注重的是基波正交分量。 造成高次谐波分量的主要原因是磁性材料磁化曲线的非线性，同时由于磁滞损耗和两线圈磁路的不对称，造成两线圈中某些高次谐波成分不一样，不能对消，于是产生了零位电压的高次谐波。此外，激励信号中包含的高次谐波及外界电磁场的干扰，也会产生高次谐波。
应合理选择磁性材料与激励电流，使传感器工作在磁化曲线的线性区。减少激励电流的谐波成分与利用外壳进行电磁屏蔽也能有效地减小高次谐波。 一种常用的方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压； (2)并联电阻消除高次谐波零位电压； (3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。 图3.14(ａ)示出了上述原理的典型接法。图中R用来减小基波正交分量， 图3.14 零位电压补偿电路 (ａ)典型接法；(ｂ)实际电路 作用是使线圈的有效电阻值趋于相等，大小约为0.1～0.5Ω，可用康铜丝绕制。Rb用来减小二、三次谐波，其作用是对某一线圈(接于A、B间或B、C间)进行分流，以改变磁化曲线的工作点，阻值通常为几百～几十kΩ。电容C用来补偿变压器次级线圈的不对称，其值通常为100～500ｐF。有时为了制造与调节方便，可在C、D间加接一电位器R，利用R 与Ra的差值对基波正交分量进行补偿。图(b)示出了一种传感器的实际补偿电路。 另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。 此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性，来减小零位电压。 3.温度误差 环境温度的变化会引起自感传感器的零点温度漂移、灵敏度温度漂移以及线性度和相位的变化，造成温度误差。 环境温度对自感传感器的影响主要通过： (1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化； (2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化； (3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。 上述因素对单电感传感器影响较大，特别对小气隙式与螺管式影响更大，而第(2)项对低频激励的传感器影响较大。 对于高精度传感器，特别是小量程传感器，如果结构设计不合理，即使是差动式，温度影响也不容忽视。对于高精度传感器及其测量装置，其材料除满足磁性能要求外，还应注
电感传感器电路实验
综合实验1 电感传感器信号处理电路实验 电感传感器是一种精度较高的位移传感器，高精度的电感位移传感器一般测量范围只有几百位微米，但测量精度达到0.1微米级，甚至更小。采用相对测量法测量工件尺寸，或绝对测量法测量很薄尺寸的物体，如纸张的厚度等。 一、实验目的 1． 加深对电感传感器的位移测量原理的理解。 2． 掌握采用绝对值电路处理电感信号的方法。 二、实验原理 下图显示了电感传感器的信号处理电路原理。 假设电桥两端所加交流信号为： t sin V ω= 各部分的输出信号如下所示： 1． 交流电桥输出的电感变化信号经放大A 倍后，输出为： t kxAsin Y 1ω= 其中x 为铁芯位移，当铁芯处于中间位置时，x=0，当铁芯偏上时x>0，反之x<0。 k 为电感位移系数，为一较小常数。因为在测量过程中，铁芯位移只有几百微米，很小，所以1kxA <<。 2． 信号取反后的输出为： t kxAsin Y 2ω-= 3． 两减法电路输出的信号分别为： ()t sin kxA 1Y 3ω+= ()t sin kxA 1Y 4ω-= 4． 两绝对值电路输出信号分别为： ()t sin kxA 1Y 5ω+=
()t sin kxA 1Y 6ω-= 5． 绝对值后的减法电路输出信号为： t sin 2kxA Y 7ω= 6． 低通滤波后的信号与具体的低通滤波器方式有关。 π 2 2kxA Y 8? ≈（为什么？） 三、实验设备与器材 1． 传感器信号处理印刷电路板一块 2． 电感传感器 3． 示波器 4． 万用表 5． 电子元器件（学生自购） 6． 直流电源，含有+5V ，+12V 与-12V 7． 电路仿真软件为Multisim2001、matlab 等，电路设计软件PROTEL 四、实验内容及步骤 1． 正弦激励信号产生的方法。采用考毕兹及电容三点式振荡电路产生激励信号，硬件调试 成功，并计算振荡信号的振荡频率； 2． 掌握差分（即减法）放大电路芯片AD620的工作原理，并分析其输出信号与输入信号 的关系； 3． 一般运放减法电路的设计方法与连接； 4． 绝对值电路的工作原理与电路的连接方法； 5． 应用实验电路，对电感传感器进行标定； 6． 应用传感器测量纸张的厚度，并进行数据处理； 7． 应用matlab 或multisim 软件仿真传感器的信号处理，并画出各部分输出信号。 五、思考题 1． 如何实现模拟信号的取反； 2． 为什么电感传感器的处理信号要求采用交流电桥，电桥信号放大后的一系列处理过程的 实质是什么； 3． 怎样对传感器进行标定。 六、实验报告要求 （每小组在弄懂基本原理，提供完整的电感信号处理原理图的基础之上，完成以下任务之一项即可）。 1． 实验设计并完成正弦激励信号及实现其绝对值的电路； 2． 设计电桥及其差分放大电路，在引入正弦信号后，连接电感传感器观察波形； 3． 应用multisim 或matlab 电路软件仿真传感器的信号处理（教师给出简单的示例后）； 4． 应用教师提供的电路板，完成整个电路的设计；（2组） 5． 在第3组的基础上，对传感器进行标定，并测量纸张或工件厚度，进行相应的数据处理； 6． 实现交流信号的绝对值电路，并对绝对值信号进行低通滤波，应用示波器观察低通滤波 的结果。 七、运放型号及选择 一般运放有单运放、双运放、四运放之分，即一块芯片上分别集成有一个、两个或四个运算放大器。目前运用的双运放主要有：LF412 LF353等，四运放有TL084 、LM324、
传感器实验二：电感课内与综合
传感器与检测技术实验二：变气隙式自感传感器特性 班级：姓名：学号： 小组成员： 一、实验目的： 在学习自感式传感器原理的基础上，用传感器实验装置设计变气隙式电感传感器，设计和连接调幅电路，用示波器实现模拟信号显示。 二、实验器材： 电感传感器实验装置，测控实训基础实验板，直流电源，信号发生器，示波器电阻，测试线 三、预习要求(实验需带手画的电路图，并在实验结束后将电路图手绘在实验报告里)： 电感传感器的初始电感为25mH，截面直径为14mm，设计变气隙自感传感器(单传感器)调幅电路，计算电容、电阻值，选择正弦信号频率，画出调幅电路原理图。
四、实验数据及处理 (1)实验参数表 信号频率初始电感电容电阻 (2)变气隙式自感传感器实验结果 将接好的调幅电路接入信号发生器，用示波器观察交流幅值变化，分别由初始位置向两侧转动调整旋钮各5次，将旋扭每转过180°(0.4mm)记录一次结果在下表中。 气隙增大 序号位移(mm)电压值(V) 气 隙 减 小 序号位移(mm)电压值(V) 11 22 33 44 55 (3)将位移与电压值的变化曲线列在下面的位置。 (4)结论及体会
传感器与检测技术综合设计二：差动自感传感器特性实验及信号采集 班级：姓名：学号： 小组成员： 一、实验目的： 在学习自感式传感器原理和课内实验的基础上，用传感器实验装置设计差动变气隙式电感传感器，设计和连接交流电桥、前置放大电路，用示波器实现模拟信号显示和采集。 二、实验器材： 电感传感器实验装置，测控实训基础实验板，直流电源，信号发生器，示波器，集成放大芯片Op07，电阻，测试线 三、预习要求(实验需带手画的电路图，并在实验结束后将电路图手绘在实验报告里)： 电感传感器的初始电感为25mH，截面直径为14mm，设计变气隙自感传感器的交流电桥，采用Op07设计前置放大电路，计算电容、电阻值，选择正弦信号频率，画出电路原理图。
传感器技术-实验指导书-24页word资料
《传感器技术实验》 实验指导书 庄肖波编写 适用专业：测控技术与仪器 江苏科技大学电子信息学院 2009年9月 前言 《传感器技术》课程，在高等理工科院校测控技术与仪器类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课，而《传感器技术实验》课程是完成本课程教学的重要环节。其主要任务是通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容的理解，掌握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习兴趣。其目的是使学生掌握非电量检测的基本方法和选用传感器的原则，熟悉各种传感器与检测技术的关系，以及各类在工程中的实际应用，拓宽学生的知识领域，锻炼学生的实践技能，培养学生独立处理问题和解决问题的能力，培养学生科学的工作作风。本实验开设实验总学时数：16，开设实验总个数： 8 个，课内选做2个。实验内容有：金属箔式应变计性能——应变电桥、双孔应变传感器——称重实验、温度传感器——热电偶测温实验、温度传感器——铂热电阻、电感式传感器——差动变压器性能、电感传感器——差动螺管式传感器位移测量、霍尔式传感器——直流激励特性、电容式传感器性能等。其中双孔应变传感器——称重实验、电感传感器——差动螺管式传感器位移测量为综合性实验。课内选做实验有：差动变压器的应
用——电子秤、电涡流传感器——静态标定。其他仪器与仪表专业也选择其中的2个或3个较为典型的传感器实验作为课内实验。 目录 实验一金属箔式应变计性能——应变电桥 (3) 实验二双孔应变传感器——称重实验 (6) 实验三温度传感器——热电偶测温实验 (8) 实验四温度传感器——铂热电阻 (11) 实验五电感式传感器——差动变压器性能 (13) 实验六电感传感器——差动螺管式传感器位移测量 (15) 实验七霍尔式传感器——直流激励特性 (17) 实验八电容式传感器性能 (19) 实验九差动变压器的应用——电子秤 (21) 实验十电涡流传感器——静态标定 (23) 附录A 实验仪器简介 (25) 附录B 实验操作须知 (27) 实验一：金属箔式应变计性能——应变电桥 实验学时：2 实验类型：（验证） 实验要求：（必修） 一、实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 二、实验内容 本实验主要了解和掌握箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。三、实验原理、方法和手段