实验四电容式传感器测量位移实验

实验四电容式传感器测量位移实验
实验四电容式传感器测量位移实验

电容式传感器测量位移实验

一、实验目的

(1)了解电容式传感器结构及原理。

(2)熟悉数据采集系统的结构与应用。

二、基本原理

(一)电容式传感器及其测量电路

1、电容式传感器

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,如图1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=ε2 x/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=ε2 2?X/ln(R/r),式中ε2 、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 实验电容式传感器结构示意图

2、测量电路

测量电路画在实验模板的面板上,其电路的核心部分是二极管充放电电路。

(二)数据采集系统

数据采集系统(数据采集卡)对实验数据(模拟量)进行采集并与计算机(PC机)通讯,再用计算机对实验数据进行分析处理。其原理框图如图2所示。

图2数据采集系统实验原理框图

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;数据采集通讯卡(内置式,已经装在主机箱内)、RS232连线、计算机。

附:测微头的组成与使用

测微头组成和读数如图3所示。

测微头读数图

图3测位头组成与读数

测微头组成:测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。

测微头读数与使用:测微头的安装套便于在支架座上固定安装,轴套上的主尺有两排刻度线,标有数字的是整毫米刻线(1mm/格),另一排是半毫米刻线(0.5mm/格);微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(0.01mm/格)。

用手旋转微分筒或微调钮时,测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格,测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米,这也叫测微头的分度值。

测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值,注意半毫米刻线;再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1/10分度,如图3甲读数为3.678mm,不是3.178mm;遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时,应看微分筒的示值是否过零,如图3乙已过零则读2.514mm;如图3丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.980mm。

测微头使用:测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前,首先转动微分筒到10mm处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量),再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上,移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时,被测体就会随测杆而位移。

四、实验步骤:

1、按图4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±15V电源端口接主机箱±15V电源;实验模板的输出VO1接主机箱电压表的Vin)。

图4 电容传感器测量位移实验安装、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,再沿同一方向(如测微头读数减小方向)转动测微头5圈,记录此时的测微头读数和电压表显示值,作为实验起点值。之后,反方向转动测微头,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并作出X—V实验曲线。

4、根据表1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δ。

表1电容传感器位移与输出电压值

X(mm

)

V(mv

)

5、数据采集系统标定。

(1)准备10V电源:在主机箱上按图2接线。将电压表的量程切换开关切到20V档,检查接线无误后合上主机箱电源开关,调节转速调节0~24V电源使电压表显示10.00V(调节好后保持转速调节旋钮位置不变)。关闭电源。

(2)软件标定(以通道A为例):

分别按图6和图7示意接线,V和I选择按钮选择Vin。检查接线无误后和上主机箱电源进行软件0V、10V标定(前提:电脑已安装好配套软件并已正常开机)。按图6接线,合

上主机箱电源后按电脑软件界面“0V”键三次;在转换成图4接线时不用关闭主机箱电源,而是带电接线后按电脑软件界面中“10V”键三次,然后再点击电脑软件界面中“保存标定”键。

图5 准备10V电源接线示意图

图6 软件0V标定接线示意图

图7 软件10V标定接线示意图

6、利用利用数据采集卡采集电容式传感器测量位移实验的实验数据。记录和保存实验

结果。

思考题:比较人工记录实验数据与计算机记录实验数据,如有差异,试分析原因。

电容式位移传感器的设计

课程设计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 专业班级: __ 姓名: ____________ 学号: _________ 指导教师: ______ xxxx年 xx 月

目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性 (3) 三、电容传感器的优缺点 (3) 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响 (5) 七、转换电路的设计 (6) 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理 (9) 十、心得体会 (11) 十一、参考文献 (12) 十二、附录 (13)

1、设计要求: 设计差动变面积式电容位移传感器,要求规定的设计参数。 1、测量范围(mm):0~±1mm; 2、线性度(%Fs):0.5; 3、分辨率(μm):0.01; 4、灵敏度(PF/mm): 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路,画出结构示意图和测量电路图,并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台,确定传感器的静态灵敏度和线性范围,并设计电容传感器的电子秤应用实验。 2、电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说,电容式传感器的温度稳定性好,其结构简单,易于制造,易于保证高的精度,能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作,适应性强;它的静电引力小,动态响应好,可用于测量高速变化的参数,如测量振动、瞬时压力等;它能够实现非接触测量,在被测件不能受力,或高速运动,或表面不连接,或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下,电容传感器可以完成测量任务;当采用非接触测量时,电容传感器具有平均效应,可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小,因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等,由于在空气等介质中损耗小,采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小,因此允许电路进行高倍率放大,使仪器具有很高的灵敏度,分辨力高,能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器,线性的反映电容和位移的变化关系。 3、电容传感器的优缺点

传感器的位移测量实验

位移测量实验报告 专业班级姓名实验仪器编号实验日期 一、实验目得 掌握常用得位移传感器得测量原理、特点及使用,并进行静态标定。 二、实验仪器 CSY10B型传感器系统实验仪。 三、实验内容 (一)电涡流传感器测位移实验· 1、测量原理 扁平线圈中通以交变电流,与其平行得金属片中产生电涡流。电涡流得大小影响线圈得阻抗Z。Z = f(ρ,μ,ω,x)。 不同得金属材料有不同得ρ、μ,线圈接入相应得电路中,用铁、铝两种不同得金属材料片分别标定出测量电路得输出电压U与距离x得关系曲线。 2、测试系统组建 电涡流线圈、电涡流变换器(包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路)、测微头、电压表、金属片。 3、试验步骤 4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线,确定量程,非线性误差,在测量范围内计算灵敏度,进行误差分析。

(二)光纤传感器测位移实验 1、测量原理 反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。 反射式位移传感器原理 当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体,被反射得光经接收光纤至光电元件。经光电元件转换为电信号。经相应得测量电路测出照射至光电元件得光强得变化。 2、组建测试系统 光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。 3、实验步骤 4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线,确定量程,非线性误差,在测量范围内计算灵敏度,进行误差分析。 (三)电容式传感器测位移实验 1、测量原理

电容式传感器就是将被测物理量转换成电容量得变化来实现测量得。本实验采用得电容式传感器为二组固定极片与一组动极片组成二个差动变化得变面积型平行极板电容式传感器。。 电容式位移传感器测量系统方框图: 2、组建测试系统 需用器件与单元:机头中得振动台、测微头、电容传感器;显示面板中得电压表;调理电路面板传感器输出单元中得电容;调理电路单元中得电容变换器(包括了振荡电路、测量电路与低通滤波电路在内)、差动放大器。 3、实验步骤 1)、接线。调节测微头得微分筒使测微头得测杆端部与振动台吸合,再逆时针调节测微头得微分筒(振动台带动电容传感器得动片阻上升),直到电容传感器得动片组与静片组上沿基本平齐为止(测微头得读数大约为20mm左右)作为位移得起始点。 2)、检查接线无误后,合上主、副电源开关,读取电压表显示值为起始点得电压,填入下表中。 3)、仔细、缓慢地顺时针调节测微头得微分筒一圈△X=0、5mm电压表上读出相应得电压值,填入下表中,以后,每调节测微头得微分筒一圈△X=0、5mm读出相应得输出电压直到电容传感器得动片X(mm) U(V) X(mm) U(V) 4、数据分析与讨论 根据表得数据作出△X—U实验曲线,在实验曲线上截取线性比较好得线段作为测量范围并在测量范围内计算灵敏度S=△U/△X与线性度。实验完毕,关闭所有电源开关。 (四)霍尔片测位移实验(选做) 1、基本原理 如图,把一块宽为b,厚为d得P型半导体薄片垂直放在磁感应强度为B得磁场中,并纵向通以电流I ,此时在板得横向两侧面,之间就呈现出一定得电势差,这一现象称为霍尔效应。

实验十六 电容式传感器的位移实验

实验十六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: 1、原理简述:电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件,将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C=εA/d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,则可以有测干燥度(ε变)、测位移(d变)和测液位(A变)等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形,虽还有球面形和锯齿形等其它的形状,但一般很少用。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,差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。如图16—1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?X位移成正比,配上配套测量电路就能测量位移。 图16—1 实验电容传感器结构 1、测量电路(电容变换器):测量电路画在实验模板的面板上。其电路的核心部分是图16—2的二极管环路充放电电路。 图16—2 二极管环形充放电电路

在图16—2中,环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和C X1、C X2(实验差动电容位移传感器)组成。 当高频激励电压(f>100kHz)输入到a点,由低电平E1跃到高电平E2时,电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由a点经D3到b点,再对C X1充电到O点(地);另一路由由a点经C4到c点,再经D5到d点对C X2充电到O点。此时,D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内,由a到c点的电荷量为: Q1=C X2(E2-E1) (16—1) 当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时,电容C X1和C X2均放电。C X1经b点、D4、c点、C4、a点、L1放电到O点;C X2经d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由c点到a点的电荷量为: Q2=C X1(E2-E1) (16—2) 当然,(16—1)式和(16—2)式是在C4电容值远远大于传感器的C X1和C X2电容值的前提下得到的结果。电容C4的充放电回路由图16—2中实线、虚线箭头所示。 在一个充放电周期内(T=t1+t2),由c点到a点的电荷量为: Q=Q2-Q1=(C X1-C X2)(E2-E1)=△C X△E (16—3) 式中:C X1与C X2的变化趋势是相反的(传感器的结构决定的,是差动式)。 设激励电压频率f=1/T,则流过ac支路输出的平均电流i为: i=fQ=f△C X△E (16—4) 式中:△E—激励电压幅值;△C X—传感器的电容变化量。 由(16—4)式可看出:f、△E一定时,输出平均电流i与△C X成正比,此输出平均电流i经电路中的电感L2、电容C5滤波变为直流I输出,再经R w转换成电压输出V o1=I R w。由传感器原理已知?C与?X位移成正比,所以通过测量电路的输出电压V o1就可知?X位移。 2、电容式位移传感器实验原理方块图如图16—3 图16—3电容式位移传感器实验方块图 三、需用器件与单元:主机箱±15V直流稳压电源、电压表;电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。

(五) 电涡流传感器位移实验

(五) 电涡流传感器位移实验 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、基本原理:通以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。 三、需用器件与单元:电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验步骤: 1、根据图3-7安装电涡流传感器。 图3-7 电涡流传感器安装示意图 2、传感器结构,这是一个扁平绕线圈。 3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中,作为振荡器的一个元件(传感器屏蔽层接地)。 4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。 5、将实验模板输出端V 0与数显单元输入端Vi 相接。数显表量程切换开关选择电压20V 档。 6、用连接导线从主控台接入+15V 直流电源到模板上标有+15V 的插孔中。 7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电源开关,记下数显表读数,然后每隔0.2mm 读一个数,直到输 出几乎不变为止。将结果列入表3-4。 表3-4电涡流传感器位移X 与输出电压数据 8、根据表4-4数据,画出V-X 曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的佳工作点,试计 算量程为 1mm 、3mm 及5mm 时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。 axis([10.5 18.5 0.66 7.9]); coords=[10.5:1:18.5,19.5;0.66,2.01,3.35,4.55,5.55,6.32,6.90,7.34,7.67,7.9]; grid; hold; plot(coords(1,:),coords(2,:),'*'); x=coords(1,:) y=coords(2,:)' 图3-8 电涡流传感器位移实验接线图

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。

实验一(电容式传感器的位移特性实验)

电容式传感器的位移特性实验 一、实验目的: 了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理: 利用平板电容C=εA/d和相应的结构及测量电路,在ε、A、d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)、测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。利用电容传感器的动态响应特性和可以非接触测量等特点,可进行动态位移测量。 电容传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨力高(可达0.01mm甚至更高)、动态响应好、可进行非接触测量等特点,它可以测量线位移、角位移,高频振动振幅,与电感式比较,电感式是接触测量,只能测低频振幅,电容传感器在测量压力、差压、液位、料位成分含量(如油、粮食中的水份)、非金属涂层、油膜厚度等方面均有应用。目前半导体电容式压力传感器已在国内外研制成功,正在走向工业化应用。 三、需用器件与单元: 电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤:

1、按图2-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 图2-1 电容传感器安装示意图 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板,实验线路见图2-2。 图2-2 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元V i相接(插入主控箱V i孔),R w调节到中间位置。 4、接入±15V电源,旋动测微头推进电容传感器动极板位置,每间隔

0.2mm记下位移X与输出电压值,填入表2-1。 X(mm) V(mv) 5、根据表2-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。 五、思考题: 图2-3为同心圆筒式电容位移传感器结构图,D为屏蔽套筒。若外圆筒半径R=8mm,内圆柱半径r=7.25mm,外圆筒与内圆柱覆盖部分长度L=16mm。根据实验所提供的电容传感器尺寸,计算其电容量C O和移动0.5mm时的变化量。 图2-3 同心圆筒式电容位移传感器结构图 如有侵权请联系告知删除,感谢你们的配合!

实验四电容式传感器测量位移实验

实验四电容式传感器测 量位移实验 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

电容式传感器测量位移实验 一、实验目的 (1)了解电容式传感器结构及原理。 (2)熟悉数据采集系统的结构与应用。 二、基本原理 (一)电容式传感器及其测量电路 1、电容式传感器 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,如图1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=ε2?x/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=ε2?2?X/ ln(R/r),式中ε2?、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 实验电容式传感器结构示意图 2、测量电路 测量电路画在实验模板的面板上,其电路的核心部分是二极管充放电电路。 (二)数据采集系统 数据采集系统(数据采集卡)对实验数据(模拟量)进行采集并与计算机 (PC机)通讯,再用计算机对实验数据进行分析处理。其原理框图如图2所示。 图2数据采集系统实验原理框图 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;数据采集通讯卡 (内置 式,已经装在主机箱内)、RS232连线、计算机。 附:测微头的组成与使用

测微头组成和读数如图3所示。 测微头读数图 图3测位头组成与读数 测微头组成:测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。 测微头读数与使用:测微头的安装套便于在支架座上固定安装,轴套上的主尺有两排刻度线,标有数字的是整毫米刻线(1mm/格),另一排是半毫米刻线(0.5mm/格);微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(0.01mm/格)。 用手旋转微分筒或微调钮时,测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格,测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米,这也叫测微头的分度值。 测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值,注意半毫米刻线;再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1/10分度,如图3甲读数为3.678mm,不是3.178mm;遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时,应看微分筒的示值是否过零,如图3乙已过零则读2.514mm;如图3丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.980mm。 测微头使用:测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前,首先转动微分筒到10mm处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量),再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上,移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时,被测体就会随测杆而位移。 四、实验步骤: 1、按图4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±15V电源端口接主机箱±15V电源;实验模板的输出VO1接主机箱电压表的Vin)。

各类传感器简介

1.BY-1型土压力传感器 钢弦式表面应变传感器主要用于量测混凝土、钢筋混凝土、钢结构、网状钢结构的表面应变;也可用于已产生微裂的混凝土、钢筋混凝土工程裂缝变化的观测;或用于混凝土应力解除和温度应力的测量。 2.JXW-1型位移传感器 主要用于测试隧道岩层之间、土层之间及其它工程地基基础等受压力后产生的位移量。 3.钢筋应力传感器 除用于量测钢筋混凝土结构中的钢筋应力外还可将其串接起来用于量测隧道及地下结构锚杆的应力分布。 4.孔隙水压力传感器 主要用于测试软基处理和病害水坝整治等工程中的岩石和土壤地下水的流动状态和水压力的大小,并把水压力从所量测的总土压力中分离出来;也可用孔隙水压力传感器量测孔隙水压力的大小和分布。 5.BY-1型土压力传感器 采用双油腔结构形式,它的最大特点是,当传感器受力时,传感器油腔中的液体可使力传递均匀,同时由于弹性敏感元件的变形比弹性传力元件的变形增大若干倍,提高了传感器 的灵敏度。该产品主要用于路基、挡土墙、坝体及隧道等地下结构工程,动静态的测试。 6.基泰VSL570系列振弦式静力水准沉降系统 广泛适用于测量土石坝、港口建设、公路、输(气)油管道、储油罐等基础填方结构的沉降(浮升)。本系统为解决一族多个高程相近监测点的垂直位移及相对沉降变化提供了技术先进的解决方案。数据采集可以用CTY-203型振弦读数仪人工读取,亦可接入其他振弦式自动化测量模块获取。

7.高智能型单点沉降计 属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器,是位移传感器的一种;单点沉降计是由位移计、测杆、锚头、沉降板组成。钻孔后将单点沉降计埋入土体基础内部,测量锚头与沉降板之间的相对位移变化。单点沉降计主要应用于公路、铁路、水利大堤等各种基础沉降、边坡位移的变形测量。 8.分层沉降计 属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器,是位移传感器的其中一种;分层沉降计是由多个位移计通过安装套件串联组成。钻孔后将分层沉降计埋设于软土路基,测量软基的分层沉降变形情况。 9.分层沉降仪(沉降磁环) 分层沉降仪是一种地基原位测试仪器。它适用于测量地基、路基、尾矿坝、基坑、堤防等地下各分层沉降量。根据测试数据的变化,可计算出沉降趋势,分析其稳定性,监控施工过程等。分层沉降仪与CX―I型高精度钻孔测斜仪配合使用,是地基原位监测较理想的设备。 工作原理及特点 分层沉降仪所用传感器是根据电磁感应原理设计,将磁感应沉降环预先通过钻孔方式埋入地下待测的各点位,当传感器通过磁感应环时,产生电磁感应信号送至地面仪表显示,同时发出声光报警。读取孔口标记点上对应钢尺的刻度数值,即为沉降环的深度。每次测量值与前次测值相减即为该测点的沉降量。 探头结构牢固,密封性好。钢尺电缆一体化,整机为便携式,重量轻,采用直流电源供电,适合各种野外环境。

电容式传感器思考题答案

第3章 电容式传感器思考题答案 1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题 答:如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。 当动极板移动△x 后,覆盖面积就发生变化,电容量也随之改变,其值为 C =εb (a -△x )/d =C 0-εb ·△x /d (1) 电容因位移而产生的变化量为 其灵敏度为 d b x C K ε-=??= 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。 直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的采取什么措施可改善其非线性特征 答:下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板,2为与被测对象相连的活动极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时,两极板间的距离d 发生变化,从而改变了两极板之间的电容量C 。 设极板面积为A ,其静态电容量为d A C ε=,当活动极板移动x 后,其电容量为 22 011d x d x C x d A C -+=-=ε (1) 当x <

实验五-电容式传感器的位移特性实验

实验五 电容式传感器的位移特性实验 一、实验目的 了解电容式传感器的结构及其特点。 二、实验原理 平板电容器电容C =/s d ε,它的三个参数 ε、S 、d 中,保持两个参数不变,只改变其中一个参数,则可用于测量谷物干燥度(ε变)、测微小位移(变d )和测量液位(变S )等多种电容传感器。变面积型电容传感器中,平板结构对极距特别敏感,测量精度受到影响。圆柱形结构受极板径向变化的影响很小,且理论上具有很好的线性关系(但实际由于边缘效应的影响,会引起极板间的电场分布不均,非线性问题仍然存在,且灵敏度下降,但比变极距型好得多。)成为实际中最常用的结构,其中线位移单组式的电容量C 在忽略边缘效应时为: () 212ln r r l C πε= (1) 式中 l ——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度; 12r r 、——外圆筒内半径和内圆柱外半径。 当两圆筒相对移动l ?时,电容变化量C ?为: ()()()() 222 1110222ln ln ln r r r r r r l l l l l C C l πεπεπε-????= -== (2) 于是,可得其静态灵敏度为: ()()()()()222 111224/ln ln ln g r r r r r r l l l l C k l l πεπεπε ??+?-??= =-?=??????? (3) 可见灵敏度g K 与12r r 有关,12r r 与越接近,灵敏度越高,虽然内外极筒原始覆盖长度l 与灵敏度无关,但l 不可太小,否则边缘效应将影响到传感器的线性。 本实验为变面积式电容传感器,采用差动式圆柱形结构,如图5-1所示,此结构可以消除极距变化对测量精度的影响,并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。其安装示意图如图5-2所示

电涡流传感器位移实验

实验二十电涡流传感器位移实验 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、实验内容 用铁圆片检测电涡流传感器的位移特性。 三、实验仪器 电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验原理 电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成,当线圈中通以高频交变电流后,与其平行的金属片上感应产生电涡流,电涡流的大小影响线圈的阻抗Z,而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体(涡流片)、激励源已确定,并保持环境温度不变,阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出,则输出电压是距离X的单值函数。 五、实验注意事项 被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行,并将探头尽量对准被测体中间,以减少涡流损失。 六、实验步骤 1、根据图20-1安装电涡流传感器。 2、观察传感器结构,这是一个平绕线圈。 3、将涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中,作为振荡器的一个元件。

图20-1 电涡流传感器安装示意图 图8-2 电涡流传感器位移实验接线图 4、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。 5、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vin相接。数显表量程切换到选择电压20V 档。 6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有+15V的插孔中。 7、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控台电源开关,此时数显表读数为最小,然后每隔0.1mm读一个数,直到输出几乎不变为止。将结果列入下表。(实验结论:1、本实验每隔0.1mm是相对位置,起始值看做0.1mm即可,无需从测微头上读绝对位置。每旋转0.1mm,输出的电压的增量应该大致相等。2、由于学生做实验可能不能正确的找到起始点, 导致采集的数据不在线性范围内,从而影响数据采集的线性度,可以让学生从选取的起始

位移测量传感器简介

位移测量传感器简介 测量位移的方法很多,现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。位移传感器又称为线性传感器,常用的有电感式位移传感器,电容式位移传感器,光电式位移传感器,超声波式位移传感器,霍尔式位移传感器,磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法,光外差法,电镜法,激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。 1、电感式位移传感器 电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件,将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化,接通电源后,在开关的感应面将产生一个交变磁场,当金属物体接近此感应面时,金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量,使振荡器输出幅度线性衰减,然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。电感式位移传感器具有无滑动触点,工作时不受灰尘等非金属因素的影响,并且低功耗,长寿命,可使用在各种恶劣条件下。电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。 电感式传感器种类很多,常见的有自感式,互感式和涡流式三种。 电感式传感器的特点是:(1)无活动触点、可靠度高、寿命长;(2)分辨率和灵敏度高,能测出0.01微米的位移变化;(3)传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。(4)线性度高、重复性好,在一定位移范围(几十微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达0.05%~0.1%;(5)测量范围宽(测量范围大时分辨率低);(6)无输入时有零位输出电压,引起测量误差;(7)对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高;(8)频率响应较低,不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。常用电感

电容式传感器思考题答案

第3章电容式传感器思考题答案 1.试分析变面积式电容传感器和变间隙式电容的灵敏度为了提高传感器的灵敏度可采取什么措施并应注意什么问题 答:如图所示是一直线位移型电容式传感器的示意图。 当动极板移动△x 后,覆盖面积就发生变化,电容量也随之改变,其值为 C=εb (a-△x )/d=C 0-ε b ·△x/d (1) 电容因位移而产生的变化量为其灵敏度为 d b x C K 可见增加b 或减小d 均可提高传感器的灵敏度。 直线位移型电容式传感器 2.为什么说变间隙型电容传感器特性是非线性的采取什么措施可改善其非线性特征答:下图为变间隙式电容传感器的原理图。图中1为固定极板,2为与被测对象相连的活动 极板。当活动极板因被测参数的改变而引起移动时,两极板间的距离 d 发生变化,从而改变 了两极板之间的电容量 C 。 设极板面积为 A ,其静态电容量为 d A C ,当活动极板移动x 后,其电容量为 2 20 11 d x d x C x d A C (1) 当x<

位移实验

综合实验二位移实验 (一)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)等多种电容式传感器。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,如图2-9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2-9 圆筒式变面积差动结构电容式位移传感器三、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2-10将电容传感器装于电容传感 接主机箱电压表的Vi器实验模板上,并按图示意接线(实验模板的输出V O1 n)。 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针转3圈)。 3.将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到2v挡,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6,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)。 迟滞误差4.根据表6据计算电容传感器的系统灵敏度S、非线性误差δ L 、

实验七电容式传感器的位移实验

姓名____________班级____________学号____________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。掌握测量方法。 二、基本原理: 1、原理简述:电容传感器是以各种类型的电容器为传感元件,将被测物理量转换成电容量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C=εA/d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,则可以有测干燥度(ε变)、测位移(d变)和测液位(A变)等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱(圆筒)形,虽还有球面形和锯齿形等其它的形状,但一般很少用。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,差动式一般优于单组(单边)式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。如图7—1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=ε2x/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=ε22?X/ln(R/r),式中ε 2、ln(R/r)为常数,说明?C与?X位移成正比,配上配套测量电路就能测量位移。 图7—1 实验电容传感器结构 1、测量电路(电容变换器):测量电路画在实验模板的面板上。其电路的核心部分是图16—2的二极管环路充放电电路。

图7—2 二极管环形充放电电路 在图7—2中,环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C4电容、L1电感和C X1、C X2(实验差动电容位移传感器)组成。 当高频激励电压(f>100kHz)输入到a点,由低电平E1跃到高电平E2时,电容C X1和C X2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由a点经D3到b点,再对C X1充电到O点(地);另一路由由a点经C4到c点,再经D5到d点对C X2充电到O点。此时,D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内,由a到c点的电荷量为: Q1=C X2(E2-E1) (7—1) 当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时,电容C X1和C X2均放电。C X1经b点、D4、c点、C4、a点、L1放电到O点;C X2经d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由c点到a点的电荷量为: Q2=C X1(E2-E1) (7—2) 当然,(7—1)式和(7—2)式是在C4电容值远远大于传感器的C X1和C X2电容值的前提下得到的结果。电容C4的充放电回路由图7—2中实线、虚线箭头所示。 在一个充放电周期内(T=t1+t2),由c点到a点的电荷量为: Q=Q2-Q1=(C X1-C X2)(E2-E1)=△C X△E (7—3)式中:C X1与C X2的变化趋势是相反的(传感器的结构决定的,是差动式)。 设激励电压频率f=1/T,则流过ac支路输出的平均电流i为: i=fQ=f△C X△E (7—4) 式中:△E—激励电压幅值;△C X—传感器的电容变化量。

实验3 电容式传感器的位移特性

实验三电容式传感器的位移实验 一、实验目的 1.了解电容式传感器结构及其特点 2.掌握差动变面积式电容传感器的位移实验技术。 二.实验器材 主机箱、电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。 三.实验步骤分析 1、将电容传感器和测微头装于电容传感器实验模板上并接线。 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,将数据填入表中并作出X—V实验曲线。 4、根据数据计算电容传感器的系统灵敏度S。实验完毕,关闭电源。 电容传感器位移与输出电压值 四.心得体会 利用电容C=εA/d,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。 实验采用圆筒式变面积差动电容位移传感器:设圆筒半径为R;圆柱半径为r;圆柱长为x,则电容量为C=ε2πx/ln(R/r)。C1、C2差动连接,当圆柱产生?X位移时,电容变化量为?C=ε2π2?X/ln(R/r),式中ε2π、ln(R/r)为常数,说明?C与位移?X成正比,可测量位移。

测微头的组成与使用 测微头组成:测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。 测微头读数与使用:测微头的安装套便于在支架座上固定安装,轴套上的主尺有两排刻度线,标有数字的是整毫米刻线(1mm/格),另一排是半毫米刻线(0.5mm/格);微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(0.01mm/格)。 用手旋转微分筒或微调钮时,测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格,测杆沿轴方向移动微小位移0.01毫米,这也叫测微头的分度值。 测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值,注意半毫米刻线;再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1/10分度,如图甲读数为3.678mm,不是3.178mm;遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时,应看微分筒的示值是否过零,如图乙已过零则读2.514mm;如图丙未过零,则不应读为2mm,读数应为1.980mm。 测微头使用:测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前,首先转动微分筒到10mm处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量),再将测微头轴套上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上,移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时,被测体就会随测杆而位移。

光纤位移传感器测位移特性实验(精)

实验二十六 光纤位移传感器测位移特性实验 一、实验目的:了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理:光纤传感器是利用光纤的特性研制而成的传感器。光纤具有很多优异的性能,例如:抗电磁干扰和原子辐射的性能,径细、质软、重量轻的机械性能,绝缘、无感应的电气性能,耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等,它能够在人达不到的地方(如高温区),或者对人有害的地区(如核辐射区),起到人的耳目的作用,而且还能超越人的生理界限,接收人的感官所感受不到的外界信息。 光纤传感器主要分为两类:功能型光纤传感器及非功能型光纤传感器(也称为物性型和结构型)。功能型光纤传感器利用对外界信息具有敏感能力和检测功能的光纤,构成“传”和“感”合为一体的传感器。这里光纤不仅起传光的作用,而且还起敏感作用。工作时利用检测量去改变描述光束的一些基本参数,如光的强度、相位、偏振、频率等,它们的改变反映了被测量的变化。由于对光信号的检测通常使用光电二极管等光电元件,所以光的那些参数的变化,最终都要被光接收器接收并被转换成光强度及相位的变化。这些变化经信号处理后,就可得到被测的物理量。应用光纤传感器的这种特性可以实现力,压力、温度等物理参数的测量。非功能型光纤传感器主要是利用光纤对光的传输作用,由其他敏感元件与光纤信息传输回路组成测试系统,光纤在此仅起传输作用。 本实验采用的是传光型光纤位移传感器,它由两束光纤混合后,组成Y 形光纤,半园分布即双D 分布,一束光纤端部与光源相接发射光束,另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头,它与被测体相距d ,由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来,另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量,如图26—1所示。 发射光 接收光 (a)光纤测位移工作原理 (b)Y 形光纤 图26—1 Y 形光纤测位移工作原理图 传光型光纤传感器位移量测是根据传送光纤之光场与受讯光纤交叉地方视景做决定。当

激光位移传感器技术简介

激光位移传感器使用简介 激光位移传感器是基于三角测量原理设计,是一款短距离高精度的工业场合使用的产品。应用了当今先进的数字化背景抑制技术,大大提高了测量精度和抗干扰能力,EMI屏蔽,信号输出稳定,结实的工业塑胶外壳,IP67的防护等级,抗振冲击能力强都是这个系列的突出特点。 激光位移传感器外形尺寸小,易于安装,设置功能齐全,操作方便,带有RS485数字输出功能,带有M12的标准的接插件。可广泛用于钢铁工业,冶金工业,汽车工业,纺织工业,印刷工业,食品工业,机器人控制,还用于产品厚度检测,相对距离位置检测,高度检测等等场合。 性能特点: 检测距离40—60mm 红色激光670nm 小清晰光斑 无设置要求 高精度0.01/0.06mm 模拟量输出0—10V 连接器位置可旋转270° 光学参数: 激光特性:红色激光,波长670nm 激光等级:2级根据EN60825-1-3/97标准 参考被测物:Kodak灰色18% 100x100mm 电气参数:

工作电压:18...28V DC 电流损耗无负载:<35mA@24V DC 负载电流: <200mA 输出信号:模拟量 电压0…10V 最大3mA 分辨率:7μm,20μm,40μm,80μm 线性度:<1%MBE 显示:污染状态LED红色 运行LED绿色 温漂:10μm/K 短路保护:有 反极性保护:有 超载保护:有 机械参数 外壳材料:ABS抗冲击 窗口PMMA; LED窗口聚碳酸酯 外形尺寸:50x50x17mm 接线方式:M12x1接插件、4针 使用寿命:50000小时 产品重量:40g 配件:可选保护壳

低温工作加热器 高温环境降温配件 环境参数 环境光源:EN60947-5-2 EMC: EN60947-5-2 工作温度:0...50℃ 保存温度:-10...60℃ 保护等级:IP67 技术参数

传感器的位移测量实验

传感器的位移测量实验 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

位移测量实验报告 专业班级姓名实验仪器编号实验日期一、实验目的 掌握常用的位移传感器的测量原理、特点及使用,并进行静态标定。 二、实验仪器 CSY10B型传感器系统实验仪。 三、实验内容 (一)电涡流传感器测位移实验· 1、测量原理 扁平线圈中通以交变电流,与其平行的金属片中产生电涡流。电涡流的大小影响线圈的阻抗Z。 Z = f(ρ,μ,ω,x)。 不同的金属材料有不同的ρ、μ,线圈接入相应的电路中,用铁、铝两种不同的金属材料片分别标定出测量电路的输出电压U与距离x的关系曲线。 2、测试系统组建 电涡流线圈、电涡流变换器(包括振荡器、测量电路及低通滤波输出电路)、测微头、电压表、金属片。 3、试验步骤 ①安装传感器测微头;②连接电路;③依次用铁片、铝片进行位移测量。

4、数据分析与讨论 画出输入输出关系曲线,确定量程,非线性误差,在测量范围内计算灵敏度,进行误差分析。

(二)光纤传感器测位移实验 1、测量原理 反射式光纤传感器属于结构型, 工作原理如图。 反射式位移传感器原理 当发光二极管发射红外光线经光纤照射至反射体,被反射的光经接收光纤至光电元件。经光电元件转换为电信号。经相应的测量电路测出照射至光电元件的光强的变化。 2、组建测试系统 光纤、光电元件、发光二级管、光电变换测量电路、数字电压表、反射体(片)、测微头。 3、实验步骤 ①观察光纤结构;②安装光纤探头、反射片;③连接电路;④旋动测微仪测位移。 X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` X(mm) U(V)`` 4、数据分析与讨论

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