传感器实验指导书(3)

实验九 被测体材料对电涡流传感器特性的影响

实验目的：了解被测体材料对涡流传感器性能的影响。

所需单元及部件：涡流传感器、涡流变换器、铁测片、F／V表、测微头、铝测片、振动台、主、副电源。 实验步骤：

（１） 安装好涡流传感器，调整好位置。装好测微头。

（２） 从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录F表读数，到出

现明显的非线性为止，然后换上铝测片重复上述过程，结果填入下表（建议每隔0.05mm读数）：

X(mm) V铝(v) V铁(v) 根据所得结果，在同一座标纸上画出被测体为铝和铁的两条Ｖ－Ｘ曲线，照实验二十二的方法计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。关闭主、副电源。

可见，这种电涡流式传感器在被测体不同时必须重新进行 工作。 注意事项：

（１） 传感器在初始时可能为出现一段死区。

（２） 此涡流变换线路属于变频调幅式线路，传感器是振荡器中一个元件，因此材料与传感器输出

特性之间的关系与定频调幅式线路不同。

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实验十 霍尔式传感器的特性—直流激励

实验目的： 了解霍尔式传感器的原理与特性。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F／V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置２０Ｖ档，直流稳压电源置２Ｖ档，主、副电源关闭。 实验步骤：

（１） 了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安

装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。 （２） 开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭主电源，根据图10接线，Ｗ１、r

为电桥单元的直流电桥平衡网络。

图10

（３） 装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。 （４） 开启主、副电源调整Ｗ１使电压表指示为零。

（５） 上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表：

X(mm) V(V) X(mm) V(v) 作出Ｖ－Ｘ曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。

可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。

（6）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。 注意事项：

（１） 由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。 （２） 一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。 （３） 激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。

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实验十一 霍尔式传感器的应用—电子秤之四

实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F／V表（电压表）、主、副电源、振动平台。

有关旋钮初始位置：直流稳压电源２Ｖ，电压表２Ｖ档，主、副电源关闭。 实验步骤：

（１） 开启主、副电源将差动放大器调零，关闭主、副电源。 （２） 调节测微头脱离平台并远离振动台。

（３） 按图2１接线，开启主、副电源，将系统调零。 （４） 差动放大器增益调至最小位置，然后不再改变。 （５） 在称重平台上放上砝码，填入下表：

W(g) V(v) 量。 注意事项：

（１） 此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。 （２） 砝码应置于平台的中间部分。

(６)在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出Ｖ－Ｗ曲线，求得未知重

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实验十二 霍尔式传感的特性—交流激励

实验目的：了解交流激励霍尔片的特性 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检敏、低通滤波器、主、副电源、电压表、示波器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡器１ＫＨＺ，放大器增益最大，主、副电源关闭。 实验步骤：

（１） 开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。

（２） 调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图12接线，开启主、副电源，将音频振荡器

的输出幅度调到5Vp-p值，差放增益置最小。利用示波器和F／V表按照实验十的方法调整好W1、W2及移相器。再转动测微头，使振动台吸合并继续调节测微头使Ｆ／Ｖ表显示零（F／V表置20V档）。

图12

（１） 旋动测微头，每隔0.1mm记下表头读数填入下表：

X(mm) V(v) X(mm) V(v) 找出线性范围，计算灵敏度。 注意事项：

（１） 交流激励信号必须从电压输出端0o或LV输出，幅度应限制在峰－峰值５Ｖ以下，以免

霍尔片产生自热现象。

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实验十三 霍尔式传感器的应用—振幅测量

实验目的：了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示波器。

有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋最大，音频振荡器１ＫＨＺ。 实验步骤：

（１） 开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。

（２） 根据电路图13结构，将霍尔式传感器，直流稳压电源，电桥平衡网络，差动放大器，电

压表连接起来，组成一个测量线路（电压表应置于２０Ｖ档，基本保持实验２３电路），并将差放增益置最小。

图13

（３） 开启主、副电源转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使梁振动时

不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态）。 （４） 调整电桥平衡电位器W１和W2，使F／V表指示为零。

（５） 去除差动放大器与电压表的连线，将差动放大器的输出与示波器相连，将F／V表置２Ｋ

ＨＺ档，并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用F表监测频率。

（６） 低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率（频率表监测频率），用示波

器读出低通滤波器输出的峰峰值填入下表： f(Hz) Vp-p 思考：（１）根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为多少。

（２）在某一频率固定时，调节低频振荡器的幅度旋钮，改变梁的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出梁振动时的位移距离。

（２） 试想一下，用其他方法来测振动平台振动时的位移范围，并与本实验结果进行比较验证。 注意事项：

应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。

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实验十四 差动变面积式电容传感的静态及动态特性

实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、Ｆ／V表、激振器、示波器 有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，Ｆ／V表置于Ｖ表２Ｖ档， 实验步骤：

（１） 按图14接线。

图14

（２） F／V表打到20V，调节测微头，使输出为零。

（３） 转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或

下）静片复盖面积最大为止。

X(mm) V(mv) 退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。

（４） 计算系统灵敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应的梁端位移变

化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。

X(mm) V(mv) （５） 卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。

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