实验一传感器性能测试

实验一 传感器性能测试

一、实验目的

1. 了解涡流传感器的测量变换原理及其测量电路的工作原理。

2. 了解CSY—998型综合传感器实验台的基本组成及工作原理，掌握其使用方法。 3. 学会测试装置特性的测试方法及静态标定方法。

4. 了解被测件材料对涡流传感器性能的影响。 二、实验装置

CSY—998型传感器系统试验仪。 三、实验原理

电涡流传感器的核心部分是一个扁平线圈。如图1.1所示，当线圈中通以高频电流（频率为 1～3MHz左右）时，线圈中间产生一高频交变磁场H1（设其方向如图所示），若在其附近放入一金属导体，则该磁场的磁力线将有一部分穿入导体中，从而在导体表面产生涡电流。该涡电流同时又要产生一个磁场H2，根据楞次定律，其方向与原磁场方向相反，从而减小了线圈中的磁通量，改变了线圈的等效阻抗，相当于改变了线圈的自感量L。线圈的等效阻抗Z可表示为 2R Zf(I,,R,W,,,) W其中 I —— 激励电流的幅值  —— 激励电流的频率 R —— 线圈半径 W —— 线圈匝数

 —— 金属导体的磁导率  —— 金属导体的电阻率

 —— 线圈与金属导体间的距离 在其它参数不变的情况下，线圈的等效阻抗可以看成是线圈与金属导体间距离的单值函

涡流传感器i,ωH1H2μ ,ρ图1.1

数。把传感器线圈接入相应的测量电路中，则输出也是距离的单值函数。

涡流变换器电压表电子示波器

图1.2

图1.2为本实验的测量示意图。涡流传感器的测量电路（涡流变换器）有调幅电路和调

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δ

频电路两种。图1.3为本仪器的涡流变换器的电原理图。这是一个调频电路，被测位移的变化转换成线圈等效自感量的变化，继而导致振荡电路振荡频率的变化。测量电路最后将此变化又转换成输出电压的变化，在电压表上显示出与相对应的电压值。

15V传感器eo

图1.3

四、实验内容及步骤

1. 在CSY—998型综合传感器实验台上装好涡流传感器、测微百分表、铝测片。 2. 观察涡流传感器的结构，它是一个平绕的线圈。

3. 用连接导线将传感器接入涡流变换器的输入端，将示波器也接在涡流变换器的输入端，电压表接在涡流变换器的输出端，并置于20V档。

4. 将示波器时基打到1s档，观察涡流变换器输入端的波形。如发现波形不正确，应调整测微百分尺，改变涡流传感器到铝测片的距离，直到示波器上出现正确的波形为止。 5. 一边调整测微百分尺，一边观察电压表的输出，找出传感器大致的线性工作范围（输出变化与输入变化近似成比例）的起始点。

6. 从起始点开始，以一定的步长不断改变涡流传感器到铝测片的距离，同时记录下相应的输出电压值eo，填入表1.1中，直到传感器的线性严重变坏为止。

7. 用铁测片换下铝测片重复上述步骤，将测得的输出电压值填入表1.2。 8. 整理实验现场。

9. 对实验数据进行分析，找出连续12点范围内线性最好的一段，用最小二乘法分别计算两种材料下传感器的静态灵敏度及非线性误差，画出定度曲线和最小二乘拟合直线，回答思考题，完成实验报告。 五、思考题

1. 涡流传感器属于哪一类传感器？提高传感器的零敏度可以从哪些方面入手？影响其非线性误差，其测量范围的主要因素有哪些？

2. 涡流传感器有哪两种测量电路？简述它们的工作原理。

3. 若在涡流传感器与金属导体之间加入纸、塑料等非金属类物质，对输出电压有无影

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响？为什么？加入金属导电片呢？

表1.1 （铝测片） 序号 (mm) eo (V) 序号 (mm) eo (V) 序号  (mm) eo (V) 1 9 17 2 10 18 3 11 19 4 12 20 5 13 21 6 14 22 7 15 23 8 16 24

表1.2 （铁测片） 序号 (mm) eo (V) 序号  (mm) eo (V) 序号  (mm) eo (V) 1 9 17 2 10 18 3 11 19 4 12 20 5 13 21 6 14 22 7 15 23 8 16 24

附：用最小二乘法计算静态灵敏度及非线性误差的公式

拟合直线方程 yˆaxb 静态灵敏度 Sa

非线性误差 maxyiyˆiF.S.

nnnnn()(2ixi)其中 annn(xiyi)(xi)(yi)i1i1i1nn byi1x)(i1i1(xiyi)ii1nn

nx2i(ni1x2i)i1x22i(i1xi)i1 n —— 标定点数 xi —— 各标定点对应的距离i

yi —— 各标定点对应的输出电压eoi

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