常见传感器的认识和应用练习

【实验目的】

（1）认识电容式传感器、电涡流传感器、霍尔传感器、光纤式传感器、热电偶等常用传感器。

（2）熟悉常用传感器的结构和工作原理。

（3）练习常用传感器的使用方法。

【实验原理】

（1）电容式传感器：利用平板电容C=εA/d和其他结构的关系式，通过改变其中一个参数，实现谷物干燥度（ε变）、微小位移（d变）和液位（A变）等多种检测。

（2）霍尔式传感器：根据霍尔效应知霍尔电势UH=KH IB，当霍尔元件在梯度磁场中运动时，可以进行位移测量。

（3）光纤式传感器：由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压信号。由于光电转换器转换的电压大小与间距X有关，因此可用于测量位移。

（4）电涡流传感器：通以高频电流的线圈会产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗。由于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。

【实验仪器设备】

电容式传感器及实验模块、霍尔式传感器及实验模块、光纤式传感器及实验模块、电涡流传感器及实验模块、直流电源、测微头、数显单元（主控台电压表）、万用表。

【实验步骤】

1.电容式传感器

（1）将电容式传感器装于电容式传感器实验模块上，如图8.1.1所示。

（2）将电容式传感器专用连线插入电容传感器实验模块专用接口，接线图如图8.1.2所示。

（3）将电容式传感器实验模块的输出端Vo1与数显表单元（主控台电压表）Vi相接，Rw调节到中间位置。

（4）接入±15 V电源，旋动测微头推进电容式传感器动极板位置，每隔0.5mm记下位移X与输出电压值V（此时电压挡位打在20 V），填入表8.1.1。

（5）根据表8.1.1数据计算电容式传感器的系统灵敏度和非线性误差。

图8.1.1　电容传感器安装示意图

图8.1.2　电容传感器接线图

表8.1.1　电容式传感器位移与输出电压数据

2.霍尔传感器

（1）霍尔传感器与实验模块的连接如图8.1.3所示。传感器的连接图如图8.1.4所示。

（2）接通电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指示为0。

图8.1.3　霍尔传感器安装示意图

图8.1.4　霍尔传感器接线图

（3）旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2 mm记下位移x与输出电压值V，直到读数近似不变，将读数填入表8.1.2。(www.xing528.com)

（4）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。

表8.1.2　霍尔传感器位移与输出电压数据

3.光纤式传感器

（1）根据图8.1.5安装光纤式位移传感器，光纤式传感器中分叉的两束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管VL及光电转换管VT相接。

图8.1.5　光纤位移传感器安装示意图

（2）将光纤实验模块输出端Vo1与数显单元（电压挡位打在20 V）相连，如图8.1.6所示。

图8.1.6　光纤式位移传感器接线图

（3）调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。

（4）实验模块接入±15 V电源，合上主控箱电源开关，调节Rw1到中间位置，调Rw2使数显表显示为0。

（5）旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm记下位移X-5输出电压值，将其填入表8.1.3。

表8.1.3　光纤式位移传感器位移与输出电压数据

（6）根据表8.1.3的数据，分析光纤式位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时的灵敏度和非线性误差。

4.电涡流传感器

（1）根据图8.1.7安装电涡流传感器，观察传感器结构，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。将电涡流传感器输出线接入模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件，如图8.1.8所示。

图8.1.7　电涡流传感器安装示意图

图8.1.8　电涡流传感器位移实验接线图

（2）实验模块输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20 V。用导线从主控台接入+15 V直流电源到模块上标有+15 V的插孔中，同时主控台的“地”与实验模块的“地”相连。

（3）使测微头与传感器线圈端部有机玻璃平面接触，开启主控箱电源开关（数显表读数能调到0的使接触时数显表读数为0且刚要开始变化），记下数显表读数，然后每隔0.2mm（或0.5mm）记下位移X与输出电压值V，直到输出几乎不变为止。将结果列入表8.1.4。

表8.1.4　电涡流传感器位移与输出电压数据

【注意事项】

（1）连接电路时，必须断开控制台的电源，连接完成后经指导教师检查同意方可接通电源；

（2）插拔导线及调节仪器旋钮时，力量要适度，严禁损坏设备和违规操作；

（3）实验结束后，应先关闭仪器电源开关，再拔下电源插头，避免仪器受损；

（4）2～3人一组进行操作练习，并仔细记录测试过程中的数据；

（5）实验结束后，整理好仪器设备后方可离开，并及时完成实验报告。