电涡流式传感器实验.docVIP

实 验 报 告实验课程：传感器与检测技术实验名称：电涡流式传感器实验 一、 实验目的：1、 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2、 了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二、 基本原理：1) 电涡流传感器位移实验通过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。2) 被测体材质对电涡流传感器特性影响:涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。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、 实验步骤及数据记录：电涡流传感器位移实验1根据图2-1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。 如图2-2所示。 图1-1 电涡流传感器安装示意图4在测微头端部装上铁质、铝质、铜质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。图1-2 电涡流传感器位移实验接线图5将实验模板输出端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20V档。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。6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2-1、表2-2和表2-3。表2-1被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据X（mm）1.51.71.92.12.32.52.72.93.13.3V(v)0.00150.00520.05190.1490.2530.3630.4780.5940.7130.828X（mm）3.53.73.94.14.34.54.74.95.15.3V(v)0.9411.0541.1611.2691.3721.4721.5651.6551.7401.821表2-2 被测体为铝圆片时的位移与输出电压数据X（mm）0.00.20.40.60.81.01.21.41.6V(v)0.1140.3150.5300.7450.9511.1351.3181.4771.630X（mm）1.82.02.22.42.62.83.03.23.4V(v)1.7531.8721.9832.092.182.262.332.392.44X（mm）3.63.84.04.24.44.64.85.0V(v)2.502.542.582.612.652.682.702.73表2-3 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据X（mm）0.00.20.40.60.81.01.21.41.6V(v)0.0030.1080.2960.4950.6860.8751.0541.2221.380X（mm）1.82.02.22.42.62.83.03.23.4V(v)1.5121.6451.7621.8741.9642.072.142.222.29X（mm）3.63.84.0V(v)2.352.392.447根据表2-1数据，画出VX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度，根据表2-2和表2-3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。（可以用端基法或其它拟合直线）。8分别比较本实验所得结果进行小结。五、实验数据处理：1、被测体为铁片时：当量程为1mm时，A=i=1nyii=1nxi2-i=1nxi yii=1nxin,i=1nxi2- (i=1nxi)2 =-0.619 B=ni=1nxi yi-i=1nxii=1nyini=1nxi2 -(i=1nxi)2 =0.378Y=0.378X-0.619 灵敏度S1=0.378 V1=0.535 f1=V1yFS100%=53.5%当量程为3mm时，A=-0. 92 B=0.53 其拟合方程为Y=0.53X-0. 92灵敏度S2=0.53 V2=0.1265 f2=V2yFS100%=4.22%当量程为3.8mm时，A=-0.896 B=0.52 其拟合方程为Y=0.52X-0.896灵敏度S2=0.52 V3=0.1175 f2=V3yFS100%=3.09%2、被测体为铝片时：当量程为1mm时,A=0.12 B=1.03 其拟合方程为Y=1.03X+0.12 灵敏度S1=1.03 V1=0.015 f1=V1yFS100%=1.5%当量程为3mm,A=0.302 B=0.74 其拟合方程为Y=0.74X+0.302灵敏度S2=0.74 V2=0.192 f2=V2yFS100%=6.4%3、被测体为铜片时:当量程为1mm时,A=-0.039 B=0.899其拟合方程为Y=0.899X-0.039 灵敏度S1=0.899 V1=0.042 f1=V1yFS100%=4.2%当量程为3mm时,A=0.076 B=0.744 其拟合方程为Y=0.744X+0.076 灵敏度S2=0.744 V2=0.168 f1=V2yFS100%=5.6%六、思考题：1电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？答：电涡流传感器内有一个桥式电路，是根据不同的探头而设计的，不同的电路，应用于不同的探头，测量量程大，探头线圈也要随着增大，传感器的量程和传感器的精度一般都是相互抑制的两个因素，不可兼得，即想要测量精度高的，一般量程不能太大。电涡流传感器的量程与线圈的形状和大小，激励线圈的频率，被检工件的材质（电导率、磁导率），传感器与被检试件之间的距离，外部环境的干扰有一定的关系。2用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。答：电涡流传感器的有效电压范围一般在024V,约20V左右，根据量程不同，可以选择不同灵敏度的电涡流传感器。电涡流传感器对金属材料的成分比较敏感，一般选择推荐的标准材料，例如45钢，一般来说，电涡流传感器擅长微小位移的检测，例如0.0001mm,此时最大量程一般在几毫米的最常用，如果量程较大，则分辨率下降，线圈直径也较大。3.当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？答：由于电涡流传感器不能直接测量非金属材料，但可通过帖金属片等方式测量。七、实验总结1、误差分析：本实验的误差主要来源于试验台的数显表电压读数的相对不准确，人眼对测微仪的读数同样会带来误差，这是在实验中不可避免的，另外，外界的电磁干扰以及仪器存在的漏磁情况都是误差造成的原因。由于直线位移执行器与传感器存在非线性误差，所以导致通过实验所测得数据的特性曲线不是完全的线性关系。2、注意在测量过程中不要中途回旋测微仪，直到测量完，否则就得重新测量。3、在铜、铁、铝三者中，涡流传感器对于铜的线性度最好，铝其次，铁最差，灵敏度也具有同样的关系，故而可以得出，对于铜质材料的测量很适合使用涡流传感器，而铁不适合采用涡流传感器进行测量，否则误差较大。 4、注意事项：实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。稳压电源不要对地短路。所有单元电路的地均须与电源地相连。当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减小（如果示波器探头阻抗太小，甚至会使变换器电路停振而无输出），或是使传感器在初始状态有一死区。被测体与电涡流传感器测试头平面必须平行，并将测试头尽量对准被测体中间,以减少涡流损失。 5、在实验过程中，当电涡流传感器与被测钢板间距离逐渐增大时，传感器输出的电压信号也随之升高，并能呈现一定的线性关系，但是，在刚开始调节千分尺