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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：利用平板电容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）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
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3－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。
2、 将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图4－1）。
图4－1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Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。
4、 接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4－1。
表4－1 电容传感器位移与输出电压值
X(mm)

V(mv)

5、 根据表4－1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
四、 思考题：
试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
实验二 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。
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8－1安装电涡流传感器。

图8－1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
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。
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Vi相接。数显表量程切换开关选择电压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8－1。
表8－1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X（mm）

V(v)

8、 根据表8－1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（可以用端基法或其它拟合直线）。
五、 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？
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。
被测体材质对电涡流传感器特性影响
一、 实验目的：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：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：除与实验三相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。
四、 实验步骤：
1、 传感器安装同上.
2、 将原铁圆片换成铝和铜圆片。
3、 重复实验步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表8－2和表8－3。
表8－2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据
X（mm）

V(v)

表8－3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据
X（mm）

V(v)

4、 根据表8－2和表8－3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。
5、 分别比较实验二十五和本实验所得结果进行小结。
　 被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响
一、 实验目的：了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。
二、 基本原理：电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。
三、 需用器件与单元：直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同形状铝被测体二个、数显单元。
四、 实验步骤：
1、 传感器安装见图8－1，与前面静态特性实验相同。
2、 按照测静态特性实验要求连接好测量线路。
3、 在测微头上分别用三种不同的被测铝圆盘进行电涡位移特性测定，分别记入表8－5。
表8－5不同尺寸时的被测体特性数据
X（mm）

被测体1

被测体2

4、 根据表8－5数据计算目前范围内三种被测体1号、2号的灵敏度、并说明理由。
实验三 差动变压器的性能实验
一、 实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。
二、 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。
三、 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、万用表。
四、 实验步骤：
1、 根据图3－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图3－1差动变压器电容传感器安装示意图
2、 在模块上按图3－2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。接线时，航空插头上的号码与之对应。当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3－2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。
3、 旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰－峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表3－1，再人Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

图3－2双踪示波器与差动变压器连结示意图
4、 实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表3－1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。
表（3－1）差动变压器位移X值与输出电压数据表
V(mv)

X(mm)

思考题：
1、 用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHZ的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？
2、 试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
实验四 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化 、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压 Uo1= EKε/4。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：
1、 根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右

图1－1 应变式传感器安装示意图
2、 接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开关，将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当Rw3、Rw4的位置一旦确定，就不能改变。）。
3、 将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节RW1，使数显表显示为零。

图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图
4、 在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表1－1，关闭电源。
重量(g)

电压(mv)

5、 根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S ×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF·S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。
五、思考题：
单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。