实验四典型传感器技术指标标定及测量.docVIP

实验四 典型传感器技术指标标定及测量 一、实验目的： (1) 深入理解电容式位移传感器的工作原理、基本结构、性能及应用。 (2) 掌握测典型位移传感器标定方法和最小二乘法误差数据处理方法及获得方法。 (3) 掌握利用典型位移传感器（电涡流传感器及霍尔传感器）测量厚度的方法。 二、实验内容及原理： 实验过程中，同学可以选择多种位移传感器进行标定和检测。在此以电容传感器为例讲述其原理。 电容式传感器是一种将被测量的变化转换成电容量的变化，经电路处理再变换成电压量输出的一种测量装置，通过检测输出电压的变化来获得被测量的信息。电容传感器具有结构简单、测量精度高、动态响应快、非接触等优点，广泛应用于位移、液位、振动等测量之中。 在一般工作状态下，电容传感器极板间的位移变化和输出电压近似成线性关系，，为灵敏度。每种电容传感器的灵敏度不同，在测量之前都需要进行标定，灵敏度标定准确与否直接影响测量精度。 本试验要完成（电容）位移传感器的标定，并利用标定好的传感器对一批工件的厚度进行相对测量。 三、实验要求： 根据（电容）传感器的输出信号波形变化确定传感器的线性工作范围； 用给定的虚拟仪器软件完成电容传感器的标定，求出灵敏度及最小二乘拟合非线性度和端点连线非线性度； 熟练使用虚拟仪器软件Labview进行编程，用给定的标定模板编写数据处理程序，并用编写的程序进行标定； 用给定的相对测量程序模板编写相对测量程序，并用自己编写的程序重新完成工件厚度的相对测量，根据测量数据分析工件误差。 四、实验装置： 传感器与检测技术实验台（电容传感器实验模板、电容传感器、数显表、±15V电源、±4V电源、A/D板、接线端子、PC机、Labview等虚拟仪器软件）。 五、实验步骤： 搭建电容传感器标定系统。按照图4-1将电容传感器安装在电容传感器试验模板上，输出信号通过A/D卡接入计算机。输出信号同时接数显表. 图 4-1 电容传感器的安装 确定传感器的线性工作范围。调整螺旋测微器，改变传感器测头位置，在数显表上观察输出信号的变化，确定传感器的线性工作范围。 a、使用给定软件标定 利用给定软件对电容传感器进行标定。把传感器位置调整在最佳线性工作范围的一个端点处，把此位置设定为初始位移值。转动工作台上的测微头，使传感器的测头调动的步长设为一固定量值（一般为1mm），并记录此时传感器输出电压。按照同样的方法，测得整个范围内标定点的数据。采用最小二乘法和端点连线求出传感器的灵敏度和非线性度，并对两种处理方法的结果进行比较。 b、传感器技术指标标定及检测系统的使用 在标定完成后可使用软件的测量功能任选以物品进行厚度测量。 图4-2 传感器技术指标标定及检测系统的前台界面 图4-3 传感器技术指标标定及检测系统的后台界面 图4-4 最小二乘法标定(模拟数据) 检测软件用Labview开发，用来标定典型传感器的技术指标，包括：线性度、灵敏度、均方差等。（见图4-4）。同时该软件还具有测量功能，可以根据标定产生的数据拟和所产生的参数测量位移量。 软件前台界面分为：显示区、设置区、标定数据区、测量数据区等区域，在不同的应用场合需要设置不同的参数或从相应的区域得到关心的数据。 六、实验报告： 1、根据软件做出拟合曲线（要求截图）。 2、最小二乘法和端点连线法确定的非线性度有什么关系？在什么情况下一致？ 3、相对测量和绝对测量相比有哪些优点和缺点？ 4、.比较测试系统灵敏度的实际值与理论值，简要讨论差别产生的主要影响因素。 七、实验注意事项： 信号接入计算机前，一定要大致估计其量值大小，避免超过A/D输入范围，以免损坏硬件。 附 件 由于该软件主要具有标定和测量两大功能，所以下面分功能具体说明。 标定功能 该功能主要完成对未知技术指标传感器的标定。 设置区： 选择标定模式； 输入初始位移量：传感器初始相对于边界的距离； 选择数据拟和方式：最小二乘法或端点法； 根据实验需要设置位移间隔量：每次使传感器移动的固定位移量，可以根据实际情况设定。 显示区： 每次移动位移间隔量的位移时，点击“标定采集”按钮采集此时的电压值； 采集不同位移时的10个电压值； 在Waveform Graph上将会根据你所选择的数据拟和方式显示不同的标定曲线。 标定区： 当采集完10个电压值时，电压值将会一同显示出来，便于记录下来用手工或其他软件检测实验结果的准确性； 数据的线性度、均方差； 拟合直线的k（灵敏度）、b（非线性度）。 测量功能 该功能主要完成运用上述标定得到的参数测量位移量。 设置区： 选择测量模式； 输入初始位移量：非常重要； 选择数据拟和方式：运用最小二乘法或端点法得到的k、b来计算位移。 测量区： 点击“测量采集”按钮； 得到此位移时的电压值； 得到此时的位移值。 软件使用注意事项