傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告_8

1、傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過(guò)時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。具有這種效應(yīng)的元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì) u h k h ib ，當(dāng)保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個(gè)均勻梯度的磁場(chǎng)中沿水平方向移動(dòng)，則輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)為u h kx ，式中k位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來(lái)測(cè)量位移?；魻栯妱?dòng)勢(shì)的極性表示了元件的方向。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高；磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性度就越好。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

2、板、霍爾傳感器、15v 直流電源、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄校瑢?shí)驗(yàn)板的連接線按圖9-1進(jìn)行。 1、 3 為電源5v ， 2、4 為輸出。2、開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片大致在磁鐵中間位置，再調(diào)節(jié)rw1 使數(shù)顯表指示為零。圖 9-1直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖3、測(cè)微頭往軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm 記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表 9-1。表9 1 x（ mm）v(mv) 作出 v-x 曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1、對(duì)傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上

3、。2、不要將霍爾傳感器的激勵(lì)電壓錯(cuò)接成15v ，否則將可能燒毀霍爾元件。六、思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的時(shí)什么量的變化？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線。2、歸納總結(jié)霍爾元件的誤差主要有哪幾種，各自的產(chǎn)生原因是什么，應(yīng)怎樣進(jìn)行補(bǔ)償。 實(shí)驗(yàn)二集成溫度傳感器的特性 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬Ｓ玫募蓽囟葌鞲衅骰驹?、性能與應(yīng)用。二、基本原理：集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于50 150之間測(cè)量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恒定時(shí)，晶體管的基極發(fā)射極電壓與溫度成線

4、性關(guān)系。為克服溫敏晶體管u b電壓生產(chǎn)時(shí)的離散性、均采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度下，它相當(dāng)于一個(gè)恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。具有很好的線性特性。本實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)產(chǎn)的ad590 。它只需要一種電源（4v 30v ）。即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實(shí)驗(yàn)中為r2）即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型的測(cè)量精度更高。三、需用器件與單元：溫度控制器、加熱源、溫度模塊、數(shù)顯單元、萬(wàn)用表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將主控箱上總電源關(guān)閉，把主控箱中溫度檢測(cè)與控制單元中的恒流加

5、熱電源輸出與溫度模塊中的恒流輸入連接起來(lái)。2、將溫度模塊中的溫控pt100 與主控箱的pt100 輸入連接起來(lái)。3、將溫度模塊中左上角的ad590 接到 a、b 上（正端接a，負(fù)端接 b），再將 b、d 連接起來(lái)。4、將主控箱的+5v電源接入 a 和地之間。5、將 d 和地與主控箱的電壓表輸入端相連（即測(cè)量1k電阻兩端的電壓）。6、開(kāi)啟主電源，將溫度控制器的sv 窗口設(shè)定為500 c（設(shè)置方法見(jiàn)附錄2），以后每隔50 c 設(shè)定一次，即t= 50c，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。 表10 1 t（）v(mv)7、根據(jù)上表計(jì)算ad590 的非線性誤差。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1、加熱器溫度不能加熱到12

6、0以上，否則將可能損壞加熱器。2、不要將ad590的 +、 - 端接反，因?yàn)榉聪螂妷嚎赡軗舸゛d590。六、思考題：大家知道在一定的電流模式下pn 結(jié)的正向電壓與溫度之間具有較好的線性關(guān)系，因此就有溫敏二極管，你若有興趣可以利用開(kāi)關(guān)二極管或其它溫敏二極管在50 100之間，作溫度特性，然后與集成溫度傳感器相同區(qū)間的溫度特性進(jìn)行比較，從線性看溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管，請(qǐng)闡明理由。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、簡(jiǎn)單說(shuō)明ad590 的基本原理，討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、總結(jié)實(shí)驗(yàn)后的收獲、體會(huì)。 實(shí)驗(yàn)三光電二極管和光敏電阻的特性研究 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤怆姸O管和光敏電阻的特性

7、與應(yīng)用。二、基本原理：（ 1）光電二極管：光電二極管是利用 pn結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件，結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。 pn結(jié)安裝在管的頂部，便于接受光照。外殼上有以透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大的光生電流， pn結(jié)的面積比一般二極管要大。為了光電轉(zhuǎn)換效率高，pn 結(jié)的深度比一般二極管淺。光電二極管可工作在兩種狀態(tài)。大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，處于反偏的二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流，即暗電流。反向電流小的原因是在pn 結(jié)中， p 型中的電子和 n 型中的空穴（少數(shù)載流子）很少。當(dāng)光照射

8、在pn結(jié)上時(shí)， pn結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使 p 區(qū)和 n 區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，在外加反偏電壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下，p 區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入n區(qū)， n 區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入p 區(qū)，從而使通過(guò)pn 結(jié)的反向電流大為增加，形成了光電流，反向電流隨光照強(qiáng)度增加而增加。另一種工作狀態(tài)是在光電二極管上不加電壓，利用pn 結(jié)受光照強(qiáng)度增加而增加。n 結(jié)受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理，將其作為微型光電池用。這種工作狀態(tài)一般用作光電檢測(cè)。光電二極管常用的材料有硅、鍺、銻化銦、砷化銦等，使用最廣泛的是硅、鍺光電二極管。光電二極管具有響應(yīng)速度快、精巧、堅(jiān)固、良好的溫度穩(wěn)定性

9、和低工作電壓的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。圖為光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，vo=ipr ，ip 為光電流， r是反饋電阻。+5rvo（ 2）光敏電阻：光敏電阻是利用光的入射引起半導(dǎo)體電阻的變化來(lái)進(jìn)行工作的。光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)：在無(wú)光照時(shí)，光敏電阻具有很高的阻值；在有光照時(shí)，當(dāng)光電子的能量大于材料禁帶寬度，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子空穴對(duì)，使電阻降低，光線愈強(qiáng)，激發(fā)出的電子空穴對(duì)越多，電阻值越低；光照停止后，自由電子與空穴復(fù)合，導(dǎo)電能力下降，電阻恢復(fù)原值。制作光敏電阻的材料常用硫化鎘（cds）、硒化鎘（cdse）、硫化鉛（ pbse）銻化銦（ insb ）

10、等。由于光導(dǎo)效應(yīng)只限于光照表面的薄層，所以一般都把半導(dǎo)體材料制成薄膜，并賦予適當(dāng) 的電阻值，電極構(gòu)造通常做成梳形，這樣，光敏電阻與電極之間的距離短，載流子通過(guò)電極的 時(shí)間 t c少，而材料的載流子壽命 c 又較長(zhǎng)，于是就有很高的內(nèi)部增益g，從而獲得很高的靈敏度。光敏電阻具有靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊，抗過(guò)載能力強(qiáng)，耗散功率大，以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。光敏電阻的阻值r 和光的強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性。三、實(shí)驗(yàn)器件與單元：光電模塊，主控箱，萬(wàn)用表，020ma恒流源。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、將主控箱的020ma恒流源調(diào)節(jié)到最小。2、把020ma恒流源的輸出和光電模塊上的恒流輸入連接起

11、來(lái)，以驅(qū)動(dòng)led光源。3.1 、硅光電池實(shí)驗(yàn)：將恒流源從0 開(kāi)始每隔2ma記錄一次，填入下列相應(yīng)的表格，光電二極管的強(qiáng)度指示在光電模塊的右邊數(shù)顯上。0.5ma 記錄3.2 、光敏電阻實(shí)驗(yàn)：由于光敏電阻光較弱時(shí)變化較大，所以在02ma之間，每隔一次，以后每隔2ma做一次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)填入下列相應(yīng)表格。光敏電阻的大小用萬(wàn)用表測(cè)量光電模塊上的光敏電阻輸出端。（1）光電二極管：i （ ma）v(mv)（2）光敏電阻：i（ ma）r五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：注意要將主控箱上恒流輸出的正負(fù)端和光電模塊上的正負(fù)端對(duì)應(yīng)接好，否則，光發(fā)送端將不能發(fā)光。六、思考題：1、當(dāng)將硅光電池作為光探測(cè)器時(shí)應(yīng)注意那些問(wèn)題？2、討論

12、光敏電阻主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出光敏電阻和硅光電池的特性曲線圖。2、簡(jiǎn)述光敏電阻和硅光電池的基本特性。 實(shí)驗(yàn)四 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?： 了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。 一、基本原理： 利用平板電容 c s d 和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路可以選擇 、s 、d 中三個(gè)參數(shù)中， 保持兩個(gè)參數(shù)不變， 而只改變其中一個(gè)參數(shù)， 則可以有測(cè)谷物干燥度 （ 變）測(cè)微小位移（變d ）和測(cè)量液位（變 s ）等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中，平板結(jié)構(gòu)對(duì)極距特別敏感， 測(cè)量精度受到影響， 而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很

13、好的線性關(guān)系， （但實(shí)際由于邊緣效應(yīng)的影響，會(huì)引起極板間的電場(chǎng)分布不均，導(dǎo)致非 線性問(wèn)題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。 ）成為實(shí)際中最常用的結(jié)構(gòu)，其中線位移單組式2 的l 電容量 c 在忽略邊緣效應(yīng)時(shí)為： cr 2 lnr 1 （ 1） 式中l(wèi) 外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長(zhǎng)度； r 2、 r 1外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。2 l2 l l l 2 l l c 為 當(dāng)兩圓筒相對(duì)移動(dòng) 時(shí)，電容變化量c ln r 2 rln r 2r c 0l ln r 2r （ 2）111 c2l l 2l l4 于是，可得其靜態(tài)靈敏度為： / l k g ln r 2 r ln r 2 r l ln

14、 r 2r （ 3）111 r 2 r 1， r 2與 r l 與靈可見(jiàn)靈敏度與 有關(guān)，1 越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長(zhǎng)度敏度無(wú)關(guān)，但 l不可太小，否則邊緣效應(yīng)將影響到傳感器的線性。本實(shí)驗(yàn)為變面積式電容傳感器， 采用差動(dòng)式圓柱形結(jié)構(gòu)， 因此可以很好的消除極距變化對(duì) 測(cè)量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。 二、需用器件與單元： 電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。三、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將電容式傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄小?、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆?vo1 與數(shù)顯單元vi相接（插入主控箱 vi

15、孔） rw 調(diào)節(jié)到中 間位置。3、接入 15v 電源，旋動(dòng)測(cè)微頭改變電容傳感器動(dòng)極板的位置，每隔 出電壓值，填入表8-1 。 表 8 1 電容傳感器位移與輸出電壓值 0.2mm 記下位移x 與輸 x(mm) v(mv)4、根據(jù)表8-1 數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度s 和非線性誤差f。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1.傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2.做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要接觸傳感器，否則將會(huì)使線性變差。圖 8-1 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖六、思考題：1、簡(jiǎn)述什么是傳感器的邊緣效應(yīng)，它會(huì)對(duì)傳感器的性能帶來(lái)哪些不利影響。2、電容式傳感器和電感式傳感器相比，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線，并利用最小二乘法做出擬合直線，計(jì)算該傳感器得非線性誤差。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析引起這些非線性得原因，并說(shuō)明怎樣提高傳感器得線性度。 實(shí)驗(yàn)一電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)器件電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。3.基本原理4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容傳感器位移與輸出電壓值x（mm）v（mv）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度s 和非線性誤差f 實(shí)驗(yàn)二直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)