試驗一電阻應變傳感器特試驗

1、實驗一、二 電阻應變片傳感器特性實驗一、 實驗目的：1了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。2比較半橋，全橋測量電路與單臂電橋的不同性能、了解各自的特點。二、 基本原理：敏感元件金屬箔在外力作用下，其電阻值會發(fā)生變化。即金屬的電阻應變效應。根據(jù)推導可以得出：“應變效應”的表達式。k0稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，k0受兩個因素影響，一個是（1+），它是材料的幾何尺寸變化引起的，另一個是，是材料的電阻率隨應變引起的（稱“壓阻效應”）。對于金屬材料而言，以前者為主，則，對半導體，值主要是由電阻率相對變化所決定。實驗也表明，在金屬絲拉伸比例極限內(nèi)，電阻相對變化與軸向應變成比例

2、。通常金屬絲的靈敏系數(shù)k0=2左右。用應變片測量受力時，將應變片粘貼于被測對象表面上。在外力作用下，被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形時，應變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應變值，而根據(jù)應力應變關(guān)系 （4）式中 測試的應力； E材料彈性模量?？梢詼y得應力值。通過彈性敏感元件，將位移、力、力矩、加速度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換為應變，因此可以用應變片測量上述各量，從而做成各種應變式傳感器。電阻應變片可分為金屬絲式應變片，金屬箔式應變片，金屬薄膜應變片。單臂電橋：即應變片電阻接入電橋的一臂，測出其電阻變化值，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是

3、靈敏度較差；半橋：把不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EG2。式中E為電橋供電電壓。全橋：測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩個應變片接入電橋?qū)?，當應變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到明顯改善三、需用器件與單元：應變式傳感器實驗模板、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±5V電源、萬用表。四、實驗內(nèi)容與步驟：1、應變片的安裝位置如圖（11）所示，應變式傳感器已裝到應變傳感器模塊上。傳感器

4、中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4?？捎萌f用表進行測量，R1=R2=R3=R4=350。 圖11 應變式傳感器安裝示意圖 圖1-2 應變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖2、接入模板電源±15V（從主控箱引入），檢查無誤后，合上主控箱電源開關(guān)，順時針調(diào)節(jié)Rw2使之大致位于中間位置，再進行差動放大器調(diào)零，方法為：將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數(shù)顯電壓表輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實驗模板上調(diào)零電位器Rw3，使數(shù)顯表顯示為零，（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源。（注意：當Rw2的位置一旦確定，就不能改變。）3、按圖1-2將應變式傳感器的其中一個應變片R1

5、（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋，（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)零電位器Rw1，接上橋路電源±5V，此時應將±5V地與±15V地短接（因為不共地）如圖1-2所示。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關(guān)。調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示為零。4、在砝碼盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，以后每次增加一個砝碼并讀取相應的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完。記下實驗結(jié)果填入表1-1，關(guān)閉電源。表11單臂電橋輸出電壓與所加負載重量值重量(g)電壓(mv)5根據(jù)表11計算系統(tǒng)靈敏度（輸出電壓的變化量，重量變化量）和非線性誤差f1=m/yF

6、S ×100 式中（多次測量時為平均值）為輸出值與擬合直線的最大偏差：yFS 滿量程輸出平均值,此處為200g. 6根據(jù)圖1-3接線。R1、R2為實驗模板左上方的應變片，注意R2應和R1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源±5V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器Rw1進行橋路調(diào)零，重復實驗一中的步驟4、5，將實驗數(shù)據(jù)記入表2-1，計算靈敏度，非線性誤差。若實驗時顯示數(shù)值不變化說明R1與R2兩應變片受力狀態(tài)相同。則應更換應變片。 圖1-3 應變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖 圖1-4 應變式傳感器全橋?qū)嶒灲泳€圖表12半橋測量時，輸出

7、電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mV）7根據(jù)1-4接線，實驗方法與實驗二相同。將實驗結(jié)果填入表1-3；進行靈敏度和非線性誤差計算。表13全橋輸出電壓與加負載重量值重量（g）電壓（mV）五、實驗注意事項： 1、不要在砝碼盤上放置超過1kg的物體，否則容易損壞傳感器。2、電橋的電壓為±5V，絕不可錯接成±15V，否則可能燒毀應變片。六、思考題：1、 單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（受壓）應變片（3）正、負應變片均可以。 2、 半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊（2）鄰邊。3、 橋路（差動電橋）測量時存在非

8、線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應變片應變效應是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。4全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。5、某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖1-4 應變式傳感器受拉時傳感器周面展開圖七、實驗報告要求：1、記錄實驗數(shù)據(jù)，并繪制出單臂電橋時傳感器的特性曲線。2、從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。3根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)繪制出半橋和全橋時傳感器的特性曲線4比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線

9、性度，并從理論上加以分析比較，得出相應的結(jié)論。實驗三 電容式傳感器的位移特性實驗一、實驗目的：了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點。一、 基本原理：利用平板電容CSd和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇、S、d中三個參數(shù)中，保持兩個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）測微小位移（變d）和測量液位（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)對極距特別敏感，測量精度受到影響，而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很好的線性關(guān)系，（但實際由于邊緣效應的影響，會引起極板間的電場分布不均，導致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。）成為

10、實際中最常用的結(jié)構(gòu)，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣效應時為： （1）式中 外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長度； 外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。當兩圓筒相對移動時，電容變化量為 （2）于是，可得其靜態(tài)靈敏度為： （3）可見靈敏度與有關(guān)，越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度與靈敏度無關(guān)，但不可太小，否則邊緣效應將影響到傳感器的線性。本實驗為變面積式電容傳感器，采用差動式圓柱形結(jié)構(gòu)，因此可以很好的消除極距變化對測量精度的影響，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、電容傳感器實驗模板、測微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。三、 實驗步驟：1、將電容式傳感器裝于電容

11、傳感器實驗模板上，將傳感器引線插頭插入實驗模板的插座中。2、將電容傳感器實驗模板的輸出端Vo1與數(shù)顯單元Vi相接（插入主控箱Vi孔）Rw調(diào)節(jié)到中間位置。3、接入±15V電源，旋動測微頭改變電容傳感器動極板的位置，每隔0.2mm記下位移X與輸出電壓值，填入表3-1。 表31 電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) V(mv)4、根據(jù)表3-1數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差。五、實驗注意事項：1、 傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2、做實驗時，不要接觸傳感器，否則將會使線性變差。圖3-1電容傳感器位移實驗接線圖六、思考題：1、簡述什么是傳感器的邊緣效應，它會對傳感器的性能帶來

12、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？七、實驗報告要求：1、整理實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實驗數(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，計算該傳感器得非線性誤差。2、根據(jù)實驗結(jié)果，分析引起這些非線性得原因，并說明怎樣提高傳感器得線性度。實驗四 差動變壓器式傳感器實驗一、 實驗目的：1了解差動變壓器式傳感器的原理和結(jié)構(gòu)（這里是三段式）；2了解差動變壓零點殘余電壓組成及其補償辦法；3*激勵頻率對差動變壓器輸出的影響（選做）。二、 基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當傳感器隨著被測體

13、移動時，由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應電勢增加，另一只感應電勢則減少，將兩只次級反向串接，即同名端接在一起，就引出差動輸出，其輸出電勢則反映出被測體的位移量。零點殘余電壓：由于傳感器阻抗是一個復數(shù)阻抗，有感抗也有阻抗，為了達到電橋平衡，就要求線圈的電阻R相等，兩線圈的電感L相等。實際上，這種情況是難以精確達到的，就是說不易達到電橋的絕對平衡。在零點有一個最小的輸出電壓，一般把這個最小的輸出電壓稱為零點殘余電壓，如果零點殘余電壓過大，會使靈敏度下降，非線性誤差增大，甚至造成放大器末級趨于飽和，致使儀器電路不能正常工作。造成零殘電壓的原因，總的來

14、說，是兩電感線圈的等效參數(shù)不對稱造成的。包括差動變壓器二只次級線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，二次級的不均勻、不一致，鐵芯BH特性的非線性等。*激勵頻率對其特性的影響：差動變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式：表示,式中LP、RP為初級線圈電感和損耗電阻，Ui、為激勵電壓和頻率，M1、M2為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當初級線圈激勵頻率太低時，若RP22LP2，則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當2LP2RP2時輸出Uo與無關(guān)，當然過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。三、 需用器件與單元：差動變壓器實驗模板、測微頭、雙線示波器、差動

15、變壓器、示波器，音頻信號源。四、 實驗內(nèi)容與步驟：第一部分 基本特性實驗：1、將差動變壓器及測微頭按裝在差動變壓器實驗模板上。2、將傳感器引線插頭插入實驗模板的插座中，在模塊上按圖4-1接線，音頻振蕩器信號必須從主控箱中的音頻振蕩器的端子（正相或反相）輸出，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，使輸出頻率為4-5KHZ（可用主控箱的頻率計來監(jiān)測）。調(diào)節(jié)輸出幅度為峰峰值Vp-p=2V（可用示波器監(jiān)測）。3、旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰峰值Vp-p為最小，這時可以左右位移，假設(shè)其中一個方向為正位移，另一個方向為負位移，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表

16、4-1，再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關(guān)系。 圖4-1 雙蹤示波器與差動變壓器連接示意圖 圖4-2 零點殘余電壓補償電路之一表41差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表V(mv) X(mm)4、 實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘余電壓的大小，根據(jù)表4-1畫出Vop-pX曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。第二部分：零點殘余電壓的測定和補償1、 按圖42接線，音頻信號源從主控箱輸出，實驗模板上R1 、C1 、RW1 、RW2為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。 利用示波器調(diào)整音頻振蕩器輸出為2V

17、峰-峰值。2、 調(diào)整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。3、 依次調(diào)整Rw1、Rw2，使輸出電壓降至最小。4、 將第二通道的靈敏度提高，觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓相比較。從示波器上觀察，差動變壓器的零點殘余電壓值（峰-峰值）。（注：這時的零點殘余電壓是經(jīng)放大后的零點殘余電壓，實際零點殘余電壓為Vp-p/K，K為放大倍數(shù)。）*第三部分（選做）激勵頻率對變壓器特性的影響1、將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。2、按圖4-2連接好線。3、選擇音頻信號輸出頻率為1KHZ（從正相或反向）輸出，（可用主控箱的頻率計顯示頻率）移動鐵芯至中間位置即輸出信號最小時的位置，調(diào)節(jié)Rw1 、Rw2使輸出變

18、得更小。4、用示波器監(jiān)視第二通道，旋動測微頭，向左（或右）旋到離中心位置。2.50mm處，有較大的輸出。將測試結(jié)果記入表4-2。5、分別改變激勵頻率為1KHZ9KHZ，幅值不變將測試結(jié)果記入下表42中。表42不同激勵頻率時輸出電壓（峰峰值）的關(guān)系。f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHzVop-p(V)6、作出幅頻特性曲線。五、實驗注意事項： 1、在做實驗前，應先用示波器監(jiān)測差動變壓器激勵信號的幅度，使之為Vp-p值為2V，不能太大，否則差動變壓器發(fā)熱嚴重，影響其性能，甚至燒毀線圈。2、 模塊上L2、L3線圈旁邊的“*”表示兩線圈的同名端。3、 傳感器

19、要輕拿輕放，絕不可掉到地上。六、思考題：1、用差動變壓器測量較高頻率的振幅，例如1KHz的振動幅值，可以嗎？差動變壓器測量頻率的上限受什么影響？2 試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？3、請分析經(jīng)過補償后的零點殘余電壓波形。4、 本實驗也可用圖4-3所示的電路，請分析原理。5*、提高激勵頻率有哪些優(yōu)點？但是過高的激勵頻率又會帶來哪些不利因素？應怎樣確定激勵頻率。6*、若用差動變壓器式傳感器測量振動，測量的頻率受什么限制？圖4-3 零點殘余電壓補償電路之二七、實驗報告要求：1、根據(jù)實驗測得的數(shù)據(jù)，繪制出測微頭左移和右移時傳感器的特性曲線。2、分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。3、分析產(chǎn)生零點殘余電壓

20、的原因，對差動變壓器的性能有哪些不利影響。用哪些方法可以減小零點殘余電壓。 4、歸納總結(jié)前兩種補償電路的優(yōu)缺點。5*、根據(jù)實驗所得的數(shù)據(jù)作出傳感器的幅頻特性曲線。6*、歸納總結(jié)正確選擇激勵信號的幅度和頻率的特點。實驗五 Pt100熱電阻測溫實驗一、 實驗目的：了解熱電阻的特性與應用。二、 基本原理：利用導體電阻隨溫度變化這一特性，熱電阻用于測量時，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，而穩(wěn)定，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0630.74以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為： Rt=Ro(1+At+Bt2)Ro系溫度為0時的電阻。本實驗Ro100。A3.9684×1

21、02，B5.847×1072，鉑電阻內(nèi)部引線方式有兩線制、三線制和四線制三種，兩線制中引線電阻對測量的影響大，用于測溫精度不高的場合，三線制可以減小熱電阻與測量儀表之間連接導線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。四線制可以完全消除引線電阻對測量的影響，用于高精度溫度檢測。本實驗是三線制連接，其中一端接二根引線主要為消除引線電阻對測量的影響。 三、 需用器件與單元：Pt100熱電阻（溫度模塊上）、1A恒流源、溫度控制單元（溫控器）、溫度傳感器實驗模板、數(shù)顯單元、萬用表。四、 實驗步驟： 圖5-1 Pt100熱電阻測溫實驗接線圖1、將溫度模塊中的實驗Pt100接入a、b間，把b、c連接

22、起來，這樣，R1、R3、R4、Rw1、Pt100就組成了一種直流單臂電橋，再把Rw2逆時針旋到底（增益最?。?。2、把溫度模塊的±15V和主控箱的±15V輸出連接起來，差動放大器的Vo與主控箱的電壓表相連，再將差動放大器的輸入端與地短接，調(diào)節(jié)Rw3使差動放大器的輸出為零。3、按圖5-1連接好線，在端點a與地之間加+5V的直流電源，按圖11-1將電橋的輸出與差動放大器相連，溫度控制器的SV窗口設(shè)定為（設(shè)置方法見附錄2），然后調(diào)節(jié)Rw1使電橋平衡，即使差放的輸出為零。4、在的基礎(chǔ)上，以后每隔設(shè)定一次，即t=，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。表51T（）V(mV)5、根據(jù)上表計算Pt

23、100的非線性誤差。五、實驗注意事項：加熱器溫度不能加熱到120以上，否則將可能損壞加熱器。六、思考題：如何根據(jù)測溫范圍和精度要求選用熱電阻？七、實驗報告要求：1、根據(jù)實驗所得的數(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，計算該傳感器得非線性誤差。2、總結(jié)Pt100熱電阻傳感器有哪些優(yōu)缺點。實驗六 集成溫度傳感器的特性一、 實驗目的：了解常用的集成溫度傳感器基本原理、性能與應用。二、 基本原理：集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，一般用于50150之間測量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恒定時，晶體管的基極發(fā)射極電

24、壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時的離散性、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，它相當于一個恒流源。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。本實驗采用的是國產(chǎn)的AD590。它只需要一種電源（4V30V）。即可實現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為R2）即可實現(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、萬用表。四、 實驗步驟：1、將主控箱上總電源關(guān)閉，把主控箱中溫度檢測與控制單元中

25、的恒流加熱電源輸出與溫度模塊中的恒流輸入連接起來。2、將溫度模塊中的溫控Pt100與主控箱的Pt100輸入連接起來。3、將溫度模塊中左上角的AD590接到a、b上（正端接a，負端接b），再將b、d連接起來。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（即測量1K電阻兩端的電壓）。6、開啟主電源，將溫度控制器的SV窗口設(shè)定為（設(shè)置方法見附錄2），以后每隔設(shè)定一次，即t=，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。 表61T（）V(mV)7、根據(jù)上表計算AD590的非線性誤差。五、實驗注意事項：1、加熱器溫度不能加熱到120以上，否則將可能損壞加熱器。2、不要將AD590的+

26、、-端接反，因為反向電壓可能擊穿AD590。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關(guān)二極管或其它溫敏二極管在50100之間，作溫度特性，然后與集成溫度傳感器相同區(qū)間的溫度特性進行比較，從線性看溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管，請闡明理由。七、實驗報告要求：1、簡單說明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。2、總結(jié)實驗后的收獲、體會。實驗七 直流激勵時霍爾傳感器位移特性實驗一、 實驗目的：了解霍爾式傳感器原理與應用。二、基本原理：金屬或半導體薄片置于磁場中，當有電流流過時，在垂直于

27、磁場和電流的方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應。具有這種效應的元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應，霍爾電勢UHKHIB，當保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個均勻梯度的磁場中沿水平方向移動，則輸出的霍爾電動勢為，式中k位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來測量位移。霍爾電動勢的極性表示了元件的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，輸出線性度就越好。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實驗模板、霍爾傳感器、±15V直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。四、實驗步驟：1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實驗模塊上，將傳感器引線插頭插入實驗模板的插座中，實驗板的連接線按圖7-1進行。1

28、、3為電源±5V，2、4為輸出。2、開啟電源，調(diào)節(jié)測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7-1 直流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖3、測微頭往軸向方向推進，每轉(zhuǎn)動0.2mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表7-1。表71X（mm）V(mv)作出V-X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度和非線性誤差。五、實驗注意事項：1、對傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2、不要將霍爾傳感器的激勵電壓錯接成±15V，否則將可能燒毀霍爾元件。六、思考題：本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的時什么量的變化？七、實驗報告要求：1、整理實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實驗

29、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，應怎樣進行補償。附錄1 實驗箱溫度控制簡要原理當總電源開關(guān)合上，并且溫度控制器的開關(guān)也閉合時，如果溫度控制器測得的溫度低于設(shè)定的溫度值，那么溫度控制器面板上ALM2燈亮（ALM2為一繼電器的常開觸點，恒流源是與這個常開觸點串聯(lián)的），內(nèi)部繼電器閉合，溫度模塊開始加熱，加熱電源為1A恒流源，當溫度加熱到略高與設(shè)定溫度值時，ALM2燈滅，內(nèi)部繼電器斷開，溫度模塊停止加熱，但由于溫度的慣性比較大，因此當溫度模塊停止加熱后，仍有一定的向上的沖量。附錄2 溫度控制器使用說明1、儀表通電顯示窗先顯示PV窗輸出代碼、SV窗

30、輸入代碼，后顯示PV窗量程上限、SV窗量程下限（N型顯示PV窗Jd05、SV窗2003），隨后即進入工作狀態(tài)，其中PV顯示的為測量的溫度值，SV顯示的為設(shè)定的溫度值，當SV的值大于PV的值時ALM2燈亮，恒流源有輸出，當PV的值大于SV的值時，ALM1燈亮，恒流源無輸出，按SET鍵0.5秒SV顯示窗閃爍，此時可改變設(shè)定值，再按SET鍵0.5秒確認，如需要修改其他參數(shù)，必須按住SET鍵大于3秒，即進入B菜單，可按要求逐一修改內(nèi)容（見操作流程表），修改完畢再按SET鍵0.5秒若干下，退出菜單，如15秒內(nèi)無鍵按下（該窗內(nèi)新設(shè)置的數(shù)據(jù)無效）自動進入新的工作狀態(tài)。2、當輸入信號大于量程上限時，儀表顯示，

31、當輸入信號小于超出量程下限10%以上時，儀表仍顯示，并切斷主控輸出；當輸入信號略小于量程下限時，儀表顯示。3、各參數(shù)功能：面板功能：SET：功能鍵；PV：當前測量值；SV：主控設(shè)定值；OUT：主控輸出指示ALM1：ALM1報警輸出指示；ALM2：ALM2報警輸出指示；AT：自整定指示向左箭號：移位鍵；向下箭號：減鍵；向上箭號：加鍵選作實驗 實驗八 光電二極管和光敏電阻的特性研究一、 實驗目的：了解光電二極管和光敏電阻的特性與應用。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

32、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，當無光照時，處于反偏的二極管工作在截止狀態(tài)，這時只有少數(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。當光照射在PN結(jié)上時，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對，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)電場的作用下，P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進入N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋

33、層進入P區(qū)，從而使通過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)受光照強度增加而增加。N結(jié)受光照時產(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。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速度快、精巧、堅固、良好的溫度穩(wěn)定性和低工作電壓的優(yōu)點，因而得到了廣泛的應用。圖為光電流信號轉(zhuǎn)換電路，Vo=IpR，Ip為光電流，R是反饋電阻。（2）光敏電阻：光敏電阻是利用光的入射引起半導體電阻的變化來進行工作的。光敏電阻的工作原理是基于光電導效應：在

34、無光照時，光敏電阻具有很高的阻值；在有光照時，當光電子的能量大于材料禁帶寬度，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，激發(fā)出可以導電的電子空穴對，使電阻降低，光線愈強，激發(fā)出的電子空穴對越多，電阻值越低；光照停止后，自由電子與空穴復合，導電能力下降，電阻恢復原值。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）等。由于光導效應只限于光照表面的薄層，所以一般都把半導體材料制成薄膜，并賦予適當?shù)碾娮柚?，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，載流子通過電極的時間少，而材料的載流子壽命又較長，于是就有很高的內(nèi)部增益G，從而獲得很高的靈敏度

35、。光敏電阻具有靈敏度高，光譜響應范圍寬，重量輕，機械強度高，耐沖擊，抗過載能力強，耗散功率大，以及壽命長等特點。光敏電阻的阻值R和光的強度呈現(xiàn)強烈的非線性。三、實驗器件與單元：光電模塊，主控箱，萬用表，020mA恒流源。四、實驗內(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來，以驅(qū)動LED光源。3.1、硅光電池實驗：將恒流源從0開始每隔2mA記錄一次，填入下列相應的表格，光電二極管的強度指示在光電模塊的右邊數(shù)顯上。3.2、光敏電阻實驗：由于光敏電阻光較弱時變化較大，所以在02mA之間，每隔0.5mA記錄一次，以后每隔2mA做一次實

36、驗，測得的數(shù)據(jù)填入下列相應表格。光敏電阻的大小用萬用表測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、實驗注意事項：注意要將主控箱上恒流輸出的正負端和光電模塊上的正負端對應接好，否則，光發(fā)送端將不能發(fā)光。六、思考題：1、當將硅光電池作為光探測器時應注意那些問題？2、討論光敏電阻主要應用在什么場合。七、實驗報告要求：1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出光敏電阻和硅光電池的特性曲線圖。2、簡述光敏電阻和硅光電池的基本特性。直線擬合方法簡介-習 題 與 思 考 題-1.1 試述傳感器的定義和組成，傳感器由哪幾種分類方法，各有和特點？1.2 衡量傳感器的靜態(tài)與動態(tài)

37、特性的重要指標有哪些？它們是如何定義的？1.4 某玻璃水銀溫度計微分方程式為，其中，Q0為水銀柱高度（m）；Qi被測溫度（），試確定該溫度計的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度系數(shù)。 1.5 某壓電式加速度計動態(tài)特性可用下述微分方程描述 式中，q為輸出電荷（pC）；a為輸入加速度（m/s2）。試確定該測量裝置的固有振蕩頻率w0，阻尼系數(shù)x，靜態(tài)靈敏度系數(shù)K的值。 1.6 若用一階傳感器做100Hz正弦信號的測試，如幅值誤差要求限制在5%以內(nèi)，則時間常數(shù)應取多少？若在該時間常數(shù)下，同一傳感器做50Hz正弦信號的測試，這時的幅值誤差和相角差為多大？1.7 已知某二階系統(tǒng)傳感器的固有頻率f0=10kHz，阻尼比=0.1，若要求傳感器的輸出幅值誤差小于3%，試確定該傳感器的工作頻率范圍；1.8 已知一熱電偶的時間常數(shù)=10