傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、傳感器與檢測(cè)技術(shù) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓 名: 學(xué) 號(hào)： 院 系: 儀器科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 實(shí) 驗(yàn)室: 機(jī)械樓5樓 同組人員： 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 傳感器第一次實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及單臂電橋工作原理和性能。 二、基本原理 電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它反映被測(cè)部位受力 狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力 狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓 Uo! =EK；/4，其中K為應(yīng)變靈

2、敏系數(shù)， L/L為電阻絲長(zhǎng)度 相對(duì)變化。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1根據(jù)接線示意圖安裝接線。 2. 放大器輸出調(diào)零。 3. 電橋調(diào)零。 4. 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)。 測(cè)得數(shù)據(jù)如下，并且使用 Matlab的cftool工具箱畫出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線: 重量（g） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 電壓（mv） 0 1.1 2.1 3.1 4.2 5.3 6.4 7.5 8.5 9.6 10.7 擬合值 （mv） -0.03 1.04 2.10 3.18 4.25 5.32 6.39 7.46 8

3、.53 9.60 10.67 mx| 0.03 0.06 0 0.08 0.05 0.02 0.01 0.04 0.03 0 0.03 由matlab擬合結(jié)果得到，其相關(guān)系數(shù)為 0.9998，擬合度很好，說明輸出電壓與應(yīng)變計(jì) 上的質(zhì)量是線性關(guān)系，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確。 系統(tǒng)靈敏度（即直線斜率），非線性誤差= 五、思考題 單臂電橋工作時(shí)，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受壓） 應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。 答：（1）負(fù)（受壓）應(yīng)變片；因?yàn)閼?yīng)變片受壓，所以應(yīng)該選則（ 2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片。 實(shí)驗(yàn)三金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解全橋測(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn) 二

4、、基本原理 全橋測(cè)量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄喾吹膽?yīng)變片接入電橋鄰邊。 當(dāng)應(yīng)變片初始阻值 R仁R2=R3=R4其變化值.：R R2 = ：R R4時(shí)，其橋路輸出電壓 U3二EK :。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都得到了改善。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1根據(jù)接線示意圖安裝接線。 2放大器輸出調(diào)零。 3電橋調(diào)零。 4.應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn) 數(shù)據(jù)記錄如下表所示，并且使用 Matlab的cftool工具箱畫出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線： 重量（g） 0 20 40 60 80 100 120 140 160

5、 180 200 電壓（mv） 0 5 9 13 18 22 27 31 36 40 45 擬合值 （mv） 0.045 4.51 8.97 13.44 17.90 22.37 26.83 31.29 35.76 40.22 44.69 |Amx| 0.045 0.49 0.03 0.44 0.10 0.37 0.17 0.29 0.24 0.22 0.31 由matlab擬合結(jié)果得到，其相關(guān)系數(shù)為0.9995,比上個(gè)實(shí)驗(yàn)中的單臂電橋線性度差， 跟理論存在誤差。 系統(tǒng)靈敏度一V/Kg即直線斜率），非線性誤差圓柱的半徑為r;圓柱的長(zhǎng)為X，則電容量為 C= 2 x/ln（R/r）。圖中C1、 C2

6、是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生 X位移時(shí)，電容量的變化量為 C=C1 C2= 2 2/ln（R/r），式中 2、 ln（R/ r）為常數(shù)，說明 C與位移X成正比，配上配套測(cè)量電路就能測(cè)量位移。 圖3-6電容式位移傳感器結(jié)構(gòu) 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y(cè)微頭。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 圖3-7電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)原理圖 1、 按圖3-8將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鯲 01接主機(jī)箱電壓表的V in。 2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Rw調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳3圈） 。 3、 將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關(guān)打到2v檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)； 旋轉(zhuǎn)測(cè)

7、微頭改變 電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 Ov，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向） 5圈，記錄此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù) 和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值； 此后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即 x=0.5mm位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表 讀數(shù)（單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差）；將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出x-v實(shí)驗(yàn)曲線。 X(mm) 16.741 16.241 15.741 15.241 14.741 14.241 13.741 13.241 12.741 12.241 V(mv) -316 -248 -188 -120 -60 -10 57 119 178 236 擬合值 (mv) -

8、287 -230 -174 -118 -61 -5 51 107 163 220 | Ami 29 18 14 2 1 5 6 12 15 16 X(mm) 11.741 11.241 10.741 10.241 9.741 9.241 8.741 8.241 7.741 7.241 V(mv) 293 350 408 461 514 565 618 665 693 740 擬合值 (mv) 276 332 389 445 501 557 614 670 726 783 | Ami 17 18 19 16 13 8 4 15 33 37 實(shí)驗(yàn)曲線 4、根據(jù)表3-7數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度

9、S和非線性誤差 一V/m 3= 一=- 五、思考題 試設(shè)計(jì)利用的變化測(cè)谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮 哪些因素? 表3-7電容傳感器位移與輸出電壓值 7 答：原理：測(cè)谷物的濕度時(shí)，稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，當(dāng)電容的A與d 為恒定值，C=f()中發(fā)生變化。 結(jié)構(gòu)：傳感器為上下兩個(gè)極板，谷物從傳感器之間穿過。？ 考慮因素：感應(yīng)器是否與谷物接觸的充分、 谷物是否均勻的從傳感器之間穿過以及直板 傳感器的邊緣效應(yīng)。 實(shí)驗(yàn)一壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解壓電傳感器的測(cè)量振動(dòng)原理和方法。 二、基本原理 壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組

10、成。工作時(shí)傳感器感受與試件相同的振 動(dòng)頻率，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶體上產(chǎn)生 正比于運(yùn)動(dòng)速度的表面電荷。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振?dòng)源、示波器。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器， 其它連線按照?qǐng)D示接線。 2、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，觀察低通濾波 器輸出波形。 3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指 敲擊振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)觀察輸出波形的變化。 4、改變振動(dòng)源的頻率，觀察輸出波形的變化。 低頻振蕩器的幅

11、度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測(cè)，用示波器讀出峰峰值填入 表格。 f(Hz) 5 7 12 15 17 20 25 V(p-p) 0.179 0.572 1.087 0.794 0.687 0.586 0.472 實(shí)驗(yàn)曲線： 五、思考題 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多 少？ 答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線可知，振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大約為 11Hz。 T=106ms 實(shí)驗(yàn)十二電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。 二、基本原理 通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處于交變磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金 屬體內(nèi)產(chǎn)生電

12、流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。 渦流的大小與金屬體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬表面的距離 x等參數(shù)有關(guān)。 電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場(chǎng)能量， 從而改變激磁線圈阻抗，渦流傳感器就是基 于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)，當(dāng)線圈與金屬體表面的距離x以外的所 有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體（鐵圓片） 。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，根據(jù)示意圖安裝測(cè)微頭、被測(cè)體、電渦流傳感器并接線。 2、 調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到 20V檔

13、，檢查接 線無誤后開啟主機(jī)箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔 0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎 不變?yōu)橹埂?shù)據(jù)填入下表： X(mm) 13.605 13.705 13.805 13.905 14.005 14.105 14.205 14.305 14.405 V(v) 0 0 0 0 0.01 0.09 0.18 0.28 0.38 X(mm) 14.505 14.605 14.705 14.805 14.905 15.005 15.105 15.205 15.305 V(v) 0.48 0.58 0.69 0.79 0.90 0.99 1.20 1.30 1.43 X(mm) 15.40

14、5 15.505 15.605 15.705 15.805 15.905 16.005 16.105 16.205 V(v) 1.56 1.68 1.79 1.91 2.05 2.18 2.39 2.44 2.57 X(mm) 16.305 16.405 16.505 16.605 16.705 16.805 16.905 17.005 17.105 V(v) 2.72 2.86 3.00 3.12 3.28 3.43 3.58 3.72 3.86 X(mm) 17.205 17.305 17.405 17.505 17.605 17.705 17.805 17.905 18.005 V(v)

15、 4.01 4.14 4.32 4.43 4.59 4.74 4.89 5.05 5.15 X(mm) 18.105 18.205 18.305 18.405 18.505 18.605 18.705 18.805 18.905 V(v) 5.32 5.46 5.58 5.71 5.88 6.0 6.12 6.27 6.42 X(mm) 19.005 19.105 19.205 19.305 19.405 19.505 19.605 19.705 19.805 V(v) 6.54 6.66 6.78 6.91 7.03 7.14 7.26 7.33 7.44 X(mm) 19.905 20.0

16、05 20.105 20.205 20.305 20.405 20.505 20.605 20.705 V(v) 7.59 7.70 7.79 7.88 7.96 8.02 8.18 8.21 8.25 X(mm) 20.805 20.905 21.005 21.105 21.205 V(v) 8.44 8.53 8.59 8.59 8.59 3、畫出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)（即曲線線性 段的中點(diǎn)）。試計(jì)算測(cè)量范圍為1mm與 3mm寸的靈敏度和非線性度（可以用端點(diǎn)法或其他擬 合直線）。 v 靈敏度: 測(cè)量范圍1mm V/m 非線性度: yFs=1.41 所

17、以 V/m 測(cè)量范圍3mm 靈敏度： 非線性度：yFs=4.15 五、思考題 1、 電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測(cè)量土5mm勺量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？ 答：電渦流傳感器的量程就是傳感器的線性范圍，它受到線圈半徑。被測(cè)體的性質(zhì)及形狀和 厚度等因素影響。 2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器？ 答：所測(cè)量的位移在所選的傳感器量程范圍內(nèi)。 傳感器第三次實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)十五直流激勵(lì)時(shí)線性霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用。 二、基本原理 根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)Uh =Kh *Ib，當(dāng)霍爾元件處在梯度中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢(shì)會(huì)發(fā)生變 化，利用

18、這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測(cè)量。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、測(cè)微頭。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 圖5-1霍爾傳感器（直流激勵(lì)）實(shí)驗(yàn)原理圖 1、按圖5-2示意圖接線（實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵?Vol接主機(jī)箱電壓表的Vin）,將主機(jī)箱上的電壓 表量程（顯示選擇）開關(guān)打到 2v檔。 2、檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié) Rw1 使數(shù)顯表指示為零。 3、向某個(gè)方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭2mm位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)； 再反方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭，每增加0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)（建議做4mm位移），將讀數(shù)填入表 5-1。 表5-1 X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.

19、8 1.0 1.2 1.4 V(mV) -1617 -1308 -975 -664 -337 -6 1 309 P 684 1 X(mm) 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 V(mV) 1011 1362 1755 2110 2540 2920 , 3330 3790 X(mm) 3.2 3.4 r 3.6 3.8 4.0 4.2 1 V(mV) 4180 4670 5050 5360 5660 5910 作出V X曲線，計(jì)算不同測(cè)量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。 靈敏度： V =7277mV, X =4mm所以 非線性度: ：Vm =207mV

20、 yFs =5983.8 所以 五、思考題 本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？ 答：反映的是磁場(chǎng)的變化。 實(shí)驗(yàn)十七霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。 二、基本原理 利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：Uh= KhB當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng) 就變化N次。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化， 輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路計(jì) 數(shù)就可以測(cè)量被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、根據(jù)圖5-5將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié) 升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙

21、大約為23mm。 3樓主機(jī)箱5苗的丄 工作平臺(tái) 升降桿 升降支架 2 3hm 農(nóng)爾轉(zhuǎn)速 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量安裝示意圖 圖5-5 霍爾轉(zhuǎn)速 傳感器實(shí) 驗(yàn)安裝、 接線示意 圖 2、在接線 以前，先 合上主機(jī) 箱電源開關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源 224v旋鈕調(diào)到最小（逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到底），接入 電壓表（顯示選擇打到20v檔），監(jiān)測(cè)大約為1 .25v; 關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按圖5-5所示分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電 源和頻率/轉(zhuǎn)速表（轉(zhuǎn)速檔）的Fin上。 3、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12v范圍內(nèi)（電壓表監(jiān)測(cè)）調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào) 節(jié)電壓改變電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表

22、的顯示情況。 4、 從2v開始記錄，每增加1v相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)（待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)）。 表5-3 電壓（V） 2 3 4 5 6 轉(zhuǎn)速 380 600 840 1060 1290 電壓（V） 7 8 9 10 11 轉(zhuǎn)速 1520 1740 1980 2200 2420 畫出電機(jī)的Vn （電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。 五、思考題 1、利用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速，在測(cè)量上是否有限制？ 答：有?；魻栐荒苡脕頊y(cè)磁體的轉(zhuǎn)速。 2、本實(shí)驗(yàn)裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼？ 答：可以，但是分辨率會(huì)降低，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。 實(shí)驗(yàn)十八磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速 一、

23、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解磁電式測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理。 二、基本原理 d 基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中感應(yīng)電勢(shì)*應(yīng)發(fā) 生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入 N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生 N次的變化，通過放 大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可以測(cè)量轉(zhuǎn)速。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)除了傳感器不用接電源外，其它完全與實(shí)驗(yàn)十七相同。 圖5-6磁電轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖 按圖5-6接線，實(shí)驗(yàn)十七中的實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。 畫出電機(jī)的Vn （電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。 表5-4 電壓（V） 2

24、 3 4 5 6 轉(zhuǎn)速 390 630 820 1060 1270 電壓（V） 7 8 9 10 11 轉(zhuǎn)速 1510 1710 1900 2040 2270 畫出電機(jī)vn特性曲線: 五、思考題 為什么磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測(cè)很低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，能說明理由么？ 答：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是利用旋轉(zhuǎn)體改變磁路，使磁通量發(fā)生變化，從而使其線圈產(chǎn)生感應(yīng) 電壓，如果轉(zhuǎn)速很慢，旋轉(zhuǎn)體改變磁路也很慢，磁通量的變化也很慢，感應(yīng)電壓就會(huì)很小， 就無法正確地測(cè)定轉(zhuǎn)速。 傳感器第四次實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)二十七 發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解發(fā)光二極管的工作原理；作出工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的 對(duì)

25、應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。 基本原理 半導(dǎo)體發(fā)光二極管筒稱 LED它是由IH-W族化合物，如 GaAs （砷化鎵）、GaP （磷化 傢）、GaAsP （磷砷化傢）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般二極管的正 向?qū)胺聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。 其發(fā)光原理如圖7-1所示，當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，在P-N結(jié) 附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，電子由 N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì) 方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。 假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被 發(fā)光

26、中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。 除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、價(jià)帶中間附近） 捕獲，再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來。 發(fā)光的復(fù)量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散 區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)卩m以內(nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二極管的發(fā)光顏色由制作二極 管的半導(dǎo)體化合物決定。本實(shí)驗(yàn)使用純白高亮發(fā)光二極管。 圖7-1發(fā)光二極管的工作原理 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱（020mA可調(diào)恒流源、電流表、024V可調(diào)電壓源，照度表），照度計(jì)探頭， 發(fā)光二極管，光筒。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、按圖7-2配置接線，接線注意+、極性。 2、檢查

27、接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。 3、 調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的恒流源電流大?。娏鞅砹砍?0mA檔），即改變發(fā)光二管的工作電流 大小就可改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的其中一根連線頭，則光照度為0 （如果恒 流源的起始電流不為 0,要得到0照度只有斷開光源的一根線）。 按表7-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對(duì)應(yīng)值。 4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖7-3配置接線，接線注意+、極性。 5、 合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的024V可調(diào)電壓（電壓表量程 20V檔）就可改變光 源（發(fā)光二極管）的光照度值。 按表7-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)電壓源），得到照度電壓對(duì)應(yīng)值。 6根據(jù)表7-1畫出發(fā)光二極管的電流

28、照度、電壓照度特性曲線。 表7-1發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 照度 (Lx) 2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 電 流 (mA) 0 0 0.13 0.17 0.22 0.27 0.32 0.37 0.42 0.47 0.51 電壓 (V) 0 2.56 2.60 2.64 2.68 2.72 2.75 2.78 2.82 2.85 2.88 照度 (Lx) 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 電 流 (mA) 0.56 0.61 0.66 0.71 0.76 0.81 0.86 0.91 0.97 1.0

29、1 電壓 (V) 2.91 2.94 2.97 3 3.04 3.07 3.1 3.13 3.17 3.20 照度 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 (Lx) 電 流 (mA) 1.07 1.12 1.17 1.22 1.28 1.33 1.38 1.43 1.49 1.54 電壓 (V) 3.22 3.25 3.28 3.31 3.34 3.38 3.40 3.44 3.47 3.50 6根據(jù)表7-1畫出發(fā)光二極管的電流照度、電壓照度特性曲線。 發(fā)光二極管的電流-照度圖（縱坐標(biāo)電流 A,橫坐標(biāo)照度Lx） 發(fā)光二極管的電壓-照度圖（橫坐標(biāo)照度，縱坐

30、標(biāo)電壓） 由圖可知，發(fā)光二極管的電壓和電流必須達(dá)到一定值后，二極管才發(fā)光。這是由于正向 電壓必須達(dá)到二極管正向?qū)妷?，二極管才能開始工作，才能發(fā)光。 實(shí)驗(yàn)二十八光敏電阻特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光敏電阻的光照特性和伏安特性。 二、基本原理 在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化, 這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。 光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻愈小。 基于這種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波 長(zhǎng)和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖 7-4。 圖7-4光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱（020mv

31、可調(diào)恒流源、電流表、024V可調(diào)電壓源、照度表），照度計(jì)探頭，發(fā) 光二極管，遮光筒。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、亮電阻和暗電阻的測(cè)量 （1）將光敏電阻和電流表串聯(lián)，兩端并聯(lián)電壓表（內(nèi)接法），電壓表正極接一上拉電阻 至VCC光敏電阻接受一個(gè)發(fā)光二級(jí)管的光照，中間有一個(gè)遮光筒。調(diào)節(jié)發(fā)光二級(jí)光的供電 電壓，查表7-1，使光照度為100LX。 （2）10s左右讀取光敏電阻電流值，作為亮電流 I亮。 （3）緩慢調(diào)節(jié)二極管供電電壓減到 0V，10s左右讀取電流值，作為暗電流I暗。 （4） 根據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻（照度100Lx）: I 亮=1.67mA，U 亮=10V, R亮=U/l=6kQ I 暗=0mA

32、， U 暗=10V, R暗=U/I=x 2、光照特性測(cè)量 光敏電阻的兩端電壓為定值時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度的變化而變化，它們之間 的關(guān)系是非線性的。 調(diào)節(jié)不同光照度，做出光電流與光照度的曲線圖。 表7-2光照特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 光照度 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 （Lx） 光電流 0 0.32 0.48 0.61 0.73 0.87 0.95 1.04 1.13 1.21 1.28 圖7-3光敏電阻光電流-光照度曲線 由圖可知光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜做線性檢測(cè)元件，但是在自控系統(tǒng)中 用作開關(guān)元件。 3、伏安特性的測(cè)量 光敏電阻在一定光照強(qiáng)度下，

33、光電流隨外加電壓的變化而變化。 測(cè)量時(shí)，光照強(qiáng)度為定值下，光敏電阻輸入6檔電壓，測(cè)得光敏電阻上的電流值如表7-3, 在同一坐標(biāo)圖中做出不同照度的三條伏安特性曲線。 表7-3光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 光敏電阻 電壓（V） 0 2 4 6 8 10 照度 Lx 10 電流（mA） 0 0.06 0.12 0.19 0.26 0.32 50 電流（mA 0 0.16 0.32 0.49 0.68 0.85 100 電流（mA 0 0.24 0.49 0.74 1.00 1.27 圖7-4光敏電阻伏安特性 由圖可知，光敏電阻的伏安特性是呈線性的；光照越強(qiáng)，伏安特性曲線斜率越大，說明 電阻阻值越小。 五

34、、思考 為什么測(cè)光電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過 10S后才讀數(shù)？這是光敏電阻的缺點(diǎn)，只能應(yīng)用于什 么狀態(tài)？ 答：當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，材料的電阻率也會(huì)發(fā)生改變，從而電阻阻值也發(fā)生改變。該種改 變需要時(shí)間，當(dāng)光線突然改變，阻值不穩(wěn)定，經(jīng)過 10秒后阻值基本穩(wěn)定，便可以讀數(shù)，以 獲得穩(wěn)定的輸出讀數(shù)。 光敏電阻只能應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的開關(guān)作用。 實(shí)驗(yàn)三一 硅光電池實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光電池的光照、光譜特性，熟悉其應(yīng)用。 二、基本原理 光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的P-N結(jié)的光電 池器件。當(dāng)光照射到光電池的 P-N結(jié)上時(shí)，便在P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做“光 生

35、伏特效應(yīng)”，將光能轉(zhuǎn)化為電能。該效應(yīng)與材料、光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等有關(guān)。 三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、安裝架、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、濾色片、普通光源、濾色鏡、照度計(jì)探 頭、照度計(jì)模板探頭、硅光電池。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 光電池在不同照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì)。它們之間的關(guān)系就是光照特性。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了得到光電池的開路電壓 Voc和短路電流Is，不要同時(shí)接入電壓表和電流表，要 錯(cuò)時(shí)接入來測(cè)量數(shù)據(jù)。 （1）光電池的開路電壓實(shí)驗(yàn) 按圖7-7安裝接線，發(fā)光二極管的輸入電流由實(shí)驗(yàn)二十七光照度對(duì)應(yīng)的電流值確定， 讀取電壓表Voc的測(cè)量值填入表7-4中。 表7-4光電池的開路電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 照度（lx） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Voc（ mv） 0 300 330 340 350 350 360 360 370 370 370 （2）光電池的短路電流實(shí)驗(yàn) 1、按圖7-8接線，發(fā)光二極管的輸入電壓