試驗一電阻應(yīng)變片傳感器特性試驗

1、實(shí)驗電阻應(yīng)變片傳感器特性實(shí)驗實(shí)驗?zāi)康?1. 了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，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(diǎn)。 基本原理：敏感元件一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(yīng)變效應(yīng)。根據(jù)推導(dǎo)可以得岀:RR丄（12）丄2二）丄比丄丨.J l ll“應(yīng)變效應(yīng)”的表達(dá)式。ko稱金屬電阻的靈敏系數(shù)，從式（3）可見，ko受兩個因素影響，一個是（1+2卩），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 P隨應(yīng)變引起的（稱“壓阻效應(yīng)”）。對于金屬材料而言，以前者為主，則ko :、1，對半導(dǎo)體，ko值主要是由電阻率相對變化所決定。實(shí)驗

2、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(yīng)變成比例。通常金屬絲的靈敏系數(shù)ko=2左右。用應(yīng)變片測量受力時，將應(yīng)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(jī)械變形時，應(yīng)變片敏感柵也隨同變形，其電阻值發(fā)生相應(yīng)變化。通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓或電流的變化，根據(jù)（3）式，可以得到被測對象的應(yīng)變值 ，而根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系二二E ;（ 4）式中 b測試的應(yīng)力； E材料彈性模量?？梢詼y得應(yīng)力值b。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(yīng)變，因此可以用 應(yīng)變片測量上述各量，從而做成各種應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變片可分為金屬絲式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金屬薄 膜應(yīng)

3、變片。單臂電橋：即應(yīng)變片電阻接入電橋的一臂，測岀其電阻變化值，結(jié)構(gòu)比較簡單，但是靈敏度較差；半橋：把不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸岀靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻 值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓U02 = EG /2。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(yīng)變片接入電橋?qū)?，?dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1 = R2= R3= R4，其變化值 R1= R2= AR3 = R4時，其橋路輸出電壓 U3= KE 。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(yīng)變式傳感器實(shí)驗?zāi)０?、砝碼、數(shù)顯表、土15V電源、土 5

4、V電源、萬用表。四、實(shí)驗內(nèi)容與步驟：1、應(yīng)變片的安裝位置如圖（1- 1）所示，應(yīng)變式傳感器已裝到應(yīng)變傳感器模塊上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4?？捎萌f用表進(jìn)行測量,R1=R2=R3=R4=350 Q圖1-2應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒灲泳€圖圖1 -1應(yīng)變式傳感器安裝示意圖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4中間位置，再進(jìn)行差動放大器調(diào)零，方法為：將差放的正、負(fù)輸入端與地短接，輸岀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(shí)驗?zāi)０迳险{(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

5、）。 關(guān)閉主控箱電源。（注意：當(dāng)Rw2的位置一旦確定，就不能改變。）3、按圖1-2將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1 （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 V，此時應(yīng)將壬V 地與5V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(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完。記下實(shí)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(fù)載重量值重量（g）電壓

6、（mv）5 .根據(jù)表1 1計算系統(tǒng)靈敏度S=.IU/.）W C U輸出電壓的變化量，.W重量變化量）和非線性誤差 5 f1 = m/yFS x 100%式中=m （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(shí)驗?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2應(yīng)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(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接入橋路電源艾V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器 Rw1進(jìn)行橋路調(diào)零，重復(fù)實(shí)驗一中的步驟4、5,將實(shí)驗數(shù)據(jù)記入表 2-1,計算靈敏度S2 r、U/UW，非線性誤差f2。若實(shí)驗時顯示數(shù)值不變化說明

7、R1與R2兩應(yīng)變片受力狀態(tài)相同。則應(yīng)更換應(yīng)變片。圖1-3應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒灲泳€圖圖1-4應(yīng)變式傳感器全橋?qū)嶒灲泳€圖表1 2半橋測量時，輸岀電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mV）7根據(jù)1-4接線，實(shí)驗方法與實(shí)驗二相同。將實(shí)驗結(jié)果填入表1-3 ;進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計算。表1 3全橋輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mV）五、實(shí)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、電橋的電壓為土 5V，絕不可錯接成土 15V,否則可能燒毀應(yīng)變片。六、思考題：1、 單臂電橋時，作為橋臂電阻應(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

8、片均可以。2、 半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。3、 橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應(yīng)變片應(yīng)變效 應(yīng)是非線性的（3）調(diào)零值不是真正為零。4 .全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）值R相同時，即R1 = R3，R2= R4,而R1工R2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(jìn)行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。呂呂呂呂呂&J 4 R R O25圖1-4應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器周面展開圖七、實(shí)驗報告要求：1、

9、記錄實(shí)驗數(shù)據(jù)，并繪制岀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)繪制岀半橋和全橋時傳感器的特性曲線4比較單臂、半橋、全橋輸岀時的靈敏度和非線性度，并從理論上加以分析比較，得岀相應(yīng)的結(jié)論。實(shí)驗三電容式傳感器的位移特性實(shí)驗、實(shí)驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。、 基本原理：利用平板電容C= S/d和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)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，

10、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(shí)際由于邊緣效應(yīng)的影響，會引起極板間的電場分布不均，導(dǎo)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。）成為實(shí)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(yīng)時為：(1)式中 丨一一外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分的長度;r2、r1外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。當(dāng)兩圓筒相對移動 厶I時，電容變化量.C為2 二 l 2二；I -I 23二|In In 氣=lnr2r T4二；于是，可得其靜態(tài)靈敏度為:k 仝二 2二；I _2二；丨-冷 / . g 心f ln（2rjIn（2 J j可見靈敏度與a”，有關(guān)，r2與r1越接近

11、，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長度I與靈敏度無關(guān)，但I(xiàn)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(shí)驗?zāi)０?、測微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。三、實(shí)驗步驟：1、將電容式傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗?zāi)０迳?，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗?zāi)０宓牟遄小?、 將電容傳感器實(shí)驗?zāi)０宓妮敵龆薞ol與數(shù)顯單元Vi相接（插入主控箱 Vi孑L） Rw調(diào)節(jié)到中間位置。3、 接入土 15V電源，旋動測微頭改變電容傳感器動極板的位置，每隔0.2m

12、m記下位移X與輸出電壓值，填入表3-1。表3 1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(shí)驗注意事項：1、傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2、做實(shí)驗時，不要接觸傳感器，否則將會使線性變差。?OpFC圖3-1電容傳感器位移實(shí)驗接線圖六、思考題：1、簡述什么是傳感器的邊緣效應(yīng)，它會對傳感器的性能帶來哪些不利影響。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)驗報告要求：1、 整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗數(shù)據(jù)做岀傳感器的特性曲線，并利用最小二乘法做岀擬合直線，計算該傳感器得 非線性誤差。2、根據(jù)實(shí)驗結(jié)果，分析引起這些非

13、線性得原因，并說明怎樣提高傳感器得線性度。實(shí)驗四差動變壓器式傳感器實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康模? 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(diǎn)殘余電壓組成及其補(bǔ)償辦法；3 *激勵頻率對差動變壓器輸岀的影響（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(shí)驗采用 三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測體移動時，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(yīng)電勢產(chǎn) 生變化，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只次級反向串接，即同名端接在一起，就引岀差動輸出，其輸出電勢則反映出被測體的位移量。零點(diǎn)殘余電壓：由

14、于傳感器阻抗是一個復(fù)數(shù)阻抗，有感抗也有阻抗，為了達(dá)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(shí)際上，這種情況是難以精確達(dá)到的，就是說不易達(dá)到電橋的絕對平衡。在零點(diǎn)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(diǎn)殘余電壓，如果零點(diǎn)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B H特性的非線性等。表示，式中U。、1 一2L i-Rp-TfL2pRp為

15、初級線圈電感和損耗電阻，Ui、3為激勵電壓和頻率，Mq M2為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當(dāng)初級線圈激勵頻率太低時，若 Rp2 3 2Lp2，則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng) 2Lp2 Rp2時輸出Uo與3無關(guān)，當(dāng)然3過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。需用器件與單元：差動變壓器實(shí)驗?zāi)０?、測微頭、雙線示波器、差動變壓器、示波器，音頻信號源。實(shí)驗內(nèi)容與步驟：第一部分基本特性實(shí)驗：*激勵頻率對其特性的影響：差動變壓器的輸岀電壓的有效值可以近似用關(guān)系式: (Mi _M 2)UL p、四、Ui、1、將差動變壓器及測微頭按裝在差動變壓器實(shí)驗?zāi)０迳稀?、將傳感器引

16、線插頭插入實(shí)驗?zāi)０宓牟遄?，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）輸岀，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率，使輸岀頻率為4-5KHZ （可用主控箱的頻率計來監(jiān)測） 調(diào)節(jié)輸出幅度為峰一峰值 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(fù)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4-1，再從Vp-p最小處反向位移做實(shí)驗，在實(shí)驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關(guān)系圖4-2零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償電路之一圖

17、4-1雙蹤示波器與差動變壓器連接示意圖V(mv)X(mm)表4 - 1差動變壓器位移X值與輸出電壓數(shù)據(jù)表實(shí)驗過程中注意差動變壓器輸岀的最小值即為差動變壓器的零點(diǎn)殘余電壓的大小,根據(jù)表4-1畫出Vop-p4、X曲線，作出量程為土 1mm 土 3mm靈敏度和非線性誤差。第二部分：零點(diǎn)殘余電壓的測定和補(bǔ)償1、 按圖4 2接線，音頻信號源從主控箱輸出，實(shí)驗?zāi)０迳蟁1、C1、Rw1、Rw2為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。利用示波器調(diào)整音頻振蕩器輸岀為2V峰-峰值。2、調(diào)整測微頭，使差動放大器輸岀電壓最小。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(diǎn)殘余電壓的波形，注意與激

18、勵電壓相比較。從示波器上觀察，差動變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值（峰-峰值）。（注：這時的零點(diǎn)殘余電壓是經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓，實(shí)際零點(diǎn)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(shí)驗?zāi)０迳稀?、按圖4-2連接好線。3、 選擇音頻信號輸岀頻率為1KHZ （從正相或反向）輸岀，（可用主控箱的頻率計顯示頻率）移動鐵芯至中間位置即輸岀信號最小時的位置，調(diào)節(jié)Rw1、Rw2使輸岀變得更小。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，有較大的輸岀。將測試結(jié)果記入表4-2。5、分別改變激勵頻率為 1KHZ

19、 9KHZ，幅值不變將測試結(jié)果記入下表4 2中。表42不同激勵頻率時輸岀電壓（峰一峰值）的關(guān)系f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHzVop-p(V)6、作岀幅頻特性曲線。五、實(shí)驗注意事項：1、在做實(shí)驗前，應(yīng)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(yán)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

20、變壓器與一般電源變壓器的異同？3、請分析經(jīng)過補(bǔ)償后的零點(diǎn)殘余電壓波形。4、本實(shí)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(diǎn)？但是過高的激勵頻率又會帶來哪些不利因素？應(yīng)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？ft- I0K圖4-3 零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償電路之二七、實(shí)驗報告要求：1、根據(jù)實(shí)驗測得的數(shù)據(jù)，繪制岀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(diǎn)殘余電壓的原因，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(diǎn)殘余電壓。4、歸納總結(jié)前兩種補(bǔ)償電路的優(yōu)缺點(diǎn)。5*、根據(jù)實(shí)驗所得的數(shù)據(jù)作岀傳感器的

21、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(diǎn)。實(shí)驗五 PtIOO熱電阻測溫實(shí)驗一、實(shí)驗?zāi)康模毫私鉄犭娮璧奶匦耘c應(yīng)用。二、基本原理：利用導(dǎo)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0 630. 74C以內(nèi)，電阻 Rt與溫度t的關(guān)系為：Rt=Ro（1+At+Bt 2）Ro系溫度為OC時的電阻。本實(shí)驗 Ro= 100Co A = 3.9684 X 102/C，B= 5.847 X10 7/C 2，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

22、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(dǎo)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(shí)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：Pti00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(shí)驗?zāi)０?、?shù)顯單元、萬用表。圖5-1Pt100熱電阻測溫實(shí)驗接線圖1、 將溫度模塊中的實(shí)驗 Pt100接入a b間，把b、c連接起來，這樣，R1、R3、R4、Rw1、Pt100就組成了 種直流單臂電橋，再把 Rw2逆時針旋到底（增益最?。?。2、 把溫度模塊的土 15

23、V和主控箱的土 15V輸岀連接起來，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使差動放大器的輸岀為零。3、 按圖5-1連接好線，在端點(diǎn) a與地之間加+5V的直流電源，按圖11-1將電橋的輸岀與差動放大器相連，溫 度控制器的SV窗口設(shè)定為500C （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500c的基礎(chǔ)上，以后每隔50C設(shè)定一次，即 t=50C，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。表5 1T (C)V(mV)5、根據(jù)上表計算Pt100的非線性誤差。 五、實(shí)驗注意事項：加熱器溫度不能加熱到 120 C以上，否則將可能損壞加熱器。六、

24、思考題：如何根據(jù)測溫范圍和精度要求選用熱電阻？七、實(shí)驗報告要求：1、根據(jù)實(shí)驗所得的數(shù)據(jù)，做岀傳感器的特性曲線，并利用最小二乘法做岀擬合直線，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(diǎn)。實(shí)驗六集成溫度傳感器的特性-、 實(shí)驗?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，它能直接給岀正比于絕對溫度的理想線性輸岀，一般用于一 50C + 150 C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 的基極一發(fā)射極電壓與溫度成線性關(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

25、路。集成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流輸岀型集成溫度傳感器，在一定溫度下，它相當(dāng)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(shí)驗采用的是國產(chǎn)的AD590。它只需要一種電源（+4 + 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(shí)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的恒流加熱電源輸岀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

26、PtIOO與主控箱的PtIOO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(fù)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500C （設(shè)置方法見附錄2），以后每隔50C設(shè)定一次，即 t= 50 C，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。表6 1T (C)V(mV)7、根據(jù)上表計算AD590的非線性誤差五、實(shí)驗注意事項：1、加熱器溫度不能加熱到 120 C以上，否則將可能損壞加熱器。2、 不要將AD590的+、-端接反，因為反向電壓可

27、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50C 100 C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，請闡明理由。七、實(shí)驗報告要求：1、簡單說明AD590的基本原理，討論電流輸岀型和電壓輸岀型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、總結(jié)實(shí)驗后的收獲、體會。實(shí)驗七直流激勵時霍爾傳感器位移特性實(shí)驗實(shí)驗?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)體薄片置于磁場中，當(dāng)有電流流過時，在垂直于磁場和電流的方向上將產(chǎn)生電

28、動勢，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Uh= KhIB，當(dāng)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，則輸岀的霍爾電動勢為5 =収，式中k位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來測量位移?；魻栯妱觿莸臉O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，輸岀線性度就越好。三、 需用器件與單元： 霍爾傳感器實(shí)驗?zāi)０?、霍爾傳感器、?5V直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗步驟：1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實(shí)驗?zāi)K上，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗?zāi)０宓牟遄?，?shí)驗板的連接線 按圖7-1進(jìn)行。1、3為電源土

29、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。直流激勵時霍爾傳感器位移實(shí)驗接線圖3、測微頭往軸向方向推進(jìn)，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7 1X (mm)V(mv)作岀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(shí)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土15V，否則將可能燒毀霍爾元件。六、思考題：本實(shí)驗中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的時什么量的變化？七、實(shí)驗報告要求：1、整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗數(shù)據(jù)做岀傳感器的特性曲線。2、歸納總

30、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)償附錄1實(shí)驗箱溫度控制簡要原理當(dāng)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(diǎn)，恒流源是與這個常開觸點(diǎn)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(dāng)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(dāng)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窗輸入代碼，后顯示 PV窗量程上限、SV

31、窗量程下限（N型顯示 PV窗Jd 0 5、SV窗2003 ），隨后即進(jìn)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(dāng)SV的值大于PV的值時ALM2燈亮，恒流源有輸出，當(dāng) 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(rèn)，如需要修改其他參數(shù)，必須按住SET鍵大于3秒，即進(jìn)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，退岀菜單，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(jìn)入新的工作狀態(tài)。2、 當(dāng)輸入信號大于量程上限時，儀表顯示 ，當(dāng)輸入信號小于超岀

32、量程下限 10%以上時，儀表仍顯示，并切斷主控輸岀；當(dāng)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(dāng)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(shí)驗實(shí)驗八光電二極管和光敏電阻的特性研究實(shí)驗?zāi)康模毫私夤怆姸O管和光敏電阻的特性與應(yīng)用、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PN結(jié)的面積比接受光照。外殼上有以透鏡制成的窗口

33、以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大的光生電流,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)無光照時，處于反偏的二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時只有少數(shù)載流子PN結(jié)中，P型中的電+5Vo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子和N型中的空穴（少數(shù)載流子）很少。當(dāng)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(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋

34、層進(jìn)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(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(yīng)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(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。圖為光電流信號轉(zhuǎn)換電路，Vo=lpR，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(dǎo)體電阻的變化來進(jìn)行工作的。光敏電阻的工作原理是基于光

35、電導(dǎo)效應(yīng)：在 無光照時，光敏電阻具有很高的阻值；在有光照時，當(dāng)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(dǎo)帶，激發(fā)岀可以導(dǎo)電的電子一空穴對，使電阻降低，光線愈強(qiáng)，激發(fā)岀的電子一空穴對越多，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）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)?shù)碾娮柚担姌O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Tc少，而材料的載流子壽命 Tc又較長，于是就有很高

36、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，抗過載能力強(qiáng)，耗散功率大，以及壽命長等特點(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)驗器件與單元： 光電模塊，主控箱，萬用表，020mA恒流源。四、實(shí)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(shí)驗：將恒流源從0開始每隔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。3.2、 光敏電阻實(shí)驗：由于光敏電阻光較弱時變化較大，所以在02mA之

37、間，每隔0.5mA記錄一次，以后每隔 2mA做一次實(shí)驗，測得的數(shù)據(jù)填入下列相應(yīng)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(shí)驗注意事項：注意要將主控箱上恒流輸岀的正負(fù)端和光電模塊上的正負(fù)端對應(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器時應(yīng)注意那些問題？2、討論光敏電阻主要應(yīng)用在什么場合。七、實(shí)驗報告要求：1、根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)做岀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Kil-2各雅電線叛侖方戰(zhàn)法十分荀便.但一職來說很天口 囹b為過零擁轉(zhuǎn)

38、擬合，常用于曲統(tǒng)過，豐總吿丸爭凰曲（倉 亡）冷點(diǎn)虛嵐擬合d）頤戍平移ft!誇靜捋性曲線可用賓際測試找得。在獲得特性曲線之后，可萇說問題已經(jīng)得到解決，徂是 為了標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理的方價，希礙蒔到録性關(guān)系E這時可采用各種方法，其中也包攜計算機(jī) 程件或載杵補(bǔ)供.進(jìn)行錢性化社瑾.一股來說，這壘辦袪稱比較駅雜.所以衽非級性誤蓋不 太大的悄況下，總是采用玄線鍬合的辦法來線性化。在采用左線撤令線性牝時，権出橢入的狡正曲線與其擬舍曲線之間的蛀大館盍，就稱為 非疑性謀苯戒線性度，通常用相對謨?nèi)緟[護(hù)耗示即YL - 21! - mink Ii - 1冥拭E幼-g - mi(J-8Cl-93也就是恢出對中商U的一階盤殳

39、敕郎于零.即從而求出斤和右的衣達(dá)式対J1E.T, yH -匚乂總比f三遼“；=WL- C*.?在荻穗2和&之值后件入式 03）ui列得列擔(dān)合直線，然屈按式（i-n求出歿鰲的理尢愷 嘰即為郁線性溟蔻“駆便指出大罌數(shù)傳感黔的校正曲線是逋過零點(diǎn)的，或者便用區(qū)甞區(qū)腳節(jié)便它通過零點(diǎn)棊些斌程下限不知零駅皆感黠赴應(yīng)將量程下頤作為垂點(diǎn)來處理.習(xí) 題 與 思 考 題i.i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(diǎn)？1.2衡量傳感器的靜態(tài)與動態(tài)特性的重要指標(biāo)有哪些？它們是如何定義的？1-3設(shè)堆崔力傳感番帕校準(zhǔn)姓堀如衷I汩申輸出值攔所示，試分冊計算以聘點(diǎn)連施平移強(qiáng)和罷小二罐宜塔為工作特性時的非燼性度

40、*遲潸和駅蔓性淇蹩1-l圧力EP町出債CV)第-氏陽環(huán)三氏H環(huán)iE fr 8屁打程m w正行建-2.74-1JI-Z.71!-2,ea7血-i.ro.w仙o.*4fl43.H5j.w24.410.S2LM4w.te0,10114.4114J7114,4?U.4tM.4*rIC1.4某玻璃水銀溫度計微分方程式為40 2Qo = 2 103Qi，其中，Qo為水銀柱高度（m）;Qi被測溫度（C）,dt試確定該溫度計的時間常數(shù)和靜態(tài)靈敏度系數(shù)。21.5某壓電式加速度計動態(tài)特性可用下述微分方程描述dq +3 0況1。3 dq +2 25匯1010q =11 OIOa式中，q為輸d2tdt -出電荷（pC

41、）; a為輸入加速度（m/s2）。試確定該測量裝置的固有振蕩頻率 00,阻尼系數(shù)匕靜態(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(yīng)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E =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) t =10s，如果用它來測量一臺爐子的溫度，爐內(nèi)溫度在540度到500度之間按近似正弦曲線波動，周期為80s，靜態(tài)靈敏度k=1，試求該熱電偶輸出的最大值和最小值，以及輸入與輸出信號之間的相位 差和滯后時間；1.9作為二階系統(tǒng)來處理的兩只加速度傳感器，其固有頻率為25kHz和45kHz，阻尼比均為0.3,若用以測量10kHz的正弦輸入振動加速度，試問，應(yīng)選用那一種固有頻率的傳感器，