傳感器測試實驗報告

1、傳感器測試實驗報告 實驗一 直流激勵時霍爾傳感器位移特性實驗 一、 實驗目得: 了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)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，在垂直于磁場與電流得方向上將產(chǎn)生電動勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).具有這種效應(yīng)得元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng),霍爾電勢 u h =k h i，當保持霍爾元件得控制電流恒定，而使霍爾元件在一個均勻梯度得磁場中沿水平方向移動,則輸出得霍爾電動勢為,式中 k位移傳感器得靈敏度。這樣它就可以用來測量位移.霍爾電動勢得極性表示了元件得方向.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

2、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得插座中,實驗板得連接線按圖 91 進行。1、3 為電源v,、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- 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、2m記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變,將讀數(shù)填入表-1。 表1 x（m) （mv) 作出 v曲線,計算不同線性范圍時得靈敏度與非線性誤差。 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

3、霍爾傳感器得激勵電壓錯接成1,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得線性度實際上反映得時什么量得變化？ 七、實驗報告要求: 1、整理實驗數(shù)據(jù),根據(jù)所得得實驗數(shù)據(jù)做出傳感器得特性曲線 2、歸納總結(jié)霍爾元件得誤差主要有哪幾種,各自得產(chǎn)生原因就是什么,應(yīng)怎樣進行補償。 實驗二 集成溫度傳感器得特性 一、 實驗目得: 了解常用得集成溫度傳感器基本原理、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)得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得理想線性輸出,一般用于0+150之間測量，溫敏晶體管就是利用管子得集電極電流恒定時,晶體管得基極發(fā)射極電壓與溫度

4、成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管 u 電壓生產(chǎn)時得離散性、均采用了特殊得差分電路。集成溫度傳感器有電壓型與電流型二種,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、電壓噪聲得干擾。具有很好得線性特性。本實驗采用得就是國產(chǎn)得 ad0.它只需要一種電源(+-+30)即可實現(xiàn)溫度到電流得線性變換,然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為 r2)即可實現(xiàn)電流到電壓得轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型得測量精度更高。 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

5、中得恒流加熱電源輸出與溫度模塊中得恒流輸入連接起來。 2、將溫度模塊中得溫控 p10與主控箱得10 輸入連接起來。 、將溫度模塊中左上角得 ad590 接到 a、b 上(正端接 a,負端接),再將 b、d 連接起來. 4、將主控箱得+5v 電源接入與地之間。 5、將 d 與地與主控箱得電壓表輸入端相連(即測量k 電阻兩端得電壓). 6、開啟主電源，將溫度控制器得 sv 窗口設(shè)定為(設(shè)置方法見附錄）,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0-1 t（) （m) 7、根據(jù)上表計算 a50 得非線性誤差。 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

6、加熱器。 2、不要將 ad90 得+、端接反，因為反向電壓可能擊穿 ad590。 六、思考題： 大家知道在一定得電流模式下 pn 結(jié)得正向電壓與溫度之間具有較好得線性關(guān)系,因此就有溫敏二極管,您若有興趣可以利用開關(guān)二極管或其它溫敏二極管在0-0之間，作溫度特性,然后與集成溫度傳感器相同區(qū)間得溫度特性進行比較,從線性瞧溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管,請闡明理由. 七、實驗報告要求： 1、簡單說明 a590 得基本原理,討論電流輸出型與電壓輸出型集成溫度傳感器得優(yōu)缺點。 2、總結(jié)實驗后得收獲、體會。 實驗 三 光電二極管與光敏電阻得特性研究 一、實驗目得: 了解光電二極管與光敏電阻得特性與應(yīng)用。 二

7、、基本原理: : （1)光電二極管： 光電二極管就是利用 p結(jié)單向?qū)щ娦缘媒Y(jié)型光電器件，結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。pn 結(jié)安裝在管得頂部，便于接受光照。外殼上有以透鏡制成得窗口以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大得光生電流,pn 結(jié)得面積比一般二極管要大.為了光電轉(zhuǎn)換效率高，p結(jié)得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,處于反偏得二極管工作在截止狀態(tài),這時只有少數(shù)載流子在反向偏壓得作用下，渡越阻擋層形成微小得反向電流，即暗電流。反向電流小得原因就是在 pn 結(jié)中，p 型中得電子與型中得空穴（少數(shù)載流子)很少.當光照射在 p結(jié)上時

8、,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)與n區(qū)得少數(shù)載流子濃度大大增加,在外加反偏電壓與內(nèi) 電場得作用下,p區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進入?yún)^(qū),n區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進入p區(qū)，從而使通過 pn 結(jié)得反向電流大為增加，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)就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)生正向電壓得原理,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.光電二極管常用得材料有硅、鍺、銻化銦、砷化銦等,使用最廣泛得就是硅、鍺光電二極管.光電二極管具有響應(yīng)速度快、精巧、堅固、良好得溫度穩(wěn)定性與低工作電壓得優(yōu)點,

9、因而得到了廣泛得應(yīng)用。 圖為光電流信號轉(zhuǎn)換電路，voipr，p 為光電流,就是反饋電阻。 (2)光敏電阻: 光敏電阻就是利用光得入射引起半導體電阻得變化來進行工作得.光敏電阻得工作原理就是基于光電導效應(yīng):在無光照時,光敏電阻具有很高得阻值；在有光照時,當光電子得能量大于材料禁帶寬度,價帶中得電子吸收光子能量后躍遷到導帶，激發(fā)出可以導電得電子空穴對,使電阻降低,光線愈強,激發(fā)出得電子空穴對越多,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。制作光敏電阻得材料常用硫化鎘（cs)、硒化鎘（cde)、硫化鉛(se)銻化銦(nsb)等。 由于光導效應(yīng)只限于光照表面得薄層,所以一

10、般都把半導體材料制成薄膜,并賦予適當?shù)秒娮柚?，電極構(gòu)造通常做成梳形，這樣,光敏電阻與電極之間得距離短,載流子通過電極得時間少，而材料得載流子壽命又較長,于就是就有很高得內(nèi)部增益 g,從而獲得很高得靈敏度。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得阻值 r 與光得強度呈現(xiàn)強烈得非線性 三、實驗器件與單元: : 光電模塊,主控箱,萬用表,20ma 恒流源。 四、實驗內(nèi)容與步驟： 1、將主控箱得 020ma 恒流源調(diào)節(jié)到最小。 2、把 020m恒流源得輸出與光電模塊上得恒流輸入連接起來,以驅(qū)動 led 光源。 、1、硅光電池

11、實驗：將恒流源從 0 開始每隔ma 記錄一次,填入下列相應(yīng)得表格,光電二極管得強度指示在光電模塊得右邊數(shù)顯上。 3、光敏電阻實驗:由于光敏電阻光較弱時變化較大，所以在2a 之間,每隔、5ma記錄一次，以后每隔 2a 做一次實驗,測得得數(shù)據(jù)填入下列相應(yīng)表格。光敏電阻得大小用萬用表測量光電模塊上得光敏電阻輸出端。 （1)光電二極管: i（m） v（mv) (2）光敏電阻: （ma) r 五、實驗注意事項： 注意要將主控箱上恒流輸出得正負端與光電模塊上得正負端對應(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。

12、七、實驗報告要求： 1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)做出光敏電阻與硅光電池得特性曲線圖。 2、簡述光敏電阻與硅光電池得基本特性。 實驗四 四 電容式傳感器得位移特性實驗 一、實驗目得: 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 cs/d 與其它結(jié)構(gòu)得關(guān)系式通過相應(yīng)得結(jié)構(gòu)與測量電路可以選擇、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)與測量液位（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)受極板徑向變化得影響很小,且理論上具有很好得線性關(guān)系,(但實際由于邊緣效應(yīng)得影響，會

13、引起極板間得電場分布不均,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。)成為實際中最常用得結(jié)構(gòu),其中線位移單組式得電容量 c 在忽略邊緣效應(yīng)時為： (1) 式中 外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分得長度; 外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓柱外半徑. 當兩圓筒相對移動時,電容變化量為 (2） 于就是，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(yīng)將影響到傳感器得線性。 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),因此可以很好得消除極距變化對 測量精度得影響,并且可以減小非線性誤差與增加傳感器得靈敏度. 二、需用器件與單

14、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傳感器實驗模板上，將傳感器引線插頭插入實驗模板得插座中。 2、將電容傳感器實驗模板得輸出端 vo與數(shù)顯單元i 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得位置,每隔。2mm 記下位移與輸出電壓值,填入表 8-。 表 8-1 電容傳感器位移與輸出電壓值 x（m） v(v） 4、根據(jù)表 8數(shù)據(jù)計算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度與非線性誤差。 五、實驗注意事項: 、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

15、會使線性變差。 圖 8-1 電容傳感器位移實驗接線圖 六、思考題: 1、簡述什么就是傳感器得邊緣效應(yīng)，它會對傳感器得性能帶來哪些不利影響。 、電容式傳感器與電感式傳感器相比,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)做出傳感器得特性曲線,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 、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。 實驗一 電容式傳感器得位移特性實驗 班級： 姓名： 學號： 、實驗目得 了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點。 2 、實驗器件 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。 3 、基本原理 4 、實驗結(jié)果：電容傳感器位移與輸出電壓值 （ （mm) v( v ） 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度 s 與非線性誤差 實驗二 二 直流激勵時霍爾傳感器位移特性實驗 班級： ： 姓名： 學號: 1、 、 實驗目得 了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用. 2、 、 實驗器件 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。 3、 、 基本原理 4、 、 實驗結(jié)果 x(mm) （ （mv) 作出 曲線,計算不同范圍時得靈敏度與非線性誤差 實驗三 三 集成溫度傳感器得特性 班級: 姓名： 學號: 1、 、 實驗目得 了解