開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K可進(jìn)行基本傳感器電路設(shè)計(jì)分析，典型傳感器結(jié)構(gòu)和原理，傳感器信號(hào)接口、放大、濾波、線性化，傳感器應(yīng)用等實(shí)驗(yàn)。并可結(jié)合DRVI快速可重組虛擬儀器平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集儀，可完成信號(hào)分析及信號(hào)處理等仿真實(shí)驗(yàn)。圖 1-1傳感器實(shí)驗(yàn)主板（如圖 1-1）包括：保護(hù)模塊、面包板、儀表放大器、PWM 控制輸出。I開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)傳感器實(shí)驗(yàn)主板使用說(shuō)明：1. 電源以本公司生產(chǎn)的五芯線，從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)引出或本公司生產(chǎn)的電源引出；開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)箱本身提供了電源，可直接使用；2. Power Switch 是線路板電源開(kāi)關(guān)，ON處表示接通線路板電源，OFF關(guān)斷線路板

2、電源；3. PWM Switch 是控制電壓（電機(jī)或燈電源）的開(kāi)關(guān)，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻控制電壓的輸出；4. 兩個(gè) BNC 為信號(hào)輸出（OUT1與 OUT2跳線的定義：1. 白色：信號(hào)；2. 黑色：GND；3. 紅色：+5V；4. 黃色：+12V；5. 藍(lán)色：-12V。元器件包括：傳感器、電機(jī)組件、光源組件、運(yùn)算放大器、電阻、電容和其他元器件。II開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí) 驗(yàn) 目 錄一、電橋性能實(shí)驗(yàn).1實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn).5實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn).8實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn).9實(shí)驗(yàn)四 直流全橋的應(yīng)用稱重實(shí)驗(yàn).10二、光電傳感器.11實(shí)驗(yàn)一 光敏電阻的特性實(shí)驗(yàn).1

3、1實(shí)驗(yàn)二 光敏電阻的光測(cè)量實(shí)驗(yàn).13實(shí)驗(yàn)三 光敏二極管的光測(cè)量實(shí)驗(yàn).15實(shí)驗(yàn)四 光敏三極管的光測(cè)量實(shí)驗(yàn).17實(shí)驗(yàn)五 光電開(kāi)關(guān)的光測(cè)量實(shí)驗(yàn).19三、溫度傳感器.22實(shí)驗(yàn)一 鉑電阻溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量.22實(shí)驗(yàn)二 K型熱電偶的特性及溫度測(cè)量.25實(shí)驗(yàn)三 二極管溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量.28實(shí)驗(yàn)四 三極管溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量.30實(shí)驗(yàn)五 集成溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量.33四、其他傳感器.35實(shí)驗(yàn)一 霍爾開(kāi)關(guān)傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn).35實(shí)驗(yàn)二 噪聲傳感器環(huán)境噪聲測(cè)量實(shí)驗(yàn).38III開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)一、電橋性能實(shí)驗(yàn)直流電橋原理在進(jìn)行金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能實(shí)驗(yàn)之前，我們有必要先來(lái)介紹一

4、下直流電橋的相關(guān)知識(shí)。電橋電路有直流電橋和交流電橋兩種。電橋電路的主要指標(biāo)是橋路靈敏度、非線性和負(fù)載特性。下面具體討論有關(guān)直流電路和與之相關(guān)的這幾項(xiàng)指標(biāo)。一、 平衡條件直流電橋的基本形式如圖1-1所示。R，R，R ，R 為電橋的橋臂電阻，R為其負(fù)載（可以1234L當(dāng)R 時(shí)，電橋的輸出電壓V應(yīng)為L(zhǎng)01R3V=E(0)1+ 2R R3+ 4R R當(dāng)電橋平衡時(shí)，V0=0，由上式可得到RR=RR142 31 R3=R2 R4或（1-1）圖1-1式（1-1）秤為電橋平衡條件。平衡電橋就是橋路中相鄰兩橋臂阻值之比應(yīng)相等，橋路相鄰兩臂阻值之比相等方可使流過(guò)負(fù)載電阻的電流為零。1開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)二、 平衡狀態(tài)

5、1.單臂直流電橋所謂單臂就是電橋中一橋臂為電阻式傳感器，且其電阻變化為R，其它橋臂為阻值固定不變，這時(shí)電橋輸出電壓VV為00 RR 413V=01E(1-2) RR R+ 1+ 1+124RR R 1131R設(shè)橋臂比n=，由于RR，分母中可忽略，輸出電壓便為2R11R11 RR1 43V=1E0RR1+ 1+ 24 R R 13這是理想情況，式（1-2）為實(shí)際輸出電壓，由此可求出電橋非線性誤差。實(shí)際的非線性特性曲線與理想線性曲線的偏差秤為絕對(duì)非線性誤差。則其相對(duì)線性誤差r為： R1R1V V R R r=00 =1=1（1-3） VR R1R11+ 1+ 0n2 RR R11111RR由此可見(jiàn)

6、，非線性誤差與電阻相對(duì)變化有關(guān)，當(dāng)較大時(shí)，就不可忽略誤差了。111R下面來(lái)看電橋電壓靈敏度S 。在式（1-2）中，忽略分母中項(xiàng)，并且考慮到起始平衡條1V1 R3=R2 R4件，從式（1-2）可以得到RnV E0（1-4）1+ )n R212開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)電橋靈敏度的定義為VVnS =V0=E（1-5）0RR+ )n 211RR11當(dāng)n=1時(shí)，可求得S最大。也就是說(shuō)，在電橋電壓E確定后，當(dāng)R=R，R=R 時(shí)，電橋電壓靈V12341 R1V= E0（1-6）（1-7）11 R4R1+112R1R1Rr =1R2+1R11 RV E（1-8）（1-9）140R11S = E4V1R由上面四式可知，

7、當(dāng)電源電壓E和電阻相對(duì)變化電壓靈敏度也是定值，與各橋臂阻值無(wú)關(guān)。一定時(shí)，電橋的輸出電壓，非線性誤差，12差動(dòng)直流電橋（半橋式）若圖1-1中支流電橋的相鄰兩臂為傳感器，即R和R為傳感器，并且其相應(yīng)變化為R和 121R，則該電橋輸出電壓V0，當(dāng)R=R R=R，R=R 時(shí)，則得20112341 RV= E012R11R上式表明，V 與成線性關(guān)系，比單臂電橋輸出電壓提高一倍，差動(dòng)電橋無(wú)非線性誤差，10而且電壓靈敏度S為V1S = E2V比使用一只傳感器提高了一倍，同時(shí)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)3.雙差動(dòng)直流電橋（全橋式）若圖1-1中直流電橋的四臂均為傳感器，則構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。若滿足R

8、=R=R=R，1234則輸出電壓和靈敏度為RV=E01R1S = EV由此可知，全橋式直流電橋是單臂直流電橋的輸出電壓和靈敏度的4倍，是半橋式直流電橋的輸出電壓和靈敏度的2倍。4開(kāi)放式傳感器實(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)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，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)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：R=KRL式中R為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為 應(yīng)變靈敏系數(shù)，=為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化，金屬LR箔式應(yīng)變片就是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過(guò)它轉(zhuǎn)換被測(cè)部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用

9、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)。對(duì)單臂電橋輸出電壓U =EK/4。01圖11，圖12是壓力傳感器的測(cè)量電路，由兩個(gè)部分組成。前一部分是采用三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器，后面的放大器將儀表放大器的輸出電壓進(jìn)一步放大。R28 是電橋的調(diào)零電阻，R42是整個(gè)放大電路的調(diào)零電阻，R29，R40 調(diào)整運(yùn)放增益。儀表放大器因?yàn)檩斎胱杩垢?，共模抑制能力好而作為電橋的接口電路。其增益可用下式表示? 30RA（1+）R29圖115開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)圖 12三、需用器件與設(shè)備：1、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)；2、應(yīng)變式傳感器；3、砝碼；4、跳線；5、350電阻；6、四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖（2-

10、1）所示，應(yīng)變式傳感器已經(jīng)裝在傳感器試驗(yàn)臺(tái)上。傳感器中各應(yīng)變片上的 R1、R2、R3、R4 接線顏色分別為黃色、藍(lán)色、紅色、白色，可用萬(wàn)用表測(cè)量同一種顏色的兩端判別，R =R =R =R =350。12346開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)R29順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動(dòng)放大器調(diào)零，方法為將差動(dòng)放大器的正、負(fù)輸入端（電路板上的TEST1與TEST2）與地短接，輸出端OUT與電路板上的IN1或IN2相連，調(diào)節(jié)電路板上調(diào)零電位器R42，輸出的電壓讀數(shù)R29、R42的位置一旦確定，就不能改變。一直到做完實(shí)驗(yàn)三為止）3、電路板上的R25、R26、R27接入350電阻，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R接入電1

11、路板上的R24，作為一個(gè)橋臂與電路板上的R25、R26、R27 接成直流電橋。檢查接線無(wú)誤后，接通電源。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器R28，使電路板上的TEST1與TEST2之間輸出的壓降為零。4、在托盤(pán)上放置一只砝碼，讀取電壓數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓值，直到1Kg砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1-1中，關(guān)閉電源。電壓（mv）U5、根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=（輸出電壓變化量與重量變化量之比）和非線性誤差：W =m/y 100%式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差：y 滿量1F S。F S。程輸出平均值，此處為1Kg。五、思考題單臂電橋時(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：1.正（

12、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。7開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。二、基本原理：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性U =EK /2得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓。測(cè)量電路同實(shí)02驗(yàn)一。三、需用器件與設(shè)備：同實(shí)驗(yàn)一。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1. 傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。做實(shí)驗(yàn)（一）步驟2，實(shí)驗(yàn)?zāi)０宀顒?dòng)放大器調(diào)零。2. 電路板上的R25、R27接入350電阻，將應(yīng)變式傳感器的紅色（或白色）線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R25、R27 接成直流電橋。檢查接線無(wú)誤后，

13、接通電源。調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器R28，使電路板上的TEST1與TEST2R24 應(yīng)和R26 片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。實(shí)驗(yàn)步驟3、4同實(shí)驗(yàn)一中的步驟4、5，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表1-2，計(jì)算靈敏度S=U/W，非線性誤差 。若實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)數(shù)值顯示說(shuō)明R24 與22R26 為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換一個(gè)應(yīng)變片。表1-2半橋測(cè)量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量（g）電壓（mv）五、思考題：半橋測(cè)量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對(duì)邊 （2）鄰邊。8開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)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)康模毫私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)變片初始阻值：R =R =R

14、=R ，其變化值R =R =R =R 時(shí)，其橋路輸出電壓U =EK 。Q234Q23403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改善。測(cè)量電路同實(shí)驗(yàn)一。三、需用器件與設(shè)備：同實(shí)驗(yàn)一。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 傳感器安裝同實(shí)驗(yàn)一。2、 將應(yīng)變式傳感器的紅色、白色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的 R24，R27，將黃色、藍(lán)色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R25、R26，實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)二相同。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1-3；進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。表1-3 全橋電路輸出電壓與加負(fù)載重量值。重量（g）電壓（mv）五、思考題：全橋測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊（R、R為對(duì)邊）電阻值R相同時(shí)即R=R=R=R，而R

15、R時(shí)，是否13Q23412 （2）不可以。9開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 直流全橋的應(yīng)用稱重實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變傳感器的應(yīng)用及電路標(biāo)定。二、基本原理：電子秤實(shí)驗(yàn)原理為實(shí)驗(yàn)三，全橋測(cè)量原理，通過(guò)對(duì)電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（g）即成為一臺(tái)原始電子秤。測(cè)量電路同實(shí)驗(yàn)一。三、需用器件于單元：1. 應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)；2. 應(yīng)變式傳感器；3. 砝碼；4. 跳線。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、按實(shí)驗(yàn)一中 2 的步驟，將差動(dòng)放大器調(diào)零，接通電源，調(diào)節(jié)電橋平衡電位器 R28，使電路板上的 TEST1 與 TEST2 之間輸出的壓降為零。2、應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片接線同實(shí)驗(yàn)三；3、將 1000g 砝碼

16、置與傳感器的托盤(pán)上，調(diào)節(jié)電位器 R40（增益）與 R29（增益即滿量程調(diào)節(jié)）使輸出電壓為 4V；4、拿去托盤(pán)上所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器 R42（零位調(diào)節(jié)）使輸出電壓為零；5、參考DRLab 工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)力傳感器標(biāo)定及稱重實(shí)驗(yàn)。6、把砝碼依次放在托盤(pán)上，填入下表 1-4。電壓（mv）根據(jù)上表，計(jì)算誤差與非線性誤差。10開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)二、光電傳感器實(shí)驗(yàn)一 光敏電阻的特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷綦娮璧墓庹仗匦院头蔡匦缘然咎匦?。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(guò)度到自由狀態(tài)。引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象成為光電導(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

17、照愈強(qiáng)，器件本身電阻愈小。基于這種效應(yīng)的光電器件稱為光敏電阻。光敏電阻的符號(hào)如圖1 所示。用來(lái)制作光敏電阻的典型材料有硫化鎘(CdS)及硒化鎘(CdSe) CdS 或 CdSe 受光照后的阻值變化也越大，故通常將沉積膜做成“弓”字形，以增大其面積。光敏電阻工作時(shí)的響應(yīng)速度較慢，如CdSe 光敏電阻的響應(yīng)時(shí)間約為 10msCdS 的響應(yīng)時(shí)間約為 100ms。因此，光敏電阻通常都工作于直流或低頻狀態(tài)下。光敏電阻無(wú)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)。圖 11三、需用元件與設(shè)備：1、 傳感器實(shí)驗(yàn)主板2、 光電實(shí)驗(yàn)臺(tái)架；3、 CdS 光敏電阻；4、 電阻：2k 1；5、 光源。11開(kāi)放式傳

18、感器實(shí)驗(yàn)四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、如圖12所示，在傳感器實(shí)驗(yàn)電路板上搭建好電路，CdS光敏電阻無(wú)極性；圖122、 安裝好光源和光敏電阻。把照度計(jì)探頭扣在光源安裝盒上面，調(diào)節(jié)光源亮度，使照度計(jì)顯示100Lx；3、 拿開(kāi)照度計(jì)探頭，把光敏電阻的安裝盒貼近光源安裝盒，遮住外界光線。讀取電路輸出的電壓值；4、 11，并作曲線圖；5、 DRVI表11強(qiáng)度（Lx）電壓 V500電壓（V）光照度（Lx）圖1-3 光敏電阻光照特性曲線12開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 光敏電阻的光測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷綦娮柙谡斩葴y(cè)量方面的應(yīng)用，掌握基本的照度測(cè)量電路。二、基本原理；光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度變化而變化，它們之間的關(guān)系

19、是非線性的，基本呈對(duì)數(shù)特性。若采用簡(jiǎn)單元件對(duì)光電流進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮，就可以構(gòu)成等間隔刻度的照度計(jì)。對(duì)數(shù)壓縮元件采用對(duì)數(shù)二極管。1Lux 以上的照度范圍，采用一般的整流二極管就可以獲得期望的特性。三、需用元件和設(shè)備：1傳感器實(shí)驗(yàn)電路板；2光電實(shí)驗(yàn)臺(tái)架；3CDS光敏電阻；4電阻：100 1，2K 2，；5二極管IN4148；6運(yùn)算放大器OP07710k 可調(diào)電阻；8跳線若干；9光源。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 按圖2-3；2. 安裝好光源和光敏電阻。把照度計(jì)探頭扣在光源安裝盒上面，調(diào)節(jié)光源亮度，使照度計(jì)顯示100Lx；3. 拿開(kāi)照度計(jì)探頭，把光敏電阻的安裝盒貼近光源安裝盒，遮住外界光線。讀取電路輸出的電壓值

20、；4. 21，并作曲線圖；5. DRVI表21電壓 V70013開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)電壓（V）光照度（Lx）圖21 光敏電阻光照特性曲線圖22 對(duì)光電流進(jìn)行對(duì)數(shù)壓縮的照度計(jì)原理圖圖23照度與電壓的關(guān)系，用y=kx+b表示。算出k值和b值。則知道輸出的電壓即可知道環(huán)境的照度。對(duì)比光敏電阻測(cè)得的值和照度計(jì)測(cè)得的值，考慮產(chǎn)生誤差的原因。14開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 光敏二極管的光測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷舳O管的工作原理和特性。二、基本原理：根據(jù) PN 結(jié)反向特性可知，在一定反向電壓范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，如果無(wú)光照射PN 結(jié)，則因本征激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)數(shù)量有限，反向飽和電流保持

21、不變，在光敏二極管中稱為暗電流。當(dāng)有光照射PN 結(jié)時(shí)，結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對(duì)（稱PN 結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而劇增，此時(shí)的反向電流稱為光電流。光敏二極管是根據(jù)硅 PN 結(jié)受光照后產(chǎn)生的光電效應(yīng)原理制成的。光敏二極管具有光生伏特效應(yīng)，當(dāng)入射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，通過(guò)光敏二極管的電流隨之變化，于是在光敏二極管的兩端電壓也發(fā)生變化。光照時(shí)導(dǎo)通，光不照時(shí)，處于截止?fàn)顟B(tài)，光電流和照度成線性關(guān)系。光敏二極管工作于反向偏壓下，其光譜響應(yīng)特性主要由半導(dǎo)體材料中所摻的雜質(zhì)所決定。光敏二極管的最大工作頻率為幾十 MHz。三、需要的元件和設(shè)備：1. 傳感器實(shí)驗(yàn)電路板；2. 光電實(shí)驗(yàn)臺(tái)架；3. 光敏二極管(有

22、小缺口的一端為正極)；4. 10K 電阻；5. 0.1uF 電容；6. 運(yùn)算放大器 OP07；7. 跳線若干；8. 光源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 按圖 3-3；2、 安裝好光源和光敏二極管。把照度計(jì)探頭扣在光源安裝盒上面，調(diào)節(jié)光源亮度，使照度計(jì)顯示 100Lx；3、 拿開(kāi)照度計(jì)探頭，把光敏二極管的安裝盒貼近光源安裝盒，遮住外界光線。讀取電路輸出的電壓值；15開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)4、 21，并作曲線圖；5、 DRVI表21電壓 V電壓（V）光照度（Lx）圖31 光敏二極管光照特性曲線圖32圖3316開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 光敏三極管的光測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷羧龢O管的工作原理和特性。二、 基本原理

23、：光敏三極管也是利用硅PN結(jié)的光電效應(yīng)制成的。光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類似。不同之處是光敏三極管必須有一個(gè)對(duì)光敏感的PN結(jié)作為感光面，光敏三極管實(shí)質(zhì)上是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的普通三極管。光敏三極管使用時(shí)，其基極通常開(kāi)路，基極集電極產(chǎn)生的光感生電流直接饋入基極，并被三極管放大，因此光敏三極管的靈敏度比光敏二極管大得多，通常要大100多倍。光敏三極管的最大工作頻率只有幾百kHz。一般光敏三極管只引出E、C兩個(gè)電極，其光電特性時(shí)非線性的，廣泛應(yīng)用于光電自動(dòng)控制領(lǐng)域。圖4-1光敏三極管等效電路三、 需要的元件和設(shè)備：1. 傳感器實(shí)驗(yàn)電路板；2. 紅外發(fā)光管；3. 光敏三極管

24、；4. 2K 電阻；5. 跳線若干。17開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)四、 實(shí)驗(yàn)步驟：14-3在傳感器實(shí)驗(yàn)電路板上搭建好電路，仔細(xì)檢查連線，確保無(wú)誤，可參考接線圖5-2；2觀察輸出的電壓值是否為低，然后用紙片遮擋在紅外發(fā)光管和光敏三極管之間，觀察輸出的電壓值是否為高；3安裝直流電機(jī)套件，使小飛輪遮擋在紅外發(fā)光管和光敏三極管之間。用手輕輕旋轉(zhuǎn)飛輪，觀察輸出的電壓，當(dāng)飛輪上面的小孔通過(guò)光電開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出低電壓，小孔轉(zhuǎn)過(guò)去后輸出高電壓，如果電壓不是這樣變化的，調(diào)節(jié)紅外發(fā)光管和光敏三極管的相對(duì)位置；圖4-2三極管仰視圖（從底部往上看）圖4-24已知發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下，測(cè)得的傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出直流電

25、機(jī)的轉(zhuǎn)速。如小孔孔數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N 。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60f/N。5打開(kāi)腳本“開(kāi)放式傳感器-光敏三極管速度測(cè)量”進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，所行到的輸出波形如圖。圖4-318開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 光電開(kāi)關(guān)的光測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私馔干涫焦怆婇_(kāi)關(guān)的原理和應(yīng)用。二、 基本原理：光電開(kāi)關(guān)可以由一個(gè)光發(fā)射管和一個(gè)接收管組成。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間無(wú)物體遮擋時(shí)，接收管由光電流產(chǎn)生，輸出低電平電壓。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間有物體遮擋時(shí)，接收管截止，輸出高電平電壓。可以利用光電開(kāi)關(guān)的這種特性來(lái)進(jìn)行零件計(jì)數(shù)等。三、 需要的元

26、件和設(shè)備：1. 傳感器實(shí)驗(yàn)電路板；2. 直流電機(jī)組件；3. 光電開(kāi)關(guān)；4. 電阻：470 1、10K 1；5. 跳線若干。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、 按圖 5-1，在傳感器實(shí)驗(yàn)電路板上搭建好電路，仔細(xì)檢查連線，確保無(wú)誤，可參考接線圖5-2；圖 5119開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)圖 522、 觀察輸出的電壓值是否為低，然后用一紙片遮擋在發(fā)射管和接收管之間，觀察輸出的電壓值是否為高；3、 加上直流電機(jī)套件，使小飛輪遮擋在發(fā)射管和接收管之間。用手輕輕旋轉(zhuǎn)飛輪，觀察輸出的電壓，當(dāng)飛輪上面的小孔通過(guò)光電開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出低電壓，小孔轉(zhuǎn)過(guò)去后輸出高電壓，如果電壓不是這樣變化的，調(diào)節(jié)光電開(kāi)關(guān)同飛輪的相對(duì)位置；對(duì)照?qǐng)D 53；圖 5

27、320開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)4、 在已知發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下，測(cè)得的傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如小孔孔數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N 。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以 60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即 n=60f/N。5、 打開(kāi)腳本“開(kāi)放式傳感器-光電對(duì)管速度測(cè)量”進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量，所行到的輸出波形如圖 54。圖 5421開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)三、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)一 鉑電阻溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忏K電阻的溫度特性與應(yīng)用。二、基本原理：金屬鉑電阻的性能十分穩(wěn)定，在260630之間，鉑熱電阻用作標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)；在 0630之間鉑電阻與溫度呈

28、如下關(guān)系：Rt=R （1ATBT2）0式中：R 1000；A0.397497310 ；B0.5897310 6。20恒壓型的鉑測(cè)溫電路如圖 11，該電路也是常用的測(cè)溫電路之一。其中Vin 為恒定輸入電壓；W1 用于零點(diǎn)調(diào)整；W2用于范圍調(diào)整。該電路的輸出電壓 Vout 為：R RVout=Vin(11)( 1+ 0+ )( 1+ 0)R R R R R由式（11）可知，在恒壓條件下，其輸出電壓取決于Vin 和 R1。當(dāng)R122K，Vin10V時(shí)，在0100范圍內(nèi)，電路靈敏度為1.89mV/（由式11推導(dǎo)）。為了使用方便，得到10mV/溫度靈敏度，運(yùn)算放大器的增益應(yīng)調(diào)為 5.29 倍。三、需要的

29、元件和設(shè)備：1實(shí)驗(yàn)電路板；2鉑電阻；3金屬膜電阻:1M 4、47K 1、22K 2、1K 1；450 可調(diào) V、10K 可調(diào) 2；5運(yùn)算放大器 AD548；6跳線若干；7萬(wàn)用表，溫度計(jì)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 用萬(wàn)用表測(cè)量鉑電阻常溫下的阻值和接觸熱源（手、熱水等）后的阻值；由式（11）來(lái)得出測(cè)量物的溫度；2、 按圖 11 在實(shí)驗(yàn)電路板上搭建好電路，仔細(xì)檢查接線，可參照接線圖 12；22開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)3、 用相當(dāng)于0的電阻值的1K電阻代替鉑電阻于電路連接。打開(kāi)電源，觀察電壓，用電位器W1 調(diào)整零點(diǎn)。4、 連接一只相當(dāng)于100的電阻1.385K100W2調(diào)整增益，使輸出電壓為1V；5、 用鉑電阻換下

30、替代電阻，進(jìn)行溫度測(cè)量，并用溫度計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。完成下面表格填寫(xiě)；6、 作溫度特性曲線；7、 DRVI表11溫度（）電壓 （mV）輸出電壓（mV）溫度（）23開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)圖1224開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 K型熱電偶的特性及溫度測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉臏囟忍匦耘c應(yīng)用二基本原理：K 型熱電偶的溫差電勢(shì)表：表11+600+8.137 +12.207 +16.395 +20.640 +24.902（mV）K型熱電偶的溫差電勢(shì)近似公式為：V00.776+24.9952Vin0.037332Vin(mV)2(21)根據(jù)表11所示，K型熱電偶的溫差電勢(shì)，在0時(shí)，溫差電勢(shì)是0，600時(shí)對(duì)應(yīng)的溫差電勢(shì)是24

31、.902mV。為實(shí)現(xiàn)0600時(shí)對(duì)應(yīng)的溫差電勢(shì)的放大，且對(duì)于0600的溫差電勢(shì)，放大器輸出06000mV，故運(yùn)算放大器的增益為240.94倍。三需要的元件和設(shè)備：1實(shí)驗(yàn)電路板；2K 型熱電偶；3運(yùn)算放大器OP07；41.3 K、300 K電阻；533 K可調(diào)電阻；6跳線若干；7溫度計(jì)，熱源。25開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)步驟：1搭建電路如圖 21 所示，仔細(xì)檢查接線,可參照接線圖 22，最后接入熱電偶；圖 21圖 222將電偶貼近熱源，調(diào)節(jié)電位器W1，使運(yùn)放輸出電壓滿足10mV/。調(diào)節(jié)熱源溫度，反復(fù)調(diào)節(jié)電位器，使其滿足要求；26開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)3因?yàn)榇穗娐凡粠Ю涠搜a(bǔ)償，所以熱電偶測(cè)得溫度應(yīng)該加上室溫

32、。將測(cè)得結(jié)果填入下表；4做出溫度特性曲線；5 DRVI表21電壓（mV）輸出電壓（mV）溫度（）27開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 二極管溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汗瓒O管用于溫度測(cè)量具有簡(jiǎn)單價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解PN 結(jié)溫度傳感器的工作原理和測(cè)量應(yīng)用。二、基本原理：二極管的輸出電壓為：V VgKT（31）式中 Vg 為禁帶寬度，T 為絕對(duì)溫度。當(dāng)電流一定時(shí)，K 為常數(shù)。因此，PN 結(jié)兩端的電壓于溫度成線性關(guān)系。三、需要的元件和設(shè)備：1 實(shí)驗(yàn)電路板；2 溫敏二極管；3 運(yùn)算放大器 LM358；4 電阻：22K2，100K 2，500K 1；5 5K可調(diào)電阻；6 跳線若干。四、實(shí)驗(yàn)步驟：

33、1. 如圖 31，在實(shí)驗(yàn)電路板上搭建電路，仔細(xì)檢查接線，可參照接線圖 32；2. 將二極管冰水混合物，以此作 0裝置，調(diào)整電位器 W1，使運(yùn)算放大器輸出零；3. 將二極管貼近熱源，記錄運(yùn)放的輸出電壓；4. 調(diào)節(jié)熱源溫度，重復(fù)步驟 2，完成下表的填寫(xiě)；5. 作出溫度特性曲線；6. DRVI 表 11電壓（mV）28開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)輸出電壓（mV）溫度（）圖 31。圖 3229開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 三極管溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模喝龢O管可以制成高精度、超小型的溫度傳感器，它能大批量生產(chǎn)，價(jià)格低廉。利用集成電路制作工藝，可與放大電路一起制成集成化的溫度傳感器。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，了解三極管的溫

34、度特性以及溫度測(cè)量電路。二基本原理：由晶體管的特性分析知道，硅三極管的Vbe電壓與絕對(duì)溫度T和集電極電流Ic之間由如下關(guān)系：kTQaTyIcVbeEg（）ln（）式中：Eg為PN結(jié)的禁帶寬度；為與基極偏壓有關(guān)的常數(shù)；為由基區(qū)少數(shù)載流子的溫度特性決定的常數(shù)；Q 為單位電荷；k為波耳茲曼常數(shù)。因此，當(dāng)Ic恒定時(shí)，在溫度不太高的情況下，Vbe與溫度T成線性關(guān)系。三需要的元件和設(shè)備：1實(shí)驗(yàn)電路板；2三極管溫度傳感器；3運(yùn)算放大器OP07；420K，100K電阻；5聚苯烯電容104uF；6跳線若干。四實(shí)驗(yàn)步驟：1、 如圖41，在實(shí)驗(yàn)電路板上搭建電路，仔細(xì)檢查接線, 可參照接線圖42；2、 將三極管貼近熱源，記錄運(yùn)放的輸出電壓；30開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)3、 調(diào)節(jié)熱源溫度，重復(fù)步驟 2，完成下表的填寫(xiě)；4、 作出溫度特性曲線；5、 DRVI 表 11電壓（mV）輸出電壓（mV）溫度（）圖 4131開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)圖 4232開(kāi)放式傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 集成溫度傳感器的特性及溫度測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饧蓽囟葌鞲衅鰽D590的工作原理，掌握溫度測(cè)量電路。二基本原理：AD590的輸出電流與絕對(duì)溫度成比例，像一個(gè)高阻抗的恒流源。電流與溫度的關(guān)系為1uA/K。AD590應(yīng)用中不需要采用線性電路，精密電壓放大器，電阻測(cè)量電路