传感实验指导书修订2009[1][1]928

1、目录THQC-1型典型传感元件使用说明书2(1)Pt100热电阻测温实验3(2)热敏电阻的特性研究4(3)集成温度传感器的特性6(4) 金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验7(5) 金属箔式应变片半桥性能实验9(6) 金属箔式应变片全桥性能实验10(7) 金属箔式应变片一一电子秤实验12(8)电容式传感器的位移特性12(9) 霍尔式传感器的位移特性直流激励14(10) 差动变压器的性能测定15(11) 激励频率对差动变压器特性的影响16(12) 差动变压器零点残余电压测定17(13)光电二极管和光敏电阻的特性研究18附录1实验箱温度控制简要原理20附录2温度控制器使用说明20THQC-1型典型传

2、感元件使用说明书THQC-1型典型传感元件实验箱是为适应不同类别、不同层次的专业需要，最新推出的模块化的新产品。本系列传感器力求使传感器结构透明化。能加深学生对传感器原理的认识.THQC-1型典型传感元件实验箱是专为大学普通物理中“传感器原理和技术”、“自动化检测技术”、“非电量电测技术”、“工业自动化仪表和控制”、“机械量电测”等课程而设计的，它集几种常用的传感器于一体，采用模块式结构，实验灵活方便，有利于培养学生的动手能力。THQC-1型典型传感元件实验箱上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构和线路是工业使用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，

3、并在实验的进行过程中，通过信号的拾取，转换，分析，掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能和动手能力。本实验箱及各种模块是由单面敷铜印刷线路板构成，其正面（非敷铜面）印有清晰的图形、线条、字符、使其功能一目了然，使学生能够对传感器的调理电路有初步的了解。本实验箱造型美观大方，性能稳定，使用灵活，接线可靠，操作快捷，维护简单等优点。一、组成和使用1、实验箱供电：实验箱后方设有带保险丝管（2A）的220V单相电源插座，另配三芯插头电源线一根。箱内设有两个变压器，为实验板提供多组低压交流电源。2、一块大型（430mmX320mm）单面敷铜印刷线路板，上面可放置各种传感器模块，配有各种电源、仪表及

4、其他元器件。3、实验箱配有以下几个模块：霍尔传感器实验模块，差动变压器实验模块，电容式传感器实验模块，温度传感器实验模块，应变式传感器实验模块，光电模块，其中温度传感器实验模块包括Pt100温度传感器，AD590集成温度传感器，NTC、PTC热敏电阻。光电模块包括光敏电阻和光电二极管两种传感元件。4、直流稳压电源：提供±15V/0.3A，±5V/0.3A四路直流稳压电压。5、音频信号发生器：频率范围：1K10K,正相和反相同时输出，输出幅度7V。6频率计：1Hz10KHz7、温度控制器：测量范围：8、两组恒流源：020mA光电模块中发光二极管的电源，1A:温度模块中加热器的

5、电源。9、本实验箱还提供有足够的长短不一的实验专用连接导线一套。二、使用注意事项1使用前应检查各电源是否正常，检查步骤为：（1）先关闭实验箱的所有电源开关，然后用随箱的三芯电源线接通实验箱的220V交流电源。（2）开启实验箱上的电源总开关，指示灯亮。（3）用万用表的直流电压档测量面板上的土15V、土5V,是否正常。2接线前务必熟悉实验线路的原理及实验方法。3实验接线前必须先断开总电源及各路分电源开关，严禁带电接线。接线完毕，检查无误后，才可进行实验。4. 在做霍尔传感器实验、差动变压器实验、电传感器实验的时候，注意三根连接导线不要插错，在连接线的黑色插头端贴有各种传感器的标签。注意和所做的实验

6、相对应。4实验自始至终，实验板上要保持清洁，不可随意放置杂物，特别是导电工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。5实验完毕，应及时关闭各电源开关，并及时清理实验板，整理好连接导线并放置到规定的位置。6. 实验时需用到外部交流供电的仪器，如示波器等，这些仪器外壳应妥善接地。7. 由于各种传感器为有机玻璃圭寸装，极易破碎，所以应该轻拿轻放，决不可以掉到地上，否则将损坏传感器。实验一PtIOO热电阻测温实验一、实验目的：了解热电阻的特性和使用。二、基本原理：利用导体电阻随温度变化这一特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，而稳定，电阻率高，电阻和温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，

7、铂电阻在0630.74r以内，电阻Rt和温度t的关系为：2Rt=Ro（1+At+Bt2）Ro系温度为0C时的电阻。本实验Ro=100EoA=3.9684X1O2/°C,B=5.847x107/C2,铂电阻内部引线方式有两线制、三线制和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻和测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。本实验是三线制连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。三、需用器件和单元：Pti00热电阻（温度模块上）、1A恒流源、温度控制单元（

8、温控器）、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。四、实验步骤：1、将温度模块中的实验Pt100接入ab间，把b、c连接起来，这样，R1、R3、R4、Rw1、Pt100就组成了一种直流单臂电桥，再把Rw2逆时针旋到底（增益最小）。图11-1PtIOO热电阻测温实验接线图2、把温度模块的土15V和主控箱的土15V输出连接起来，差动放大器的Vo和主控箱的电压表相连，再将差动放大器的输入端和地短接，调节Rw3使差动放大器的输出为零（2V档）。3、按图11-1连接好线，在端点a和地之间加+5V的直流电源，按图11-1将电桥的输出和差动放大器相连，模块上的温控Pt1OO接实验箱上温度检测和控制中的Pt1O

9、O输入，模块上的恒流输入接实验箱上恒流加热电源。温度控制器的SV窗口设定为5OOC（设置方法见附录2），然后调节Rw1使电桥平衡，即使差放的输出为零。4、在5OOC的基础上，以后每隔5OC设定一次，即t=5OC，读取数显表值，将结果填入下表。表111T(C)V(mV)5、根据上表计算Pt1OO的非线性误差。五、实验注意事项：加热器温度不能加热到120°C以上，否则将可能损坏加热器。六、思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？七、实验报告要求：1、根据实验所得的数据，做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器得非线性误差。2、总结Pt1OO热电阻传感器有哪些

10、优缺点。实验二热敏电阻的特性研究一、实验目的：了解热敏电阻的特性和使用。二、基本原理：热敏电阻是一种对热敏感的电阻元件，一般用半导体材料做成，可以分为负温度系数热敏电阻NTC（NegativeTemperaturecoefficientThermistor）和正温度系数热敏电阻PTC（PositiveTemperatureCoefficientThermistor），临界温度系数热敏电阻CTR（CriticalTemperatureResistor）三种，本实验主要研究前两种，半导体热敏电阻的工作原理一般用量子跃迁观点进行分析。由于热运动（譬如温度升高），越来越多的载流子克服禁带（或电离能）引

11、起导电，这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移发生变化，根据电阻率公式可知元件电阻值发生变化。NTC通常是一种氧化物的复合烧结体，特别适合于-100300°C之间的温度测量，它的电阻值随着温度的升高而减小，其经验公式为：B11'I；=R0eTTo，式中，Ro是在25°C时或其他参考温度时的电阻，To是热力学温度（K）B称为材料的特征温度，其值和温度有关，主要用于温度测量。PTC是由在BaTiO3和SrTiO3为主的成分中加入少量丫2。3和Mn2O3构成的烧结体。其特征曲线是随温度升高而阻值增大，开关型的PTC在居里点附近阻值发生突变，有斜率最大的区段，即电阻值突然迅速升

12、高。PTC适用的温度范围为-50°c150°c，主要用于过热保护及作温度开关。NTC和PTC的特征曲线为：NTC、PTC电阻温度曲线图三、需用器件和单元：加热源、温度控制单元、温度传感器实验模板、万用表。四、实验内容和步骤：1、模块上的温控Pt100接实验箱上温度检测和控制中的Pt100输入，模块上的恒流输入接实验箱上恒流加热电源。2、将温度控制器的SV窗口设置在500c，设置方法见附录2。然后每隔50c设置一次3、用万用表测量温度模块上的NTC和PTC的输出，记下每次设置温度下的电阻值，将结果填入下表：NTC:tC)Rt(C)RPTC:t(C)RT(C)R五、实验注意事项

13、:加热器温度不能加热到120°C以上，否则将可能损坏加热器。六、思考题：若要用NTC测量温度，怎样将其线性化？画出它的线性化电路。七、实验报告要求：1、根据实验所得的数据绘制出NTC、PTC的特性曲线。2、归纳总结NTC用作温度测量时应注意哪些问题，主要使用在什么场合，有哪些优缺点。实验三集成温度传感器的特性一、实验目的：了解常用的集成温度传感器基本原理、性能和使用。二、基本原理：集成温度传器将温敏晶体管和相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于一50C+150C之间测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极一发射极电压和温度

14、成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（+4V+30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R2）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。三、需用器件和单元：温度控制器、加热源、温度模块、数显单元、万用表。四、实验步骤：1、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测和控制单元中的恒流加

15、热电源输出和温度模块中的恒流输入连接起来。2、将温度模块中的温控Pt100和主控箱的Pt100输入连接起来。3、将温度模块中左上角的AD590接到a、b上（正端接a,负端接b），再将b、d连接起来。4、将主控箱的+5V电源接入a和地之间。5、将d和地和主控箱的电压表输入端相连（即测量1K电阻两端的电压）。6开启主电源，将温度控制器的SV窗口设定为500C（设置方法见附录2），以后每隔50C设定一次，即t=50C，读取数显表值，将结果填入下表。表101T(C)V(mV)7、根据上表计算AD590的非线性误差五、实验注意事项：1、加热器温度不能加热到120°C以上，否则将可能损坏加热器。

16、2、不要将AD590的+、-端接反，因为反向电压可能击穿AD590六、思考题：大家知道在一定的电流模式下PN结的正向电压和温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在50C-100C之间，作温度特性，然后和集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐明理由。七、实验报告要求：1、简单说明AD590的基本原理，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。2、总结实验后的收获、体会。实验四金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、基本原理：

17、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为：R-（1）S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长l，横截面积相应减小，S,电阻率因晶格变化等因素的影响而改变"，故引起电阻值变化R。对式（1）全微(2)(2)也RAlASAP分，并用相对变化量来表示，则有：石，=式中的:|为电阻丝的轴向应变，式中的:|为电阻丝的轴向应变，用&表示，常用单位，（1氏=1x10mmmm）°若径向应变为也，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比卩表示为也=-卩（听），因为也%=2（听），贝9（2）式可以写成：还（1计厂罟=（!+卅爭）

18、k°虫R丨，llll式（3）为“应变效应”的表达式。k。称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2亠），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是也（）,是材料的电阻率P随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则ko:-1-2，对半导体，ko值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化和轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数ko=2左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电

19、压或电流的变化，根据（3）式，可以得到被测对象的应变值£，而根据应力应变关系.-E：（4）式中（T测试的应力；E材料弹性模量。可以测得应力值c。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源、万用表自备）。四、实验内容和步骤：1、应变片的安装位置如图（1-1）所示，应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万

20、用表进行测量，R1=R2=R3=R4=350Q。图1-1应变式传感器安装示意图2、接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，顺时针调节Rw2使之大致位于中间位置，再进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端和地短接，输出端和主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw3使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。）3、按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂和R5R6R7接成直流电桥，（R5R6R7模块内已接好），接好

21、电桥调零电位器Rw1接上桥路电源土5V,此时应将土5V地和土15V地短接（因为不共地）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1使数显表显示为零。4、在砝码盘上放置一只砝码，读取数显表数值，以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表11单臂电桥输出电压和所加负载重量值5、根据表11计算系统灵敏度S='U/：W（U输出电压的变化量，-W重量变化量）和非线性误差sf1=Am/yFsX100%式中Am（多次测量时为平均值）为输出值和拟合直线的最大偏差：yFs满量程输出平均值，此处为200g.五、实验注意事项：重量

22、（g）电压（mv）图1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图RWiRW=1、不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为土5V,绝不可错接成土15V,否则可能烧毁应变片。六、思考题：1、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。七、实验报告要求：1、记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2、从理论上分析产生非线性误差的原因。实验五金属箔式应变片一一半桥性能实验一、实验目的：1、了解半桥的工作原理。2、比较半桥和单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理：把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为

23、邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2=EG&/2。式中E为电桥供电电压。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源。四、实验内容和步骤：1、接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端和地短接，输出端和主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw3使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。2、根据图2-1接线。R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状

24、态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源土5V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，重复实验一中的步骤4、5,将实验数据记入表2-1，计算灵敏度S2/：W，非线性误差。若实验时显示数值不变化说明R1和R2两应变片受力状态相同。则应更换应变片。+5Vo-RiR;RiRRi邑/KI&350o_rI*罰JIOKRWiflOK接放大址路图2-1应变式传感器半桥实验接线图表2-1半桥测量时，输出电压和加负载重量值重量（g）电压（mV）五、实验注意事项：1、不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为土5V，绝不

25、可错接成土15V,否则可能烧毁应变片。五、思考题：1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。七、实验报告要求：1、记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2、分析为什么半桥的输出灵敏度为什么比半桥时高了一倍，而且非线性误差也得到改善。实验六金属箔式应变片全桥性能实验、实验目的：了解全桥测量电路的原理及优点。、基本原理：全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1=R2=R3=

26、R4,其变化值R1=R2=AR3=AR4时，其桥路输出电压Uo3=KE£。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源。四、实验内容和步骤：陽350R：350II""O1、根据3-1接线，实验方法和实验二相同。将实验结果填入表3-1;进行灵敏度和非线性误差计算。表31全桥输出电压和加负载重量值重量（g）电压（mV）0J10KRWi图3-1应变式传感器全桥实验接线图五、实验注意事项：1、不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为土5V

27、,绝不可错接成土15V。六、思考题：1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R相同时，即R1=R3,R2=R4,而R1MR2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。呂呂3斗RRnnu图3-2应变式传感器受拉时传感器周面展开图七、实验报告要求：1、根据所记录的数据绘制出全桥时传感器的特性曲线。2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较，得出相应的结论。实验七直流全桥的使用一一电子秤实验一、实验目的：了解应变直流全桥的使用及电路的标定。二、基

28、本原理：电子秤实验原理为实验三，利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。三、需用器件和单元：应变式传感器实验模板、砝码、数显表、土15V电源、土5V电源。四、实验内容和步骤：1、按实验一中2的步骤，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡电位器Rwl，使数显表显示0.000V（2V档）。2、将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw2（增益即满量程调节）使数显表显示为0.200V或一0.200V。3、拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw1（零位调节）使数显表显示为0.000V。

29、4、重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g,就可以称重，成为一台原始的电子秤。5、把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。表41电桥输出电压和加负载重量值重量（g）电压（mv）1、根据上表，计算误差和非线性误差。五、实验注意事项：1、不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2、电桥的电压为土5V,绝不可错接成土15V。六、实验报告要求：1、记录实验数据，绘制传感器的特性曲线。2、分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。实验八电容式传感器的位移特性实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原

30、理：利用平板电容C=&S/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择&、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（&变）测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。）成为实际中最常用的结构，其中线位移单组式的电容量C在忽略边缘效应时为：2二;IIn叮式中I外圆筒和内圆柱覆

31、盖部分的长度；r2、ri外圆筒内半径和内圆柱外半径当两圆筒相对移动I时，电容变化量C为C2二;I2小：1d2二;Icd：=In叮I门2厂=Int"(1)(1)(2)kgC2二；I2二；I一：I川-In（人）山化）旦In®)(3)于是，可得其静态灵敏度为:可见灵敏度和r2r1，有关，2与ri越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度I和灵敏度无关，但I不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，因此可以很好的消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。三、需用器件和单元：电容传感器、电容传感器实

32、验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。四、实验步骤：1、将电容式传感器装于电容传感器实验模板上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中。2、将电容传感器实验模板的输出端Vol和数显单元Vi相接（插入主控箱Vi孑L）Rw调节到中间位置。3、接入土15V电源，旋动测微头改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移X和输出电压值，填入表8-1。表8-1电容传感器位移和输出电压值X(mm)V(mv)4、根据表8-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差五、实验注意事项：1、传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。2、做实验时，不要接触传感器，否则将会使线性变差。6111RWJ5VGND+15VLi

33、3.3K图8-1电容传感器位移实验接线图六、思考题：1、简述什么是传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。2、电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？七、实验报告要求：1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器得非线性误差。2、根据实验结果，分析引起这些非线性得原因，并说明怎样提高传感器线性度。实验九直流激励时霍尔传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理和使用。二、基本原理：金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为

34、霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势Uh=KhIB，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为Uh二kx，式中k位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。三、需用器件和单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、土15V直流电源、测微头、数显单元。四、实验步骤：1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板连接线按图9-1进行。1、3为电源土5V，2、4为输出。2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位

35、置，再调节Rw1使数-5V-5V图9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表9-1。表9-1作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差五、实验注意事项：X(mm)V(mv)1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成土15V，否则将可能烧毁霍尔元件。六、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？七、实验报告要求：1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。

36、实验十差动变压器的性能测定一、实验目的：1、了解差动变压器的工作原理和特性。2、了解三段式差动变压器的结构。二、基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验米用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。三、需用器件和单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源。四、实验内容和步骤：1、将差动变压器及测微头按装在差动变压

37、器实验模板上。2、将传感器引线插头插入实验模板的插座中，在模块上按图5-1接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的音频振荡器的端子（正相或反相）输出，调节音频振荡器的频率，使输出频率为4-5KHZ（可用主控箱的频率计来监测）。调节输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V（可用示波器监测）。3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向为负位移，从Vp-p最小开始旋动测微头，每0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表5-1，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。o3(1)L

38、:差动2(4)o-2(4)o-4输出626)图5-1双踪示波器和差动变压器连接示意图表5-1差动变压器位移X值和输出电压数据表V(mv)X(mm)4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压的大小，根据表5-1画出Vop-pX曲线，作出量程为土1mm土3mn灵敏度和非线性误差。五、实验注意事项：1、在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2、模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。六、思考题：1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差

39、动变压器测量频率的上限受什么影响？2、试分析差动变压器和一般电源变压器的异同？七、实验报告要求：1、根据实验测得的数据，绘制出测微头左移和右移时传感器的特性曲线。2、分析产生非线性误差的原因。实验一差动变压器零点残余电压测定及补偿一、实验目的：了解差动变压零点残余电压组成及其补偿方法。二、基本原理：由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。在零点有一个最小的输出电压，一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，如果零点残余电压过大，会使灵敏度下降，非线性误差增大，甚至

40、造成放大器末级趋于饱和，致使仪器电路不能正常工作。造成零残电压的原因，总的来说，是两电感线圈的等效参数不对称造成的。包括差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯BH特性的非线性等。三、需用器件和单元：音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。四、实验内容和步骤：1、按图6-1接线，音频信号源从主控箱输出，实验模板上Ri、Ci、Rwi、RW2为电桥单兀中调平衡网络。2、3、4、5、o调整测微头，使差动放大器输出电压最小。依次调整Rw1、Rw2,使输出电压降至最小将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意和激励电

41、压相比较。从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰-峰值）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压，实际零点残余电压为Vp-p/K,K为放大倍数。）五、实验注意事项：1、在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2、模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。六、思考题：1、请分析经过补偿后的零点残余电压波形。6、图6-2零点残余电压补偿电路之二七、实验报告要求：1、分析产生零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。用哪些方法可以减小零点残余电压。2、归纳总结前两

42、种补偿电路的优缺点。实验十二激励频率对差动变压器特性的影响、实验目的：了解激励频率对差动变压器输出的影响、基本原理:差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：u。（Ml一"2）5表Jr；+o2l；示式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、为激励电压和频率，M1M2为初级和两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若RP2>®2LP2,贝U输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当32LP2>>RP2时输出Uo和3无关，当然3过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。三、需用器件和单元：差动变压器实验模板、测微头、双线

43、示波器、差动变压器、音频信号源、土15V直流电源。四、实验步骤：1、将差动变压器装在差动变压器实验模板上。2、按图6-1连接好线。3、选择音频信号输出频率为1KHZ（从正相或反向）输出，（可用主控箱的频率计显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节Rw1、Rw2使输出变得更小。4、用示波器监视第二通道，旋动测微头，向左（或右）旋到离中心位置。2.50mm处，有较大的输出。将测试结果记入表7-1。5、分别改变激励频率为1KHZ-9KHZ幅值不变将测试结果记入下表7-1中。表7-1不同激励频率时输出电压（峰一峰值）的关系。f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7K

44、Hz8KHz9KHzVop-p(V)&作出幅频特性曲线。五、实验注意事项：1、在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2、模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。3、传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。六、思考题：1、提高激励频率有哪些优点？但是过高的激励频率又会带来哪些不利因素？应怎样确定激励频率。2、若用差动变压器式传感器测量振动，测量的频率受什么限制？七、实验报告要求：1、根据实验所得的数据作出传感器的幅频特性曲线。2、归纳总结正确选择激励信号的幅度和频率的特点。实验十三光

45、电二极管和光敏电阻的特性研究、实验目的：了解光电二极管和光敏电阻的特性和使用。、基本原理：（1）光电二极管：光电二极管是利用PN结单向导电性的结型光电器件，结构和一般二极管类似。PN结安装在管的顶部，便于接受光照。外壳上有以透镜制成的窗口以使光线集中在敏感面上，为了获得尽可能大的光生电流，PN结的面积比一般二极管要大。为了光电转换效率高，PN结的深度比一般二极管浅。光电二极管可工作在两种状态。大多数情况下工作在反向偏压状态。在这种情况下，当无光照时，处于反偏的二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流，即暗电流。反向电流小的原因是在PN结中,P型中

46、的电子和N型中的空穴（少数载流子）很少。当光照射在PN结上时，PN结附近受光子轰击，吸收其能量而产生电子空穴对，使P区和N区的少数载流子浓度大大增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，形成了光电流，反向电流随光照强度增加而增加。另一种工作状态是在光电二极管上不加电压，利用PN结受光照强度增加而增加。N结受光照时产生正向电压的原理，将其作为微型光电池用。这种工作状态一般用作光电检测。光电二极管常用的材料有硅、锗、锑化铟、砷化铟等，使用最广泛的是硅、锗光电二极管。光电二极管具有响应速度快、精巧

47、、坚固、良好的温度稳定性和低工作电压的优点，因而得到了广泛的使用图为光电流信号转换电路,（2）光敏电阻：光敏电阻是利用光的入射引起半导体电阻的变化来进行工作的。光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，当光电子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子一空穴对，使电阻降低，光线愈强，激发出的电子一空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子和空穴复合，导电能力下降，电阻恢复原值。制作光敏电阻的材料常用硫化镉（CdS）、硒化镉（CdSe）、硫化铅（PbSe）锑化铟（InSb）等。由于光导效应只限于光照表面的薄层，所

48、以一般都把半导体材料制成薄膜，并赋予适当的电阻值，电极构造通常做成梳形，这样，光敏电阻和电极之间的距离短，载流子通过电极的时间Tc少，而材料的载流子寿命c又较长，于是就有很高的内部增益G，从而获得很高的灵敏度。光敏电阻具有灵敏度高，光谱响应范围宽，重量轻，机械强度高，耐冲击，抗过载能力强，耗散功率大，以及寿命长等特点。光敏电阻的阻值R和光的强度呈现强烈的非线性。三、实验器件和单元：光电模块，主控箱，万用表，020mA恒流源。四、实验内容和步骤：1、将主控箱的020mA恒流源调节到最小。2、把020mA恒流源的输出和光电模块上的恒流输入连接起来，以驱动LED光源。3.1、硅光电池实验：将恒流源从

49、0开始每隔2mA记录一次，填入下列相应的表格，光电二极管的强度指示在光电模块的右边数显上。3.2、光敏电阻实验：由于光敏电阻光较弱时变化较大，所以在02mA之间,每隔0.5mA记录一次，以后每隔2mA做一次实验，测得的数据填入下列相应表格。光敏电阻的大小用万用表测量光电模块上的光敏电阻输出端。（1）光电二极管:注意要将主控箱上恒流输出的正负端和光电模块上的正负端对应接好，否则，光发送端将不能发光。六、思考题：1、当将硅光电池作为光探测器时应注意那些问题？2、讨论光敏电阻主要使用在什么场合。七、实验报告要求：1、根据实验数据做出光敏电阻和硅光电池的特性曲线图。2、简述光敏电阻和硅光电池的基本特性。附录1实验箱温度控制简要原理当总电源开关合上，并且温度控制器的开关也闭合时，如果温度控制器测得的温度低于设定的温度值，那么温度控制器面板上ALM2灯亮（ALM2为一继电器的常开触点，恒流源是和这个常