传感器实验指导书(3个)

实验平台介绍

传感器教学实验系列nextsense就就是针对传感器教学，虚拟仪器教学等基础课程设

计得教学实险模块。ncxtsensc系列配合泛华通用工程教学实险平台nextboard使用，可

以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器得课程教学。课程

提供传感器以及调理包路.内容涵盖传感器特性描绘、包路模拟以及实际测量等。

图1nextboard实脸平台

ncxtb0ard具有6个实脸模块插槽；提供两块标准尺寸得面包板，用户可自搭实脸电

路；为NI数据采集卡提供信号路由，可完全替代NI数据采集卡接线盒功能,轻松使用数据

采集卡资源;还为实脸模块和自搭电路提供电源，既可用于有源电路供电，也可作为外接设备

供电。

实脸模块区共有6个插槽，分别为4个模拟插槽Anal0gSlot1-4,2个数字插槽Dig

itaiSlotl-2o数据采集卡得模拟通道和数字通道分配到实验模块区得AnalogSlot和D

igiulSlot上。AnalogSlot模拟插槽用于那些需要使用模拟信号得实脸模块。Dig

italSI0t数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号得实脸模块。

图2模拟插槽和数字插槽

特别需要注意得就就是:

（1）在使用所有模块之前，都要先区分模块得类型：带有正弦波标记得为模拟实脸模块,

需要插在AnalogSlot上使用；带有方波标记得为数字模块，需要查在DigitalSIot上使

用。如果插错插槽，会导致模块工作不正常，甚至损坏模块。

⑵插拔实脸模块前关闭nextboard电源。

（3）开始实险前，认真检查模块跳线连接，避免连接错误而导致得输出电压超量程，否则

会损坏数据采集卡。

Nextboard得连线：

（1）电源线，把220V将电源通过一个15V得直流变压器，送到实险台上。

（2）数据采集卡,将数据采集卡得插头与实睑台可靠连接。

4光敏电阻实验

实验目得

1、了解光敏电阻得特性

2、熟悉光敏电阻得常见测量电路及使用方法

实验设备

Nextboard热敏电阻模块包脑

实验原理

光敏电阻器就就是利用半导体得光电效应制成得一种电阻值随入射光得强弱而改变得

电阻器;入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大，其结构一般如下图所示。

图1光锻电阻结构

光照射半导体材料时，材料吸收光子而产生电子-空穴对，使导业性能增加，电导率增加。

这种光照后也导率发生变化得观攀称为光电导效应。不同得半导体材料产生光也导得光谱范

国不同，常用得光敏电阻材料有硫化镉（CdS）,硒化镉（CdSc）,硒化铅（PbSe）,啼化铅（P

bTe）等。本实验采用硫化镉材料光敏电阻，型号VT3①N3。

光敏电阻器一般用于光得测量、光得控制和光电转换（将光得变换转换为电得变化）。

在黑暗条件下，她得阻值（暗阻）可达1〜10MC,在强光条件（1OOlux）下，她得阻值（亮阻）仅有

几百至数千欧姆。

实验内容、步骤和数据处理

1、安装Nextboard实险台（连接电源线和数据采集卡得连线）,将光敏电阻模块插在实验台

将模拟插槽上。打开实验台电源,实验台右上角绿色发光二极管灯亮，光锹电阻摸块上将绿色

发光二极管也灯亮。

2、光敏电阻得灵敏度测试

(1)根据特性曲线，找出光钺电阻得最大值(暗电阻)和最小值(亮电阻)，估算灵敏度,记录下

0

(2)灵敏度测试区，在光照充足得情况下，测量光敏电阻得亮阻阻值，记录下来。

(3)灵敏度测试区，用手指完全遮盖住光敏也阻得感光而，测量光敏也阻得暗阻阻值,记录下

来。

亮电阻(KQ)暗电阻(KQ)灵敏度(暗也阻/亮电阻)

估歼值

实测值

3、固定光照条件下，测量光敏电阻得伏安特性，记录下来。

⑴测量电路得电流由恒流源提供，A0从一0、1〜/、9之间取若干值，该电流大小得计算

公式为AO/10KQo

(2)使用万用表测量直流电压得档位测量Vout得值，测量点参考实脸面板提示。

(3)通过公式RG=Vout/1,计算得出光敏电阻得阻值。

光源数AQ(V)I(mA)Vout(V)RG(KQ)

1(仅有1个发光

二极管亮，然后

用遮光罩盖住光

敏业阻。)

4、固定电流,AO二一1、5V通过拨码开关调整光照条件，手动测量当前光敏电阻得输出

电压，计算其阻值，通过使用特性曲线中得游标，估算光照强度。(用遮光罩盖住光敏电阻)

光源数Vout(V)RG(KQ)照度(lux)

全暗

1个灯亮

2个灯亮

3个灯亮

4个灯亮

5、使用实验面板中得自动测量功能,重复上述实险，查看数据和波形,核对手动测量得数据，记

录自动测量数据和波形。

光源数RG(KQ)照度(1ux)

全暗

1个灯亮

2个灯亮

3个灯亮

4个灯亮

思考题

为什么测量光敏电阻得灵敏度时，其阻值采用直接测量法；而测量不同光照条件下光敏电阻

阻值时，却采用间接测量法?后一种情况下，能采用直接测量法吗？

4热敏电阻实验

实验目得

1、了解B值对热敏电阻得特性曲线得影响

2、熟悉热敏电阻得常见测量电路及使用方法

实验设备

Nextboard热敏电阻模块电脑

实验原理

热锻电阻就就是一种半导体感温元件,她就就是利用半导体得电阻值随温度变化而显著

变化得特性实现测温。

按照温度特性热敏电阻可分为三大类：随温度上升也阻值减小得负温度系数(NTC)

热敏包阻;随温度上升电阻值增加得正温度系数(PTC)热敏电阻以及临界温度系数(CTR)热

敏电阻。其中NTC和PTC较为常用。

在一定温度范围内，PTC和NTC热敏电阻得电阻-温度特性可分别用一下实验公式表

示：

RT=R.eWf)(1)

RT=RToe〔B(i"T"o)】(2)

其中,RT为绝对温度为T(K)时得也阻值、RT。为绝对温度为T°(K)时得电阻值。B为

材料常数，她不仅与材料性质有关，而且与温度有关，在一个不太大得范围内，B就就是常

数。以上公式中得温度值均为绝对温度。本实验采用NTC热敏电阻,R0=10KC,B=3750。

根据公式(2)可以获得相对温度T(°C)得表达式：

丁=I㈤+(京嗡厂273”(3)

半导体热锹电阻有很高得温度系数，灵敏度高，适用于在0t—150c之间测量。

实验内容、步骤和数据处理

1、安装Nextboard实验台(连接电源线和数据采集卡得连线)，将热敏电阻模块插在实

脸台得模拟插槽上。将两个热敏业阻分别接入恒流源业路和分压法电路得Rt处。(用一字螺

丝刀将绿色接线柱上得螺丝拧松,在左边松开得插口中插入热敏也阻得两个金属端，再拧紧螺

丝。用手拉一下热敏电阻得连接线，确保牢固可案得接触，)打开实脸台电源，实脸台右上角绿

色发光二极管灯亮,热敏电阻模块上得绿色发光二极管灯亮C

2、相关参数得核实

(1)测量所有备选电阻，记录下来，并将软件(仿真与测量选项卡)默认值改为实测值。

电阻默认值(KQ)102030

电阻实测值(KQ)

(2)实测恒流源和分压法得Vcc,记录下来，并在软件(仿真与测量选项卡)里得这两个空格填

入实测值。

恒流源Vcc(V)

分压法Vcc(V)

3、利用恒流源电路对热敏电阻进行测量

⑴固定温度下，修改恒流源电路中跨接电阻值（Ri）,手动测量热敏电阻得伏安特性,记录相

关数据。根据数据，分析当前环境下得室温。注意：电正Vt可以直接在接热敏电阻得绿色

接线柱上测量,Rt可以利用I=Vcc/Ri=Vt/Rt计算得到T则利用R-T特性曲线换算得到。

注意：在仿真与测量选项卡中，仿真电路得备选电阻Ri将值、修改过实测值得备选电阻与实

际连线中选用得备选电阻三者保持一致。

Vt(V)I(mA)Rt(KQ)T(t)

Ri=10KQ

Ri=20KQ

Ri=30KC

⑵利用自动测量功能，进行数据核实。注意:在自动测量选项卡中，电路中使用得备选电但Ri

得值与实际连线保持一致，点击“Refresh”，确认采集配置.，然后开始自动测量。（若点击

“Refresh”，采集配置还就就是空白，则可能就就是实验模块没有插好，或者数据采集线没有

与实脸台可靠连接。）

Rt(KC)TfC)

Ri=10KC

Ri=20KQ

Ri=30KQ

（3）固定恒流源电路中跨接电阻值Ri=10KQ,改变温度（将热敏电阻握在手里），手动测量热

敏电阻得两端得输出电压Vt,根据R-T特性曲线换笄出当前得温度值,记录开始和结束情况

下得数据。（开始约三秒，记录第一个数据;等待约3-5分钟，记录第二个数据。）

Vt(V)I(mA)Rt(KQ)T(℃)

（4）固定恒流源电路中跨接电阻值Ri=10KC,改变温度（将握在手里得热敏电阻松开M更

用实脸面板中得自动测量功能，查看数据和波形，记录相关数据和R-T波形。

Rt(KC)T(℃)

4、利用分压电路对热敏电阻进行测量

（1）固定温度下，修改分压法电路中躇接电阻值（Ri）,手动测量热敏电阻得伏安特性，记录

相关数据。注意:电压Vt可以直接在接热敏电阻得绿色接线柱上测量得到,Rt利用Vcc/（Ri

+Rt尸Vt/Rt计算得到,T则利用R-T特性曲线换算得到,

Vt(V)Rt(KQ)T(℃)

Ri二1OKC

Ri=20KQ

Ri=3OKQ

⑵固定分压法电路中跨接电阻值Ri=20KC,改变温度（将热敏电阻握在手里），手动测量热敏电

阻得两端得输出电压Vt,根据R-T特性曲线换算出当前得温度值,记录开始和结束情况下得数

据。

Vt(V)Rt(KQ)T("C)

（3）固定分压法电路中踏接也阻值Ri=20KC,改变温度（将握在手里得热敏电阻松开）使用实

脸面板中得自动测量功能，查看数据和波形，记录相关数据和R-T波形。

Rt(KC)T(℃)

思考题

1、热敏业阻NTC、PTC就就是如何定义得，各有什么用途？

2、B值对热敏电阻特性曲线有何影喻？

霍尔传感器实验

实验目得

1、了解霍尔式传感器得原理与特性

2、掌握霍尔式传感器得基本用法

实验设备

Nextb0ard霍尔传感器模块电脑

实验原理

基于霍尔效应原理工作得半导体器件称为霍尔元件，假设霍尔元件通电电流为L当磁

场作用于霍尔元件时，电子将受到洛伦兹力得作用发生偏转，如图1虚线所示。半导体得上下

方向积聚得电荷形成了电场(EH)。当EH对电子得作用力足够抵消洛伦兹力fB时,电子积

累达到平衡。此时得也势称为霍尔电势。霍尔电势随外磁场强度增加而增加。

图1霍尔效应原理图

霍尔元件得种类有线性霍尔元件和开关型霍尔元件。其中，开关型霍尔元件由半导体霍

尔元件材料得输出电压经过放大器放大后，送至施密特整形业路将线性变化量转换为开关

量。线性霍尔元件常用于磁场测量、电压测量。开关型霍尔元件常用于速度、位置测量。

实验内容、步骤和数据处理

1、安装Nextboard实脸台(连接电源线和数据采集卡得连线)，将霍尔传感器模块插在

实脸台得数字和模拟两个插槽上(实脸台得左上角或左下角)。

2、手动测量线型霍尔元件得输出电压

⑴附件中得下圆盘片用固定PVC螺丝固定在实脸模块右侧,如下图2左所示，使红色箭头处

于垂直，固定完成后将上圆盘片叠放在下盘片上。使红色箭头指向上盘片得角度刻度。当箭

头指向角度刻度得0°位置时，上盘片得深、浅槽与霍尔传感器得测试面垂直，不同导槽对应

不同大小得磁片,深导槽对应附件中得4mm大磁片。进行霍尔实验时将磁片放置在霍尔测试

面所面对得导槽,如下图2右所示。

(2)将磁片从圆盘上取走，手动测量零磁场情况下得传感器输出值，记录零磁场电压。

(3)使红色箭头指向上盘片得0",固定圆盘角度，推动导槽中磁片，至1cm位置，如下图，手动

测量霍尔传感器输出电压，借助特性曲线计算当前磁感应强度；推动导槽中磁片，至0、5cm

位置，重复测量并填写表格。0、5cm以内可以每0、1cm测试一次。结束后，将红色箭头指

向30°和-30°,重复上述实脸，最终完成下表。观察叱压输出和永磁片相对位置间得关系。

零磁场也压(V)

位移(cm)0、20、30、40、50、70、91、1

0°电压(V)

磁感应强度(B)

300电压(V)

-30°电压(V)

(4)需要更换3mm小磁片时,先将浅槽旋转至霍尔测试面(刻度盘整体转动180°),再将3mm

磁片放置.在浅槽中进行实验。此时导槽得斜角可以用上方得红色箭头所指向角度值获取，如

下图3o

(5)使红色箭头指向上盘片得0°,固定圆盘角度，推动导噌中磁片，至0、2cm位置，手动

测量霍尔传感器输出业压.借助特性曲线计算当前磁感应强度;推动导槽中磁片，至0、5cm

位置，重复测量并填写表格。0、5cm以内可以每0、1cm测试一次。结束后，将红色箭头指向

30，,重复上述实验，完成下表。

位移(cm)0、20、30、40、50、70、91、1

0°电压(V)

磁感应强度

(B)

30°电压(V)

-30°电压(V)

3、使用实脸面板中