传感实验指导书修订

目•录

THQC-1型典型传感元件运用说明书2

(1)PJOO热电阻测温试验3

(2)热敏电阻的特性探讨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试验7

(5)金属箔式应变片一一半桥性能试验9

(6)金属箔式应变片---全桥性能试验10

(7)金属箔式应变片一一电子秤试验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一一直流激励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探讨18

附录1试验箱温度限制简要原理20

附录2温度限制器运用说明20

THQC-1型典型传感元件运用说明书

THQC-1型典型传感元件试验箱是为适应不同类别、不同层次的专业须要，

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亮化。能加深学

生对传感器原理的相识.

THQC-1型典型传感元件试验箱是专为高校一般物理中“传感器原理与技

术”、“自动化检测技术”、“非电量电测技术”、“工业自动化仪表与限制”、“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，采纳模块式结构，试

验敏捷便利，有利干培育学牛的动手实力C

THQC-1型典型传感元件试验箱上采纳的大部分传感器虽然是教学传感器

（透亮结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过试验帮助

广高校生加强对书本学问的理解，并在试验的进行过程中，通过信号的拾取，转

换，分析，驾驭作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手实力。

本试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

有清楚的图形、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。

本试验箱造型美观大方，性能稳定，运用敏捷，接线牢靠，操作快捷，维护

简洁等优点C

一、组成和运用

1、试验箱供电：试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，为试验板供应多组低压沟通电源。

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、仪表及其他元器件。

3、试验箱配有以下儿个模块：霍尔传感器试验模块，差动变压器试验模块，电

容式传感器试验模块，温度传感器试验模块，应变式传感器试验模块，光电模块,

其中温度传感器试验模块包括Pt100温度传感潜,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：供应±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：IK—10K,正相和反相同时输出，输出幅度7V。

6、频率计:1Hz-lOKHzo

7、温度限制器：测量范围：

8、两组恒流源：0〜2CmA：光电模块中发光二极管的电源，1A：温度模块中加热

器的电源。

9、本试验箱还供应有足够的长短不一的试验专用连接导线一套。

二、运用留意事项

1.运用前应检查各电源是否正常，检查步骤为：

（1）先关闭试验箱的全部电源开关，然后用随箱的三芯电源线接通试验箱的

220V沟通电源。

（2）开启试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±15V、±5V,是否正常。

2.接线前务必熟识试验线路的原理及试验方法。

3.试验接线前必需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，才可进行试验。

4.在做霍尔传感器试脸、差动变压器试验、电传感器试验的时候，留意三根连

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。留意与所做的

试验相对应。

4.试验自始至终，试验板上要保持清洁，不行随意放置杂物，特殊是导电工具

和多余的导线等，以免发生短路等故障。

5.试验完毕，应刚好关闭各电源开关，并刚好清理试验板，整理好连接导线并

放置到规定的位置。

6.试验时需用到外部沟通供电的仪器，如示波器等，这些仪器外壳应妥当接地。

7.由于各种传感器为有机玻璃封装，极易破裂，所以应当轻拿轻放，决不行以

掉到地上，否则将损坏传感器。

试验一Pt100热电阻测温试验

一、试验目的：

了解热电阻的特性与应用。

二、基本原理：

利用导体电阻随温度变更这一特性，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，电阻与温度之间最好有线性关系。常用伯电阻

和铜电阻，钳电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：

Rt=Ro（l+At+Bt2）

Ro系温度为0℃时的电阻。本试验Ro=100℃°A=3.9684XIO_2/℃,B=~5.847

xio-7/℃2,销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与

测量仪表之间连接导线的电阻因环境温度变更所引起的测量误差。四线制可以完

全消退引线电阻对测量的影响，用于高精度温度检测。本试验是三线制连接，其

中一端接二根引线主要为消退引线电阻对测量的影响。

三、需用器件与单元：

、PHOO热电阻（温度模块上）、1A恒流源、温度限制单元（温控器）、温度传

感器试验模板、数显单元、万用表。

四、试验步骤：

1、将温度模块中的试验PtlOO接入a、b间，把b、c连接起来，这样，R1、

R3、R4、Rwl、PtlOO就组成了一种直流单臂电桥，再把Rw2逆时针旋究竟（增

图11-1Pt100热电阻测温试验接线图

2、把温度模块的±I5V和主控箱的±15V输出连接起来，差动放大器的Vo

与主控箱的电压表相连，再将差动放大器的输入端与地短接，调整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与地之间加+5V的直流电源，按图11-1

将电桥的输出与差动放大器相连，模块上的温控Pt100接试验箱上温度检测与限

制中的PU00输入，模块上的恒流输入接试验箱上恒流加热电源。温度限制器的

SV窗口设定为50°C(设置方法见附录2),然后调整Rwl使电桥平衡，即使差

放的输出为零。

4、在5()°C的基础上，以后每隔5忆设定一次，即At=5°C,读取数显表

值，将结果填入下表。

表11—1

T(℃)

V(mV)

5、依据上表计算PH00的非线性误差。

五、试验留意事项：

加热器温度不能加热到120℃以上，否则将可能损坏加热器。

六、思索题：如何依据测温范围和精度要求选用热电阻？

七、试验报告要求：

1、依据试验所得的数据，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PtlOO热电阻造感器有哪些优缺点。

试验二热敏电阻的特性探讨

一、试验目的：

了解热敏电阻的特性与应用。

二、基本原理：

热敏电阻是一种末热敏感的电阻元件，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，本试验主要

探讨前两种，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(譬如温度上升)，越来越多的载流子克服禁带(或电离能)引起导电，这

种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移发生变更，依据电阻率公式可知元件电阻值

发生变更。NTC通常是一种氧化物的复合烧结体，特殊适合于-100~300℃之

间的温度测量，它的电阻值随着温度的上升而减小，其阅历公式为：

R7二R。/%啖），式中，Ro是在25°。时或其他参考温度时的电阻，T。是热力

学温度（K）B称为材料的特征温度，其值与温度有关，主要用于温度测量。PTC

是由在BaTiS和SrTiCh为主的成分中加入少量Y2O3和MmCh构成的烧结体。

其特征曲线是随温度.上升而阻值增大，开关型的PTC在居里点旁边阻值发生突

变，有斜率最大的区段，即电阻值突然快速上升。PTC适用的温度范围为

-5O°c-15O°c,主要用于过热爱护及作温度开关。

NTC和PTC的特征曲线为：

三、需用器件与单元：

加热源、温度限制单元、温度传感器试验模板、万用表。

四、试验内容与步骤：

1、模块上的温控PtlOO接试验箱上温度检测与限制中的PtlOO输入，模块

上的恒流输入接试验箱上恒流加热电源。

2、将温度限制器的SV窗口设置在50%,设置方法见附录2。然后每隔5%

设置一次

3、用万用表测量温度模块上的NTC和PTC的输出，登记每次设置温度下

的电阻值，将结果填入下表：

NTC：

t(℃)

R

t(℃)

R

PTC：

t(℃)

R

T(℃)

R

五、试验留意事项:

加热器温度不能加热到120C以上，否则将可能损坏加热器。

六、思索题：

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、试验报告要求：

1、依据试验所得的数据绘制出NTC、PTC的特性曲线。

2、归纳总结NTC用作温度测量时应留意哪些问题，主要应用在什么场合，

有哪些优缺点。

试验三集成温度传感器的特性

一、试验目的：

了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。

二、基本原理：

集成温度传器将温敏晶体管与相应的协助电路集成在同一芯片上，它能干

脆给出正比于肯定温度的志向线性输出，一般用于-50℃—+150℃之间测量，

温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极一放射极电压与温度

成线性关系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采纳了特殊的差分

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

肯定温度下，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。本试验采纳的是国产的AD590o它只须

要一种电源（+4V—+30V）。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端运

用一只取样电阻（本试验中为R2）即可实现电流到电压的转换。它运用便利且

电流型比电压型的测量精度更高。

三、需用器件与单元：

一、温度限制器、加热源、温度模块、数显单元、万用表。

四、试验步骤：

1、将主控箱上总电源关闭，把主控箱中温度检测与限制单元中的恒流加热

电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。

2、将温度模块中的温控Pt10（）与主控箱的Pt100输入连接起来。

3、将温度模块中左上角的AD590接到a、b±（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和地与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，将温度限制器的SV窗口设定为50°。（设置方法见附录2）,

以后每隔5°C设定一次，即At=5°C,读取数显表值，将结果填入下表。

表10-1

T(℃)

V(mV)

7、依据上表计算AD590的非线性误差。

五、试验留意事项：

1、加热器温度不能加热到120℃以上，否则将可能损坏加热器。

2、不要将AD590的+、-端接反，因为反向电压可能击穿AD590。

六、思索题：

大家知道在肯定的电流模式下PN结的正向电压与温度之间具有较好的线

性关系，因此就有温敏二极管，你若有爱好可以利用开关二极管或其它温敏二极

管在50℃—100℃之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特

性进行比较，从线性看温度传感潜线性优于温敏二极管，请阐明理由。

七、试验报告要求：

1、简洁说明AD590的基本原理，探讨电流输出型和电压输出型集成温度传感器

的优缺点。

2、总结试验后的收获、体会。

试验四金属箔式应变片——单臂电桥性能试验

一、试验目的：

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：

金属丝在外力作用下发朝气械形变时，其电阻值会发生变更，这就是金属

的电阻应变效应。

金属的电阻表达式为：R=p—（1）

S

当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长△/,横截面积相应减小AS,电阻

率因晶格变更等因素的影响而变更M，故引起电阻值变更对式（1）全微

分，并用相对变更量来表示，则有：竽=当-孚+包（2）

RISp

式中的%为电阻丝的轴向应变，用£表示，常用单位”

=若径向应变为卷，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的

关系用泊松比〃表示为△%=-〃（%）,因为A%=2（△/）,则（2）式可以

写成：

—=Y（l+2//）+—=（1+2//+）—=^（）—-（3）

式（3）为“应变效应”的表达式。A。称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可

见，心受两个因素影响，一个是（1+2〃），它是材料的几何尺寸变更引起的，

另一个是加），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？煽者为主，则心。1+2〃，对半导体，心值主要是由电阻率相对

变更所确定。试验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变更与轴向应变

成比例。通常金属丝的灵敏系数册二2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，应变片敏感栅也伴同变形，其电阻值发生相

应变更。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变更，依据（3）式，可以得

到被测对象的应变值£,而依据应力应变关系。=A（4）

式中。——测试的应力；

E一一材料弹性模量。

可以测得应力值。。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、需用器件与单元：

一应变式传感器试验模板、祛码、数显表、±15V电源、±5V电源、万用表

（自备）。

四、试验内容与步骤：

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RI、R2、R3、R4o可用万用

表进行测量，Rl=R2=R3=R4=350Qo

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，顺时针调整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、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi

相连，调整试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。（留意：当Rw2的位置一旦确定，就不能变更。）

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与R5、R6、R7接成直流电桥，（R5、R6、R7模块内已接

好），接好电桥调零电位器Rwl,接上桥路电源±5V,此时应将±5V地与±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。

调整Rwl,使数显表显示为零。

4、在祛码盘上放置一只祛码，读取数显表数值，以后每次增加一个祛码并

读取相应的数显表值，直到200g祛码加完。登记试验结果填入表1-1,关闭电

源。

.R2RK

OoO

TtT

H

—r1

o^o5

图1-2应变式传感器单臂电桥试验接线图

表1—1单臂电桥输出电压与所加负载重量值

重量（g）

电压（mv）

5、依据表1-1计算系统灵敏度5=4。/4卬（AU输出电压的变更量，AW重量

变更量）和非线性误差5门二Am/y^sX100%式中（多次测量时为平均

值）为输出值与拟合直线的最大偏差：yFs满量程输出平均值,此处为200g.

五、试验留意事项：

1、不要在祛码盘上放置超过1kg的物体，否则简洁损坏传感器。

2、电桥的电压为±5V,绝不行错接成±15%否则可能烧毁应变片。

六、思索题：

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、试验报告要求：

1、记录试验数据，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缘由。

试验五金属箔式应变片——半桥性能试验

一、试验目的：

1、了解半桥的工作原理。

2、比较半桥与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U02=EG£/2。

式中E为电桥供电电压。

三、需用器件与单元：

一'应变式传感器试验模板、祛码、数显表、±15V电源、±5V电源。

四、试验内容与步骤：

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、负输入端与地短接，输出端与

主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调整试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、依据图2-1接线。RI、R2为试验模板左上方的应变片，留意R2应和R1

受力状态相反，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±5V,调整电桥调零电位器Rwl进行桥路

调零，重复试验一中的步骤4、5,将试验数据记入表2-1,计算灵敏度

S2=AU/AW,非线性误差勿0若试验时显示数值不变更说明R1与R2两应变

片受力状态相同。则应更换应变片。

RiR:RJR」

表2—1半桥测量时，输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mV）

五、试验留意事项：

1、不要在祛码盘上放置超过1kg的物体，否则简洁损坏传感器。

2、电桥的电压为±5V,绝不行错接成±15V,否则可能烧毁应变片。

五、思索题：

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、试验报告要求：

1、记录试验数据，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。

试验六金属箔式应变片——全桥性能试验

一、试验目的：

了解全桥测量电路的原理及优点。

二、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=R4,其变更值△R1=△R2=△R3=△R4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：

一'应变式传感器试验模板、祛码、数显表、±15V电源、±5V电源。

四、试验内容与步骤：

1、依据3-1接线，试验方法与试验二相同。将试验结果填入表3-1；进行

灵敏度和非线性误差计算。

表3—1全桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mV）

R2RR3R

oOo0

rXT

I7

f

ttr

s?o

z

上R

=接

<放

卫

工

-大

电

路

图3-1应变式传感器全桥试验接线图

五、试验留意事项：

1、不要在祛码盘上放置超过1kg的物体，否则简洁损坏传感器。

2、电桥的电压为±5V,绝不行错接成±15V。

六、思索题：

1、全桥测量中，当两组对边（RI、R3为对边）值R相同时，即Rl=R3,

R2=R4,而R1WR2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不行以。

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，是否须要外加电阻。

占

占nR

RJE3u3

四

目n*

uR4

图3-2应变式传感器受拉时传感器周面绽开图

七、试验报告要求：

1、依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、半矫、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。

试验七直流全桥的应用——电子秤试验

一、试验目的：

了解应变直流全桥的应用及电路的标定。

二、基本原理：

电子秤试验原埋为试验二，利用全桥测量原理，通过对电路调整使电路输出

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：

一'应变式传感器试验模板、祛码、数显表、±15V电源、±5V电源。

四、试验内容与步骤：

1、按试验一中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，调整电桥平衡电位器Rwl,使数显表显示0.000V（2V档）。

2、将1（）只祛码全部置于传感器的托盘上，调整电位器Rw2（增益即满量

程调整）使数显表显示为0.200V或一0.200V。

3、拿去托盘上的全部祛码，调整电位器Rwl（零位调整）使数显表显示为

O.OOOVo

4、重复2、3步骤的标定过程，始终到精确为止，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、把祛码依次放在托盘上，填入下表4-1。

表4-1电桥输出电压与加负载重量值

重量（g）

电压（mv）

1、依据上表，计算误差与非线性误差。

五、试验留意事项：

1、不要在祛码盘上放置超过1kg的物体，否则简洁损坏传感器。

2、电桥的电压为±5V,绝不行错接成±15V。

六、试验报告要求：

1、记录试验数据，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，怎么消退，若要增加输出灵

敏度，应实行哪些措施。

试验八电容式传感器的位移特性试验

一、试验目的：

了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：

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，而只变更其中一个参数,

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，平板结构对极距特殊敏感，测量精度受到

影响，而圆柱形结构受极板径向变更的影响很小，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

仍旧存在，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在忽视边缘效应时为：

(1)

式中/一一外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；

〃、八——外圆筒内半径和内圆柱外半径。

当两圆筒箱对移动加时，电容变更量AC为

2洲2^r（/-A/）_2^A/_A/

心砥厂砥fC。(2)

于是，可得其静态灵敏度为：

_Ch在（/+△/）2在（/-△/）］4您

可见灵敏度与%,有关，4与4越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度

/与灵敏度无关，但/不行太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。

本试验为变面积式电容传感器，采纳差动式圆柱形结构，因此可以很好的消退极

距变更对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。

三、需用器件与单元：

一、电容传感器、电容传感器试验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。

四、试验步骤：

1、将电容式传感器装于电容传感器试验模板上，将传感器引线插头插入试

验模板的插座中。

2、将电容传感器试验模板的输出端Vol与数显单元Vi相接（插入主控箱

Vi孔）Rw调整到中间位置。

3、接入±15V电源，旋动测微头变更电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm

登记位移X与输出电压值，填入表8-1。

表8—1电容传感器位移与输出电压值

X(mm)

V(mv)

4、依据表8-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差为o

五、试验留意事项：

1、传感器要轻拿轻放，绝不行掉到地上。

2、做试验时，不要接触传感器，否则将会使线性变差。

2V

图8-1电容传感器位移试验接线图

1、、而述什£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、试验报告要求：

1、整理试验数据，依据所得得试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、依据试验结果，分析引起这些非线性得缘由，并说明怎样提高传感器线性度。

试验九直流激励时霍尔传感器位移特性试验

一、试验目的：

了解霍尔式传感器原理与应用。

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霍

尔元件，依据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB,当保持霍尔元件的限制电流恒定,

而使霍尔兀件在一个匀称梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为

U『kx,式中k一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；磁场梯度越匀称，

输出线性度就越好。

三、需用器件与单元：

一、霍尔传感器试验模板、霍尔传感器、±15V直流电源、测微头、数显单元。

四、试验步骤：

1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器试验模块上，将传感器引线插头插入试

验模板的插座中，试验板连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V,2、4为输出。

2、开启电源，调整测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调整Rwl使数

显表指示为零。

图9-1直流激励时霍尔传感器位移试验接线图

3、测微头往轴向方向推动，每转动0.2mm登记一个读数，直到读数近似不

变，将读数填入表9-1,

表9~1

X(mm)

V(mv)

作出V-X曲线，计算不司线性范围时的灵敏度和非线，性误差。

五、试验留意事项：

1、对传感器要轻拿轻放，绝不行掉到地上。

2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V,否则将可能烧毁霍尔元件。

六、思索题：

本试验中霍尔元件位移的线性度事实上反映的时什么量的变更？

七、试验报告要求：

1、整理试验数据，依据所得得试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儿种，各自的产生缘由是什么，应怎样进

行补偿。

试验十差动变压器的性能测定

一、试验目的：

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，依据内外层排列不

同，有二段式和三段式，本试验采纳三段式结构。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可感发生变更促使次级线圈感应电势产生变更，

一只次级感应电势增加，另一只感应电势则削减，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、需用器件与单元：

一、差动变压器试验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源。

四、试验内容与步骤：

1、将差动变压器及测微头按装在差动变压器试验模板上。

2、将传感器引线插头插入试验模板的插座中，在模块上按图5-1接线，音

频振荡器信号必需从主控箱中的音频振荡器的端子（正相或反相）输出，调整音

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）。调整

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，使示波器其次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

小起先旋动测微头，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最小处反向位移做试验，在试验过程中，留意左、右位移时，初、次

级波形的相位关系。

LV。

1(3)

激励

信号

2⑷

o-

图5-1双踪示波器与差动变压器连接示意图

表5-1差动变压器位移X值与输出电压数据表

V(mv)

X(mm)

4、试验过程中留鲜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，依据表5-1画出Vop-p—X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和

非线性误差。

五、试验留意事项：

1、在做试验前，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峻，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、思索题：

1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如IKHz的振动幅值，可以吗？差

动变压器测量频率的上限受什么影响？

2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？

七、试验报告要求：

1、依据试验测得的数据，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缘由。

试验十一差动变压器零点残余电压测定及补偿

一、试验目的：

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。事实上，这种状况是难以精

确达到的，就是说不易达到电桥的肯定平衡。在零点有一个最小的输出电压，

般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，假如零点残余电压过大，会使灵敏

度下降，非线性误差增大，甚至造成放大器末级趋于饱和，致使仪器电路不能正

常工作。造成零残电压的缘由，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

匀称性，二次级的不匀称、不一样，铁芯B-H特性的非线性等。

三、需用器件与单元：

音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器试验模板、示波器。

四、试验内容与步骤：

1、按图6—1接线，音频信号源从主控箱输出，试验模板上Ri、G、Rwi、

RW2为电桥单元中调平衡网络。

2、利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰-峰值。

3、调整测微头，使差动放大器输出电压最G。

4、依次调整Rwl、Rw2,使输出电压降至最小。

5、将其次通道的灵敏度提高，视察零点残余电压的波形，留意与激励电压

相比较。

6、从示波器上视察，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、试验留意事项：

1、在做试验前，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峻，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、思索题：

1、请分析经过补偿后的零点残余电压波形。

2、本试验也可用图6-2所示的电路，请分析原理。

R-IfiK

图6-2零点残余电压补偿电路之二

七、试验报告要求：

1、分析产生零点残余电压的缘由，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、归纳总结前两种补偿电路的优缺点。

试验十二激励频率对差动变压器特性的影响

一、试验目的：

了解激励频率对差动变压器输出的影响。

二、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：%「"（/%一%）■表

示，式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Li、3为激励电压和频率，Ml、M2

为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当时级线圈激励频率太低时，

若RP2>32LP2,则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当

s2LP2>>RP2时输出Uo与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、需用器件与单元：

差动变压器试验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源、±15V

直流电源。

四、试验步骤：

1、将差动变压器装在差动变压器试验模板上。

2、按图6-1连接好线。

3、选择音频信号输出频率为1K1IZ（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，调整Rwl、Rw2

使输出变得更小。

4、用示波器监视其次通道，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、分别变更激励频率为1KHZ—9KHZ,幅值不变将测试结果记入下表7—1口。

表7—1不同激励频率时输出电压（峰一峰值）的关系。

f(Hz)IKHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHz

Vop-p(V)

6、作出幅频特性曲线。

五、试验留意事项：

1、在做试验前，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峻，影响其性能，甚至烧

毁线圈。

工2、4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，绝不行掉到地上。

六、思索题：

1、提高激励频率行哪些优点？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、试验报告要求：

1、依据试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。

试验十三光电二极管和光敏电阻的特性探讨

一、试验目的：

了解光电二极管和光敏电阻的特性与应用。

二、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，结构与一般二极管类

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。大多数状况下工作在反向偏压状态。在这种状况下，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。反向电流小的缘由是在PN结中，

P型中的电子和N型中的空穴(少数载流子)很少。当光照耀在PN结上时，PN

结旁边受光子轰击，汲取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NIX,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、错、睇化锢、硅化锢等，运用最广泛的是硅、

铭光电二极管。光电二极管具有响应速度快、精致、坚实、良好的温度稳定性和

低工作电压的优点，因而得到了广泛的应用。

图为光电流信号转换电路，Vo=IpR,Ip为光电流，R是反馈电阻。

*R

Vo

(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更来进行工作的。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，价带中的电子汲取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-

空穴对越多，电阻值越低；光照停止后，自由电子与空穴复合，导电实力下降，

电阻复原原值。制作光敏电阻的材料常用硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、硫化

铅(PbSe)睇化钢(InSb)等。

由于光导效应只限于光照表面的薄层，所以一般都把半导体材料制成薄膜,

并给予适当的电阻值，电极构造通常做成梳形，这样，光敏电阻与电极之间的距

离短，载流子通过电极的时间「少，而材料的载流子寿命乙又较长，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，抗过载实力强，耗散功率大，以及寿命长

等特点。光敏电阻的阻值R和光的强度呈现剧烈的非线性。

三、试验器件与单元：光电模块，主控箱，万用表，0~20mA恒流源。

四、试验内容与步骤：

1、将主控箱的0~20mA恒流源调整到最小。

2、把()〜2()mA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、硅光电池试验：将恒流源从。起先每隔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、光敏电阻试验：由于光敏电阻光较弱时变更较大，所以在（）~2mA之间,

每隔0.5mA记录一次，以后每隔2mA做一次试验，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:

I(mA)

V(mv)

（2）光敏电阻:

I(mA)

五、试验留意事项：

留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。

1、、当将硅加电池作为光探测器时应留意那些问题？

2、探讨光敏电阻主要应用在什么场合。

七、试验报告要求：

1、依据试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试验箱温度限制简要原理

当总电源开关合上，并且温度限制器的开关也闭合时，假如温度限制器测得的温度低

于设定的温度值，那么温度限制器面板上ALM2灯亮（ALM2为一继电器的常开触点，恒

流源是与这个常开触点串我的），内部继电器闭合，温度模块起先加热，加热电源为1A恒

流源，当温度加热到略高与设定温度值时，ALM2灯灭，内部继电器断开，温度模块停止加

热，但由于温度的惯性比较大，因此当温度模块停止加热后，仍有肯定的向上的冲量。

附录2温度限制器运用说明

1、仪表通电显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗输入代码，后显示PV窗量程

上限、SV窗