東南大學(xué)傳感器實驗報告

1、東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院實 驗 報 告課程名稱：傳感器技術(shù)實驗名稱： 傳感器與檢測技術(shù)實驗 院 （系）：儀器科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓 名： 劉海波 學(xué) 號： 22011112 實 驗 室： 實驗組別： 同組人員： 劉柄岐 實驗時間：2013 年 11月 15日評定成績： 審閱教師： 試驗一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一 實驗?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)及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)生機械形變時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用

2、是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)。單臂電橋輸出電壓 ，其中k為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化。三 實驗器材 主機箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2-1 單臂電橋工作原理圖四 實驗步驟1. 根據(jù)上圖示接線示意圖安裝接線。2. 放大器輸出調(diào)零。3. 電橋調(diào)零。4. 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?。測得數(shù)據(jù)如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）5101520252934394348實驗曲線如下所示：分析：由圖可以看出，輸出電壓與加載的重量近似成線性關(guān)系，由于一開始調(diào)零不好，致使曲線沒有經(jīng)過原點，往上偏離了一段距離。

3、5. 根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)的靈敏度（為輸出電壓變化量，為重量變化量）和非線性誤差，式中為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；為滿量程輸出平均值，此處為200g。答： =43mv， =180g， 所以 =1.9768g， =200g， 所以 五 思考題 單臂電橋工作時，作為橋臂電阻的應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片；（2）負（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負應(yīng)變片均可以。答：應(yīng)變片受拉，所以選（1）正應(yīng)變片。實驗二 金屬箔片應(yīng)變片板橋性能實驗一、實驗?zāi)康谋容^半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點二基本原理 不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋暑促靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)

4、應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓。三、實驗器材主機箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2-2 半橋工作原理圖四實驗步驟1.根據(jù)上圖是原理圖安裝接線。2.放大器輸出調(diào)零。3.電橋調(diào)零。4.應(yīng)變片半橋?qū)嶒?實驗結(jié)果如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）112131415162728392102實驗曲線如下所示：分析：從上可見，輸出電壓與加載重量近似成線性。數(shù)據(jù)點與擬合直線相對單臂更為接近，即線性性更好。5.計算靈敏度s=u/w，非線性誤差。 u=91mv， w=180g； 所以 s=91/180=0.506mv/g. =0.752

5、5g， =180g，6.利用虛擬儀器進行測量。 測量數(shù)據(jù)結(jié)果如下所示：重量（g）020406080100120140電壓（mv）-2.67.818.728.939.550.059.970.2繪制實驗曲線如下：五、思考題1.半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：（2）鄰邊。2.半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入點橋時，應(yīng)放在：（1）對邊；（2）鄰邊。答：（1）對邊。3.橋路測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應(yīng)變片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的；（3）調(diào)零值不是真正為零。答：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應(yīng)變

6、片應(yīng)變效應(yīng)是非線性的。實驗三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康牧私馊珮驕y量電路的優(yōu)點二、基本原理 全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值r1=r2=r3=r4、其變化值時，其橋路輸出電壓。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都得到了改善。三、實驗器材主機箱、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼、萬用表、導(dǎo)線等。圖2-3 全橋工作原理圖四、實驗步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調(diào)零。3.電橋調(diào)零。4.應(yīng)變片全橋?qū)嶒?數(shù)據(jù)記錄如下表所示： 重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）

7、19396080101122143164185206實驗曲線如下所示：分析：從圖中可見，數(shù)據(jù)點基本在擬合曲線上，線性性比半橋進一步提高。5.計算靈敏度s=u/w，非線性誤差。 u=187mv， w=180g； 所以 s=187/180=1.039 mv/g; =0.1786g， =180g， 五、思考題1.測量中，當(dāng)兩組對邊電阻值r相同時，即r1=r3，r2=r4，而r1r2時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。2.某工程技術(shù)人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，能否及如何利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。答：能夠利用它們組成電橋。對于左邊一副圖，

8、可以任意選取兩個電阻接入電橋的對邊，則輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，如果已知泊松比則可知縱向應(yīng)變。對于右邊的一幅圖，可以選取r3、r4接入電橋?qū)?，則輸出為兩倍的縱向應(yīng)變。兩種情況下都需要接入與應(yīng)變片阻值相等的電阻組成電橋。3.金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較基本原理如圖2-9（a）、（b）、（c）比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應(yīng)的結(jié)論。答：根據(jù)實驗結(jié)果可知： 靈敏度： 全橋半橋單臂 非線性度：單臂單橋全橋 理論上： 靈敏度： 單臂 ，半橋 ，全橋 。 非線性度：單臂，半橋 ，全橋 。 因為全橋能使相鄰兩臂的傳感器有相同的溫度特性，達到消除

9、溫度誤差的效果。同時還能消除非線性誤差。結(jié)論：利用差動技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補償溫度誤差。 （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖2-9 應(yīng)變電橋4.金屬箔式應(yīng)變片的溫度影響電阻應(yīng)變片的溫度影響主要有兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應(yīng)變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致而產(chǎn)生附加應(yīng)變。當(dāng)溫度變化時，即使被測體受力狀態(tài)不變，輸出也會有變化。 按照全橋性能實驗步驟，將200g砝碼放在砝碼盤上，在數(shù)顯表上讀取數(shù)值uo1。 將主機箱中直流穩(wěn)壓電源5v、地（）接于實驗?zāi)０宓募訜崞?v、地（）插孔上，數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓顯示基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù)uot 。（uot-

10、u01）即為溫度變化的影響。溫度變化產(chǎn)生的相對誤差： 如何消除金屬箔式應(yīng)變片溫度影響？答：利用溫度補償片或采用全橋測量。實驗五 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康?了解差動變壓器的工作原理和特性。二、基本原理 差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式。 當(dāng)被測物體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化。將兩只次級反向串接，引出差動電勢輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動量。三、實驗器材主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導(dǎo)線等。

11、圖3-2 差動變壓器性能實驗原理圖四、實驗步驟1.按照接線圖連接線路。2.差動變壓器l1的激勵電壓從主機箱中的音頻振蕩器的lv端引入，音頻振蕩器的頻率為45khz，輸出峰峰值為2v。3.松開測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使變壓器次級輸出的vp-p較小。 然后擰緊螺釘，仔細調(diào)節(jié)測微頭的微分筒使變壓器的次級輸出vp-p為最小值（零點殘余電壓），定義為位移的相對零點。4.從零點開始旋動測微頭的微分筒，每隔0.2mm從示波器上讀出示波器的輸出電壓vp-p，記入表格中。 一個方向結(jié)束后，退到零點反方向做相同的實驗。5.根據(jù)測得數(shù)據(jù)畫出vop-p x曲線，做出位移為1mm、3mm時的靈敏度和非線性誤

12、差。數(shù)據(jù)表格如下：x(mm)-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.200.20.4v(mv)93776246311542037x(mm)0.60.81.01.21.41.61.82.02.2v(mv)536883100116133149165181實驗曲線如下：分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關(guān)于x=0對稱的，在零點時存在一個零點誤差。x=1mm 時， ， ，； ， ，。 五、思考題1.用差動變壓器測量，振動頻率的上限受什么影響？答：受導(dǎo)線的集膚效應(yīng)和鐵損等的影響，若頻率過大會導(dǎo)致靈敏度下降。2.試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點：利用電磁感應(yīng)原理工作。 不同點：差動

13、變壓器為開磁路，一、二次側(cè)間的互感隨銜鐵移動而變，且兩個繞組按差動方式工作；一般變壓器為閉合磁路，一、二次側(cè)間的互感為常數(shù)。東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院實 驗 報 告課程名稱：傳感器技術(shù)實驗名稱： 傳感器與檢測技術(shù)實驗 院 （系）：儀器科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓 名： 劉海波 學(xué) 號： 22011112 實 驗 室： 實驗組別： 同組人員： 劉柄岐 實驗時間：2013 年 11月 22日評定成績： 審閱教師： 實驗十 壓阻式壓力傳感器的壓力量實試驗一、實驗?zāi)康牧私鈹U散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。二、基本原理擴散硅壓阻式壓力傳感器在單晶硅的基片上擴散出p型或n型電

14、阻條，接成電橋。 在壓力作用下根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，基片產(chǎn)生應(yīng)力，電阻條的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，把這一變化引入測量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到得壓力變化。三、實驗器材主機箱、壓阻式壓力傳感器、壓力傳感器實驗?zāi)０?、引壓膠管。四、實驗步驟1、將壓力傳感器安裝在實驗?zāi)０宓闹Ъ苌?，根?jù)接線圖連接管腳和電路。2、實驗?zāi)０迳蟫w2用于調(diào)節(jié)放大器調(diào)零，rw1調(diào)節(jié)放大器增益。3、合上主機箱的氣源開關(guān)，啟動壓縮泵，逆時針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子流量計下端調(diào)節(jié)閥的旋鈕，觀察電壓表和氣壓表示數(shù)的變化。4、調(diào)節(jié)流量計旋鈕，使氣壓表顯示某一值，觀察電壓表顯示的數(shù)值。5、仔細調(diào)節(jié)流量計旋鈕，使壓力在218kpa之間

15、變化，每上升1kpa氣壓分別讀取電壓表示數(shù)，將數(shù)值記錄下表：p（kpa）2.23.24.25.26.27.28.29.2vo（p-p）(v)0.0370.0620.0840.1050.1290.1510.1750.197p（kpa）10.211.212.213.214.215.216.217.2vo（p-p）(v)0.2160.2400.2610.2850.3050.3280.3510.3736、畫實驗曲線，計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。靈敏度： ， 所以 。非線性誤差： ， 所以 。實驗十一 壓電式傳感器振動測量實驗一、實驗?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動原理和方法。二、基本原理 壓電式傳感器

16、由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。工作時傳感器感受與試件相同的振動頻率，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應(yīng)，壓電晶體上產(chǎn)生正比于運動速度的表面電荷。三、實驗器材主機箱、差動變壓器實驗?zāi)０濉⒄駝釉?、示波器。四、實驗步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動臺上，振動源的低頻輸入接主機箱的低頻振蕩器，其它連線按照圖示接線。2、合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動臺振動，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺，同時觀察輸出波形的變化。4、改變振動源的頻率，觀察輸出波形的變化。 低頻振蕩

17、器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測，用示波器讀出峰峰值填入表格。f(hz)571215172025v(p-p)0.451.052.141.491.291.090.82實驗曲線：五、思考題根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自然頻率大致是多少？傳感器輸出波形的相位差大致為多少？答：根據(jù)實驗曲線可知，振動臺的自然頻率大約為11hz。，所以。實驗十二 電渦流傳感器位移實驗一、實驗?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)金屬體處于交變磁場時，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬體

18、的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬表面的距離x等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)，當(dāng)線圈與金屬體表面的距離x以外的所有參數(shù)一定時可以進行位移測量。三、實驗器材主機箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０?、電渦流傳感器、測微頭、被測體（鐵圓片）。四、實驗步驟1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，根據(jù)示意圖安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器并接線。2、調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20v檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?/p>

19、。將數(shù)據(jù)填入下表：x(mm)00.10.20.30.40.50.60.70.8v(v)00000.070.160.260.370.47x(mm)0.91.01.11.21.31.41.51.61.7v(v)0.580.680.790.911.021.131.251.371.49x(mm)1.81.92.02.12.22.32.42.52.6v(v)1.621.731.861.992.122.242.372.512.64x(mm)2.72.82.93.03.13.23.33.43.5v(v)2.782.913.043.183.313.463.583.723.86x(mm)3.63.73.83.9

20、4.04.14.24.34.4v(v)3.994.144.284.414.544.674.814.945.07注：到此數(shù)據(jù)仍在變化，由于范圍較大（大約9v），數(shù)據(jù)太多，所以后面部分沒有記錄。3、畫出v-x曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及正、負位移測量時的最佳工作點（即曲線線性段的中點）。試計算測量范圍為1mm與3mm時的靈敏度和非線性度（可以用端點法或其他擬合直線）。測量范圍1mm： 靈敏度：， 所以 非線性度： 所以 測量范圍3mm： 靈敏度：， 所以 。 非線性度： 所以 五、思考題1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測量5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計傳感器？答：電渦流傳感器的量程就是傳感器

21、的線性范圍，它受到線圈半徑。被測體的性質(zhì)及形狀和厚度等因素影響。2、用電渦流傳感器進行非接觸位移測量時，如何根據(jù)量程使用選用傳感器？答：要保證所測量的位移在所選的傳感器量程范圍內(nèi)。實驗十三 (部分) 被測體為鋁圓片時的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)x(mm)00.10.20.30.40.50.60.70.80.9v(v)2.072.282.542.813.063.323.583.834.084.32x(mm)1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9v(v)4.544.795.015.235.435.635.846.036.226.39x(mm)2.02.12.22.32.42.52.6

22、2.72.82.9v(v)6.566.736.897.057.207.337.487.617.737.85x(mm)3.03.1v(v)7.968.08實驗十四 電渦流傳感器振動測量實驗一、實驗?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測量振動的原理與方法。二、基本原理根據(jù)電渦流傳感器位移特性，根據(jù)被測材料選擇合適的工作點即可測量振幅。三、實驗器材主機箱、電渦流傳感器實驗?zāi)０?、電渦流傳感器、振動源、低通濾波器、示波器。四、實驗步驟1、根據(jù)示意圖安裝電渦流傳感器。 逆時針轉(zhuǎn)出壓緊螺母，裝上傳感器安裝支架再順時針轉(zhuǎn)動壓緊螺母并接線。2、將主機箱中的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)。3、

23、調(diào)節(jié)振動源中的傳感器升降桿，使主機箱中的電壓表顯示為：實驗十三中鋁圓片材料特性曲線的線性中點位置時的電壓值。擰緊鎖緊螺母。4、順時針慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕，使振蕩器輸出電壓峰峰值為2v。 調(diào)節(jié)低頻振蕩器振動頻率為325hz之間變化，頻率每增加2hz，記錄低通濾波器輸出端vo的值。f(hz)3579111315171921vo(v)0.0510.0580.0750.0870.1950.2890.0720.0580.0510.0435、畫出fvo特性曲線，由曲線估算振動臺的諧振頻率。五、思考題1、能否用本系統(tǒng)數(shù)顯表頭，顯示振動？還需要添加什么元件，如何實現(xiàn)？答：不能，因為輸出電壓隨振動不斷變化

24、?？梢蕴砑右粋€峰值采樣電路，將其輸出接到數(shù)顯表，則可以通過數(shù)顯表的變化來觀察振動強弱變化2、當(dāng)振動臺振動頻率一定時，調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅值可以改變振動臺振動幅度，如何利用電渦流傳感器測量振動臺的振動幅度？答：將輸出值接到示波器，測量輸出信號的峰峰值，則此峰峰值對應(yīng)一個振動幅度。將測得的峰峰值帶入兩者關(guān)系公式，即可得到幅度。東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院實 驗 報 告課程名稱：傳感器技術(shù)實驗名稱： 傳感器與檢測技術(shù)實驗 院 （系）：儀器科學(xué)與工程學(xué)院 專 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 姓 名： 劉海波 學(xué) 號： 22011112 實 驗 室： 實驗組別： 同組人員： 劉柄岐 實驗時間：2013 年 11月

25、29日評定成績： 審閱教師： 實驗十五 直流激勵時線性霍爾傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理 根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢，當(dāng)霍爾元件處在梯度中運動時，它的電勢會發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進行位移測量。三、實驗器材 主機箱、霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、實驗步驟1、按示意圖接線，將主機箱上的電壓表量程開關(guān)打到2v檔。2、檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)節(jié)rw1使數(shù)顯表指示為零。3、向某個方向調(diào)節(jié)測微頭2mm，記錄電壓表讀數(shù)作為實驗起始點； 再反向調(diào)節(jié)測微頭，沒增加0.2mm記下一個讀數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄入表格：x(m

26、m)-2-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6v(v)-1.289-1.155-1.024-0.891-0.762-0.634-0.504-0.381x(mm)-0.4-0.200.20.40.60.81.0v(v)-0.252-0.126-0.0010.1190.2460.3760.5000.620x(mm)1.21.41.61.82.0v(v)0.7500.8740.9991.1271.248 做出v-x曲線，計算不同測量范圍時的靈敏度和非線性誤差。2mm時靈敏度： 所以 。非線性度： 所以 五、思考題本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？答：反映的是磁

27、場的變化。實驗十六 交流激勵時霍爾式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康牧私饨涣骷顣r霍爾式傳感器的特性。二、基本原理交流激勵時霍爾傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、實驗器材主機箱、測微頭、霍爾傳感器、霍爾傳感器實驗?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器模板、雙線示波器。四、實驗步驟1、按照示意圖接線。2、檢查接線無誤后，合上主機電源開關(guān)。 調(diào)節(jié)主機箱音頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕，用示波器、頻率表監(jiān)測lv輸出頻率為1khz、峰峰值為4v的信號。 關(guān)閉主機電源，將lv輸出信號作為傳感器的激勵電壓接入實驗?zāi)０逯小?、合上主機箱電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器的霍爾片處于兩磁鋼中間。先

28、用示波器觀察使霍爾元件不等位電勢為最小，然后觀察數(shù)顯表顯示，調(diào)節(jié)電位器rw1、rw2使顯示為零。4、調(diào)節(jié)測微頭使霍爾傳感器產(chǎn)生一個較大的位移，利用示波器觀察相敏檢波器的輸出，旋轉(zhuǎn)移相器單元電位器rw和相敏檢波器單元電位器rw，使示波器顯示全波整流波形，并觀察數(shù)顯表顯示值。直至數(shù)顯表顯示為零，此點作為測量原點。然后旋動測微頭，沒轉(zhuǎn)動0.2mm，記下讀數(shù)，填入表格。x(mm)00.20.40.60.8v(v)00.1040.2000.2960.387x(mm)1.01.21.41.61.8v(v)0.4800.5630.6350.6960.7456、根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)作出v-x曲線，計算不同量程時的

29、非線性誤差。2mm時的非線性誤差： 。 1mm時非線性誤差： 實驗十七 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量電機轉(zhuǎn)速實驗一、實驗?zāi)康牧私饣魻栟D(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。二、基本原理 利用霍爾效應(yīng)表達式：，當(dāng)被測圓盤上裝上n只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化n此。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整和計數(shù)電路計數(shù)就可以測量被測物體的轉(zhuǎn)速。三、實驗器材主機箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動源。四、實驗步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼間距離大約為23mm。2、在接線前，先合上主機箱電源開關(guān)，將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224v旋鈕調(diào)到最小，接入電壓

30、表，監(jiān)測大約為1.25v； 關(guān)閉主機箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動電源按照示意圖分別接到主機箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的fin上。3、合上主機箱電源開關(guān)，在小于12v的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)主機箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源，觀察電機轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2v開始紀(jì)錄，每增加1v相應(yīng)電機轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。電壓（v）23456轉(zhuǎn)速39062085010601290電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201760197022002420畫出電機的vn特性曲線。五、思考題1、利用霍爾元件測轉(zhuǎn)速，在測量上是否有限制？答：有。當(dāng)被測體是磁性體時不能用霍爾元件測量。2、本實驗裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼？答：可以，但是會降低分

31、辨率。實驗十八 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測電機轉(zhuǎn)速一、實驗?zāi)康牧私獯烹娛綔y量轉(zhuǎn)速的原理。二、基本原理 基于電磁感應(yīng)原理，n匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中的感應(yīng)電勢：發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入n個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生n次變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可測量轉(zhuǎn)速。三、實驗器材主機箱、磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、實驗步驟磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不用接電源，其余和實驗十七相同。數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉(zhuǎn)速70082095011101310電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201730190019802260畫出電機vn特性曲線：傳感器第四次實驗 實驗二十七 發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實驗一、實

32、驗?zāi)康?了解發(fā)光二極管的工作原理；做出工作電流與光照度的對應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實驗做好準(zhǔn)備。二、基本原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管是由-族化合物制成，其核心是pn結(jié)。因此它具有一般二極管的正向?qū)胺聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還有發(fā)光特性。當(dāng)加上正向激勵電壓或電流時，在外電場的作用下，在pn結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和介帶空穴，電子由n區(qū)注入p區(qū)，空穴由p區(qū)注入n區(qū)，進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子一部分與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在p區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心捕獲

33、，再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光的復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光，所以光僅在靠近pn結(jié)面數(shù)um以內(nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二級管的發(fā)光顏色由制作二極管的半導(dǎo)體化合物決定。本實驗使用純白高亮發(fā)光二極管。三、實驗器材主機箱（020mv可調(diào)恒流源、電流表、024v可調(diào)電壓源、照度表），照度計探頭，發(fā)光二極管，遮光筒。四、實驗步驟1、按照示意圖7-2接線，注意+、極性。2、檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機箱中恒流源電流大?。妷罕砹砍?0ma檔），即改變發(fā)光二極管的工作電流大小就可以改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的

34、其中一根線頭，則光照度為0。按表7-1進行標(biāo)定實驗（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對應(yīng)值。4、關(guān)閉主機箱電源，再按圖7-3配置接線，注意+、極性。5、合上主機箱電源，調(diào)節(jié)主機箱的024v 可調(diào)電壓（電壓表量程2v檔）就可以改變發(fā)光二極管的光照度。按表7-1進行標(biāo)定實驗（調(diào)節(jié)電壓源），得到照度電壓對應(yīng)值。6、根據(jù)表7-1畫出發(fā)光二極管的電流照度、電壓照度特性曲線。表7-1 發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對應(yīng)關(guān)系照度（lx）102030405060708090100電流（ma）/0.150.210.270.340.410.480.550.610.68電壓（v）2.632.702.762.812.842

35、.872.902.932.982.98照度（lx）110120130140150160170180190200電流（ma）0.750.830.900.971.051.121.201.271.351.42電壓（v）3.013.033.053.073.093.113.133.153.173.18照度（lx）210220230240250260270280290300電流（ma）1.501.581.661.731.811.881.962.042.122.20電壓（v）3.203.223.243.263.273.293.303.323.333.35電流照度特性曲線電壓照度特性曲線實驗三十一 硅光電池實

36、驗一、實驗?zāi)康?了解光電池的光照、光譜特性，熟悉其應(yīng)用。二、基本原理光電池是根據(jù)光生伏特效應(yīng)制成的，不需加偏壓就能把光能轉(zhuǎn)換成電能的p-n結(jié)的光電池器件。當(dāng)光照射到光電池的p-n結(jié)上時，便在p-n結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢。這種現(xiàn)象叫做“光生伏特效應(yīng)”，將光能轉(zhuǎn)化為電能。該效應(yīng)與材料、光的強度、波長等有關(guān)。三、實驗器材 主機箱、安裝架、光電器件實驗（一）模板、濾色片、普通光源、濾色鏡、照度計探頭、照度計模板探頭、硅光電池。四、實驗步驟1、光照特性光電池在不同照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動勢。它們之間的關(guān)系就是光照特性。實驗時，為了得到光電池的開路電壓voc和短路電流is，不要同時接入電壓表和電流表，

37、要錯時接入來測量數(shù)據(jù)。（1）光電池的開路電壓實驗 按圖7-7安裝接線，發(fā)光二極管的輸入電流由實驗二十七光照度對應(yīng)的電流值確定，讀取電壓表voc的測量值填入表7-6中。表7-6 光電池的開路電壓實驗數(shù)據(jù)照度（lx）0102030405060708090100voc（mv）00.250.280.300.310.320.330.340.350.36（2）光電池的短路電流實驗 按圖7-8接線，發(fā)光二極管的輸入電壓由實驗二十七光照度對應(yīng)的電壓值確定，讀取電壓表is的測量值填入表7-7中。表7-7 光電池的短路電流實驗數(shù)據(jù)照度（lx）0102030405060708090100is（ua）00.10.30

38、.81.31.72.12.63.13.53.92、根據(jù)表7-6、表7-7的實驗數(shù)據(jù)作出特性曲線圖。光電池的開路電壓特性曲線圖光電池的短路電流特性曲線實驗三十二 光纖傳感器的位移特性實驗一、實驗?zāi)康牧私夤饫w位移傳感器的工作原理和性能。二、基本原理本實驗采用的是傳光型光纖，它由兩束光纖混合后，組成y型光纖，半圓分布即雙d分布，一束光纖端部與光源相接發(fā)射光束，另一端部與光電轉(zhuǎn)換器相接接收光束。兩光束混合后的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距x，由光源發(fā)出的光纖傳到端部出射后再經(jīng)被測體反射回來，另一束光纖接收掛光信號由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電量，而光電轉(zhuǎn)換器的電量大小與間距x有關(guān)，因此可用于測量位移。三、

39、實驗器材 主機箱、光纖傳感器、光纖傳感器實驗?zāi)０濉y微頭、反射面。四、實驗步驟1、根據(jù)圖7-9示意安裝光纖傳感器和測微頭，兩束光纖分別插入實驗?zāi)０迳系墓怆娮小＝雍闷渌泳€。2、檢查接線無誤后，合上主機箱電源開關(guān)。 調(diào)節(jié)測微頭，使光反射面與y型光纖頭接觸；再調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系膔w電位器，使電壓表顯示0v。3、旋轉(zhuǎn)測微頭，被測體離開探頭，每隔0.1mm讀取電壓表顯示值，將數(shù)據(jù)填入表7-8中。根據(jù)表中數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算1mm測量范圍時的靈敏度和非線性誤差。表7-8 光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)x(mm)0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0v(v)00.290.560.851.131.411.661.91