2015年東南大學-傳感器技術實驗報告(共31頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上傳感器與檢測技術實驗報告姓名： 學號： 專業(yè)： 實驗室：機械動力樓518實驗時間：2015年11月20日至2015年12月18日同組成員: 評定成績：審閱教師：實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、 實驗目的了解金屬箔式應變片的應變效應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，這就是電阻應變效應。描述電阻應變效應的關系式為：式中：為電阻絲電阻相對變化，K為應變靈敏系數(shù)，為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變

2、化，電橋的輸出電壓反映了相應的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓。三、 實驗器材主機箱、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、 實驗步驟1. 根據(jù)接線示意圖安裝接線。2. 放大器輸出調零。將實驗模板上的放大器兩輸入端口引線暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接（）；調節(jié)放大器的增益電位器RW3大約到中間位置（先逆時針旋到底，再順時針旋轉2圈；將主機箱電壓表的量程切換開關打到2V檔，合上主機箱電源開關，調節(jié)實驗模塊放大器的調零電位器RW4，使電壓表顯示為零。3. 電橋調零。檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關，先粗調節(jié)Rw1，再細調RW4使數(shù)顯表顯示為零。4. 應變片單臂電橋實驗。在傳感器托盤上放

3、置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼并讀取相應的數(shù)顯表數(shù)值，記下實驗結果填入表五、 實驗數(shù)據(jù)記錄及分析測得數(shù)據(jù)如下：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）4101520253035404651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基本成線性關系，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；為滿量程輸出值，此處為51mv。=51mv，=200g，所以=0.6909mv，=51mv，所以六、 思考題單臂電橋工作時，作為橋臂電阻的應變片應選用：（1

4、）正（受拉）應變片；（2）負（受壓）應變片；（3）正、負應變片均可以。答：應變片受拉，所以選（1）正應變片。實驗二 金屬箔片應變片半橋性能實驗一、實驗目的比較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。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓。三、實驗器材主機箱、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調零。具體做法如實驗一3.電橋調零。具體做法如實驗一4.應變片半橋實驗。具體做法如實驗一五、實驗數(shù)據(jù)記錄及分析實驗結果如下：重量（g）20406080

5、100120140160180200電壓（mv）112031425160728190101實驗曲線如下所示：分析：從圖中可見，輸出電壓與加載重量成線性。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.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；為滿量程輸出值，此處為101mv。=101mv，=200g，所以=0.4182mv，=101mv，所以六、思考題1.半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（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)的電阻應變片接入

6、點橋時，應放在：（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）應變片應變效應是非線性的；（3）調零值不是真正為零。答：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應變片應變效應是非線性的。實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗一、實驗目的了解全橋測量電路的優(yōu)點二、基本原理全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應變片接入電橋對邊，相反的應變片接入電橋鄰邊。當應變片初始阻值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、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬

7、用表、導線等。四、實驗步驟1.根據(jù)接線示意圖安裝接線。2.放大器輸出調零。3.電橋調零。4.應變片全橋實驗五、實驗數(shù)據(jù)記錄及分析數(shù)據(jù)記錄如下表所示：重量（g）20406080100120140160180200電壓（mv）20416281101122141162182201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。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；為滿量程輸出值，此處為204 mv。=204mv，=200g，所以=0.3636mv，=204mv，所以六、思

8、考題1.測量中，當兩組對邊電阻值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.某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，能否及如何利用四組應變片組成電橋，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，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變，如果已知泊松比則可知縱向應變。對于右邊的一幅圖，可以選取R3、R4接入電橋對邊，則輸出為兩倍的縱向應變。兩種情況下都需要接入與應變片阻值相等的電阻組成電橋。3.金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性

9、度，根據(jù)實驗結果和理論分析，闡述原因，得出相應的結論。答：根據(jù)實驗結果可知：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，達到消除溫度誤差的效果。同時還能消除非線性誤差。結論：利用差動技術，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。4.金屬箔式應變片的溫度影響電阻應變片的溫度影響主要有兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)如何消除金屬箔式應變片的溫度影響？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、實驗目的了解差動變壓器的工作原理和特

10、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)內外層排列不同，有兩段式和三段式，本實驗采用三段式。當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電勢產生變化。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、差動變壓器實驗模板、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、導線等。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

11、變壓器次級輸出的Vp-p較小。然后擰緊螺釘，仔細調節(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差。數(shù)據(jù)表格如下：X(mm)-1.8-1.6-1.4-1.2-1.0-0.8-0.6-0.4-0.20.0V(mv)262.5232.5206.5174152128.596.578.547.530X(mm)0

12、.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(mv)48.578.597.5128.5152174205231.5262.5實驗曲線如下：分析：從圖中可見，曲線基本呈線性，關于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：受導線的集膚效應和鐵損等的影響，若頻率過大會導致靈敏度下降。2.試分析差動變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點：利用電磁感應原理工作。不同點：差動變壓器為開磁路，一、二次側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、二次側間的互感為常數(shù)。實驗八 差

13、動變壓器的應用振動測量實驗一、實驗目的了解差動變壓器測量振動的方法。二、基本原理由差動變壓器性能實驗基本原理可知，當差動變壓器的鐵芯連接桿與被測體連接時就能檢測到被測體的位移或振動。三、實驗器材主機箱、差動變壓器、差動變壓器實驗模板、移相器、相敏檢波器、濾波器模板、振動源、示波器。四、實驗步驟 1、將差動變壓器按圖3-5 卡在傳感器安裝支架的U 型槽上，并擰緊差動變壓器的夾緊螺母；調整傳感器安裝支架，使差動變壓器的鐵芯連桿與振動臺中心點磁鋼吸合，并擰緊傳感器安裝支架壓緊螺帽；再調節(jié)升降桿使差動變壓器鐵芯大約處于線圈的中心位置。2、按圖接線，并調整好有關部分，調整如下：（1）檢查接線無誤后，合上

14、主機箱電源開關，用頻率表、示波器監(jiān)測音頻振蕩器 LV 的頻率和幅值，調節(jié)音頻振蕩器的頻率、幅度旋鈕，使Lv輸出 45KHz、Vp-p=2V 的激勵電壓。（2）用示波器觀察相敏檢波器輸出（圖中低通濾波器輸出接的示波器改接到相敏檢波器輸出），調節(jié)升降桿（松開鎖緊螺釘轉動升降桿的銅套）的高度，使示波器顯示的波形幅值為最小。（3）仔細調節(jié)差動變壓器實驗模板的 RW1 和 RW2（交替調節(jié)）使示波器（相敏檢波器輸出）顯示的波形幅值更小，基本為零點。（4）用手按住振動平臺（讓傳感器產生一個大位移）仔細調節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為一個接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失變?yōu)橐粭l接

15、近零點線（否則再調節(jié) RW1 和 RW2）。（6）振動源的低頻輸入接上主機箱的低頻振蕩器，調節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平臺振蕩較為明顯。用示波器觀察相敏檢波器輸出及低通濾波器輸出波形。3、保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率，用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表 3-3。表 3-3f(Hz)369121518212427Vp-p(V)0.5140.891.1431.2100.4530.2680.2170.1630.1194、根據(jù)實驗結果作出梁的振幅頻率特性曲線，指出自振頻率的近似值，并與實驗四使用應變片測出的結果相比較。5、保持低頻振蕩器頻率不變，

16、改變振蕩幅度，同樣可得到振幅與電壓峰峰值Vp-p 曲線（定性）。6、注意事項：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。實驗完畢，關閉電源。實驗九 電容式傳感器的位移實驗一、實驗目的了解電容式傳感器結構及其特點。二、基本原理利用電容CAd的關系式，通過相應的結構和測量電路，可以選擇、A、d三個參數(shù)中保持二個參數(shù)不變，而只改變其中一個參數(shù)，就可以組成測介質的性質（變）、測位移（d變）和測距離、液位（A變）等多種電容傳感器。本實驗采用的傳感器為圓筒式變面積差動結構的電容式位移傳感器，如圖3-6所示：由二個圓筒和一個圓柱組成。設圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C

17、=2 ln(Rr)。圖中C1、C2是差動連接，當圖中的圓柱產生 X位移時，電容量的變化量為 C=C1C2=2 2 Xln(Rr)，式中2 、ln(Rr)為常數(shù)，說明 C與位移 X成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖3-6 電容式位移傳感器結構三、實驗器材主機箱、電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭。四、實驗步驟圖3-7 電容傳感器位移實驗原理圖1、按圖3-8將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上，實驗模板的輸出o1接主機箱電壓表的in。2、將實驗模板上的Rw調節(jié)到中間位置（方法：逆時針轉到底再順時傳圈）。 3、將主機箱上的電壓表量程（顯示選擇）開關打到檔，合上主機箱電源開關；旋轉測微頭改變

18、電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示，再轉動測微頭（向同一個方向）5圈，記錄此時測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點為實驗起點值；此后，反方向每轉動測微頭1圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉10圈讀取相應的電壓表讀數(shù)（單行程位移方向做實驗可以消除測微頭的回差）；將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出實驗曲線。X(mm)9.789.288.788.287.787.286.786.285.785.28V(mv)-357-296-217-144-72-464131196262表3-7 電容傳感器位移與輸出電壓值實驗曲線如下4、根據(jù)表3-7數(shù)據(jù)計算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差，；，。五、思考題試設計利用的變化測谷物濕

19、度的傳感器原理及結構？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？答：由于是測谷物的濕度的，當此傳感器放在谷物里面時，根據(jù)谷物的呼吸作用，用傳感器檢測呼吸作用的水分程度，從而判斷出谷物的濕度，當電容的S與D為恒定值時C=f(),稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，傳感器為兩個板，谷物從傳感器之間穿過。在設計過程中應考慮：感應器是否于谷物接觸的充分、谷物是否均勻的從傳感器之間穿過，而且要注意直板傳感器的邊緣效應。實驗十一 壓電式傳感器振動測量實驗一、 實驗目的了解壓電傳感器的測量振動的原理和方法二、 基本原理壓電式傳感器由慣性質量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成。（觀察實驗用壓電加速度計結構）

20、工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應，壓電陶瓷片上產生正比于運動加速度的表面電荷。三、 實驗器材主機箱、差動變壓器實驗模板、振動源、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，調節(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。低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，

21、調節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測，用示波器讀出峰峰值填入表格。五、 實驗數(shù)據(jù)記錄與分析頻率以及相應的峰峰值：f(Hz)578.51215172025V(p-p)0.350.9912.0061.921.231.110.960.756與實驗十四電渦流實驗振動測量實驗比較，可以看出，壓電式傳感器電壓峰峰值變化范圍更大，因此壓電式傳感器的靈敏度更高，測量結果更精確。六、 思考題1、根據(jù)實驗結果，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8.5Hz。，所以。實驗十二 電渦流傳感器位移實驗一、實驗目的了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。二

22、、基本原理通過交變電流的線圈產生交變磁場，當金屬體處在交變磁場時，根據(jù)電磁感應原理，金屬體內產生電流，該電流在金屬體內自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導體的電阻率、導磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離x等參數(shù)有關。電渦流的產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制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當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、電渦流傳感器實驗模板、電渦流傳感器、測微頭、被測體(鐵圓片)。四、實驗步驟1、觀察傳感器結構，這是一個平繞線圈。調節(jié)測

23、微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的5mm刻度值對準。根據(jù)圖22-4安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器（注意安裝順序：先將測微頭的安裝套插入安裝架的安裝孔內，再將被測體鐵圓片套在測微頭的測桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測微頭安裝套使被測體與傳感器端面想貼并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘）。2、調節(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切換到20V擋，檢查接線無誤后開啟主機箱電源開關，記下電壓表讀數(shù)，然后逆時針調節(jié)測微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)列入表格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

24、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）。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與分析電渦流傳感器位移與相應電壓值：X(mm)00.10.23.54.04.54.95.05.1V(v)0000000.010.060.13X(mm)5.25.35.45.55.65.75.85.96.0V(v)0.200.270.340.430.510.590.680.770.86X(mm)6.16.26.36.46.56.66.76.86.9V(v)0.961.051.141.241.341.451.551.651.75X(mm)7.07.17.68910111213V(v)1.

25、861.972.532.984.105.116.006.727.28X(mm)141515.515.615.715.815.916.016.1V(v)7.738.068.208.238.268.288.308.338.35X(mm)16.216.917.017.518.018.51919.520V(v)8.378.478.488.528.68.678.738.788.83X(mm)20.52121.121.221.321.421.5V(v)8.878.898.898.898.898.898.89從圖中可以看出位移在6mm11mm之間為線性區(qū)域，最佳工作點為位移為8.5mm時曲線上的點。利用擬合

26、法求靈敏度和非線性度：由于量程為線性范圍，因此把6mm處作為測量范圍的起點。測量范圍1mm：曲線擬合如下圖：靈敏度：，所以非線性誤差：所以測量范圍3mm：曲線擬合如下圖：靈敏度：，所以。非線性誤差：所以六、思考題1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量±5mm的量程應如何設計傳感器？答：電渦流傳感器的量程就是傳感器的線性范圍，它受到線圈半徑。被測體的性質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。實驗十四 電渦流傳感器振動測量實驗 一、實驗目的了解電渦流傳感器測量振動的原理與方法

27、。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、電渦流傳感器實驗模板、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)圖4-5 安裝電渦流傳感器。逆時針轉出壓緊螺母，裝上傳感器安裝支架再順時針轉動壓緊螺母并接線。2、將主機箱中的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時針轉到底（低頻輸出幅度為零），檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關。3、調節(jié)振動源中的傳感器升降桿（松開鎖緊螺釘，粗調升降桿再細調調節(jié)螺母），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（這時感器端面與被測體振動臺面之間的安裝距離為線形區(qū)域的中點位置

28、附近）。擰緊鎖緊螺釘。4、順時針慢慢調節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕，使低頻振蕩器輸出的電壓峰峰值為2（用示器監(jiān)測）；調節(jié)低頻振蕩器振蕩頻率為325Hz 之間變化（用頻率表監(jiān)測），頻率每增加2Hz 記錄低通濾波器輸出端Vo 的值（用示波器監(jiān)測）。表4-6f（Hz）25811141720232628Vo（v）0.1150.1430.1570.4180.1370.1230.1160.1160.1150.1035、畫出fVo 特性曲線,由曲線估算振動臺的諧振頻率（Vo 最大時對應頻率）。實驗完畢，關閉電源。實驗十五直流激勵時線性霍爾傳感器的位移特性實驗一、實驗目的了解霍爾式傳感器原理與應用。二、基本原理 根據(jù)

29、霍爾效應，霍爾電勢，當霍爾元件處在梯度中運動時，它的電勢會發(fā)生變化，利用這一性質可以進行位移測量。三、實驗器材 主機箱、霍爾傳感器實驗模板、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打到2V檔。2、檢查接線無誤后，開啟電源，調節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。3、向某個方向調節(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(mm)1313.213.413.613.81414.214.4V(mV)-1217-1096-976-849-719-595-465-34

30、6X(mm)14.614.815.015.215.415.615.816.0V(mV)-230-1090.02116222324424507X(mm)16.216.416.616.817.0V(mV)579635677716748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：反映的是磁場的變化。實驗十七 霍爾轉速傳感器測電機轉速實驗一、實驗目的了解霍爾轉速傳感器的應用。二、基本原理 利用霍爾效應表達式：，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉一周磁場就變化N此。每

31、轉一周霍爾電勢就同頻率相應變化，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速。三、實驗器材主機箱、霍爾轉速傳感器、振動源。四、實驗步驟1、根據(jù)示意圖將霍爾轉速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準轉盤上的磁鋼并調節(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，將主機箱中的轉速調節(jié)電源224V旋鈕調到最小，接入電壓表，監(jiān)測大約為1.25V；關閉主機箱電源，將霍爾轉速傳感器、轉動電源按照示意圖分別接到主機箱的相應電源和頻率/轉速表的Fin上。3、合上主機箱電源開關，在小于12V的范圍內調節(jié)主機箱的轉速調節(jié)電源，觀察電機轉動及轉速表的顯示情況。4、從

32、2v開始紀錄，每增加1v相應電機轉速的數(shù)據(jù)。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及分析數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉速37060083010601300電壓（v）7891011轉速15201750197022002430畫出電機的vn特性曲線：由上圖可知，轉速與電壓呈線性關系。六、思考題1、利用霍爾元件測轉速，在測量上是否有限制？答：有。當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，但是會降低分辨率。實驗十八 磁電式轉速傳感器測電機轉速一、實驗目的了解磁電式測量轉速的原理。二、基本原理基于電磁感應原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中的感應電勢：發(fā)生變化，因此

33、當轉盤上嵌入N個磁棒時，每轉一周線圈感應電勢產生N次變化，通過放大、整形和計數(shù)等電路即可測量轉速。三、實驗器材主機箱、磁電式傳感器、轉動源。四、實驗步驟磁電式轉速傳感器不用接電源，其余和實驗十七相同。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與分析數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉速38067087010901300電壓（v）7891011轉速15201740197021902420畫出電機vn特性曲線：當電壓為2V時，轉速是圍繞380r/min上下波動的六、思考題1、為什么磁電式轉速傳感器不能測很低速的轉動，能說明理由嗎？答：磁電式是利用改變，使發(fā)生變化，從而使其線圈產生，如果轉速很慢，改變也很慢，的變化也很慢，就會很

34、小，就不能正確地測定轉速。實驗二十七 發(fā)光二極管（光源）的照度標定實驗一、實驗目的了解發(fā)光二極管的工作原理；做出工作電流與光照度的對應關系及工作電壓與光照度的對應關系曲線，為以后實驗做好準備。二、基本原理半導體發(fā)光二極管筒簡稱LED。它是由-族化合物制成，其核心是PN結。因此它具有一般二極管的正向導通及反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還有發(fā)光特性。當加上正向激勵電壓或電流時，在外電場的作用下，在PN結附近產生導帶電子和介帶空穴，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)載流子復合而發(fā)光。假設發(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合而發(fā)光

35、，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心捕獲，再與空穴復合，每次釋放的能量不大，以熱能的形式輻射出來。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光的復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內發(fā)光，所以光僅在靠近PN結面數(shù)um以內產生。發(fā)光二級管的發(fā)光顏色由制作二極管的半導體化合物決定。本實驗使用純白高亮發(fā)光二極管。三、實驗器材主機箱（020mv可調恒流源、電流表、024V可調電壓源、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。3、調節(jié)主機箱中恒流源電流大?。妷罕?/p>

36、量程20mA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)光二極管的其中一根線頭，則光照度為0。按表格進行標定實驗（調節(jié)恒流源），得到照度電流對應值。4、關閉主機箱電源，再按圖7-3配置接線，注意+、極性。5、合上主機箱電源，調節(jié)主機箱的024v 可調電壓（電壓表量程2v檔）就可以改變發(fā)光二極管的光照度。按表格進行標定實驗（調節(jié)電壓源），得到照度電壓對應值。6、根據(jù)表格畫出發(fā)光二極管的電流照度、電壓照度特性曲線。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及分析發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對應關系：照度（Lx）102030405060708090100電流（mA）0.440.570.680.780

37、.890.981.071.151.221.31電壓（V）2.592.622.652.672.702.722.742.772.792.81照度（Lx）110120130140150160170180190200電流（mA）1.411.501.581.681.761.841.911.972.032.14電壓（V）2.822.842.862.872.902.922.932.962.982.99照度（Lx）210220230240250260270280290300電流（mA）2.242.322.412.502.592.672.782.882.983.06電壓（V）3.013.023.033.053.

38、073.083.103.123.133.15實驗二十八光敏電阻特性實驗一、實驗目的了解光敏電阻的光照特性和伏安特性。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)過渡到自由狀態(tài)，引起電導率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導效應。光電導效應是半導體材料的一種體效應。光照愈強，器件自身的電阻愈小。基于這種效應的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強、波長和外加電壓有關。實驗原理圖如下圖。三、實驗器材主機箱、光電器件實驗（一）模板、光敏電阻、發(fā)光二極管。四、實驗步驟1、亮電阻和暗電阻測量（1）按照下圖接線（注意插孔顏色對應相連）。打開主機箱電源，將±2V±1

39、0V的可調電源開關打到10V檔，再緩慢調節(jié)024V可調電源，使發(fā)光二極管兩端電壓為光照度為100Lx時的電壓值（實驗二十七的標定值）。（2）10秒鐘左右讀取電流表的值為亮點流I亮（電流表20mA檔）。（3）將024V可調電源的調節(jié)旋鈕逆時針方向緩慢旋到底后，10秒鐘左右讀取電流表的值為暗電流I暗。（4）根據(jù)以下公式，計算亮阻和暗阻（照度100Lx）：R亮=U測I亮R暗=U測I暗2、光照特性測量光敏電阻的兩端電壓為定值時，光敏電阻的光電流隨光照強度的變化而變化，它們之間的關系是非線性的。調節(jié)024V電壓得到不同的光照度（根據(jù)實驗二十七光照度對應的電壓值），測得數(shù)據(jù)填入表格，并做出光電流與光照度的

40、曲線圖。3、伏安特性實驗數(shù)據(jù)光敏電阻在一定的光照強度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。測量時，光照強度為定值時（如100Lx），光敏電阻輸入0V、2V10V六檔電壓，測得光敏電阻上的電流值填入表格，并在同一坐標圖中做出不同照度的三條伏安特性曲線。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及分析光照特性測量數(shù)據(jù)：光照度（Lx）0102030405060708090100光電流（mA）00.500.660.881.001.161.321.431.581.671.77伏安特性實驗數(shù)據(jù)：光敏電阻電壓（V）0246810照度Lx10Lx電流（mA）00.080.170.270.360.4550Lx電流（mA）00.220.450

41、.690.921.16100Lx電流（mA）00.340.691.051.411.77六、思考題 1、為什么測光敏電阻亮阻和暗阻要經過10秒后再讀數(shù)？ 答： 因為光敏電阻是依靠非平衡載流子效應工作的，非平衡載流子的產生與復合都是一個時間過程，此過程在一定程度上影響光敏電阻對光照的響應。因此，測亮阻和暗阻時要考慮此時間過程，一般取值10秒實驗二十九光敏二極管特性實驗一、實驗目的了解光敏二極管工作原理及特性。二、基本原理當入射光子在本征半導體的p-n結及其附近產生電子空穴對時，光生載流子受勢壘區(qū)電場作用，電子漂移到n區(qū)，空穴漂移到p區(qū)。電子和空穴分別在N區(qū)和p區(qū)積累，

42、兩端便產生電動勢，這稱為光生伏特效應，簡稱光伏效應。光敏二極管基于這一原理。如果在外電路把p-n短接，就產生反向的短路電流，光照時反向電流會增加，并且光電流和照度基本呈線性關系。三、實驗器材主機箱、光電器件實驗（一）模板、光敏二極管、發(fā)光二極管。四、實驗步驟1、光照特性將實驗二十八圖中的光敏電阻更換成光敏二極管（注意接孔線的顏色相對應），測量光敏二極管的亮電流和暗電流。暗電流測試：將主機箱中的±2V±10V的可調電源開關打到6V，合上主機箱電源，將024V可調穩(wěn)壓電源的調節(jié)旋鈕逆時針緩慢旋到底，讀取主機箱上電流表的值即為光敏二極管的暗電流。暗電流基本為0uA，一般光敏二極管小于0.1uA，暗電流越小越好。亮點流測試：順時針方向緩慢的調節(jié)024V可調電源，輸出相應的照度電壓值，將測量數(shù)據(jù)填入表格。根據(jù)表格數(shù)據(jù)，畫出光敏二極管工作電壓為6V時的ILx曲線。2、伏安特性測量光敏二極管在一定的光照強度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。測量時，在給定光照強度時，光敏二極管輸入0V、2V10V六檔可調電壓，測得光敏二極管上的電流值填入表格。在同一坐標中作出不同照度的伏安特性曲線族。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與分析光照度（Lx）0102030405060708090100光電流（uA）00.