東南大學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)報(bào)告測(cè)控技術(shù)及儀器

1、 傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 院 系：儀器科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 實(shí) 驗(yàn) 室： 機(jī)械樓5樓 同組人員： 評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： 傳感器第一次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(jī)械形變時(shí)，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(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過(guò)它反映被測(cè)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(zhǎng)度相對(duì)變化。三

2、、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤(pán)、砝碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)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)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)。測(cè)得數(shù)據(jù)如下，并且使用Matlab的cftool工具箱畫(huà)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）05.210.215.319.62529.636.341.646.550.8擬合值（mv）-0.24.9 10.0 15.2 20.3 25.5 30.6 35.7 40.9 46.0 51.2 系統(tǒng)靈敏度S=UW=0.257V/Kg (即直線斜率)，非線性誤差= my

3、FS=1.00450.8*100%=2% 五、思考題 單臂電橋工作時(shí)，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(fù)（受壓）應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。答：（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。因?yàn)槭菃伪酃ぷ?，所以?duì)工作臂的應(yīng)變片應(yīng)該沒(méi)有正負(fù)要求，可以調(diào)成工作臂的位置或輸出電壓接線方向，使電壓表測(cè)得正電壓值。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊珮驕y(cè)量電路的優(yōu)點(diǎn)二、基本原理 全橋測(cè)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(shí)，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

4、都得到了改善。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P(pán)、砝碼、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)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?yàn) 數(shù)據(jù)記錄如下表所示，并且使用Matlab的cftool工具箱畫(huà)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）021.142.364.185.1106.2127.7150171.3192.2212擬合值（mv）-0.121.2 42.6 63.9 85.2 106.5 127.9 149.2 170.5 191.8 213.2 系統(tǒng)靈敏度S=UW=1.066V/Kg (

5、即直線斜率)，非線性誤差= myFS=1.173212*100%=0.6% ，可見(jiàn)全橋的靈敏度是單臂電橋的4倍，且非線性度下降。五、思考題1.測(cè)量中，當(dāng)兩組對(duì)邊電阻值R相同時(shí)，即R1=R3，R2=R4，而R1R2時(shí)，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。答：（2）不可以。電橋平衡條件為：R1R3=R2R4。2.某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測(cè)試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，能否利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。答：左圖中，2列2行共4個(gè)應(yīng)變片對(duì)稱(chēng)分布于測(cè)試棒上，檢測(cè)試件橫向拉力，如果已知試件泊松比則可知試件縱向應(yīng)變。任取一行2個(gè)應(yīng)變片接入電橋一臂作為工作臂，或者接入電橋?qū)Ρ?，選取外加電

6、阻使電橋平衡；右圖中，左邊一列應(yīng)變片檢測(cè)試件縱向拉力，左邊一列檢測(cè)橫向，可以選取左邊一列接入電橋一臂，或者接入電橋?qū)Ρ?，選取外加電阻使電橋平衡，根據(jù)泊松比算出試件的縱向應(yīng)變。3.金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，全橋的靈敏度最高，線性度最好。理論上，靈敏度： 單臂 ，半橋 ，全橋 。 非線性度：?jiǎn)伪郏↘為應(yīng)變計(jì)靈敏系數(shù)），半橋 ，全橋 。 全橋的輸出特性為相鄰臂為和，相對(duì)臂為差，其和差特性能消除非線性誤差。實(shí)驗(yàn)五 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解差動(dòng)變壓器的工作原理和

7、特性。二、基本原理 差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及一個(gè)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(shí)驗(yàn)采用三段式。 當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化。將兩只次級(jí)反向串接，引出差動(dòng)電勢(shì)輸出。其輸出電勢(shì)反映出被測(cè)物體的移動(dòng)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y(cè)微頭、雙蹤示波器、萬(wàn)用表、導(dǎo)線等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按照接線圖連接線路。2.差動(dòng)變壓器L1的激勵(lì)電壓從主機(jī)箱中的音頻振蕩器的Lv端引入，音頻振蕩器的頻率為45KHz，本次實(shí)驗(yàn)選取4561Hz，輸出峰峰值為2V。3.松開(kāi)測(cè)微頭

8、的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使變壓器次級(jí)輸出的Vp-p較小。然后擰緊螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使變壓器的次級(jí)輸出Vp-p為最小值（零點(diǎn)殘余電壓，約為0.035v），定義為位移的相對(duì)零點(diǎn)。4.從零點(diǎn)開(kāi)始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔0.2mm（微分筒轉(zhuǎn)過(guò)20格）從示波器上讀出示波器的輸出電壓Vp-p，記入表格中。一個(gè)方向結(jié)束后，退到零點(diǎn)反方向做相同的實(shí)驗(yàn)。5.根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)畫(huà)出Vop-p X曲線，做出位移為±1mm、±3mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。數(shù)據(jù)表格如下：X(mm)00.20.40.60.811.21.41.61.82.0V(mv)355073101124152175199

9、225253271擬合值(mv)28 53 77 102 126 151 175 200 224 249 273 X(mm)-2.0-1.8-1.6-1.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.20V(mv)276248227201178147124101775137擬合值(mv)274 249 225 200 176 152 127 103 78 54 29 實(shí)驗(yàn)曲線如下：位移為1mm時(shí)， 靈敏度為122.136V/m，非線性度= myFS=7271*100%=2.6%；位移為-1mm時(shí)，靈敏度為122.5V/m，非線性度= myFS=8276*100%=2.9%差動(dòng)式變壓器使用了差動(dòng)式

10、次級(jí)線圈，使輸出的非線性較好。 五、思考題1.用差動(dòng)變壓器測(cè)量，振動(dòng)頻率的上限受什么影響？答：受自感線圈的自感系數(shù)、互感線圈的互感系數(shù)、導(dǎo)線的集膚效應(yīng)和鐵損等的影響，電路系統(tǒng)存在一個(gè)上限頻率，若輸入頻率過(guò)大會(huì)導(dǎo)致輸出電壓幅度變小，傳感器靈敏度下降。2.試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？答：它們都利用電磁感應(yīng)原理工作。但是差動(dòng)式變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的互感系數(shù)是可變的，當(dāng)鐵芯處于中間位置時(shí)，差動(dòng)次級(jí)輸出為0，當(dāng)鐵芯上下移動(dòng)，互感系數(shù)變化，根據(jù)次級(jí)輸出可以計(jì)算出鐵芯的位移，由此可以測(cè)量諸如位移、速度等物理量；而一般的電源變壓器互感系數(shù)固定，主要用于把輸入低壓變?yōu)楦邏狠敵龌虬演斎氲蛪鹤優(yōu)楦邏?/p>

11、輸出。傳感器第二次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)九 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理利用電容CAd的關(guān)系式，通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路，可以選擇、A、d三個(gè)參數(shù)中保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，就可以組成測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測(cè)位移（d變）和測(cè)距離、液位（A變）等多種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，如圖3-6所示：由二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長(zhǎng)為x，則電容量為C=2 ln(Rr)。 圖中C1、C2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生 X位移時(shí)，電容量的變化量為 C=C1C2=2 2 Xln(Rr)，

12、式中2 、ln(Rr)為常數(shù)，說(shuō)明 C與位移 X成正比，配上配套測(cè)量電路就能測(cè)量位移。圖3-6 電容式位移傳感器結(jié)構(gòu)三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟圖3-7 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)原理圖1、按圖3-8將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，?shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鰋1接主機(jī)箱電壓表的in。2、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳圈）。 3、將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）開(kāi)關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)； 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示 ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭（向同一個(gè)方向）5圈，記錄此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值；此后

13、，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭1圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)，共轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)（單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的回差）； 將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)曲線如下4、根據(jù)表3-7數(shù)據(jù)計(jì)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(shè)計(jì)利用的變化測(cè)谷物濕度的傳感器原理及結(jié)構(gòu)？能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮 哪些因素？答：由于是測(cè)谷物的濕度的，當(dāng)此傳感器放在谷物里面時(shí)，

14、根據(jù)谷物的呼吸作用，用傳感器檢測(cè)呼吸作用的水分程度，從而判斷出谷物的濕度，當(dāng)電容的S與D為恒定值時(shí)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(gè)板，谷物從傳感器之間穿過(guò)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮：感應(yīng)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(guò)，而且要注意直板傳感器的邊緣效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)十一 壓電式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y(cè)量振動(dòng)原理和方法。二、基本原理 壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電片等組成。工作時(shí)傳感器感受與試件相同的振動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度的表面電荷。三、實(shí)驗(yàn)器

15、材主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振?dòng)源、示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按照連線圖將壓電傳感器安裝在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)源的低頻輸入接主機(jī)箱的低頻振蕩器，其它連線按照?qǐng)D示接線。2、合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率和幅度旋鈕使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，觀察低通濾波器輸出波形。3、用示波器的兩個(gè)通道同時(shí)觀察低通濾波器輸入和輸出波形；在振動(dòng)臺(tái)正常振動(dòng)時(shí)用手指敲擊振動(dòng)臺(tái)，同時(shí)觀察輸出波形的變化。4、改變振動(dòng)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，調(diào)節(jié)頻率，用頻率表監(jiān)測(cè)，用示波器讀出峰峰值填入表格。f(Hz)571215172025V(p-p)0.1780.6761.0110.6180.5160.42

16、50.309實(shí)驗(yàn)曲線：五、思考題根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道振動(dòng)臺(tái)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(shí)驗(yàn)曲線可知，振動(dòng)臺(tái)的自然頻率大約為11Hz。，所以。實(shí)驗(yàn)十二 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。二、基本原理通過(guò)交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬體處于交變磁場(chǎng)時(shí)，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(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬體的電阻率、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(chǎng)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)

17、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(shí)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、電渦流傳感器、測(cè)微頭、被測(cè)體（鐵圓片）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，根據(jù)示意圖安裝測(cè)微頭、被測(cè)體、電渦流傳感器并接線。2、調(diào)節(jié)測(cè)微頭使被測(cè)體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開(kāi)關(guān)切換到20V檔，檢查接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)填入下表：X(mm)4.254.354.454.554.654.754.854.955.05V(v)00000.010.090.180.280.38X(mm)

18、5.155.255.355.455.555.655.755.855.95V(v)0.480.580.690.790.900.991.201.301.43X(mm)6.056.156.256.356.456.556.656.756.85V(v)1.561.681.791.912.052.182.392.442.57X(mm)6.957.057.157.25 7.35 7.457.557.657.75V(v)2.722.863.003.123.283.433.583.723.86X(mm)7.857.958.058.158.258.358.458.558.65V(v)4.014.144.324.4

19、34.594.744.895.055.15X(mm)8.758.858.959.059.159.259.359.459.55V(v)5.325.465.585.715.886.06.126.276.42X(mm)9.659.759.859.9510.0510.1510.2510.3510.45V(v)6.546.666.786.917.037.147.267.337.44X(mm)10.5510.6510.7510.8510.9511.0511.1511.2511.35V(v)7.597.707.797.887.968.028.188.218.25X(mm)11.4511.5511.6511.

20、7511.85V(v)8.448.538.598.598.593、畫(huà)出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)（即曲線線性段的中點(diǎn)）。試計(jì)算測(cè)量范圍為1mm與3mm時(shí)的靈敏度和非線性度（可以用端點(diǎn)法或其他擬合直線）。最佳工作點(diǎn)測(cè)量范圍1mm： 靈敏度：， 所以 非線性度： 所以 測(cè)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(cè)量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)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(cè)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(jìn)行非接觸位移測(cè)量時(shí)，如

21、何根據(jù)量程使用選用傳感器？答：要保證所測(cè)量的位移在所選的傳感器量程范圍內(nèi)。傳感器第三次實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)十五 直流激勵(lì)時(shí)線性霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(shì)，當(dāng)霍爾元件處在梯度中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢(shì)會(huì)發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測(cè)量。三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅?、測(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按示意圖接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程開(kāi)關(guān)打到2V檔。2、檢查接線無(wú)誤后，開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)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(gè)方向調(diào)節(jié)測(cè)微頭2mm，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)； 再反向調(diào)節(jié)

22、測(cè)微頭，沒(méi)增加0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄入表格：X(mm)1313.213.413.613.81414.214.4V(mV)-1217-1096-976-849-719-595-465-346X(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(jì)算不同測(cè)量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。±2mm時(shí)靈敏度： 所以 。非線性度： 所以 五、思考題本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量

23、的變化？答：反映的是磁場(chǎng)的變化。實(shí)驗(yàn)十七 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(dá)式：，當(dāng)被測(cè)圓盤(pán)上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤(pán)每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化N此。每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過(guò)放大、整和計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)就可以測(cè)量被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、振動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)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(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤(pán)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(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224V旋鈕調(diào)到最小，接入電壓表，監(jiān)測(cè)大約為1.25V； 關(guān)

24、閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按照示意圖分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表的Fin上。3、合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)，在小于12V的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2v開(kāi)始紀(jì)錄，每增加1v相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。電壓（v）23456轉(zhuǎn)速38062084010701280電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201750197022002410畫(huà)出電機(jī)的vn特性曲線。五、思考題1、利用霍爾元件測(cè)轉(zhuǎn)速，在測(cè)量上是否有限制？答：有。當(dāng)被測(cè)體是磁性體時(shí)不能用霍爾元件測(cè)量。2、本實(shí)驗(yàn)裝置上用了六只磁鋼，能否用一只磁鋼？答：可以，但是會(huì)降低分辨率。實(shí)驗(yàn)十八 磁電式轉(zhuǎn)速傳感

25、器測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獯烹娛綔y(cè)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(chǎng)的磁通變化時(shí)，線圈中的感應(yīng)電勢(shì)：發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)上嵌入N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生N次變化，通過(guò)放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、磁電式傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不用接電源，其余和實(shí)驗(yàn)十七相同。數(shù)據(jù)記錄：電壓（v）23456轉(zhuǎn)速70081095011201310電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201730192019802270畫(huà)出電機(jī)vn特性曲線：五、思考題為什么磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測(cè)很低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，能說(shuō)明理由么？磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是利用旋轉(zhuǎn)體改變

26、磁路，使磁通量發(fā)生變化，從而使其線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，如果轉(zhuǎn)速很慢，旋轉(zhuǎn)體改變磁路也很慢，磁通量的變化也很慢，感應(yīng)電壓就會(huì)很小，就無(wú)發(fā)正確地測(cè)定轉(zhuǎn)速。傳感器第四次實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)二十七 發(fā)光二極管（光源）的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(duì)應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實(shí)驗(yàn)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)胺聪蚪刂埂舸┨匦浴４送?，在一定條件下，它還有發(fā)光特性。當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場(chǎng)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

27、N區(qū)，進(jìn)入對(duì)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(jià)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，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(lái)。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)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(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)um以?xún)?nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二級(jí)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(shí)驗(yàn)使用純白高亮發(fā)光二極管。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱（020mv可調(diào)恒流源、電流表、024V可調(diào)電壓源、照度表），照度計(jì)探頭，發(fā)光二極管，遮光筒。四、實(shí)

28、驗(yàn)步驟1、按照示意圖7-2接線，注意+、極性。2、檢查接線無(wú)誤后，合上主機(jī)箱電源開(kāi)關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機(jī)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)光二極管的其中一根線頭，則光照度為0。按表7-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對(duì)應(yīng)值。4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖7-3配置接線，注意+、極性。5、合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)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。表7-1 發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系照度（Lx）0102030405060708090100電流（mA）00.200.280.350

29、.420.470.510.570.630.690.75電壓（V）02.582.612.642.662.682.702.712.732.752.76照度（Lx）110120130140150160170180190200電流（mA）0.810.870.930.981.041.101.161.211.281.33電壓（V）2.772.792.812.822.842.852.862.872.882.89照度（Lx）210220230240250260270280290300電流（mA）1.401.461.511.581.641.701.761.821.891.96電壓（V）2.912.922.932

30、.942.962.982.992.993.003.016、根據(jù)表7-1畫(huà)出發(fā)光二極管的電流照度、電壓照度特性曲線。圖7-1 發(fā)光二極管的電流-照度圖（橫坐標(biāo)電流A，縱坐標(biāo)照度Lx）圖7-2發(fā)光二極管的電壓-照度圖（橫坐標(biāo)電流A，縱坐標(biāo)照度Lx）實(shí)驗(yàn)二十八 光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷綦娮璧墓庹仗匦院头蔡匦远?、基本原理在光線作用下，電子吸收光子的能量，從鍵合狀態(tài)過(guò)渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻越小?；谶@種效應(yīng)的光電器件稱(chēng)光電敏電阻，光敏電阻無(wú)極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波長(zhǎng)和外加電壓有關(guān)。三、實(shí)驗(yàn)

31、步驟1、亮電阻和暗電阻的測(cè)量（1）將光敏電阻和電流表串聯(lián)，兩端并聯(lián)電壓表（內(nèi)接法），電壓表正極接一上拉電阻至VCC。光敏電阻接受一個(gè)發(fā)光二級(jí)管的光照，中間有一個(gè)遮光筒。調(diào)節(jié)發(fā)光二級(jí)光的供電電壓，查表7-1，使光照度為100Lx。（2）10s左右讀取光敏電阻電流值，作為亮電流I亮。（3）緩慢調(diào)節(jié)二極管供電電壓減到0V，10s左右讀取電流值，作為暗電流I暗。（4）根據(jù)以下公式，計(jì)算亮阻和暗阻（照度100Lx）：I亮=1.67mA，U亮=10V， R亮=U/I=6kI暗=0mA，U暗=10V， R暗=U/I=2、光照特性測(cè)量光敏電阻的兩端電壓為定值時(shí)，光敏電阻的光電流隨光照強(qiáng)度的變化而變化，它們之間

32、的關(guān)系是非線性的。調(diào)節(jié)不同光照度，做出光電流與光照度的曲線圖。表7-2 光照特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)光照度（Lx）0102030405060708090100光電流00.430.660.870.961.131.31.341.481.651.72圖7-3光敏電阻光電流-光照度曲線3、伏安特性的測(cè)量光敏電阻在一定光照強(qiáng)度下，光電流隨外加電壓的變化而變化。測(cè)量時(shí)，光照強(qiáng)度為定值下，光敏電阻輸入6檔電壓，測(cè)得光敏電阻上的電流值如表7-3，在同一坐標(biāo)圖中做出不同照度的三條伏安特性曲線。表7-3 光敏電阻伏安特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)光敏電阻電壓（V）0246810照度Lx10電流（mA）00.080.170.260.350.44

33、50電流（mA00.220.450.480.921.15100電流（mA00.320.660.991.331.68圖7-4 光敏電阻伏安特性四、思考為什么測(cè)光電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過(guò)10s后才讀數(shù)？這是光敏電阻的缺點(diǎn)，只能應(yīng)用于什么狀態(tài)？答：這說(shuō)明光電阻的光電導(dǎo)效應(yīng)有響應(yīng)時(shí)間，不能用于快速動(dòng)態(tài)檢測(cè)的場(chǎng)合。實(shí)驗(yàn)三十一 硅光電池實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(shí)，便在P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。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、

34、光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等有關(guān)。三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、安裝架、光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板、濾色片、普通光源、濾色鏡、照度計(jì)探頭、照度計(jì)模板探頭、硅光電池。四、實(shí)驗(yàn)步驟光電池在不同照度下，產(chǎn)生不同的光電流和光生電動(dòng)勢(shì)。它們之間的關(guān)系就是光照特性。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了得到光電池的開(kāi)路電壓Voc和短路電流Is，不要同時(shí)接入電壓表和電流表，要錯(cuò)時(shí)接入來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)。（1）光電池的開(kāi)路電壓實(shí)驗(yàn) 按圖7-7安裝接線，發(fā)光二極管的輸入電流由實(shí)驗(yàn)二十七光照度對(duì)應(yīng)的電流值確定，讀取電壓表Voc的測(cè)量值填入表7-4中。表7-4 光電池的開(kāi)路電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)照度（lx）0102030405060708090100Voc（mv）0300320330340340350350350360360（2）光電池的短路電流實(shí)驗(yàn) 1、 按圖7-8接線，發(fā)光二極管的輸入電壓由實(shí)驗(yàn)二十七光照度對(duì)應(yīng)的電壓值確定，讀取電壓表Is的測(cè)量值填入表7-5中。表7-5 光電池的短路電流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)照度（lx）010203