傳感器檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 傳感器與檢測技術(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 業(yè)： 測控技術(shù)與儀器 實(shí) 驗(yàn) 室： 機(jī)械樓5樓 同組人員： 評定成績： 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

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、砝碼、萬用表、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)。測得數(shù)據(jù)如下，并且使用Matlab的cftool工具箱畫出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）01.12.13.14.25.36.47.58.59.610.7擬合值（mv）-0.031.042.103.184.255.326.397.468.539.6010.67|mx|0.030.0600.080.050.020.010.040.0300.03由matlab擬

3、合結(jié)果得到，其相關(guān)系數(shù)為0.9998，擬合度很好，說明輸出電壓與應(yīng)變計(jì)上的質(zhì)量是線性關(guān)系，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較準(zhǔn)確。系統(tǒng)靈敏度S=UW=0.0535V/Kg (即直線斜率)，非線性誤差= myFS=0.0810.7100%=0.75% 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：（1）負(fù)（受壓）應(yīng)變片；因?yàn)閼?yīng)變片受壓，所以應(yīng)該選則（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片。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量電路的優(yōu)點(diǎn)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

4、。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?、托盤、砝碼、萬用表、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工具箱畫出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的線性擬合曲線：重量（g）020406080100120140160180200電壓（mv）0591318222731364045擬合值（mv）0.0454.518.9713.4417.9022.3726.8331.2935.764

5、0.2244.69|mx|0.0450.490.030.440.100.370.170.290.240.220.31由matlab擬合結(jié)果得到，其相關(guān)系數(shù)為0.9995，比上個(gè)實(shí)驗(yàn)中的單臂電橋線性度差，跟理論存在誤差。系統(tǒng)靈敏度S=UW= 0.2232V/Kg (即直線斜率)，非線性誤差= myFS=0.4945100%1.1% ，可見全橋的靈敏度是單臂電橋的4倍可以看出，但非線性度卻高于單臂電橋。按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對于靈敏度的測量時(shí)符合理論值的，但是非線性誤差是有誤的，分析其原因可能是測量過程中的儀器調(diào)節(jié)、讀數(shù)誤差、以及儀器本身存在的問題。我們在做實(shí)驗(yàn)的過程中，儀器存在一定問題，總是很難調(diào)節(jié)或者

6、得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，不夠精準(zhǔn)。五、思考題1.測量中，當(dāng)兩組對邊電阻值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。因?yàn)殡姌蚱胶獾臈l件為：R1R3=R2R4。2.某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時(shí)在棒材上貼了兩組應(yīng)變片，如圖2-8，能否如何利用四組應(yīng)變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖2-8 受拉力時(shí)應(yīng)變式傳感器圓周面展開圖答：能夠利用它們組成電橋。（a）圖中 4個(gè)應(yīng)變片對稱分布于測試棒上，檢測試件橫向拉力，如果已知試件泊松比則可知試件縱向應(yīng)變。任意選取兩個(gè)電阻接入電橋的對邊，輸出為兩倍的橫向應(yīng)變，并選取外加電阻使電橋平衡；（b）圖中R

7、3、R4應(yīng)變片檢測試件縱向拉力，R1、R2檢測橫向拉力，可以選取R3、R4接入電橋?qū)叄敵鰹閮杀兜目v向應(yīng)變。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(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。注意：比較實(shí)驗(yàn)中，（a）、（b）、（c）放大電路的放大器增益必須相同。 （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖2-9 應(yīng)變電橋 單臂U0 U1U3(R1R1)/(R1R1R2)R4/(R3R4)E（1R1/R1）/（1R1/R1R2/R2）（R4/R3）/（1R4/R3）

8、E設(shè)R1R2R3R4，且R1/R1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 。如前所述，由于外界因素，導(dǎo)致我們的非線性誤差的計(jì)算存在很大偏差，但是就根據(jù)理論分析來看，全橋利用差動(dòng)技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。全橋利用差動(dòng)技術(shù)，能有效地提高靈敏度、降低非線性誤差、有效地補(bǔ)償溫度誤差。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(gè)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(shí)，即使被測體受力狀態(tài)不變，輸出也會(huì)有變化。 按照全橋性能實(shí)驗(yàn)步驟，將20

9、0g砝碼放在砝碼盤上，在數(shù)顯表上讀取數(shù)值Uo1。 將主機(jī)箱中直流穩(wěn)壓電源5V、地（）接于實(shí)驗(yàn)?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-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：可以采用溫度自補(bǔ)償法或者橋路補(bǔ)償法。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特性。二、基本原理 差動(dòng)變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個(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，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生

10、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(dòng)電勢輸出。其輸出電勢反映出被測物體的移動(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?、測微頭、雙蹤示波器、萬用表、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.松開測微頭的緊固螺釘，移動(dòng)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(xì)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(diǎn)殘余電壓，約為0.035v），定義為位移的相對零點(diǎn)。4.從零點(diǎn)開始旋動(dòng)測微頭的微

11、分筒，每隔0.2mm（微分筒轉(zhuǎn)過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)測得數(shù)據(jù)畫出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)00.20.40.60.811.21.41.61.8V(mv)164574103138172196225257286擬合值(mv)15.3345.5375.73105.93136.13166.33196.53226.73256.93287.13|mx|0.670.531.732.931.875.670.531.730.071.13X(mm)0-0.2

12、-0.4-0.6-0.8-1-1.2-1.4-1.6-1.8V(mv)16387198127150181210237263擬合值(mv)14.1141.8969.6797.45125.23153.01180.79208.57236.35264.13|mx|1.893.891.330.551.773.010.211.430.651.13實(shí)驗(yàn)曲線如下：從圖可以看出，數(shù)據(jù)基本呈線性，關(guān)于x=0對稱的，在零點(diǎn)時(shí)存在一個(gè)零點(diǎn)誤差，即零點(diǎn)殘余電壓，在15mv左右。位移為1mm時(shí)， 靈敏度為151V/m，非線性度= myFS=5.67286100%=1.98%；位移為-1mm時(shí)，靈敏度為138.9V/m，非

13、線性度= myFS=3.89263100%=1.48%由上式得到的非線性度可知，差動(dòng)式變壓器輸出的非線性較好。 五、思考題1.用差動(dòng)變壓器測量，振動(dòng)頻率的上限受什么影響？答：受導(dǎo)線的驅(qū)膚效應(yīng)和鐵損等的影響，若頻率過大超過某一數(shù)值時(shí)（該值視鐵心材料而定）將會(huì)導(dǎo)致靈敏度下降。2.試分析差動(dòng)變壓器與一般電源變壓器的異同？答：相同點(diǎn)：都利用了電磁感應(yīng)原理。不同點(diǎn)：一般變壓器為閉合磁路，初、次級間的互感為常數(shù)；差動(dòng)變壓器為開磁路，初、次級間的互感隨銜鐵移動(dòng)而變，且兩個(gè)次級繞組按差動(dòng)方式工作。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

14、的關(guān)系式，通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路，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)，就可以組成測介質(zhì)的性質(zhì)（變）、測位移（d變）和測距離、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)，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(jié)構(gòu)三、

15、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迳希瑢?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）開關(guān)打到2v檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)； 旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示0v ，再轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭（向同一個(gè)方向）5圈，記錄此時(shí)測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值，此點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值；此后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭1圈即x=0.5mm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)

16、可以消除測微頭的回差）； 將數(shù)據(jù)填入表3-7并作出x-v實(shí)驗(yàn)曲線。X(mm)16.74116.24115.74115.24114.74114.24113.74113.24112.74112.241V(mv)-316-248-188-120-60-1057119178236擬合值(mv)-287-230-174-118-61-551107163220|mx|2918142156121516X(mm)11.74111.24110.74110.2419.7419.2418.7418.2417.7417.241V(mv)293350408461514565618665693740擬合值(mv)2763

17、32389445501557614670726783|mx|171819161384153337表3-7 電容傳感器位移與輸出電壓值實(shí)驗(yàn)曲線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S=Ux= -112.6V/m= myFS=37783100%=4.7%；五、思考題試設(shè)計(jì)利用的變化測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：原理：測谷物的濕度時(shí)，稻谷的含水率不同，介電常數(shù)也不同，可確定谷物含水率，當(dāng)電容的A與d為恒定值，C=f()中發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)：傳感器為上下兩個(gè)極板，谷物從傳感器之間穿過?？紤]因素：感應(yīng)器是否與谷物接觸的充分、谷物是否均勻的從傳感

18、器之間穿過以及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)測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘妭鞲衅鞯臏y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，其它連線按照圖示接線。2、合上主機(jī)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(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

19、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，用示波器讀出峰峰值填入表格。f(Hz)571215172025V(p-p)0.1790.5721.0870.7940.6870.5860.472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。t=5ms T=106ms =5106360=17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

20、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(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(shí)可以進(jìn)行位移測量。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、測微頭、被測體（鐵圓片）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，根據(jù)示意圖安裝測微頭、被

21、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(jī)箱電源開關(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)13.60513.70513.80513.90514.00514.10514.20514.30514.405V(v)00000.010.090.180.280.38X(mm)14.50514.60514.70514.80514.90515.00515.10515.20515.305V(v)0.480.580.690.790.900.991.201.301.43X(mm)

22、15.40515.50515.60515.70515.80515.90516.00516.10516.205V(v)1.561.681.791.912.052.182.392.442.57X(mm)16.30516.40516.50516.605 16.705 16.80516.90517.00517.105V(v)2.722.863.003.123.283.433.583.723.86X(mm)17.20517.30517.40517.50517.60517.70517.80517.90518.005V(v)4.014.144.324.434.594.744.895.055.15X(mm)1

23、8.10518.20518.30518.40518.50518.60518.70518.80518.905V(v)5.325.465.585.715.886.06.126.276.42X(mm)19.00519.10519.20519.30519.40519.50519.60519.70519.805V(v)6.546.666.786.917.037.147.267.337.44X(mm)19.90520.00520.10520.20520.30520.40520.50520.60520.705V(v)7.597.707.797.887.968.028.188.218.25X(mm)20.80

24、520.90521.00521.10521.205V(v)8.448.538.598.598.59使用文檔中的獨(dú)特引言吸引讀者的注意力，或者使用此空間強(qiáng)調(diào)要點(diǎn)。要在此頁面上的任何位置放置此文本框，只需拖動(dòng)它即可。3、畫出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及正、負(fù)位移測量時(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)測量范圍1mm： 靈敏度：v=1.43v x=1mm S=vx= -143V/m 非線性度：v=0.007v yFs=1.41 所以 = myFS=0.0071.41100%=0.49%； 測量范圍3m

25、m： 靈敏度：v=4.15v x=3mm S=vx= -138.2V/m 非線性度：v=0.056v yFs=4.15= myFS=0.0564.15100%=1.3%； 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(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)行非接觸位移測量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器？答：所測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)

26、，霍爾電勢，當(dāng)霍爾元件處在梯度中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢會(huì)發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測量。三、實(shí)驗(yàn)器材 主機(jī)箱、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟圖5-1 霍爾傳感器（直流激勵(lì)）實(shí)驗(yàn)原理圖1、按圖5-2示意圖接線（實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鯲o1接主機(jī)箱電壓表的Vin），將主機(jī)箱上的電壓表量程（顯示選擇）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(gè)方向調(diào)節(jié)測微頭2mm位移，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)；再反方向調(diào)節(jié)測微頭，每增加0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)（建議做4mm位移），將讀數(shù)填入表5-1。表5-1X(mm

27、)00.20.40.60.81.01.21.4V(mV)-1617-1308-975-664-337-6309684X(mm)1.61.82.02.22.42.62.83.0V(mV)10111362175521102540292033303790X(mm)3.23.43.63.84.04.2V(mV)418046705050536056605910作出VX曲線，計(jì)算不同測量范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。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的變化？答：反映的是磁場的變化。實(shí)驗(yàn)十七 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

28、的了解霍爾轉(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：UHKHIB，當(dāng)被測圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次。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、整形和計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)就可以測量被測物體的轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)源。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖5-5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之間的間隙大約為23mm。圖5-5 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、在接線以前，先合上主機(jī)箱電源開關(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（逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)到底），接入電壓表（顯示選擇打到20v檔），

29、監(jiān)測大約為.25v；關(guān)閉主機(jī)箱電源，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動(dòng)電源按圖5-5所示分別接到主機(jī)箱的相應(yīng)電源和頻率/轉(zhuǎn)速表（轉(zhuǎn)速檔）的Fin上。3、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12v范圍內(nèi)（電壓表監(jiān)測）調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào)節(jié)電壓改變電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。4、從2v開始記錄，每增加1v相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)（待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)）。表5-3 電壓（v）23456轉(zhuǎn)速38060084010601290電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15201740198022002420畫出電機(jī)的Vn（電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、思考題1、利用霍爾元件測

30、轉(zhuǎn)速，在測量上是否有限制？答：有?；魻栐荒苡脕頊y磁體的轉(zhuǎn)速。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，但是分辨率會(huì)降低，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)十八 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測電機(jī)轉(zhuǎn)速一、實(shí)驗(yàn)?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(shí)，線圈中感應(yīng)電勢： 發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可以測量轉(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)速傳感器測速實(shí)驗(yàn)除了傳感器不用接電源外，其它完全與實(shí)驗(yàn)十七相同。圖5-6 磁電轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖按圖5

31、-6接線，實(shí)驗(yàn)十七中的實(shí)驗(yàn)步驟做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。畫出電機(jī)的Vn（電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表5-4 電壓（v）23456轉(zhuǎn)速39063082010601270電壓（v）7891011轉(zhuǎn)速15101710190020402270畫出電機(jī)vn特性曲線：五、思考題為什么磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測很低速的轉(zhuǎn)動(dòng)，能說明理由么？答：磁電式轉(zhuǎn)速傳感器是利用旋轉(zhuǎn)體改變磁路，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，就無法正確地測定轉(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)

32、驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獍l(fā)光二極管的工作原理；作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(shí)驗(yàn)做好準(zhǔn)備。二、 基本原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管筒稱 LED。它是由族化合物，如 GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，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，它還具有發(fā)光特性。其發(fā)光原理如圖7-1所示，當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場作用下，在 PN 結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)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(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）

33、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（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、價(jià)帶中間附近）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。發(fā)光的復(fù)量相對于非發(fā)光復(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)光的，所以光僅在靠近PN 結(jié)面數(shù)m 以內(nèi)產(chǎn)生。發(fā)光二極管的發(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。 圖7-1 發(fā)光二極管的工作原理三、 實(shí)驗(yàn)器材主機(jī)箱（020mA 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

34、，發(fā)光二極管，光筒。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖7-2配置接線，接線注意、極性。2、檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的恒流源電流大小（電流表量程 20mA 檔），即改變發(fā)光二管的工作電流大小就可改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的其中一根連線頭，則光照度為 0（如果恒流源的起始電流不為 0，要得到 0 照度只有斷開光源的一根線）。按表7-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對應(yīng)值。4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖7-3配置接線，接線注意、極性。5、合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的 024V 可調(diào)電壓（電壓表量程 20V 檔）就可改變光源（發(fā)光二極管）的光照度值。按表7-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)

35、驗(yàn)（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）2102030405060708090100電流（mA）000.130.170.220.270.320.370.420.470.51電壓（V）02.562.602.642.682.722.752.782.822.852.88照度（Lx）110120130140150160170180190200電流（mA）0.560.610.660.710.760.810.860.910.971.01電壓（V）2.912.942.9733.043.07

36、3.13.133.173.20照度（Lx）210220230240250260270280290300電流（mA）1.071.121.171.221.281.331.381.431.491.54電壓（V）3.223.253.283.313.343.383.403.443.473.506、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。 發(fā)光二極管的電流-照度圖（縱坐標(biāo)電流A，橫坐標(biāo)照度Lx）發(fā)光二極管的電壓-照度圖（橫坐標(biāo)照度，縱坐標(biāo)電壓）由圖可知，發(fā)光二極管的電壓和電流必須達(dá)到一定值后，二極管才發(fā)光。這是由于正向電壓必須達(dá)到二極管正向?qū)妷?，二極管才能開始工作，才能發(fā)光。實(shí)驗(yàn)二十八

37、 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?。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(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(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)，器件自身的電阻愈小。基于這種效應(yīng)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(qiáng)、波長和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖7-4。圖7-4 光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖三、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)驗(yàn)步驟1、亮電阻和暗電阻的測量（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

38、極接一上拉電阻至VCC。光敏電阻接受一個(gè)發(fā)光二級管的光照，中間有一個(gè)遮光筒。調(diào)節(jié)發(fā)光二級光的供電電壓，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

39、度（Lx）0102030405060708090100光電流00.320.480.610.730.870.951.041.131.211.28圖7-3光敏電阻光電流-光照度曲線由圖可知光敏電阻的光照特性呈非線性，因此不宜做線性檢測元件，但是在自控系統(tǒng)中用作開關(guān)元件。3、伏安特性的測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。測量時(shí)，光照強(qiáng)度為定值下，光敏電阻輸入6檔電壓，測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）00.060.120.190.260.32

40、50電流（mA00.160.320.490.680.85100電流（mA00.240.490.741.001.27圖7-4 光敏電阻伏安特性由圖可知，光敏電阻的伏安特性是呈線性的；光照越強(qiáng)，伏安特性曲線斜率越大，說明電阻阻值越小。五、思考為什么測光電阻亮阻和暗阻要經(jīng)過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：當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí),材料的電阻率也會(huì)發(fā)生改變,從而電阻阻值也發(fā)生改變。該種改變需要時(shí)間，當(dāng)光線突然改變，阻值不穩(wěn)定，經(jīng)過10秒后阻值基本穩(wěn)定，便可以讀數(shù)，以獲得穩(wěn)定的輸出讀數(shù)。光敏電阻只能應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中的開關(guān)作用。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。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(qiáng)度、波長等有關(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。它們之