《传感器原理及应用》实验讲义(胡仲秋 宋明礼).doc

电子信息工程专业实验系列 传感器原理及应用实验讲义胡仲秋 宋明礼编班级： 学号： 姓名： 内江师范学院物理学与电子信息工程系实验室内江师范学院教务处监制2006年7月21日学 生 实 验 守 则1实验前，必须根据本次实验的要求，进行认真而有效的预习。2在实验过程中，必须保持实验室内环境的肃静和整洁。3实验前要根据仪器卡片检查仪器，如有缺损，应立即向教师报告。4未了解仪器性能之前切勿动手，使用仪器时必须严守仪器的操作规程，不许擅自拆卸仪器。5仪器发生故障、损坏或丢失时，应立即报告指导教师。6联接电路并在确认无误后，应请指导教师检查，经允许后方可接通电源。7在实验过程中，严禁用手触摸线路中的带电部分，特别是高压部分。严禁在未切断电源的情况下改接线路，确保人身安全和仪器安全。8注意爱护和正确使用仪器，注意节约材料、节约用电。9实验完毕后应立即关闭电源，将仪器恢复到实验前的状态，并请教师检查和在实验记录卡上签字后，方可离开实验室。目录CSY998系列传感器实验台2主要技术参数、性能及说明2实验一金属箔式应变片性能单臂电桥5实验二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥电路比较8实验三差动变压器（互感式）的应用振幅测量10实验四被测体材料对电涡流传感器特性的影响11实验五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性13实验六综合传感器力平衡式传感器14实验七光纤位移传感器静态实验16实验八PN结温度传感器测温实验18实验九霍尔式传感器20实验十温控电路设计与制作22实验十一光控电路设计与制作26CSY998系列传感器实验台主要技术参数、性能及说明CSY系列传感器系统实验仪是集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成一个完整的测试系统。实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。传感器位于实验工作台右边，装在圆盘式工作台的四周，依次为（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。光纤传感器的一端已固定在“光电变换器”上，另一端为活动的圆柱形探头，可根据要求加以固定。一、传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。传感器：1应变式传感器 箔式应变片阻值：350，应变系数：2。 2热电偶（热电式） 直流电阻：10左右，由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。 3差动变压器 量程：5mm，直流电阻：510由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。 4电涡流位移传感器 量程：3mm，直流电阻：12，多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 5霍尔式传感器 日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。量程：1mm。 6磁电式传感器 直流电阻：3040，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s。 7压电加速度传感器 PZT5双压电晶片和铜质量块构成。 谐振频率：10KHz。 8电容式传感器 量程：5mm，由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容传感器。9压阻式压力传感器 量程：15Kpa，供电：4V，美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式压力传感器，具有温度自补偿功能。 10光纤传感器 由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围1mm。红外线发射、接收，260股丫形、半圆分布。 11PN结温度传感器 利用半导体PN结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器。灵敏度：2mV/ 12热敏电阻 由半导体热敏电阻NTC:温度系数为负，25时为10K。 二、信号及变换 1电桥：用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。 2差动放大器：通频带010KHz，可接成同相、反相、差动结构、增益为1100倍的直流放大器。 3电容变换器：由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。 4电压放大器：增益约为5倍，同相输入，通频带010KHz。 5移相器：允许最大输入电压10VPP，移相范围20(50kHz时) 6相敏检波器：可检波电压频率010KHz，允许最大输入电压10VPP极性反转整形电路与电子开关构成的检波电器。 7电荷放大器：电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 8低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。 9涡流变换器：输出电压|8|V(探头离开被测物)，变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件 10光电变换座：由红外发射、接收组成。 三、二套显示仪表 1数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围02V、020V，频率范围3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度50mV。 2指针式毫伏表：85c1表，分500mV、50mV、5mV三档，精度2.5%。四、二种振荡器音频振荡器:1KHz10KHz输出连续可调，Vpp值20V，180、0反相输出，LV端最大功率输出电流0.5A。 低频振荡器：130Hz输出连续可调，Vpp值20V，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。 五、二套悬臂梁、测微头双平行式套悬臂梁二副(其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连)，梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。 六、电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温。七、测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电、光纤、涡流传感器配合进行测速实验。八、二组稳压电稳 直流15V，主要提供温度实验时的加热电流，最大激励1.5A。 2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。九、计算机联接与处理（选配）分析软件性能稳定、动、静态采样直观且效果好；软件增强了分析处理功能（新增最小二乘法和端基法分析）。测试的频率范围宽（010KHz）。采样速度可以控制，既可单点采样亦能连续采样。标准RS232接口，与计算机串行工作。提供的处理软件有良好的计算机显示界面，可以进行实验项目选择，数据采集，特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。数据采集卡进一步扩大EPROM（已达8K），能使波形完整地显示，采用性能稳定、转换速率快的A/D转换芯片（AD1674）。 实验一金属箔式应变片性能单臂电桥一、实验目的了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。二、实验原理Fll+dl箔式应变片的工作原理是建立在电阻应变效应的基础上，所谓电阻应变效应是指电阻值随变形（伸长或缩短）而发生改变的一种物理现象。如图所示，设有一根长为l、截面积为S、电阻率为的金属丝，其电阻为： 当在轴向受到拉力的作用时，长度增加了，截面积减少了，那么电阻将增加，则电阻相对变化可按下式求得： 。对于箔式应变片，电阻变化主要由应变产生。则： 式中：是材料的轴向线应变，用应变表示为： 是材料截面积的变化，用材料的泊松比及表示为： 由此可以看出，金属材料的电阻相对变化与其线应变正比，比例系数称为灵敏度，这就是金属材料的应变电阻效应。应变片是最常用的测力传感元件。汉用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片和敏感栅随同变形，其电阻屯随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。4V4VVW1R1RxR3R2r电桥平衡网络差动力放大器直流电压表图1.1电桥原理电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为、，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差对工作，且R1R2R3R4，。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验器材直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源置2V档，F/V表置2V档，差动放大增益最大。四、实验步骤了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。将差动放大器调零：用连线将差动放大器的下（）、负（）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，关闭主、副电源。根据图1.1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；RxR4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥的平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（应仔细调整），使F/V表显示为零。将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再旋动测微头，使F/V表显示为零（细调为零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下F/V表显示的值。建议每旋动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入表1-1：表1-1位移（mm）电压（mv）据所得结果计算灵敏度SV/X（式中X为梁的自由端位移变化，V为相应F/V表的电压相应变化）。实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。五、注意事项电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记。做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。六、问题本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能差动放大，以可作同相或反相放大器。实验二金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥电路比较一、实验目的验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。二、实验原理说明实验实际使用的应变电的性能和原理。已知单臂、半桥和全桥电路的分别为、。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于，电桥灵敏度，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对京华一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂值的大小无关。三、实验器材直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。有关旋钮的初始位置：直流稳压电源置2V档，F/V表置2V档，差动放大器增益到最大。四、实验步骤按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。按图2.1接线，图中RxR4为工作片，r及W1为电桥平衡网络。4V4VVW1R1RxR3R2r电桥平衡网络差动力放大器直流电压表图2.1电桥原理调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得的数值填入下表，然后关闭主、副电源：保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使双平行梁处于水平位置（目测），调节电桥使表头显示零，重复（4）过程，测得数据填入表2-1：表2-1位移（mm）电压（mv）保持差动放大器增益不变，将R1、R2两固定电阻换成另两片受力应变片，组桥时只要掌握对臂应变受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使双平行梁处于水平位置，调节电桥同样使F/V表显示为零。重复（4）过程将读出数据填入表2-2：表2-2位移（mm）电压（mv）在同一坐标纸上描出曲线，比较三种接法的灵敏度。五、注意事项1在更换应变片时应将电源关闭。2在实验过程中如有发现电压表过载，应将电压量程扩大。3在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。4直流稳压电源4V不能输出过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。5接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。实验三差动变压器（互感式）的应用振幅测量一、实验目的了解差动变压器的实际应用。二、实验器材音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、低通滤波器、表、低频振荡器、激振器、示波器、主、副电源、差动应变器、振动平台。有关旋钮初始位置：音频振荡之间，差动放大器增益最大，低频振荡器频率钮最小，幅度旋钮置中。三、实验步骤按图3.1接线，调节测微头远离振动台（不用测微头）将低频振荡器输出接入激振振动台线圈一端，线圈另一端接地，开启主、副电源，调节低频振荡器幅度钮置中，频率从最小慢慢调大，主振动台起振并幅度适中（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）r音频振荡器W1CW2+-移相器电桥平衡网络差动变压器差动放大相敏检波低通电压表示波器图3.1振幅测量 将音频钮置5KHz，幅度钮置。用示波器观察各单元：差放、检波、低通输出的波形（示波器轴扫描为，Y轴CH1或CH2旋钮为0.22V）。保持低频振荡器的幅度不变，调节低频振荡器的频率，用示波器观察低通滤波器的输出，就发出峰峰电压值并填入表3-1：表3-1f（Hz）34567810122025Vpp(V)根据实验结果作出梁的振幅频率特性曲线，求振动平台自振频率的大约值。四、注意事项适当选择低频激振电压，以免振动平台在自振频率附近振幅过大。实验四被测体材料对电涡流传感器特性的影响一、实验目的了解被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二、实验器材涡流传感器、涡流变换器、铁测片、F/V表、测微头、铝测片、振动台、主、副电源。三、实验原理H1H2I1I2U1金属片R2L1L2I1I2U1 R1M涡流式传感器与被测金属的等效电路等效图4-1 电涡流传感器原理电涡流传感器由平面线圈和金属片组成，它是基于电磁感应原理而制成的。由电磁场理论可知，在受到交变电磁场作用的任何导体中，都会产生电涡流。成块的金属置于变化的磁场中，或者在固定磁场中运动时，金属导体内就要产生感应电流，这种电流的流线在金属内是闭合的，所以称为涡流。电涡流传感器的作用原理如图4-1：把线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈，如右上图所示。设R1为线圈的电阻；L1为线圈电感；R2为短路环的电阻；L2为短路环电感；M为线圈与短路环间的互感，M随他们之间距离X减少而增大；U1为激励电压。由等效电路可写出两个电压平衡方程式：解上面的联立方程可得到，从而求出受金属影响后空心线圈的等效阻抗为从上式可看出线圈阻抗的实数部分即有效电阻随M的增加而增加；虚部部分即等效电感随M的增加而减少，这样使线圈阻抗发生了变化。在本实验中，当线圈中通以高频率的交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X都有关，当平面线圈、被测体（金属片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化通过“涡流变换器”转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。四、实验步骤安装好涡流传感器，调整好位置，装好测微头。涡流变换器VF/V表涡流传感器图4.2涡流传感器按4.2图接线，检查无误，开启主、副电源。从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录表读数（F/V表置20V档）。到出现明显的非线性为止，然后换上铝测片重复上述过程，结果填入表4-1（建议每隔0.5mm读数）：表4-1X（mm）V铝（v）V铝（v）根据所得结果，在同一坐标纸上画出被测体为铝和铁的两条VX曲线，计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。五、注意事项传感器在初始时可能会出现一段死区。换上铜、铝和其他金属涡流片时，线圈紧贴涡流片时输出电压并不为零，这是因为电涡流线圈的尺寸是为配合铁涡流片而设计的，换了不同材料的涡流片，只有改变线圈尺寸输出才能为零。此涡流变换器线路属于变频调幅式线路，传感器是振荡器中的一个元件，因此被测材料与传感器输出特性之间的关系与定频调幅式线路不同。实验五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性一、实验目的了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。二、实验原理电容式传感器有多种形式，本仪器为差动变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生京华，极间电容也发生相应的变化，成为差动电容。台将上层定片与动片形成的电容为Cx1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2。当将Cx1和Cx2接入桥中作为相邻两臂时，桥中的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。三、实验器材电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表、激振器、示波器。有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表置于2V档。四、实验步骤按图5.1接线。电容传感器差动放大低通滤波电压表示波器图5.1电容传感器特性电容变换器521F/V表置于20V，调节测微头，使输出为零。转动测微头，每0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。表5-1X（mm）V（mv）退回测微头至初始位置，并开始以相反方向旋动，同过程（3）。数据填入表5-2：表5-2X（mm）V（mv）计算系统灵敏度，并作出VX关系曲线。卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。实验六综合传感器力平衡式传感器一、实验目的掌握利用多种传感器和电路单元温度系统的原理。二、实验原理反向传感器传感器放大电量非电量F-F+差值测量值图6.1闭环系统传感器图6.1为一带有反馈的闭环系统传感器，它与一般传感器的区别在于它有一个“反向传感器”的反馈回路，把系统的输出信号反馈到系统输入比较和平衡。由于此系统中所用的传感器主要是力或力矩平衡的方式，所以称为力平衡传感器。力平衡传感器主要用于能将测量转换成敏感元件的微小位移的场合，如压力、加速度、振动等。三、实验器材电涡流传感器、涡流变换器、电桥、稳压电源、差动放大器、低频振荡器（你为电流放大器用）、激振线圈、电压表、测微头。四、实验步骤激振器II涡流变换器4VFF差动放大图6.2实验示意图电流放大4VV电桥平衡网络图6.2是系统示意图。在此系统中用电涡流传感器、差动放大器、电流放大器和激振器组成一个负反馈测量系统。转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头充分分离，使梁振动时不至于再被吸住，适当调节涡流传感器头的高低位置，以线性范围的中点附近为佳。将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、F/V表（置20V档）直流稳压电源（4V）相连组成一测量线路，通电，调节电桥平衡网络使差动放大器输出为零，断开电源。差动放大器还是作为电平移动单元使用。差动放大器输出用3.5mm插头接出，3.5mm插头插入低频振荡器Vi插座，另一头连接屏蔽层的插头接地。电流放大器的输出端即低频振荡器的输出端Vo分别接电压表和“激振”线圈的一端，“激振”线圈的另一端接地。确认接线无误后开启电源，如发现振动平台偏向一边或成正反馈振荡，将“激振”两线端接线对换，使其形成负反馈。用手提压振动台，台系统输出电压能正负两方向过零变化，则说明系统接线正确，此时可装上测微头带动振动台作测试。调节系统（电桥、测微头）使输出为零且正负变化对称。分别向上、下各移动1.5mm，每隔0.2mm记录一数据并填入表6-1，作出VX曲线，求出灵敏度和线性度。表6-1X（mm）V（mv）五、注意事项差动放大器不能和激振直接连接，因为差动放大器无电流放大作用。实验七光纤位移传感器静态实验一、实验目的了解光纤位移传感器的原理结构、性能。二、实验原理图7-1 反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线反射式光纤位移传感器的工作原理如图7-1所示，光纤采用Y型结构，两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体中光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移机构如图？所示。三、实验步骤观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，探头固定Z型安装架上，外表如螺丝的端面为半圆分布。了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面）。F/V表-+光纤传感器差动放大器V如图接线，因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。图7-2旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压遍数由小大小的变化。旋转测微头使F/V电压表指示重新加零；旋转测微头，每隔0.05mm读出电压表的读数，并将其填入表7-1；表7-1X（mm）0.050.100.150.200.25V（V）关闭主、副电源，把所有旋钮转到初始位置。作出VX曲线，计算灵敏度SV/X及线性范围。实验八PN结温度传感器测温实验一、实验目的了解PN结温度传感器的特性及工作情况。二、所需单元和部件主、副电源、可调直流稳压电源、15V稳压电源、差动放大器、电压放大器、F/V表、加热器、电桥、水银温度计。旋钮初始位置：直流稳压电源置6V档，差放增益最小，电压放大器幅度置最大4.5倍。三、基本原理PN结半导体温度传感器是利用二极管的PN结正向电流和温度的关系得到外加电压与温度的近似关系，也可用晶体三极管集极与发射极之间的PN结的温度效应。这种传感器据有线性度好、精度高、使用方便的优点，其测温范围在50200。PN结正向电压与温度的关系根据半导体器件原理流经晶体二极管的正向电流ID与这个PN结的正向压降VD有如下关系：式中，Is为反向饱和电流，VD为PN结的正向压降，q为电子电荷量，K为玻耳兹曼常数，T为绝对温度。则：因此，当保持ID不变时，PN结的正向压降与温度T成正比。例如硅管的PN结的结电压在温度每升1时，结电压下降2.1mV，利用这种特性可做成各种各样的PN结温度传感器。它具有线性好、时间常数小（0.22S），灵敏度高等优点，测温范围为50+150。其不中之处是离散性大、互换性较差。集成温度传感器AD590电流型PN结集成温度传感器，其输出电流正比于绝对温度。0温度时输出电流为273.2A，温度每变化1，输出电流变化1A。AD590的输出电流通过1K电阻变为电压信号，其单位为1mV/，因此0时1K电阻上已有273.2mV的电压输出。四、实验步骤了解PN结，加热器，电桥在实验仪上的位置及其符号。观察PN结传感器结构、用数字万用表“二极管”档，测量PN结正反向结电阻，判断出正负极。把直流稳压电源V插口用所配的专用电阻线（51K）与PN结传感器的正向端相连，并按图接好放大电路，注意各旋钮的初始位置，电压表置2V档。开启主、副电源，调节电位器，使电压表指示为零，同时记下此时水银温度计的室温值。差分放大电压放大器VF/V表4V51kPN结电桥平衡网络图8.1测温实验示意图将15V接入加热器，观察电压表读数的变化，因PN结温度传感器的温度变化灵敏度约为2.1mV/。随温度的升高，基PN结电压将下降V，该V电压经差动放大器隔离传递（增益为1），再送至电压放大器放大4.5倍，此时的系统灵敏度S10mV/。待电压表读数稳定后，即可利用这一结果，将电压值转换成温度值，从而得出加热器在PN结温度传感器处产生的温度值（变化值）。五、注意事项加热器不要长时间的接入电源，此实验完成后应立即将15V电源拆除，以免影响梁上应变片性能。实验九霍尔式传感器一、实验目的了解霍尔传感器的原理与特性。二、实验原理霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器。本实验所用的霍尔传感器，由两个产生梯度磁场的环形磁钢和霍尔元件组成的。霍尔元件通以恒定电流时，霍尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。WDR2V差放 电压表图9-1三、实验内容1霍尔式传感器的直流激励特性实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压源（2V）、电桥、差动放大器、数字电压表、测微仪。实验步骤：实验按上图接线，确认霍尔元件直流激励电压为2V，另一激励端接地，差动放大器增益适度（约10倍左右。）用螺旋测微仪调节振动平台使霍尔元件置于梯度磁场中间，开启电源，并调节电桥直流电位器WD，使输出为零。上下移动振动台，使差放正负电压输出对称。从中点开始，调节螺旋测微仪，上下移动霍尔元件各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入表9-1：表9-1mm0mv作出VX曲线，求得灵敏度和线性工作范围。如出现非线性情况，请查找原因。注意事项：直流激励电压只能是2V，不能接+2V（4V）否则锑化铟霍尔元件会烧坏。2霍尔传感器的应用电子秤实验目的：说明线性霍尔传感器的实际应用。实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压源（2V）、电桥、差动放大器、电压表、砝码。实验步骤：实验线路同上。移开测微仪，使输出为零。系统灵敏度尽量大(输出以不饱和为标准)，且工作在线性区。以振动圆盘作为称重平台，逐步放上砝码，依次放上砝码，依次记下表头读数，填入自拟表，并做出VW曲线。移走称重砝码，在平台上另放置一味知重量的物品，根据VW曲线求得其重量。注意事项霍尔式传感器在做称重时应工作在梯度磁场中，所以砝码和被称重物都不应太重。砝码应置于平台的中间部分，避免平台倾斜。实验十温控电路设计与制作一、实验目的1学习简单温控器设计与制作。2熟悉热敏电阻基本性能与应用。3掌握用电压比较器作各种控制电路的基本原理二、实验要求1条件器材：集成运放LM324、热敏电阻MF531、三极管9013、发光二极管、电路连接板、部分标称电阻。实验仪器：数字多用表，标准温度计，加热器，稳压电源。2电路设计根据条件设计一个温控电路，当温度高于30时，发光二极管灭；低于30时发光二极管亮。控制误差2，动作回差12。3根据设计电路，在电路连接板上安装调试，并自己拟定实验方案进行测试。4写出实验报告，回答相关问题。三、实验基本原理热敏电阻阻值计算 若已知及时的阻值及，由可得及或根据控制温度T时的阻值，才能进行电路设计。电路方案拟定图10.1电路方案图10.1中A为集成运放LM324构成的电压比较器，R5为回差设置，VT为开关三极管，用9013。R1、Rt、R2、R3、R4构成差动式温度检测电路，当t30时，电路平衡，UaUb；当t30时，由于RT增大，故UaUb，A输出高电压，VT导通，LED亮；当t30时，由于RT减小，故UaUb，A输出低电压，VT截止，LED灭。R1、R2设定，应使RT功耗较小，使RT不工作在负阻区，同时，应使t30时，UaVcc/2。R5一般根据经验及调试决定，在1M2M之间。R7为LED限流电阻，R6为VT基极限流电阻。电源用12V直流稳压电源。设计参考RT阻值计算 设测得20及40的热敏电阻阻值分别为及，则所以，30时的值其它元件选择RT功耗小于1mW，则其压降为则：得：设温度为30时，得所以取为4.3K，功率0.125W的标称电阻，则：R1R2RT4.31.522.78K取R1为2.7K，功率为0.125W的标称电阻由得：取R44.3K，功率为0.125W的标称电阻。R3用0.125W的3.9k的标称电阻和330的标称电阻相串，实际调整时，330电阻可作适当调整。设发光二极管工作电流为10mA，正向压降为2V，VT饱和压降为0.5V，则：，取R7为0.125W阻值为1K的标称电阻。设VT的，则流过R6的电流为1mA，若LM324输出电压最大值，VomaxVcc，则：取R6为10K标称电阻。回差电阻R5按经验取为2M标称电阻，实际实验时可作调整。实际实验电路图10.2根据分析计算，实验电路如图10.2所示四、实验电路安装与测试1电路安装根据好电路，在实验板上组装。组装前必须熟悉各元器件外形、引脚尺寸。对电路装配不熟练者，最好先对照实物在纸上对电路进行排列，画好连接线，检查无误才对照安装。2电路测试初步检测当室温在30以下时，电路接通12V电源，发光二极管应亮，用手握住热敏电阻，几秒钟后，发光二极管应灭，松开手几秒钟，发光二极管重新亮，则电路正常工作。电路调试将热敏电阻置一加热器中，加热器缓慢加热，加热器中介质为绝缘体（最好为高燃点油）。用标准温度计测量其动作点，若动作点温度过高，应将R3中330电阻略为增加，若动作温度过低，应将330电阻适当减小。调R5可改变回差值，R5越大，回差值越小。五、实验报告要求1画出设计好的实验电路图，列出元件清单。2写出检测方法及观察到的现象。3写出本实验的心得体会。4下图为热敏电阻通用温控电路，已知热敏电阻阻值为 要求控制温度在之间可预置，试确定及电位器的大小。 图10.3