傳感器測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

-.z.實(shí)驗(yàn)一直流鼓勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、根本原理：金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)和電流的方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。具有這種效應(yīng)的元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)UH＝KHIB，當(dāng)保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個(gè)均勻梯度的磁場(chǎng)中沿水平方向移動(dòng)，則輸出的霍爾電動(dòng)勢(shì)為，式中k—位移傳感器的靈敏度。這樣它就可以用來測(cè)量位移。霍爾電動(dòng)勢(shì)的極性表示了元件的方向。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高；磁場(chǎng)梯度越均勻，輸出線性度就越好。三、需用器件與單元：霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、?5V直流電源、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、將霍爾傳感器安裝在霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，將傳感器引線插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄?，?shí)驗(yàn)板的連接線按圖9-1進(jìn)展。1、3為電源±5V，2、4為輸出。2、開啟電源，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使霍爾片大致在磁鐵中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1使數(shù)顯表指示為零。圖9-1直流鼓勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖3、測(cè)微頭往軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm記下一個(gè)讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入表9-1。表9－1*〔mm〕V(mv)作出V-*曲線，計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、實(shí)驗(yàn)本卷須知：1、對(duì)傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2、不要將霍爾傳感器的鼓勵(lì)電壓錯(cuò)接成±15V，否則將可能燒毀霍爾元件。六、思考題：本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的時(shí)什么量的變化？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線。2、歸納總結(jié)霍爾元件的誤差主要有哪幾種，各自的產(chǎn)生原因是什么，應(yīng)怎樣進(jìn)展補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)二集成溫度傳感器的特性實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獬Ｓ玫募蓽囟葌鞲衅鞲驹?、性能與應(yīng)用。根本原理：集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)的輔助電路集成在同一芯片上，它能直接給出正比于絕對(duì)溫度的理想線性輸出，一般用于－50℃－＋150℃之間測(cè)量，溫敏晶體管是利用管子的集電極電流恒定時(shí)，晶體管的基極—發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為抑制溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時(shí)的離散性、均采用了特殊的差分電路。集成溫度傳感器有電壓型和電流型二種，電流輸出型集成溫度傳感器，在一定溫度下，它相當(dāng)于一個(gè)恒流源。因此它具有不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾。具有很好的線性特性。本實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)產(chǎn)的AD590。它只需要一種電源〔＋4V－＋30V〕。即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻〔本實(shí)驗(yàn)中為R2〕即可實(shí)現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型的測(cè)量精度更高。需用器件與單元：溫度控制器、加熱源、溫度模塊、數(shù)顯單元、萬用表。實(shí)驗(yàn)步驟：1、將主控箱上總電源關(guān)閉，把主控箱中溫度檢測(cè)與控制單元中的恒流加熱電源輸出與溫度模塊中的恒流輸入連接起來。2、將溫度模塊中的溫控Pt100與主控箱的Pt100輸入連接起來。3、將溫度模塊中左上角的AD590接到a、b上〔正端接a，負(fù)端接b〕，再將b、d連接起來。4、將主控箱的+5V電源接入a和地之間。5、將d和地與主控箱的電壓表輸入端相連〔即測(cè)量1K電阻兩端的電壓〕。6、開啟主電源，將溫度控制器的SV窗口設(shè)定為〔設(shè)置方法見附錄2〕，以后每隔設(shè)定一次，即Δt=，讀取數(shù)顯表值，將結(jié)果填入下表。表10－1T〔℃〕V(mV)7、根據(jù)上表計(jì)算AD590的非線性誤差。五、實(shí)驗(yàn)本卷須知：1、加熱器溫度不能加熱到120℃以上，否則將可能損壞加熱器。2、不要將AD590的+、-端接反，因?yàn)榉聪螂妷嚎赡軗舸〢D590。六、思考題：大家知道在一定的電流模式下PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有較好的線性關(guān)系，因此就有溫敏二極管，你假設(shè)有興趣可以利用開關(guān)二極管或其它溫敏二極管在50℃－100℃之間，作溫度特性，然后與集成溫度傳感器一樣區(qū)間的溫度特性進(jìn)展比較，從線性看溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管，請(qǐng)說明理由。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、簡(jiǎn)單說明AD590的根本原理，討論電流輸出型和電壓輸出型集成溫度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)。2、總結(jié)實(shí)驗(yàn)后的收獲、體會(huì)。實(shí)驗(yàn)三光電二極管和光敏電阻的特性研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤怆姸O管和光敏電阻的特性與應(yīng)用。二、根本原理：〔1〕光電二極管：光電二極管是利用PN結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)型光電器件，構(gòu)造與一般二極管類似。PN結(jié)安裝在管的頂部，便于承受光照。外殼上有以透鏡制成的窗口以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大的光生電流，PN結(jié)的面積比一般二極管要大。為了光電轉(zhuǎn)換效率高，PN結(jié)的深度比一般二極管淺。光電二極管可工作在兩種狀態(tài)。大多數(shù)情況下工作在反向偏壓狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)無光照時(shí)，處于反偏的二極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓的作用下，渡越阻擋層形成微小的反向電流，即暗電流。反向電流小的原因是在PN結(jié)中，P型中的電子和N型中的空穴〔少數(shù)載流子〕很少。當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，PN結(jié)附近受光子轟擊，吸收其能量而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子濃度大大增加，在外加反偏電壓和內(nèi)電場(chǎng)的作用下，P區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入N區(qū)，N區(qū)的少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入P區(qū)，從而使通過PN結(jié)的反向電流大為增加，形成了光電流，反向電流隨光照強(qiáng)度增加而增加。另一種工作狀態(tài)是在光電二極管上不加電壓，利用PN結(jié)受光照強(qiáng)度增加而增加。N結(jié)受光照時(shí)產(chǎn)生正向電壓的原理，將其作為微型光電池用。這種工作狀態(tài)一般用作光電檢測(cè)。光電二極管常用的材料有硅、鍺、銻化銦、砷化銦等，使用最廣泛的是硅、鍺光電二極管。光電二極管具有響應(yīng)速度快、精巧、穩(wěn)固、良好的溫度穩(wěn)定性和低工作電壓的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。圖為光電流信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，Vo=IpR，Ip為光電流，R是反響電阻?！?〕光敏電阻：光敏電阻是利用光的入射引起半導(dǎo)體電阻的變化來進(jìn)展工作的。光敏電阻的工作原理是基于光電導(dǎo)效應(yīng)：在無光照時(shí)，光敏電阻具有很高的阻值；在有光照時(shí)，當(dāng)光電子的能量大于材料禁帶寬度，價(jià)帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電的電子—空穴對(duì)，使電阻降低，光線愈強(qiáng)，激發(fā)出的電子—空穴對(duì)越多，電阻值越低；光照停頓后，自由電子與空穴復(fù)合，導(dǎo)電能力下降，電阻恢復(fù)原值。制作光敏電阻的材料常用硫化鎘〔CdS〕、硒化鎘〔CdSe〕、硫化鉛〔PbSe〕銻化銦〔InSb〕等。由于光導(dǎo)效應(yīng)只限于光照外表的薄層，所以一般都把半導(dǎo)體材料制成薄膜，并賦予適當(dāng)?shù)碾娮柚?，電極構(gòu)造通常做成梳形，這樣，光敏電阻與電極之間的距離短，載流子通過電極的時(shí)間少，而材料的載流子壽命又較長(zhǎng)，于是就有很高的內(nèi)部增益G，從而獲得很高的靈敏度。光敏電阻具有靈敏度高，光譜響應(yīng)范圍寬，重量輕，機(jī)械強(qiáng)度高，耐沖擊，抗過載能力強(qiáng)，耗散功率大，以及壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。光敏電阻的阻值R和光的強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性。三、實(shí)驗(yàn)器件與單元：光電模塊，主控箱，萬用表，0~20mA恒流源。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、將主控箱的0~20mA恒流源調(diào)節(jié)到最小。2、把0~20mA恒流源的輸出和光電模塊上的恒流輸入連接起來，以驅(qū)動(dòng)LED光源。3.1、硅光電池實(shí)驗(yàn)：將恒流源從0開場(chǎng)每隔2mA記錄一次，填入以下相應(yīng)的表格，光電二極管的強(qiáng)度指示在光電模塊的右邊數(shù)顯上。3.2、光敏電阻實(shí)驗(yàn)：由于光敏電阻光較弱時(shí)變化較大，所以在0~2mA之間，每隔0.5mA記錄一次，以后每隔2mA做一次實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的數(shù)據(jù)填入以下相應(yīng)表格。光敏電阻的大小用萬用表測(cè)量光電模塊上的光敏電阻輸出端。〔1〕光電二極管：I〔mA〕V(mv)〔2〕光敏電阻：I〔mA〕R五、實(shí)驗(yàn)本卷須知：注意要將主控箱上恒流輸出的正負(fù)端和光電模塊上的正負(fù)端對(duì)應(yīng)接好，否則，光發(fā)送端將不能發(fā)光。六、思考題：1、當(dāng)將硅光電池作為光探測(cè)器時(shí)應(yīng)注意那些問題？2、討論光敏電阻主要應(yīng)用在什么場(chǎng)合。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出光敏電阻和硅光電池的特性曲線圖。2、簡(jiǎn)述光敏電阻和硅光電池的根本特性。實(shí)驗(yàn)四電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鳂?gòu)造及其特點(diǎn)。根本原理：利用平板電容C＝εS／d和其它構(gòu)造的關(guān)系式通過相應(yīng)的構(gòu)造和測(cè)量電路可以選擇ε、S、d中三個(gè)參數(shù)中，保持兩個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測(cè)谷物枯燥度〔ε變〕測(cè)微小位移〔變d〕和測(cè)量液位〔變S〕等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中，平板構(gòu)造對(duì)極距特別敏感，測(cè)量精度受到影響，而圓柱形構(gòu)造受極板徑向變化的影響很小，且理論上具有很好的線性關(guān)系，〔但實(shí)際由于邊緣效應(yīng)的影響，會(huì)引起極板間的電場(chǎng)分布不均，導(dǎo)致非線性問題仍然存在，且靈敏度下降，但比變極距型好得多。〕成為實(shí)際中最常用的構(gòu)造，其中線位移單組式的電容量C在忽略邊緣效應(yīng)時(shí)為：〔1〕式中——外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋局部的長(zhǎng)度；——外圓筒內(nèi)半徑和內(nèi)圓柱外半徑。當(dāng)兩圓筒相對(duì)移動(dòng)時(shí)，電容變化量為〔2〕于是，可得其靜態(tài)靈敏度為：〔3〕可見靈敏度與有關(guān)，越接近，靈敏度越高，雖然內(nèi)外極筒原始覆蓋長(zhǎng)度與靈敏度無關(guān)，但不可太小，否則邊緣效應(yīng)將影響到傳感器的線性。本實(shí)驗(yàn)為變面積式電容傳感器，采用差動(dòng)式圓柱形構(gòu)造，因此可以很好的消除極距變化對(duì)測(cè)量精度的影響，并且可以減小非線性誤差和增加傳感器的靈敏度。需用器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。實(shí)驗(yàn)步驟：1、將電容式傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希瑢鞲衅饕€插頭插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓牟遄小?、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆薞o1與數(shù)顯單元Vi相接〔插入主控箱Vi孔〕Rw調(diào)節(jié)到中間位置。3、接入±15V電源，旋動(dòng)測(cè)微頭改變電容傳感器動(dòng)極板的位置，每隔0.2mm記下位移*與輸出電壓值，填入表8-1。表8－1電容傳感器位移與輸出電壓值*(mm)V(mv)4、根據(jù)表8-1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、實(shí)驗(yàn)本卷須知：1.傳感器要輕拿輕放，絕不可掉到地上。2.做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要接觸傳感器，否則將會(huì)使線性變差。圖8-1電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖六、思考題：1、簡(jiǎn)述什么是傳感器的邊緣效應(yīng)，它會(huì)對(duì)傳感器的性能帶來哪些不利影響。2、電容式傳感器和電感式傳感器相比，有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出傳感器的特性曲線，并利用最小二乘法做出擬合直線，計(jì)算該傳感器得非線性誤差。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析引起這些非線性得原因，并說明怎樣提高傳感器得線性度。實(shí)驗(yàn)一電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)班級(jí)：：**：1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鳂?gòu)造及其特點(diǎn)。2.實(shí)驗(yàn)器件電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y(cè)微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。3.根本原理4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容傳感器位移與輸出電壓值*〔mm〕V〔mv〕根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差實(shí)驗(yàn)二直流鼓勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)班級(jí)：：**：1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。2.實(shí)驗(yàn)器件霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅?、?5V直流電源、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。3.根本原理4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果*〔mm〕V〔mv〕作出V-*曲線，計(jì)算