南昌大学-传感器与检测技术实验报告

南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验一差动变压器的应用——电子秤一、实验目的1.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、低通滤波器、V/F表、电桥、砝码、振动平台。三、实验内容及步骤（1）按下图1接线，组成一个电感电桥测量系统，开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度旋钮，使音频振荡器的输出为VP-P值为lV。（2）将测量系统调零，将V/F表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0.1～0.5ms（以合适为宜），Y轴CHl或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间位置。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1，W2，使V/F表和示波器显示最小，再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V和50mv/div，细条W1和W2旋钮，使V/F表显示值最小。再用手按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个位移，调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。放手后，粱复原。图1接线图-2-（3）适当调整差动放大器的放大倍数，使在称重平台上放上一定数量的砝码时电压表指示不溢出。（4）去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数，记下实验数据，填入下表；Wq(g)020406080100120Vp-p(mv)02142608897122四数据处理对上述数据用最小二乘法进行拟合得到拟合直线如下图2所示：砝码质量与电压值得关系y=1.0339x+1.10710204060801001201400102030405060708090100110120130砝码质量（g）电压值（mv）图2添加砝码质量与电压示数的关系（1）由最大非线性误差maxΔL1.033980886.96g而满量程输出为：122FSYg。故得该电子称的线性度为：max100%5.7%LFSLY（2）由通过最小二乘拟合得到的直线方程为：1.03391.1071UM，故该电子称的灵敏度为：1.0339yxk五实验总结与心得体会1.实验过程中差动变压器一次侧不能接直流电压激励，否则会损害传感器。因为变压器初级直接接到了直流电压上，由于初级线圈的直流电阻很低，这样形成很大的直流电流，产生的热量如果足够大可能将初级线圈烧毁。一般线圈（电感）都是不能直接接到直流电压上的。-3-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：2.实验过程中，砝码不能放置太多，否则容易使梁端扭曲变形。另外砝码的放置位置尽量在测量处的中间，是传感器受力均匀，减小误差。3.通过本实验可以看到差动变压器与一般电源变压器不同，差动变压器一般用于作为检测元件，而一般变压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。差动变压器一般分为变面积式和变气隙式。差动变压器有2个线圈，一个是激励线圈，另一个是检测线圈，一般在激励线圈诸如一个固定频率固定幅度的信号，通过在检测线圈中的信号获取差动变压器的变化数据，进而可以计算出距离/角度或者速度。而二者的相同点：都是由铁芯和线圈组成，都是转换电压的元件。-4-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验二热电偶的原理及分度表的应用一、实验目的了解热电偶的原理及现象二、实验器材8V不可调直流电源、差动放大器、V/F表、加热器、热电偶、水银温度计、主、副电源三、实验内容及操作步骤-5-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：四实验结果及处理1.由实验得V/F表显示V=122.2mv。有以下公式得：(,)/1502nEttV=0.409mv2.实验中测得室温nt=25C，查热电偶分度表得,0()nEtt=0.992mv3.由热电偶的热电势与温度的关系为：00(,)(,)(,)nnEttEttEtt，由以上两式得：0(,)1.401Ettmv查热电偶分度表得t=35C4.而通过自备的温度计测出热电偶处的温度t=37C-6-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：得实验过程中的相对误差为：3537100%5.4%37五实验思考与心得体会1.什么差动放大器介入热电偶后需再调差放零点因为差动放大器的最显著特点就是电路的对称性，在没接入热电偶的时候，电路有可能已经调到零输出。接入热电偶，恐怕就破坏了电路的对称性，所以需再调差放零点。2.即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有误差，为什么？因为这是由热电偶本身具有的。热电偶的测温误差主要由下列因素引起：(1)热电偶的非均匀性分度误差：由于电偶材料粗细不均匀或不纯等原因，会使热电偶的温差电性与统一的分度表产生一定误差，此误差不应超过有关标准；(2)热电偶的极间、电偶对之间及其与大地间不良的绝缘或测量仪表精度不高等都会造成热电势的损失而影响测量的精确性。-7-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验三热敏电阻测温演示实验一实验目的了解热门电阻测温度的过程二实验器材加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、-15V稳压电源、V/F表、主副电源三实验原理热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类；PTC热敏电阻（正温度系数）与NTC热敏电阻（负温度系数）。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中做自动消磁元件。有些功率PTC也做发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用做温度补偿或温度测量。一般的NTC热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需要考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线形大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量．四实验内容（1）将V/F表切换开关置2V档，直流稳压电源切换开关置±2V，按图1接线，开启主、副电源，调整W1电位器，使V/F表指示为1V左右，这时为室温时的Vi。VRT±2VW1HW1LV/F表电桥平衡网络W1图1接线图-8-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：（2）将-15V电源接入加热器，观察电压表读数的变化，电压表的输出电压：五、实验结果1.利用万用表测量得111002750HLWW1250r有公式：其中Vs=2V，而此时电压表示数Vi=1.076V将以上数据代入解得2260TR2.由此可见，当温度55C时，RT阻值为2260，Vi1.076V3.而用万用表测得实际的热敏电阻值为2350TR，测量的相对误差为：22602350100%3.83%2350六实验思考与总结1.如果你手中有这样一个热敏电阻，想把它作为一个0～50℃的温度测量电路，你认为该怎样实现？可通过电桥实现，热敏电阻作为电桥的一个桥臂，刚开始调零，随着温度变化，相应的电压值会变化，有热敏电阻的温度系数与电阻值的关系可以求出相应的温度值2.通过本实验注意到：敏电阻作为测量温度的敏感元件时，必须要求它的电阻值只随环境温度而变化，与通过的电流无关。因此，在设计热敏电阻温度计时，流经热敏电阻的电流一般选取其伏安特性曲线的线性部分的五分之一；同时流过的电流越小越好。sLHTLiVWWRWV)(111-9-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验四霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励一、实验目的了解霍尔式传感器的原理与特性二、实验器材霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、V/F表、直流稳压电源，测微头、振动平台。三、实验内容（1）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置接近最小，使得霍尔片在磁场中位移时V/F表读数明显变化，关闭主，副电源，根据图1接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。（2）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。（3）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。（4）上下旋动测微头，记下电压表读数，建议每隔0.2mm读一个数，将读数填入下表：实验过程中要注意先了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号，霍尔片安装在实验仪的振动圃盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔式传感器。四实验数据记录及处理图1接线图-10-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：1.将各读数记录入下表（没隔0.2mm记录一次）2.由最小二乘拟合，做出的V-X曲线如下图所示：V-X曲线y=-3.3114x+38.3430123456789108.78.99.19.39.59.79.910.110.310.510.710.911.111.311.5测微头位移（mm）电压值（v）4.由上图可以看出线性度最好的一段是X=9.3——9.9mm之间，其线性度为：3.3114yxK可见，本实验测出的实际上是磁场情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它的变化越陡，位移测量的灵敏度也越大。X(mm)10.910.710.510.310.19.99.79.59.39.18.9U(v)1.543.093.874.345.075.646.387.027.578.118.54-11-南昌大学实验报告学生姓名：学号：专业班级：实验类型：■验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：五、实验心得体会1.通过查阅相关资料了解到：一个导体通过与外磁场垂直的电流时，在导体的与磁场及电流方向均垂直的方向上，会产生一个电势差。这个电势差与外磁场的磁感应强度及电流大小成正比，固定电流大小，电势差与外磁场的磁感应强度成正比。利用一次线圈产生外磁场，那么电势差与一次电流成正比，这就是霍尔传感器的原理。2.霍尔传感器是一种当交变磁场经过时产生输出电压脉冲的传感器。脉冲的幅度是由激励磁场的场强决定的。因此，霍尔传感器不需要外界电源供电。3.实验过程要注意：由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。且一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。4.霍尔传感器测量过程中存在误差，而产生这些误差的因素为;半导体本身固有的特性、半导体制造工艺水平、环境温度变化、霍尔传感器的安装是否合理等，测量误差一般表现为零位误差和温度误差。温度误差及补偿由于半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度都随温度而变化，用此材料制成的霍尔元件的性能参数必然随温度而变化，致使霍尔电势变化，产生温度误差。3.实验过程要注意：由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。且一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。