南昌大学传感器与检测技术实验报告

1实验报告实验课程：传感器与检测技术学生姓名：学号：专业班级：自动化081班2011年06月12日2目录实验一差动变压器的应用——电子秤实验二热电偶的原理及分度表的应用实验三热敏电阻测温演示实验实验四霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励实验心得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：实验一差动变压器的应用——电子秤实验目的：了解差动变压器的实际应用。所需单元及部件：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。实验步骤：有关旋钮初始位置：音频振荡器调至4KHZ，V/F表打到2V档。按图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。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轴的切换开关图1接线图4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。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。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；曲线图如下：去掉砝码，在平台上放一重量未知的重物，记下电压表读数，关闭主副电源。利用所得数据，求得系统灵敏度及重物重量。注意事项：（1）砝码不宜太重，以免粱端位移过大。（2）砝码应放在平台中间部位，为使操作方便，可将测微头卸掉。Wq20g40g60g80g100gVP-P（V）1.0401.0421.0441.0471.0495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实验目的：了解热电偶的原理及现象。实验仪器：＋15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主、副电源。实验步骤：1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜－康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。2、按图４接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备温度计的室温（此时的温度为冷端温度）。图四3、将＋15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地（加热时间不要超过2分钟）。观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E。4、用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。5、根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：(,)(,Eabtto=Eab6ttn)+Eab(tn,to)计算热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，(,)oEabtt,根据计算结果，查分度表得到温度t。6、热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶、并非标准热电偶，只要了解热电势现象）7、实验完毕关闭主、副电源，尤其是加热器＋15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去＋15V电源连接线），其它旋钮置原始位置。附表如下：实验数据：室温：29℃E=0.172mV测得温度T=40℃又Eab（T，Tn）=E/150*2=0.573mVEab（T，T0）=Eab（T，Tn）+Eab（Tn，T0）=0.573mV+1.155mV=1.728mV查表得T的理论值为：T=43℃思考题：71、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？答：热电偶的自由端与工作端处在室温。2、即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？答：热电偶测量温度时，其冷端保持温度恒定（冰点温度），热端接触待测物体，此时产生温差电动势。但由于冷端处于室温环境中，热端与冷端温差并非热端与冰点的温差，因此必须加入冷端补偿电路，此时测得的电动势才与摄氏温度一一对应。但由于本实验中冷端温度为室温且没有用冷端补偿器，所以导致测量温度有很大误差。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：实验三热敏电阻测温演示实验实验目的：了解NTC热敏电阻现象。所需单元：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。实验步骤：（1）了解热敏电阻在实验仪上的位置和符号，它是一个黑色或棕色元件，封装在双平行振动梁上片梁的表面。（2）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。（3）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：（4）由此可见，当温度升高时，RT阻值下降，Vi升高思考题：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？答；让热敏电阻和某一定值电阻Rv串联，在低温时，由于热敏电阻Rt趋近VRT±2VW1HW1LV/F表电桥平衡网络W1图1接线图sLHTLiVWWRWV)(1119于无穷，使电路总电阻近似等于Rt，而在高温是，Rt趋近于0，电路的总电阻等于Rv，热电特性曲线是非线性的，单笔单个热敏元件要平坦。接电路时，要注意用三线制或四线制接法。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：实验四霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。所需单元及部件：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。有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置2V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。实验步骤：（1）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。（2）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。（3）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图1接线图11中位置。（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。（5）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：X(mm)12.1411.9411.7411.5411.3411.1410.94V(v)0.0420.0360.030.0230.0170.0090X(mm)10.7410.5410.3410.149.949.749.54V(v)-0.008-0.016-0.025-0.036-0.047-0.059-0.072曲线如下：用最小二乘法处理数据：令：Y=A+Bx有实验数据可得：A=-0.47B=0.21所以Y=0.21x-0.47由此可以得出灵敏度：k=dy/dx=0.21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。（6）实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。注意事项：（1）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。（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。12（3）激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。（±4V就有可能损坏霍尔片）实验心得这学期我们学习了一门新课程叫《传感器与检测技术》，这是一门工科性质很强的学科，注重理论联系实践能力。在这个学期中我们共做了四个有关这课程的实验，通过这几次实验，我获益良多，对传感器有了更加深刻的了解，动手能力也有了很大的提升。通过这几次试验，我对差动变压器、热电偶、热敏电阻和霍尔传感器的工作原理，其作用以及其结构组成有了更进一步的了解。如：1、热敏电阻的主要特性有：温度特性和伏安特性。NTC型热敏电阻，在较小温度范围内，电阻——文都特性符合副支书规律，随温度升高，电阻值减小。伏安特性，当流过热敏电阻的电流很小时，不足以加热，电阻值决定于环境温度，伏安特性是直线，用来测温。电流增大大一定值时，流过热敏电阻的电流使之加热，本身温度升高，出现负阻特，电阻减小，即使电流增大性，端电压反而下降。2、霍尔传感器是利用霍尔效应原理讲被测物理量转换为电动势的传感器。具有结构简单、体积小、重量轻、频带宽、动态性能好和寿命长等许多优点。由于霍尔元件的基片是半导体，因而受温度影响比较敏感。可以选用温度系数小的元件或采用恒温措施，采用恒流源也是一种有效的措施。最后，衷心感谢老师的辛勤知道，是您的指导让我对传感器有了更深刻的了解。