實(shí)驗(yàn)一

　直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用。

　二、基本原理: 金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場中,當(dāng)有電流流過時(shí)，在垂直于磁場與電流得方向上將產(chǎn)生電動(dòng)勢，這種物理現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng).具有這種效應(yīng)得元件成為霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng),霍爾電勢 U H =K H IＢ，當(dāng)保持霍爾元件得控制電流恒定，而使霍爾元件在一個(gè)均勻梯度得磁場中沿水平方向移動(dòng),則輸出得霍爾電動(dòng)勢為,式中 k—位移傳感器得靈敏度。這樣它就可以用來測量位移.霍爾電動(dòng)勢得極性表示了元件得方向.磁場梯度越大，靈敏度越高；磁場梯度越均勻，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濉⒒魻杺鞲衅鳌?plusmn;15V 直流電源、測微頭、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宓貌遄?實(shí)驗(yàn)板得連接線按圖 9—1 進(jìn)行。1、3 為電源±５V,２、4 為輸出。

　2、開啟電源,調(diào)節(jié)測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

　 直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖 3、測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 X（ｍm)

　 Ｖ（mv)

　 作出 V—Ｘ曲線,計(jì)算不同線性范圍時(shí)得靈敏度與非線性誤差。

　五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng): 1、對傳感器要輕拿輕放,絕不可掉到地上。

　2、不要將霍爾傳感器得激勵(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)中霍爾元件位移得線性度實(shí)際上反映得時(shí)什么量得變化？ 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)做出傳感器得特性曲線． 2、歸納總結(jié)霍爾元件得誤差主要有哪幾種,各自得產(chǎn)生原因就是什么,應(yīng)怎樣進(jìn)行補(bǔ)償。

　實(shí)驗(yàn)二

　集成溫度傳感器得特性 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解常用得集成溫度傳感器基本原理、性能與應(yīng)用。

　二、 基本原理: 集成溫度傳器將溫敏晶體管與相應(yīng)得輔助電路集成在同一芯片上,它能直接給出正比于絕對溫度得理想線性輸出,一般用于－５0℃－+150℃之間測量，溫敏晶體管就是利用管子得集電極電流恒定時(shí),晶體管得基極—發(fā)射極電壓與溫度成線性關(guān)系。為克服溫敏晶體管 U ｂ 電壓生產(chǎn)時(shí)得離散性、均采用了特殊得差分電路。集成溫度傳感器有電壓型與電流型二種,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、電壓噪聲得干擾。具有很好得線性特性。本實(shí)驗(yàn)采用得就是國產(chǎn)得 AD５９0.它只需要一種電源(+４Ｖ-+30Ｖ)．即可實(shí)現(xiàn)溫度到電流得線性變換,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)電流到電壓得轉(zhuǎn)換。它使用方便且電流型比電壓型得測量精度更高。

　三、 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。

　四、 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與控制單元中得恒流加熱電源輸出與溫度模塊中得恒流輸入連接起來。

　2、將溫度模塊中得溫控 Pｔ10０與主控箱得Ｐｔ1０0 輸入連接起來。

　３、將溫度模塊中左上角得 AD590 接到 a、b 上(正端接 a,負(fù)端接ｂ),再將 b、d 連接起來. 4、將主控箱得+5V 電源接入ａ與地之間。

　5、將 d 與地與主控箱得電壓表輸入端相連(即測量１K 電阻兩端得電壓). 6、開啟主電源，將溫度控制器得 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１0-1 T（℃)

　 Ｖ（mＶ)

　 7、根據(jù)上表計(jì)算 AＤ5９0 得非線性誤差。

　五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

　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 得+、—端接反，因?yàn)榉聪螂妷嚎赡軗舸?AD590。

　六、思考題：

　大家知道在一定得電流模式下 PN 結(jié)得正向電壓與溫度之間具有較好得線性關(guān)系,因此就有溫敏二極管,您若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相同區(qū)間得溫度特性進(jìn)行比較,從線性瞧溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管,請闡明理由. 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：

　1、簡單說明 AＤ590 得基本原理,討論電流輸出型與電壓輸出型集成溫度傳感器得優(yōu)缺點(diǎn)。

　2、總結(jié)實(shí)驗(yàn)后得收獲、體會(huì)。

　實(shí)驗(yàn) 三

　光電二極管與光敏電阻得特性研究

　一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解光電二極管與光敏電阻得特性與應(yīng)用。

　二、基本原理: : （1)光電二極管：

　光電二極管就是利用 PＮ結(jié)單向?qū)щ娦缘媒Y(jié)型光電器件，結(jié)構(gòu)與一般二極管類似。PN 結(jié)安裝在管得頂部，便于接受光照。外殼上有以透鏡制成得窗口以使光線集中在敏感面上，為了獲得盡可能大得光生電流,PN 結(jié)得面積比一般二極管要大.為了光電轉(zhuǎn)換效率高，PＮ結(jié)得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),處于反偏得二極管工作在截止?fàn)顟B(tài),這時(shí)只有少數(shù)載流子在反向偏壓得作用下，渡越阻擋層形成微小得反向電流，即暗電流。反向電流小得原因就是在 PN 結(jié)中，P 型中得電子與Ｎ型中得空穴（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,使P區(qū)與N區(qū)得少數(shù)載流子濃度大大增加,在外加反偏電壓與內(nèi)

　電場得作用下,P區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入Ｎ區(qū),N區(qū)得少數(shù)載流子渡越阻擋層進(jìn)入P區(qū)，從而使通過 PN 結(jié)得反向電流大為增加，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)就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)生正向電壓得原理,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.光電二極管常用得材料有硅、鍺、銻化銦、砷化銦等,使用最廣泛得就是硅、鍺光電二極管.光電二極管具有響應(yīng)速度快、精巧、堅(jiān)固、良好得溫度穩(wěn)定性與低工作電壓得優(yōu)點(diǎn),因而得到了廣泛得應(yīng)用。

　圖為光電流信號轉(zhuǎn)換電路，Vo＝IpR，Ｉp 為光電流,Ｒ就是反饋電阻。

　(2)光敏電阻: 光敏電阻就是利用光得入射引起半導(dǎo)體電阻得變化來進(jìn)行工作得.光敏電阻得工作原理就是基于光電導(dǎo)效應(yīng):在無光照時(shí),光敏電阻具有很高得阻值；在有光照時(shí),當(dāng)光電子得能量大于材料禁帶寬度,價(jià)帶中得電子吸收光子能量后躍遷到導(dǎo)帶，激發(fā)出可以導(dǎo)電得電子－空穴對,使電阻降低,光線愈強(qiáng),激發(fā)出得電子—空穴對越多,電阻值越低;光照停止后,自由電子與空穴復(fù)合,導(dǎo)電能力下降，電阻恢復(fù)原值。制作光敏電阻得材料常用硫化鎘（CｄS)、硒化鎘（CdＳe)、硫化鉛(ＰｂSe)銻化銦(ＩnSb)等。

　由于光導(dǎo)效應(yīng)只限于光照表面得薄層,所以一般都把半導(dǎo)體材料制成薄膜,并賦予適當(dāng)?shù)秒娮柚担姌O構(gòu)造通常做成梳形，這樣,光敏電阻與電極之間得距離短,載流子通過電極得時(shí)間少，而材料得載流子壽命又較長,于就是就有很高得內(nèi)部增益 G,從而獲得很高得靈敏度。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，以及壽命長等特點(diǎn)．光敏電阻得阻值 R 與光得強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)烈得非線性． 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、將主控箱得 0~20mA 恒流源調(diào)節(jié)到最小。

　2、把 0～20mＡ恒流源得輸出與光電模塊上得恒流輸入連接起來,以驅(qū)動(dòng) LED 光源。

　３、1、硅光電池實(shí)驗(yàn)：將恒流源從 0 開始每隔２mA 記錄一次,填入下列相應(yīng)得表格,光電二極管得強(qiáng)度指示在光電模塊得右邊數(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),測得得數(shù)據(jù)填入下列相應(yīng)表格。光敏電阻得大小用萬用表測量光電模塊上得光敏電阻輸出端。

　（1)光電二極管: I（mＡ）

　 V（mv)

　 (2）光敏電阻:

　Ｉ（mA)

　 R

　 五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

　注意要將主控箱上恒流輸出得正負(fù)端與光電模塊上得正負(fù)端對應(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)做出光敏電阻與硅光電池得特性曲線圖。

　2、簡述光敏電阻與硅光電池得基本特性。

　實(shí)驗(yàn)四 四

　 電容式傳感器得位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。

　一、基本原理: 利用平板電容 C＝εS/d 與其它結(jié)構(gòu)得關(guān)系式通過相應(yīng)得結(jié)構(gòu)與測量電路可以選擇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),則可以有測谷物干燥度(ε變）測微小位移（變 d)與測量液位（變 S)等多種電容傳感器。變面積型電容傳感器中,平板結(jié)構(gòu)對極距特別敏感,測量精度受到影響,而圓柱形結(jié)構(gòu)受極板徑向變化得影響很小,且理論上具有很好得線性關(guān)系,(但實(shí)際由于邊緣效應(yīng)得影響，會(huì)引起極板間得電場分布不均,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)際中最常用得結(jié)構(gòu),其中線位移單組式得電容量 C 在忽略邊緣效應(yīng)時(shí)為：

　 (1) 式中

　——外圓筒與內(nèi)圓柱覆蓋部分得長度;

　——外圓筒內(nèi)半徑與內(nèi)圓柱外半徑. 當(dāng)兩圓筒相對移動(dòng)時(shí),電容變化量為

　 (2）

　于就是，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)將影響到傳感器得線性。

　本實(shí)驗(yàn)為變面積式電容傳感器,采用差動(dòng)式圓柱形結(jié)構(gòu),因此可以很好得消除極距變化對

　測量精度得影響,并且可以減小非線性誤差與增加傳感器得靈敏度. 二、需用器件與單元: 電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。

　三、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宓貌遄小?/p>

　2、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓幂敵龆?Vo１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)測微頭改變電容傳感器動(dòng)極板得位置,每隔０。2mm 記下位移Ｘ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 X（mｍ）

　V(ｍv）

　 4、根據(jù)表 8－１數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度Ｓ與非線性誤差。

　五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng): 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、簡述什么就是傳感器得邊緣效應(yīng)，它會(huì)對傳感器得性能帶來哪些不利影響。

　２、電容式傳感器與電感式傳感器相比,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)做出傳感器得特性曲線,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

　 電容式傳感器得位移特性實(shí)驗(yàn)

　班級：

　姓名：

　 學(xué)號：

　１、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解電容式傳感器結(jié)構(gòu)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微頭、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓源。

　3 、基本原理 4 、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：電容傳感器位移與輸出電壓值 Ｘ（ （mm)

　 V( ｍv ）

　 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器得系統(tǒng)靈敏度 S 與非線性誤差 實(shí)驗(yàn)二 二

　直流激勵(lì)時(shí)霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 班級：

　：

　 姓名：

　 學(xué)號:

　1、 、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解霍爾式傳感器原理與應(yīng)用. 2、 、 實(shí)驗(yàn)器件 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅鳌?plusmn;15V 直流電源、測微頭、數(shù)顯單元。

　3、 、 基本原理 4、 、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 X(mm)

　 Ｖ（ （mv)

　 作出 V—X 曲線,計(jì)算不同范圍時(shí)得靈敏度與非線性誤差 實(shí)驗(yàn)三 三

　集成溫度傳感器得特性 班級:

　姓名：

　學(xué)號:

　1、 、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解常用得集成溫度傳感器基本原理、性能與應(yīng)用。

　2、 、 實(shí)驗(yàn)器件 溫度控制器、加熱源、溫度模塊、數(shù)顯單元、萬用表。

　3、 、 實(shí)驗(yàn)原理 4、 、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 T（ （ ℃）

　）

　 V(mv)

　 根據(jù)上表計(jì)算 AD590 得非線性誤差 實(shí)驗(yàn) 四

　光電二極管得特性研究

　班級:

　 姓名:

　 學(xué)號：

　 １、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光電二極管得特性與應(yīng)用。

　2、 、 實(shí)驗(yàn)器件 光電模塊，主控箱,萬用表，0~20mA 恒流源。

　3、 、 實(shí)驗(yàn)原理及步驟 4、 、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 I(mA ）

　 V(mv)

　 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出硅光電池得特性曲線圖

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