实验一

　直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、 实验目得: 了解霍尔式传感器原理与应用。

　二、基本原理: 金属或半导体薄片置于磁场中,当有电流流过时，在垂直于磁场与电流得方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应.具有这种效应得元件成为霍尔元件，根据霍尔效应,霍尔电势 U H =K H IＢ，当保持霍尔元件得控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度得磁场中沿水平方向移动,则输出得霍尔电动势为,式中 k—位移传感器得灵敏度。这样它就可以用来测量位移.霍尔电动势得极性表示了元件得方向.磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。

　三、需用器件与单元: 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元. 四、实验步骤: 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上,将传感器引线插头插入实验模板得插座中,实验板得连接线按图 9—1 进行。1、3 为电源±５V,２、4 为输出。

　2、开启电源,调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置,再调节 Rw1 使数显表指示为零。

　图９-１

　 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进,每转动 0、2mｍ记下一个读数，直到读数近似不变,将读数填入表９-1。

　表９－1 X（ｍm)

　 Ｖ（mv)

　 作出 V—Ｘ曲线,计算不同线性范围时得灵敏度与非线性误差。

　五、实验注意事项: 1、对传感器要轻拿轻放,绝不可掉到地上。

　2、不要将霍尔传感器得激励电压错接成±1５Ｖ,否则将可能烧毁霍尔元件。

　六、思考题:

　本实验中霍尔元件位移得线性度实际上反映得时什么量得变化？ 七、实验报告要求: 1、整理实验数据,根据所得得实验数据做出传感器得特性曲线． 2、归纳总结霍尔元件得误差主要有哪几种,各自得产生原因就是什么,应怎样进行补偿。

　实验二

　集成温度传感器得特性 一、 实验目得: 了解常用得集成温度传感器基本原理、性能与应用。

　二、 基本原理: 集成温度传器将温敏晶体管与相应得辅助电路集成在同一芯片上,它能直接给出正比于绝对温度得理想线性输出,一般用于－５0℃－+150℃之间测量，温敏晶体管就是利用管子得集电极电流恒定时,晶体管得基极—发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管 U ｂ 电压生产时得离散性、均采用了特殊得差分电路。集成温度传感器有电压型与电流型二种,电流输出型集成温度传感器，在一定温度下,它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声得干扰。具有很好得线性特性。本实验采用得就是国产得 AD５９0.它只需要一种电源(+４Ｖ-+30Ｖ)．即可实现温度到电流得线性变换,然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为 R2)即可实现电流到电压得转换。它使用方便且电流型比电压型得测量精度更高。

　三、 需用器件与单元：

　温度控制器、加热源、温度模块、数显单元、万用表。

　四、 实验步骤: 1、将主控箱上总电源关闭,把主控箱中温度检测与控制单元中得恒流加热电源输出与温度模块中得恒流输入连接起来。

　2、将温度模块中得温控 Pｔ10０与主控箱得Ｐｔ1０0 输入连接起来。

　３、将温度模块中左上角得 AD590 接到 a、b 上(正端接 a,负端接ｂ),再将 b、d 连接起来. 4、将主控箱得+5V 电源接入ａ与地之间。

　5、将 d 与地与主控箱得电压表输入端相连(即测量１K 电阻两端得电压). 6、开启主电源，将温度控制器得 SV 窗口设定为(设置方法见附录２）,以后每隔设定一次,即Δt=,读取数显表值,将结果填入下表。

　表１0-1 T（℃)

　 Ｖ（mＶ)

　 7、根据上表计算 AＤ5９0 得非线性误差。

　五、实验注意事项：

　1、加热器温度不能加热到 120℃以上，否则将可能损坏加热器。

　2、不要将 AD５90 得+、—端接反，因为反向电压可能击穿 AD590。

　六、思考题：

　大家知道在一定得电流模式下 PN 结得正向电压与温度之间具有较好得线性关系,因此就有温敏二极管,您若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在５0℃-１0０℃之间，作温度特性,然后与集成温度传感器相同区间得温度特性进行比较,从线性瞧温度传感器线性优于温敏二极管,请阐明理由. 七、实验报告要求：

　1、简单说明 AＤ590 得基本原理,讨论电流输出型与电压输出型集成温度传感器得优缺点。

　2、总结实验后得收获、体会。

　实验 三

　光电二极管与光敏电阻得特性研究

　一、实验目得: 了解光电二极管与光敏电阻得特性与应用。

　二、基本原理: : （1)光电二极管：

　光电二极管就是利用 PＮ结单向导电性得结型光电器件，结构与一般二极管类似。PN 结安装在管得顶部，便于接受光照。外壳上有以透镜制成得窗口以使光线集中在敏感面上，为了获得尽可能大得光生电流,PN 结得面积比一般二极管要大.为了光电转换效率高，PＮ结得深度比一般二极管浅。光电二极管可工作在两种状态。大多数情况下工作在反向偏压状态。在这种情况下,当无光照时,处于反偏得二极管工作在截止状态,这时只有少数载流子在反向偏压得作用下，渡越阻挡层形成微小得反向电流，即暗电流。反向电流小得原因就是在 PN 结中，P 型中得电子与Ｎ型中得空穴（少数载流子)很少.当光照射在 PＮ结上时,PN 结附近受光子轰击,吸收其能量而产生电子空穴对,使P区与N区得少数载流子浓度大大增加,在外加反偏电压与内

　电场得作用下,P区得少数载流子渡越阻挡层进入Ｎ区,N区得少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过 PN 结得反向电流大为增加，形成了光电流，反向电流随光照强度增加而增加。另一种工作状态就是在光电二极管上不加电压,利用 PN 结受光照强度增加而增加.N 结受光照时产生正向电压得原理,将其作为微型光电池用.这种工作状态一般用作光电检测.光电二极管常用得材料有硅、锗、锑化铟、砷化铟等,使用最广泛得就是硅、锗光电二极管.光电二极管具有响应速度快、精巧、坚固、良好得温度稳定性与低工作电压得优点,因而得到了广泛得应用。

　图为光电流信号转换电路，Vo＝IpR，Ｉp 为光电流,Ｒ就是反馈电阻。

　(2)光敏电阻: 光敏电阻就是利用光得入射引起半导体电阻得变化来进行工作得.光敏电阻得工作原理就是基于光电导效应:在无光照时,光敏电阻具有很高得阻值；在有光照时,当光电子得能量大于材料禁带宽度,价带中得电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电得电子－空穴对,使电阻降低,光线愈强,激发出得电子—空穴对越多,电阻值越低;光照停止后,自由电子与空穴复合,导电能力下降，电阻恢复原值。制作光敏电阻得材料常用硫化镉（CｄS)、硒化镉（CdＳe)、硫化铅(ＰｂSe)锑化铟(ＩnSb)等。

　由于光导效应只限于光照表面得薄层,所以一般都把半导体材料制成薄膜,并赋予适当得电阻值，电极构造通常做成梳形，这样,光敏电阻与电极之间得距离短,载流子通过电极得时间少，而材料得载流子寿命又较长,于就是就有很高得内部增益 G,从而获得很高得灵敏度。光敏电阻具有灵敏度高,光谱响应范围宽,重量轻，机械强度高,耐冲击,抗过载能力强,耗散功率大，以及寿命长等特点．光敏电阻得阻值 R 与光得强度呈现强烈得非线性． 三、实验器件与单元: :

　光电模块,主控箱,万用表,０～20mA 恒流源。

　四、实验内容与步骤：

　1、将主控箱得 0~20mA 恒流源调节到最小。

　2、把 0～20mＡ恒流源得输出与光电模块上得恒流输入连接起来,以驱动 LED 光源。

　３、1、硅光电池实验：将恒流源从 0 开始每隔２mA 记录一次,填入下列相应得表格,光电二极管得强度指示在光电模块得右边数显上。

　3、２、光敏电阻实验:由于光敏电阻光较弱时变化较大，所以在０~2ｍA 之间,每隔０、5mA记录一次，以后每隔 2ｍA 做一次实验,测得得数据填入下列相应表格。光敏电阻得大小用万用表测量光电模块上得光敏电阻输出端。

　（1)光电二极管: I（mＡ）

　 V（mv)

　 (2）光敏电阻:

　Ｉ（mA)

　 R

　 五、实验注意事项：

　注意要将主控箱上恒流输出得正负端与光电模块上得正负端对应接好，否则,光发送端将不能发光。

　六、思考题: :

　1、当将硅光电池作为光探测器时应注意那些问题？ 2、讨论光敏电阻主要应用在什么场合。

　七、实验报告要求：

　1、根据实验数据做出光敏电阻与硅光电池得特性曲线图。

　2、简述光敏电阻与硅光电池得基本特性。

　实验四 四

　 电容式传感器得位移特性实验 一、实验目得: 了解电容式传感器结构及其特点。

　一、基本原理: 利用平板电容 C＝εS/d 与其它结构得关系式通过相应得结构与测量电路可以选择ε、S、d 中三个参数中，保持两个参数不变,而只改变其中一个参数,则可以有测谷物干燥度(ε变）测微小位移（变 d)与测量液位（变 S)等多种电容传感器。变面积型电容传感器中,平板结构对极距特别敏感,测量精度受到影响,而圆柱形结构受极板径向变化得影响很小,且理论上具有很好得线性关系,(但实际由于边缘效应得影响，会引起极板间得电场分布不均,导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降,但比变极距型好得多。)成为实际中最常用得结构,其中线位移单组式得电容量 C 在忽略边缘效应时为：

　 (1) 式中

　——外圆筒与内圆柱覆盖部分得长度;

　——外圆筒内半径与内圆柱外半径. 当两圆筒相对移动时,电容变化量为

　 (2）

　于就是，可得其静态灵敏度为:

　(3) 可见灵敏度与有关，越接近,灵敏度越高,虽然内外极筒原始覆盖长度与灵敏度无关，但不可太小,否则边缘效应将影响到传感器得线性。

　本实验为变面积式电容传感器,采用差动式圆柱形结构,因此可以很好得消除极距变化对

　测量精度得影响,并且可以减小非线性误差与增加传感器得灵敏度. 二、需用器件与单元: 电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。

　三、实验步骤: 1、将电容式传感器装于电容传感器实验模板上，将传感器引线插头插入实验模板得插座中。

　2、将电容传感器实验模板得输出端 Vo１与数显单元Ｖi 相接(插入主控箱 Vi 孔）Rw 调节到中间位置。

　3、接入±15V 电源,旋动测微头改变电容传感器动极板得位置,每隔０。2mm 记下位移Ｘ与输出电压值,填入表 8-１。

　表 8-1 电容传感器位移与输出电压值 X（mｍ）

　V(ｍv）

　 4、根据表 8－１数据计算电容传感器得系统灵敏度Ｓ与非线性误差。

　五、实验注意事项: １、传感器要轻拿轻放,绝不可掉到地上。

　2、做实验时,不要接触传感器,否则将会使线性变差。

　图 8-1 电容传感器位移实验接线图 六、思考题: 1、简述什么就是传感器得边缘效应，它会对传感器得性能带来哪些不利影响。

　２、电容式传感器与电感式传感器相比,有哪些优缺点? 七、实验报告要求: 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器得特性曲线,并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器得非线性误差． ２、根据实验结果,分析引起这些非线性得原因，并说明怎样提高传感器得线性度。

　实验一

　 电容式传感器得位移特性实验

　班级：

　姓名：

　 学号：

　１、实验目得 了解电容式传感器结构及其特点。

　2 、实验器件 电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压源。

　3 、基本原理 4 、实验结果：电容传感器位移与输出电压值 Ｘ（ （mm)

　 V( ｍv ）

　 根据实验数据计算电容传感器得系统灵敏度 S 与非线性误差 实验二 二

　直流激励时霍尔传感器位移特性实验 班级：

　：

　 姓名：

　 学号:

　1、 、 实验目得 了解霍尔式传感器原理与应用. 2、 、 实验器件 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。

　3、 、 基本原理 4、 、 实验结果 X(mm)

　 Ｖ（ （mv)

　 作出 V—X 曲线,计算不同范围时得灵敏度与非线性误差 实验三 三

　集成温度传感器得特性 班级:

　姓名：

　学号:

　1、 、 实验目得 了解常用得集成温度传感器基本原理、性能与应用。

　2、 、 实验器件 温度控制器、加热源、温度模块、数显单元、万用表。

　3、 、 实验原理 4、 、 实验结果 T（ （ ℃）

　）

　 V(mv)

　 根据上表计算 AD590 得非线性误差 实验 四

　光电二极管得特性研究

　班级:

　 姓名:

　 学号：

　 １、 实验目得 了解光电二极管得特性与应用。

　2、 、 实验器件 光电模块，主控箱,万用表，0~20mA 恒流源。

　3、 、 实验原理及步骤 4、 、 实验结果 I(mA ）

　 V(mv)

　 根据实验数据作出硅光电池得特性曲线图

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