传感器原理(实验指导书).docx

实验一热电偶测温实验一、实验目的：了解K型热电偶的特性与应用二、实验仪器：智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。三、实验原理：智能调节仪控制温度实验智能调行仪日.日.H HB.B.B. B.调节仪电源显示待设置的设定值。当LOCK等于0或1时使能，设置温度的设定值，按“V ”可改变 小数点位置，按或键可修改靠下窗口的设定值。否则提示'LCK”表示已加锁。再按皿】3 秒以下，回到初始状态。热电偶传感器的工作原理热电偶是一种使用最多的温度传感器，它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应，即 两种不同的导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处的温度不 同，一端温度为T，另一端温度为T。，则回路中就有电流产生，见图50-1(a)，即回路中 存在电动势，该电动势被称为热电势。图 50-1 (a)图 50-1 (b)两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。当回路断开时，在断开处a,b之间便有一电动势Et,其极性和量值与回路中的热电势 一致，见图50-1 (b),并规定在冷端，当电流由A流向B时，称入为正极，B为负极。实 验表明，当Et较小时，热电势£丁与温度差(T-T0)成正比，即Et=Sab(T-T0)(1)$腥为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取 AB决于热电极材料的相对特性。热电偶的基本定律：(1) 均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的截面积和长度如何，也不论各处的温度分 布如何，都不能产生热电势。(2) 中间导体定律用两种金属导体A , B组成热电偶测量时，在测温回路中必须通过连接导线接入仪表测 量温差电势EAb (T, T0),而这些导体材料和热电偶导体A, B的材料往往并不相同。在这 种引入了中间导体的情况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指 出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路 总热电势EAb (T, T0)没有影响。(3) 中间温度定律如图49-2所示，热电偶的两个结点温度为',七时，热电势为Eab (T1, T2);两结点 温度为T2, T3时，热电势为Eab (T2, T3),那么当两结点温度为',T3时的热电势则为Eab (Ti,七)+ E (T T ) =E(T T )(2)AB 12AB 23AB 13式(2)就是中间温度定律的表达式。譬如：T100C, T2=40C, T3=0C,则Eab (100, 40) +Eab (40, 0) =Eab (100, 0)(3)图 50-2热电偶的分度号热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字胃$、R、B、K、E、J、T、N表示）。 它是在热电偶的参考端为0C的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。四、实验内容与步骤1. 重复实验Pt100温度控制实验，将温度控制在500C,在另一个温度传感器插孔中插 入K型热电偶温度传感器。2. 将±15V直流稳压电源接入温度传感器实验模块中。温度传感器实验模块的输出Uo2温度传感器实验.模块接面板+ 15V, -15V电源接主控台直流电压表。3. 将温度传感器模块上 差动放大器的输入端皿短接， 调节Rw3到最大位置，再调 节电位器Rw4使直流电压表 显示为零。4. 拿掉短路线，按图50-3 接线，并将K型热电偶的两根 引线，热端（红色）接a,）令 端（绿色）接b;记下模块输 出Uo2的电压值。T (C)Uo2 (V )5.改变温度源的温度每隔图 50-350C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表表 50-1五、实验报告1. 根据表50-1的实验数据，作出UO2-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，计 算其非线性误差。2. 根据中间温度定律和K型热电偶分度表，用平均值计算出差动放大器的放大倍数A。实验二直流激励时霍尔传感器的位移特性实验一、实验目的：了解霍尔传感器的原理与应用。二、实验仪器：霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表。三、实验原理：根据霍尔效应，霍尔电势Uh=KhIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料的物理性质决 定，当通过霍尔组件的电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位 移测量。四、实验内容与步骤1. 将霍尔传感器安装到霍尔传感器模块上，传感器引线接到霍尔传感器模块9芯航空 插座。按图24-1接线。2. 开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头的起始位置调到“10mm ”处， 手动调节测微头的位置，先使霍尔片大概在磁钢的中间位置（数显表大致为0）,固定测微 头，再调节Rw 1使数显表显示为零。3. 分别向左、右不同方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，图24-1霍尔传感器直流激励接线图五、实验报告作出U-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。实验三湿敏传感器实验一、实验目的：了解湿敏传感器的原理及应用范围。二、实验仪器：湿敏传感器、湿敏座、干燥剂、棉球（自备）。三、实验原理：湿度是指大气中水份的含量，通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法表示，湿度是指单 位窨体积中所含水蒸汽的含量或浓度，用符号AH表示，相对湿度是指被测气体中的水蒸汽 压和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压的百分比，用符号表示。湿度给出大气的潮湿 程度，因此它是一个无量纲的值。实验使用中多用相对湿度概念。湿敏传感器种类较多，根 据水分子易于吸附在固体表面渗透到固体内部的这种特性（称水分子亲和力），湿敏传感器 可以分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本实验所采用的属水分子亲和力型中的高分 子材料湿敏元件。高分子电容式湿敏元件是利用元件的电容值随湿度变化的原理。具有感湿功能的高分子聚合物，例如，乙酸-丁酸纤维素和乙酸-丙酸比纤维素等，做成薄膜，它们 具有迅速吸湿和脱湿的能力，感湿薄膜覆在金箔电极（下电极）上，然后在感湿薄膜上再镀 一层多孔金属膜（上电极），这样形成的一个平行板电容器就可以通过测量电容的变化来感 觉空气湿度的变化。四、实验内容与步骤1. 湿敏传感器实验装置如图58-1所示，红色接线端接+SV电源，黑色接线端接地，蓝 色接线端和黑色接线端分别接频率/转速表输入端。频率/转速表选择频率档。记下此时频率/转速表的读数。2. 将湿棉球放入湿敏腔内。并插上湿敏传感器探头，观察频率转速表的变化。3. 取出湿纱布，待数显表示值下降回复到原示值时，在干湿腔内被放入部分干燥剂， 同样将湿度传感器置于湿敏腔孔上，观察数显表头读数变化。五、实验报告1.输出频率三与相对湿度RH值对应如下，参考下表，计算以上三中状态下空气相对湿度。RH (% )0102030405060708090100Fre(Hz )73517224710069766853672866006468633061866033图 58-1实验四超声波测距实验一、实验目的学习超声波测距的方法；二、实验仪器超声波传感器实验模块、超声波发射接受器、反射板、直流稳压电源三、实验原理超声波是听觉阈值以外的振动，其频率范围1041012HZ，超声波在介质中可产生三种 形式的振荡：横波、纵波和表面波，其中横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气 体中传播，表面波随深度的增加其衰减很快。超声波测距中采用纵波，使用超声波的频率为 40kHz，其在空气中的传播速度近似340m/s。当超声波传播到两种不同介质的分界面上时，一部分声波被反射，另一部分透射过界面。 但若超声波垂直入射界面或者一很小的角度入射时，入射波完全被反射，几乎没有透射过界 面的折射波。这里采用脉冲反射法测量距离，因为脉冲反射不涉及共振机理，与被测物体的 表面光洁度关系不密切。被测D=CT/2，其中C为声波在空气中的传播速度，T为超声波发 射到返回的时间间隔。为了方便处理，发射的超声波被调制成40KHz左右，具有一定间隔的S二二三二二二f图1超声波测距原理框图四、实验内容与步骤1.将超声波发射接收器引出线接至超声波传感器实验模块，并将+15V直流稳压电源接 到超声波传感器实验模块；2.打开实验台电源，将反射板正对超声波发射接收器，并逐渐远离超声波发射接收器。 用直板尺测量超声波发射接收器到反射板的距离，从60mm至200mm每隔5mm记录一次 超声波传感器实验模块显示的距离值，填入下表距离(mm)显示(mm)五、实验报告根据所记录实验数据，计算超声波传感器测量距离的相对误差。图 45-21.在控制台上的“智能调节仪”单元中“输入”选择“Pt100”，并按图45-2接线。2.将“+24V输出”经智能调节仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调节仪电 源。3.按住S,，： * I 2 3 3秒以下，进入智能调节仪A菜单，仪表靠上的窗口显示“W”，靠下窗口