太原理工大学学生实验报告.docx
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1、太原理工大学学生实验报告学院名称现代科技学院专业班级信息08-2学号2008100780实验成绩学生姓名刘洁琼同组人姓名岳文远、郑耀强、陈书星实验日期课程名称传感器原理与应用实验题目实验一温度传感器实验R,式中,R0是在250C时或其他参考温度时的 电阻,T0是热力学温度(K),B称为材料的特征温度,其值 与温度有关,主要用于温度测量。NTC和PTC的特征曲线如图1-1所示:图1-1+15V1 T2+5V1L矿-HLD1 - REDJ1R5 27KR7 100K3R4 100J2RIO 5.IKR9 100KClbI2 OKO.luF1+15VR12 3_2*15V、_8OP07广R1410K
2、R16 5IK +15V C5OP07 z _2RllL-o1uF47K +15V_J_C3| O.luF2.2LR13R15R17HHi-O.luF2K:C6O.luF罕R20 II2KR195.1KO.luFC7HH-R2 2 2K,R2L2K6心 2KOP07HH-15 V O.luFUc1210K5 IK I_8OP07IC4 匚OluFRWD2 1K2V+5V2KD3 35.2 V一、实验目的掌握温度传感器的特性、工作原理及其应用。二、实验原理实验电路图如图1-2所示,R2用作加热电阻,R3为负温度系数热敏电阻NTC,用来检测加热 温度的变化,R3、R4、R5、R6组成全桥电路,当J
3、1的1-2端、J2的1-2端断开时,则桥路后面的 精密仪器放大器的输入电压为0,此时可以通过调节电位器RW对放大电路进行调0;当J1的1-2 端、J2的1-2端接通时,则桥路的输出电压信号经放大调理电路放大,从而在Uo的输出端得到随 加热温度变化而变化的电压信号。本实验中的温度传感器采用了热敏电阻,热敏电阻是一种对热敏感的电阻元件,一般用半导体材料 做成,可以分为负温度系数热敏电阻NTC (Negative Temperature coefficient Thermistor)和正 温度系数热敏电阻 PTC (Positive Temperature Coefficient Thermisto
4、r),临界温度系数热敏电阻 CTR(Critical Temperature Resistor)三种,本实验用的是负温度系数热敏电阻NTC,NTC 通常是一种氧化物的复合烧结体,特别适合于-1003000C之间 的温度测量,它的电阻值随着温度的升高而减小,其经验公式为: R = ReB 1t -三、实验设备万用表(自备)、温度传感器调理模块。四、实验内容与步骤1. 将“温度传感器调理模块”插放到相应的实验挂箱上;2. 在确保上述模块插放无误后,从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源(电源的大小及正 负极性不能接错);3. 进行调理电路的调零:先将“温度传感器调理模块”的拨动开关拨向下方(此时模块
5、上的灯暗);用短路帽短接此模块上J1、J2下方的两个插脚,再调节电位器RW,用万用表测量U。的 两端,使输出电压为零;再把短路帽切换到J1、J2上方的两个插脚。4. 调零完成之后,再把拨动开关拨向上方(模块上的灯亮),此时电阻R2处于加热状态,用 万用表测量U的两端,在加热过程中,观测并记录输出电压的变化情况。五、思考题归纳总结NTC用作温度测量时应注意哪些问题,主要应用在什么场合,有哪些优缺点。答:NTC/PTC都属于热敏电阻。PTC指正温度系数热敏电阻;NTC指负温度系数热敏电 阻;PTC用于过载、过流、过热、过温保护如充电器、空调、开关电源等的过流过载短路保护。 NTC 一般用于温度测量
6、及控制和抑制浪涌电流比如手机电池保护及办公自动化设备的电路保护、 电子温度度计、空调、冰箱、饮水机等家用电器。六、实验数据等待电压变化不是很快时每隔10s记录一次数据间隔(S)0102030405060708090电压(v)-2.00-2.04-2.09-2.14-2.18-2.23-2.27-2.30-2.34-2.37七、实验结果与分析电压(v)分析:随着温度的增加,电压变化减慢,其值逐渐减小八、实验报告要求1. 整理实验数据,分析热敏电阻NTC的阻值随温度变化的情况;2. 画出热敏电阻NTC的温度特征曲线。太原理工大学学生实验报告学院名称现代科技学院专业班级信息08-2学号2008100
7、780实验成绩学生姓名刘洁琼同组人姓名岳文远、郑耀强、陈书星实验日期课程名称传感器原理与应用实验题目实验二金属箔式应变片一一单臂电桥性能实验、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应,单臂电桥工作原理和性能。二、实验原理应变片的安装位置如图2-2所示,应变式传感器已装到应变传感器模块上。传感器中各电阻 应变片已接入到“THVZ-1型传感器实验箱”上,从左到右依次为R1、R2、R3、R4。可用万用表 进行测量,R1=R2=R3=R4=350Q。金属丝在外力作用下发生机械形变时,其电阻值会发生变化,这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为:R = p 二S当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时,将伸长M
8、,横截面积相应减小AS,电阻率因晶格变 化等因素的影响而改变Ap,故引起电阻值变化AR。对式(1)全微分,并用相对变化量来表示, 则有:AR Al ASAp(2)=+Rl Sp式中的A!i为电阻丝的轴向应变,用8表示,常用单位M(1 =1x10-6 mm/mm)。若径向 应变为AZ,电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比R表示为A7r =-( All),因为 ASS =2( Arr),则(2)式可以写成:AR AlAp / Ap p、Al , Al(3)=(1 + 2 目)+ =(1 + 2 目+) = k R lpAl l l 0 lk 0受两个是材料的电式(3)为“应变效应”的表达式。k
9、o称金属电阻的灵敏系数,从式(3)可见, 因素影响,一个是(1+2 R),它是材料的几何尺寸变化引起的,另一个是Ap(p)阻率P随应变引起的(称“压阻效应”)。对于金属材料而言,以前者为主,则k0 n 1 + 2|1,对半导体,k0值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明,在金属丝拉伸比例极限内,电阻相对 变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系叫=2左右。用应变片测量受力时,将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下,被测对象表面产生微 小机械变形时,应变片敏感栅也随同变形,其电阻值发生相应变化。通过调理转换电路转换为相应 的电压或电流的变化,根据(3)式,可以得到被测对象的应变值,而根据
10、应力应变关系b= E (4)O 测试的应力;E材料弹性模量。可以测得应力值O。通过弹性敏感元件,将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应 变,因此可以用应变片测量上述各量,从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应 变片,金属箔式应变片,金属薄膜应变片。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部位受力状 态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反映了相应的受力状态,对单臂 电桥输出电压U= EKE /4,式中E为电桥供电电压,K为应变灵敏系数。应变式传感器信号调理实验电路图如图2-1所示。+15W3式中PortlC1O.OluF
11、R520KR6 5.1K 328C4-15V0.1uF龄 R102QK 100HH0 luF Ul6OP07Rll -iI10K*15R20 20KUi2Port2 C2O.OlifR720KR12 20K0.1 uiRS 5.IK 31U2OP07R1310K2KR1451K0一1旧-ISVO.luF23OP07C8UoR16R1710K+15XC9U4OP07、6CIOR212KUoC6 O.luF+15V RW2 10KR19-5.1K1.5KD13.3VdHHi1,-15V0.1uF-15 VL5KD23.3 V三、实验设备THVZ-1型传感器实验箱中应变式传感器实验单元、砝码、万用表
12、(自备)、信号调理挂箱、 应变式传感器调理模块。四、实验内容与步骤1. 将“应变式传感器调理模块”插放到相应的实验挂箱上,在确保上述模块插放无误后,从实验屏上接入实验挂箱所需的工作电源(电源的大小及正负极性不能接错)2. 检查无误后,合上主控台电源开关,进行差动放大器调零,方法为:将应变式传感器信号 调理实验电路的输入端Ui与地短接,调节实验模板上调零电位器Rw2,使Uo端输出电压为零,(万 用表2V档测量)。关闭主控台电源。(注意:当Rw2的位置一旦确定,就不能改变。)3. 按图2-3将应变式传感器的其中一个应变片R1 (即模板的R1)接入电桥作为一个桥臂与 R5、R6、R7接成直流电桥,(
13、R5、R6、R7在模块内已接好),接好电桥调零电位器Rw1,接上桥 路电源5V,如图2-3所示。检查接线无误后,合上主控箱电源开关,调节Rw1,使数显表显示约 为零(万用表2V档测量)。4. 在砝码盘上放置一只砝码,读取数显表数值,以后每次增加一个砝码并读取相应的数显表 值,直到200g砝码加完,记下实验结果填入表2-1,关闭电源。R1 R2 R3 R4接信号调理电路输入端Li图2-3应变式传感器单臂电桥实验接线图5.根据表1-1计算系统灵敏度S = / AW ( AU输出电压的变化量, W重量变化量) 和非线性误差0 f1=A m/yFS X100%式中Am (多次测量时为平均值)为输出值与
14、拟合直线的最大 偏差:yFS满量程输出平均值,此处为200g。五、实验注意事项1. 不要在砝码盘上放置超过1kg的物体,否则容易损坏传感器。2. 电桥的电压为5V,绝不可错接成15V,否则可能烧毁应变片。六、实验数据重量(g)020406080100120140160180电压1(v)00.180.340.520.700.881.051.231.411.59电压2(v)-0.050.130.310.490.670.861.041.221.411.59七、实验结果与分析1.81.61.41.210.80.60.40.20 -0.2折线图1J折线图2分析:两条直线不重合,是由于仪器线性度不好所造成
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