《传感器与检测技术》
实验报告
班级:
学号:
姓名:
时间: 年 月
实验一 差动变压器的应用——电子秤
一、实验目的:了解差动变压器的实际应用
二、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。
有关旋钮初始位置:
音频振荡器调至4KHZ,V/F表打到2V档。
三、 实验步骤:
(1)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。
(2) 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。
(3)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。
(4)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;
(5)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。
V(置物)=0.47
(6)利用所得数据,求得系统灵敏度及重物重量。
四:数据记录与处理
灵敏度=△V/△E=0.125/20=0.00625(V/g)
W(置物)=75.33(g)
五、 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。
六、心得体会
第一次实验,相对来说了解比较少,做起来相对困难,尤其是电桥的连接。实验中我们得到电压正比于力的关系。总体来说,通过了实验加深自己对理论知识的学习和理解。
实验二 热电偶的原理及分度表的应用
一、实验目的:了解热电偶的原理及现象。
二、 所需单元和部件:
三、实验数据
室温:28摄氏度。加热后温度计测量出来的结果是43度,电压示数:0.056V
Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)
Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/150x2
通过计算得出:
Eab(t,tn)=0.7467mv
查表得:Eab(tn,to)=1.114mv
所以t=46摄氏度
误差分析:绝对误差=|46-43|=3摄氏度
相对误差=3/43x100%=6.98%
四、思考题
(1)为什么差动放大器接入热电偶后需再调差 放零点?
差动放大器的最显著特点就是电路的对称性,在没有接入热电偶的时候,电路有可能已经调到零输出。接入热电偶,恐怕就破坏了电路的对称性,所以需要再调差放零点。
(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的误差。为什么?
实验中有一个横梁来传热,这里会有热损失。在测量的时候测量不到。还有就是温度计与被测点之间隔了一层膜,也会导致温度测量的不准。
五、实验心得
通过本次实验得知通过热电偶测量温度的方法受着环境的限制,要排除外界的干扰。通过对线路的分析,对实验原理也有所掌握。
实验三 热敏电阻测温演示实验
一、实验目的:了解NTC热敏电阻现象。
二、热敏电阻特性:
热敏电阻的温度系数有正有负,因此分成两类;PTC热敏电阻(正温度系数)与NTC热敏电阻(负温度系数)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽,主要用于温度测量;而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄,一般用于恒温加热控制或温度开关,也用于彩电中做自动消磁元件。有些功率PTC也做发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用做温度补偿或温度测量。
一般的NTC热敏电阻测温范围为:-50℃~+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜,并且本身阻值大,不需要考虑引线长度带来的误差,适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有:非线形大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量.
三、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。
四、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 减小 ,Vi 增大
五、实验数据处理
分析:温度升高时电压大,而由公式 知电压增大时电阻减小,
由此可见:当温度升高时,RT阻值减小,Vi 增大
六、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,采用三线制接法。在低温时,由于热敏电阻Rt趋近于无穷,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。
七、心得体会:
本实验是为了观察电阻与温度之间的关系,在不能直接测量电阻时,可以转换为相关联变量(电压电流等),使实验更加简便。
实验四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励
一:实验目的:了解霍尔式传感器的原理与特性。
二: 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。
三、 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:
作出V—X曲线,指出线性范围,求出灵敏度,关闭主、副电源。
灵敏度:K =()/6()
=()
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。
四、 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。
(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)
五、心得体会
通过实验,更一步加深了对最小二乘法、线性度、灵敏度等概念的理解。实验中实际磁场不是很理想,所以线性部分比较小。通过实验,处理数据的能力有了进一步的提升。
第二篇:南昌大学传感器与检测技术实验报告
实 验 报 告
实验课程: 传感器与检测技术
学生姓名: 苏**
学 号: ***00
专业班级: 自动化114班
20XX年 6月5日
目录
实验一 差动变压器的应用
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
实验一 差动变压器的应用——电子秤
一、实验目的:
1、了解差动变压器的实际应用。
2、根据理论知识熟悉差动变压器工作原理。
二、实验耗材:
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。
三、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。
四、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。
五、实验心得
本次实验是我们第一次进行传感器与检测技术的实验,实验开始对实验仪器比较好奇,进行了各种尝试,最后按照实验指导书进行了连线,但是遇到了实验仪器存在问题,不能进行实验,进过与其他小组同学的合作之后才得以完成,本次实验我们不仅仅第一次见识到了这样的实验仪器,并且通过实验加强了自己对理论知识的理解,差动变压器的应用相对而言比较广泛,这也加强了我们自己动手能力。
实验二 热电偶的原理及分度表的应用
一、实验目的:
1、了解热电偶的原理及现象。
2、掌握和熟悉热电偶的理论知识。
二、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。
三、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: ( , ) ( , Eab t to = Eab t tn ) + Eab(tn ,to ) 计算热端温度为t,冷端温度为0℃时的热电势, ( , ) o Eab t t ,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:
四、实验数据:
室温:29℃
E=0.171mV
测得温度T=40℃
又Eab(T,Tn)=E/(150*2)=0.570mV
Eab(T,T0)=Eab(T,Tn)+Eab(Tn,T0)
=0.570mV+1.155mV
=1.725mV
查表得T的理论值为:T=43℃
五、实验思考:
1、为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点?
答:因为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。
六、实验心得:
本次实验的原理是热电偶的原理,在次之前我们在理论课部分进行了详细的学习,热电偶的热电势不仅仅与热端温度有关,而且和冷端温度也有关系,只有冷端温度恒定的时候,才能通过测量热电势得到热端温度,否则需要通过补偿导线将冷端延长到一个温度恒定的地方,所以本次实验我们的理论知识还是比较充分,但是实验过程中还是遇到了一些问题,实验数据也出现了一些误差,但是通过本次实验对理论知识进行了衣服呢验证,有一定收获。
实验三 热敏电阻测温演示实验
一、实验目的:
了解NTC热敏电阻现象。
二、实验单元:
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。
三、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
四、实验思考:
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。
五、实验思考:
在理论课程中,我们对于半导体热敏电阻有了一定的了解,按照热敏电阻率随着温度变化的特性不同,热敏电阻分为正温度系数(PTC)负温度系数(NTC)
临界温度系数(CTR)三种,本次实验是研究负温度系数(NTC热敏电阻现象),所以通过本次实验对其进行验证,确实是得到了当温度升高时,RT阻值下降,明显的负温度系数。通过本次实验也加深了对热敏电阻的理解。
实验四 霍尔式传感器的静态位移特性—直流激励
一、实验目的:
了解霍尔式传感器的原理与特性。
二、实验部件:
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。
三、实验准备:
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。
四、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:
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=-0.48 B=0.2
所以 Y=0.2x-0.48
由此可以得出灵敏度:k=dy/dx=0.2
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。
五、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。
(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)
六、实验心得:
本次实验是我们传感器与检测技术的最后一个实验,对于霍尔式传感器理论课中没有详细讲解,但是对于气筒霍尔效应及其霍尔电势的原理高中有着一定的知识,这一次实验刚开始数据测量总是存在一定的问题,经过学长的指导之后实验顺利完成,经过曲线拟合比较之后,验证得到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。在这次实验中自己也学习到了课堂上所没有学习到的东西。