传感器测试实验报告

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

课

程： 传感器应用

班

级： 12物联网 姓

名：

学

号：

指导老师：

酒精传感器实验报告

一、实验名称：酒精传感器

二、实验目的：

１、能够读懂电子产品原理图，了解气敏传感器以及各电子元件的作用。 ２、能够具备电子产品的焊接技能以及故障分析、判断能力。

三、功能描述：

本设计介绍了一种酒精浓度检测仪的设计方法，主要利用MQ3还原性气体传感器作为酒精气体传感器，通过分压电阻转换为成比例的电压，再利用线性显示驱动LM3914驱动不同颜色的发光二极管和蜂鸣器提示检测得到的酒精浓度大小。根据自动检测系统的组成结构，该酒精浓度检测仪包含酒精气体传感器，信号处理电路和执行指示机构等部分。对于酒精气体传感器，只要是一般性的还原性气体传感器都能够使用。具体的信号传递与结构如下图所示。

四、硬件电路设计：

电路的前端部分MQ3传感器和分压电路按照常规设计即可，执行驱动声光指示的电路需要驱动多个发光管以及一个蜂鸣器，即需要将分压电路得出的电压转换成LED线段显示同时在某点驱动蜂鸣器发声。因此本设计拟采用LED通用电平显示驱动芯片LM3914作为执行机构。

１、MQ-3气敏电阻传感器

本设计采用的是表面电阻控制型气敏传感器MQ-3，该气体传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体，最常用的如SnO2。金属氧化物半导体在空气中被加热到一定温度时，氧原子被吸附在带负电荷的半导体表面，半导体表面的电子会被转移到吸附氧上，氧原子就变成了氧负离子，同时在半导体表面形成一个正的空间电荷层，导致表面势垒升高，从而阻碍电子流动，电阻较大。当N型半导体的表面在高温下遇到离解能力较小（易失去电子）的还原性气体时，气体分子中的电子将向气敏电阻表面转移，使气敏电阻中的自由电子浓度增加，电阻率降低，电阻减小。其应用于家庭、工厂、商业场所的气体泄漏监测装置，防火/安全探测系统。气体泄漏报警器，气体检漏仪。特点：高灵敏度、快速响应恢复、优异的稳定性、长寿命、驱动电路简单、电信号输出强。如下图所示。

2

酒精传感器实验报告

２、LED通用电平显示驱动芯片LM3914 通用电平显示驱动芯片LM3914片内有10个电压比较器，10个1K欧姆精密电阻串联组成的分压器分别向各电压比较器提供比较基准；直线驱动10个发光二极管（LED）组成的10段“线”或“点”式条图显示器；对被测量的变化反映迅速真实；无阻尼现象；抗干扰能力强。

利用10个发光二极管作为输入端电平变化的显示，输入端电平信号可以是通过各类传感器和变换电路而探测的各种物理量，如电压、电流、温度、湿度、亮度、响度、音频、距离、磁场强度、重量等等。用它做成的电平显示器，既醒目、直观，又方便、实用，并且能反映瞬间变化的信号，用途十分广泛。例如，在电路设计制作中，它既可以通过探头和处理电路实现温度控制和显示，用于烘箱、冰箱、空调、热塑封机等设备上，也可以通过分压变换电路实现电压高低的直观显示，用于仪器、仪表、音响及办公设备上。

核心电路采用了塑封双列直插的18脚LED点条显示驱动集成电路LM3914，电路构成及管脚功能如下图所示。LM3914内部含有10个相同的电压比较器，它们的输出端可以分别直接驱动外接的10只发光二极管(VDl—VDl0)作条状显示，也可以实现点状显示。它们的反相输入端并联在一起，并通过一个缓冲器接到输入端5脚。而10个同相输入端分别接到由10个精密电阻串联而成的多级分压器上。而这个分压器的两端在内部没有与其它电路或公共端相连，而是直接由

6、4脚引出，通常将之称为悬浮式，这样使得应用电路的设计更加灵活和方便。

以一个分辨率为0.125V的10级线性电压表为例说明其工作原理。这个电压表的最大量程为1.25V，将

9、11脚相连，设定为点状显示，这样比较省电。分压器就用内部基准电压源，

6、7脚相连，

4、8脚相连并接地，则分压器每个1k电阻上的压降为0.125V，因此最下面的一个比较器1同相输入端的电位为0.125V，比较器2同相输入端电位为0.25V，依此类推，最上面的一个比较器10基准电压设定为1.25V。当5脚输入电压小于0.125V时，10个LED都不发光，3

酒精传感器实验报告

当输入电压大于0.125V但小于0.25V时，比较器1反相输入端电位高于同相输入端，则比较器1输出低电位，使VD1发光；当输入电压大于0.25V但小于0.375V时，则VD2发光；依此类推，当输入1.25V电压时，VDl0发光。以上是用10个LED作0-1.25V十级显示，每级0.125V；若将6脚外接10V标准电压源，4脚接地。可以作0-10V十级显示的电压表，若将6脚接10V，4脚接5V电压，少比3脚电源电压VCC低2V。

３、电路及工作原理分析

本设计采用5V电源供电，前端是MQ-3型酒精气体浓度传感器，利用电阻分压电路将酒精浓度由电阻量转化为电压量，在通过驱动芯片LM3914按照电压大小驱动输出相应的发光管，当到达一定阈值时蜂鸣器被触发，发出报警声。调试时通过电位器RP调节测量的灵敏度。具体的电路原理如下图所示。

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4、PCB制版

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酒精传感器实验报告

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酒精传感器实验报告

五、功能调试：

1、检查电源回路

在通电之前，用数字万用表的二极管通断档测量电源正负接入点之间的电阻，应该成高阻态。如果出现短路现象，应立即排查，防止通电烧元件的事故。同时，目测IC的正负电源是否接反。当一切正常后方可通电调试。

2、电压直接调节

本设计主要是通过电阻分压电路测量酒精气体浓度变化的，而LM3914也是根据输入电压的大小决定点亮LED的数量的，因此可以先调试传感器之后的电路时是否正常。使用稳压电源的一组5V使系统通电后，将可调稳压电源的另一组输出调至0.2V左右，其电源正通过一个1K的电阻接入图中的A点，其电源负与系统电源负短接。再调节电源从0.2V-5V，观察输出LED和蜂鸣器的变化。正确的变化应该是，LED1-LED9挨个被点亮，在LED5和LED6被点亮之间蜂鸣器将发出声音，并一直持续。

如果没有一个LED被点亮，可能是LM3914的周边电路没有配合好，或者是电路某点有开路；如果是最终有几个红色LED未被点亮，可能是电位器RP的阻值偏小，调大一些再试；蜂鸣器未发出声响，可能原因是后面的发生电路开路，或者三极管烧坏。

3、酒精液体校准

按照传感器的使用要求，先通电将传感器预热。然后使用乙醇液体作为酒精气体的散发源，先使用50%的乙醇水溶液，再根据具体情况调节乙醇含量，最终得到200ppm的酒精调试系统。

4、电位器调节灵敏度

调试完成，根据具体的需要调节电位器RP，控制系统测试的灵敏度，要注意传感器的电阻参数

六、结束语：

7

为读者揭示了生活的真实与本原。

作者描写的方法很棒。

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