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1、 1THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置型传感器系统综合实验装置型传感器系统综合实验装置型传感器系统综合实验装置 简介简介简介简介 一一一一、概述概述概述概述 THSRZ-2型传感器系统综合实验装置适应不同类别、不同层次专业教学实验、培训、考核的需求，是一套多功能、全方位、综合性、动手型的实验装置，可以与普教中的“物理”，职教、高教中的“传感器技术”、“工业自动化控制”、“非电测量技术与应用”、“工程检测技术与应用”等课程的教学实验配套。 二二二二、设备构成设备构成设备构成设备构成 实验台主要由试验台部分、三源板部分、处理（模块）电路部分和数据采集通讯部分组成。 1. 实验台部分 这部分设
2、有1k10kHz 音频信号发生器、130Hz 低频信号发生器、四组直流稳压电源：15V、+5V、210V、224V可调、 数字式电压表、频率/转速表、定时器以及高精度温度调节仪组成。 2. 三源板部分 热源：0220V交流电源加热，温度可控制在室温120 oC，控制精度1 oC。 转动源：224V直流电源驱动，转速可调在04500 rpm。 振动源：振动频率1Hz30Hz（可调） 。 3. 处理（模块）电路部分 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、温度检测与调理、压力检测与调理等共十个模块。 4. 数据采集、分析部分 为了加深对
3、自动检测系统的认识， 本实验台增设了USB数据采集卡及微处理机组成的微机数据采集系统（含微机数据采集系统软件） 。14位A/D转换、采样速度达300kHz，利用该系统软件，可对学生实验现场采集数据，对数据进行动态或静态处理和分析，并在屏幕上生成十字坐标曲线和表格数据，对数据进行求平均值、列表、作曲线图以及对数据进行分析、存盘、打印等处理，实现软件为硬件服务、软件与硬件互动、软件与硬件组成系统的功能。更注重考虑根据不同数据设定采集的速率。 本实验台，作为教学实验仪器，大多传感器基本上都做成透明，以便学生有直观的认识，测量连接线用定制的接触电阻极小的迭插式联机插头连接。 三三三三、实验内容实验内容
4、实验内容实验内容 结合本装置的数据采集系统，不需另配示波器，可以完成大部分常用传感器的实验及应用。包括金属箔应变传感器、差动变压器、差动电容、霍耳位移、霍耳转速、磁电转速、扩散硅压力传感器、压电传感器、电涡流传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器（AD590） 、K型、E型热电偶、PT100铂电阻、湿敏传感器、气敏传感器、磁阻传感器等共25种，四十多个实验。 2目目目目 录录录录 实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验 实验二 金属箔式应变片半桥性能实验 实验三 金属箔式应变片全桥性能实验 实验四 直流全桥的应用电子秤实验 实验五 交流全桥的应用振动测量实验 实验六 扩散硅压阻
5、压力传感器差压测量实验 实验七 差动变压器的性能实验 实验八 差动变压器零点残余电压补偿实验 实验九 激励频率对差动变压器特性的影响实验 实验十 差动变压器的应用振动测量实验 实验十一 电容式传感器的位移特性实验 实验十二 电容传感器动态特性实验 实验十三 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 实验十四 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验 实验十五 霍尔测速实验 实验十六 霍尔式传感器振动测量实验 实验十七 磁电式转速传感器的测速实验 实验十八 压电式传感器振动实验 实验十九 电涡流传感器的位移特性实验 实验二十 被测体材质、面积大小对电涡流传感器的特性影响实验 实验二十一 电涡流传感器测量
6、振动实验 实验二十二 光纤传感器的位移特性实验 实验二十三 光纤传感器的测速实验 实验二十四 光纤传感器测量振动实验 实验二十五 光敏电阻特性实验 实验二十六 红外检测实验 实验二十七 光电转速传感器的转速测量实验 实验二十八 磁敏元件转速测量实验 实验二十九 PT100温度控制实验 实验三十 铂电阻温度特性实验 实验三十一 铜热电阻（Cu50）温度特性实验 实验三十二 集成温度传感器的温度特性实验 实验三十三 E型热电偶温度特性实验 实验三十四 K型热电偶温度特性实验 实验三十五 热电偶冷端温度补偿实验 实验三十六 正温度系数热敏电阻（PTC）温度特性实验 3实验三十七 负温度系数热敏电阻（
7、NTC）温度特性实验 实验三十八 PN结温度特性实验 实验三十九 湿敏传感器实验 实验四十 气敏传感器实验 实验四十一 可燃气体检测实验 实验四十二 转速控制实验 选做实验选做实验选做实验选做实验 实验一 超声波测距实验 实验二 扭矩传感器实验 实验三 CCD传感器测径实验 实验四 光纤压力传感器压力测量实验 实验五 PSD位置测量实验 实验六 园光栅传感器应用实验 实验七 限位开关应用实验 4实验一实验一实验一实验一 金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解金属
8、箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、15V、4V 电源、万用表（自备） 。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R/R=K，式中R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，=l/l 为电阻丝长度相对变化。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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图
9、1-1 图 1-2 5通过这些应变片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，如图1-2所示R5、R6、R7为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压 Uo=RRRRE+211/4 （1-1） E为电桥电源电压，R为固定电阻值，式1-1表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为L=%10021RR。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1应变传感器上的各应变片已分别接到应变传感器模块左上方的R1、R2、R3、R4上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。 2差动放大器调零。从主控台接入15V电源，检查无误后，合上主控台电源
10、开关，将差动放大器的输入端Ui短接并与地短接， 输出端Uo2接数显电压表 （选择2V档） 。 将电位器Rw3调到增益最大位置（顺时针转到底） ，调节电位器Rw4使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4的位置确定后不能改动） 3按图1-2连线，将应变式传感器的其中一个应变电阻（如R1）接入电桥与R5、R6、R7构成一个单臂直流电桥。 4加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1使电压表显示为零。 5在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，
11、填入下表1-1，关闭电源。 重量(g) 电压(mV) 表11 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 根据表11计算系统灵敏度SU/W（U 输出电压变化量，W 重量变化量）和非线性误差f1=m/yF.S 100，式中m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差；yFS为满量程（200g）输出平均值。 六六六六、注意事项注意事项注意事项注意事项 加在应变传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！ 6实验二实验二实验二实验二 金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片半桥性能实验半桥性能实验半桥性能实验半桥性能实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的：比较
12、半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器：同实验一 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变数也相同时，半桥的输出电压为 Uo=EK/2 =RRE 2 （2-1） E为电桥电源电压，式2-1表明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2差动放大器调零，参考实验一步骤2。 3按图2-1接线，将受力相反（一
13、片受拉，一片受压）的两只应变片接入电桥的邻边。 4加托盘后电桥调零，参考实验一步骤4。 5在应变传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入下表，关闭电源。 表2-1 重量(g) 电压(mV) 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 根据表2-1的实验资料，计算灵敏度L=U/W，非线性误差f2 六六六六、思考题思考题思考题思考题 引起半桥测量时非线性误差的原因是什么？ 图 2-1 7实验三实验三实验三实验三 金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片金属箔式应变片全桥性能实验全桥性能实验全桥性能实验全桥性能实验 一一一
14、一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解全桥测量电路的优点。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 同实验一。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出：Uo=KE （3-1） E为电桥电源电压，式3-1表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2差动放大器调零，参考实验一步骤2。 3按图 3-
15、1接线， 将受力相反（一片受拉， 一片受压）的两对应变 片分别接入电桥的邻边。 4加托盘后电桥调 零，参考实验一步骤4。 图 3-1 5在应变传感器托 盘上放置一只砝码，读取 数显表数值，依次增加砝 码和读取相应的数显表值 ，直到200g砝码加完， 计下实验结果，填入下表3-1，关闭电源。 表3-1 重量(g) 电压(mV) 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 根据记录表3-1的实验资料，计算灵敏度L=U/W，非线性误差f3 六六六六、思考题思考题思考题思考题 比较单臂、半桥、全桥测量电路的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。 8实验四实验四实验四实验四 直流全桥的应用直流全桥的应用直流
16、全桥的应用直流全桥的应用电子称实验电子称实验电子称实验电子称实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解直流全桥的应用及电路的定标 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 同实验一 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 电子称实验原理同实验三的全桥测量原理，通过调节放大电路对电桥输出的放大倍数使电路输出电压值为重量的对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成一台比较原始的电子称。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1按实验三的步骤1、2、3接好线并将差动放大器调零。 2将10只砝码置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（满量程时的增益
17、） ，使数显电压表显示为0.200V（2V档测量） 。 3拿去托盘上所有砝码，观察数显电压表是否显示为0.000V，若不为零，再次将差动放大器调零和加托盘后电桥调零。 4重复2、3步骤，直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲Kg即可以称重。 5将砝码依次放到托盘上并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完，计下实验结果，填入表4-1。 6去除砝码，托盘上加一个未知的重物（不要超过1Kg） ，记录电压表的读数。根据实验数据，求出重物的重量。 表 4-1 重量(g) 电压(V) 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 根据计入表4-1的实验资料，计算灵敏度L=U/W，非线性误差f4 9实验五实
18、验五实验五实验五 交流全桥的应用交流全桥的应用交流全桥的应用交流全桥的应用振动测量实验振动测量实验振动测量实验振动测量实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解交流全桥测量动态应变参数的原理与方法 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 振荡器、万用表（自备） 、应变传感器模块、通信接口（包括采集卡及上位机软件） 、振动源、三源板上的应变输出、应变输出专用连接线。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 将应变传感器模块电桥的直流电源E换成交流电源E，则构成一个交流全桥，其输出 u= ，用交流电桥测量交流应变信号时，桥路输出为一调制波。 四四四四、实验内容与步骤实验内
19、容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤： 1 不用模块上的应变电阻， 改用振动梁上的应变片， 通过导线连接到三源板的 “应变输出” 。 2 将台面三源板上的应变输出用连接线接到应变传感器实验模块的黑色插座上。 因振动梁上的四片应变片已组成全桥，引出线为四芯线，因此可直接接入实验模板面上已联成电桥的四个插孔上。对角线的阻值为350，若二组对角线阻值均为350则接线正确（万用表测量） 。 3根据图5-1， 接好交流电桥调平衡 电路及系统，R8、Rw1 、C、Rw2为交流电桥 调平衡网络。检查接 线无误后，合上主控 台电源开关，将音频 振荡器的频率调节到 1KHz左右，幅度峰 -峰值调节到Vp-p=
20、10V（频率用频率/转 速表监测，幅度用上 位机监测） 。 图 5-1 4调节Rw1、Rw2使上位机采集到一条在零点的直线。 5将低频振荡器输出接入振动台激励源插孔，调低频输出幅度和频率使振动台(圆盘)明显有振动。 6低频振荡器幅度调节不变，改变低频振荡器输出信号的频率（用频率/转速表监测） ，用上位机检测频率改变时差动放大器输出调制波包络的电压峰峰值，填入下表。 f(Hz) Vo(p-p) 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 从表5-1的实验数据得出振动梁的共振频率。 RRE 10 实验六实验六实验六实验六 扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验扩散
21、硅压阻式压力传感器的压力测量实验扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器 压力传感器模块、温度传感器模块、数显单元、直流稳压源+5V、15V。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理 在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，形成4个阻值相等的电阻条。并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去
22、平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。 实验原理图如图6.1所示，MPX10有4个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V电源、4脚为Uo-；当P1P2时，输出为正；P1W的纵长方形片,由于电子的运动偏向一侧,必然产生霍尔效应，当霍尔电场施加的电场力和磁场对电子施加的劳伦兹力平衡时,电子的运动轨迹就不再偏移， 所以片中段的电子运动方向与L平行，只有两端才有所偏移，这样，电子的运动路径增长并不多，电阻加大也不多. 图28-1（b）LW的横长方形片，其效果比前者明显。实验表明当B=1T时，电阻可增大10倍（因为来不及形成较
23、大的霍尔电场） 图28-1（c）是按图41-1（b）的原理把多个横长方形片串联而成，片和片之间的金属导体包霍尔电压短路掉，使之不能形成电场，于是电子的运动总是偏转的，电阻增加的比较多。 本实验所采用的传感器是一钟N型的InSb半导体材料做成的磁阻器件。在其背面加了一偏置磁场，所以，当被检测铁磁性物质或磁钢经过其检测区域时，MR1和MR2处的磁场先后增大从而导致MR1和MR2的阻值先后增大，如在、两端加电压Vcc，则端输出一正弦波。为了克服其温度特性不好的缺陷，采用两个磁阻器件串联以抵消其温度影响。如图28-2 39 图28-2 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤
24、 1将磁敏传感器按图17-1安装在传感器支架上，使传感器探头底部距离转盘的距离约89mm左右（目测） 。 2将15V 直流稳压电源接入应变传感器实验模块，将 Rw3 调节到最小，短接差动放大器的两个输入端 Ui，调节 Rw4 使 Uo2 输出为 0（Uo2 接直流电压表 2V 档） 。 3按图 28-3 接线，磁阻传感器的三根引线红色接 1，蓝色接 2，黑色接 3，MR1、MR2 与R6、R7 构成一个电桥，电桥输出接差动放大器输入 Ui，输出 Uo2 接频率/转速表。 图 28-3 4将 224V 输出接转动源电源输入,调节 224V 输出,从 20V 起每隔 2V 记录对应转动源的转速.
25、5实验结束，关闭所有电源，整理实验仪器。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据实验所的的数据作转动源输入输出(V-rpm)曲线 2与其他测速传感器所得结果进行比较 40 实验二十九实验二十九实验二十九实验二十九 PT100 温度控制实验温度控制实验温度控制实验温度控制实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解PID智能模糊+位式调节温度控制原理。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100、温度源。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 位式调节位式调节位式调节位式调节 位式调节（ON/OFF）是一种简单的调节方式，常用于一些对控制
26、精度不高的场合作温度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。 PID智能模糊调节智能模糊调节智能模糊调节智能模糊调节 PID智能温度调节器采用人工智能调节方式，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定（AT）功能使得无需设置控制参数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简单等特点。 温度控制基
27、本原理温度控制基本原理温度控制基本原理温度控制基本原理 由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+位式双重调节控制温度。用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制在某一温度值上， 并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来， 可节约实验时间。 当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻Pt100的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给PID智能温度调节器， 经调节器的电阻-电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号（加热）和继电器触发信号（冷却） ，使温度源的温度趋近温度设定值。PID智能温度控制原
28、理框图如图29-1所示。 图29-1 PID智能温度控制原理框图 四四四四、 实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1在控制台上的“智能调节仪”单元中“控制对象”选择“温度” ，并按图29-2接线。 2将 224V输出调节调到最大位置，打开调节仪电源。 3按住3秒以下，进入智能调节仪A菜单，仪表靠上的窗口显示“” ，靠下窗口显 41 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“”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“”表示已加锁。再按3秒以下，回到初始状态。 4按住3秒以上，进入智能调节仪B菜单，靠上窗口显示“” ，靠下窗口显示待
29、设置的上限偏差报警值。按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的上限报警值。上限报警时仪表右上“AL1”指示灯亮。 （参考值0.5） 5继续按键3秒以下，靠上窗口显示“” ，靠下窗口显示待设置的自整定开关，按、设置， “0”自整定关， “1”自整定开，开时仪表右上“AT”指示灯亮。 6继续按键3秒以下，靠上窗口显示“dP” ，靠下窗口显示待设置的仪表小数点位数，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的比例参数值。 （参考值1） 7 继续按键3秒以下， 靠上窗口显示 “P” ， 靠下窗口显示待设置的比例参数值， 按 “”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的比例参数值。 8 继续按键
30、3秒以下， 靠上窗口显示 “I” ， 靠下窗口显示待设置的积分参数值， 按 “”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的积分参数值。 9 继续按键3秒以下， 靠上窗口显示 “d” ， 靠下窗口显示待设置的微分参数值， 按 “”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的微分参数值。 10、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“T” ，靠下窗口显示待设置的输出周期参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的输出周期参数值。 11、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“SC” ，靠下窗口显示待设置的测量显示误差休正参数值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口的测量显示误差休正参数值。 （参考值0
31、） 12、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“UP” ，靠下窗口显示待设置的功率限制参数值， 按 “” 可改变小数点位置， 按或键可修改靠下窗口的功率限制参数值。（参考值100%） 13、继续按键3秒以下，靠上窗口显示“LCK” ，靠下窗口显示待设置的锁定开关，按或键可修改靠下窗口的锁定开关状态值， “0”允许A、B菜单， “1”只允许A菜单， “2”禁止所有菜单。继续按键3秒以下，回到初始状态。 14、设置不同的温度设定值，并根据控制理论来修改不同的P、1、D、T参数，观察温度控制的效果。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1简述温度控制原理并画出其原理框图。 42 图29-2 43
32、实验实验实验实验三十三十三十三十 铂电阻温度特性实验铂电阻温度特性实验铂电阻温度特性实验铂电阻温度特性实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解铂热电阻的特性与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100（2只） 、温度源、温度传感器实验模块。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。当温度变化时，感温元件的电阻值随温度而变化，这样就可将变化的电阻值通过测量电路转换电信号，即可得到被测温度。 四四四四、实验内容与步骤实验
33、内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1重复实验二十九，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入另一只铂热电阻温度传感器PT100。 2将15V直流稳压 电源接至温度传感器实验 模块。温度传感器实验模 块的输出Uo2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Ui 短接，调节电位器Rw4使 直流电压表显示为零。 4按图30-1接线， 并将PT100的3根引线 图30-1 插入温度传感器实验模块中Rt两端（其中颜色相同的两个接线端是短路的） 。 5拿掉短路线，将R6两端接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。 6改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的
34、输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表。 T（） Uo2（V） 表30-1 五五五五、 实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据表30-1的实验数据，作出UO2-T曲线，分析PT100的温度特性曲线，计算其非线性误差。 44 实验三十一实验三十一实验三十一实验三十一 铜铜铜铜热电阻热电阻热电阻热电阻（Cu50）温度特性温度特性温度特性温度特性实验实验实验实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的 1了解铜热电阻测温基本原理； 2学习铜热电阻特性与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器 1智能调节仪、温度源、温度传感器模块； 2铂热电阻 Pt100、铜热电阻 Cu
35、50。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理 铜热电阻以金属铜作为感温元件。它的特点是：电阻温度系数较大、价格便宜、互换性好、固有电阻小、体积大。使用温度范围是-50150，在此温度范围内铜热电阻与温度的关系是非线性的。如按线性处理，虽然方便，但误差较大。通常用下式描述铜热电阻的电阻与温度关系： ()3201CtBtAtRRt+= （31-1） 式中，0R温度为0时铜热电阻的电阻值，通常取0R=50或0R=100； tR温度为t时铜热电阻的电阻值； t被测温度； A， B， C 为常数， 当W100=1.428时,A=4.2889910-3-1,B=-2.13310-7-2,C=1.23
36、310-9-3。 铜热电阻体结构如图 31-1 所示，通常用直径 0.1mm 的漆包线或丝包线双线绕制，而后浸以酚醛树脂成为一个铜电阻体，再用镀银铜线作引出线，穿过绝缘套管。铜电阻的缺点是电阻率较低，电阻体的体积较大，热惯性也较大，在 100以上易氧化，因此只能用于低温以及无侵蚀性的介质中。 1-引出线 2-补偿线阻 3-铜热电阻丝 4-引出线 图 31-1 铜热电阻体结构 铜热电阻 Cu50 的电阻温度特性（分度表）见表 31-1。 表 31-1 铜热电阻分度表（分度号：Cu50；单位：） 温度（）0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5000 50.21 50.43 50.64 50
37、.86 51.07 51.28 51.50 51.71 51.93 10 52.14 52.36 52.57 52.78 53.00 53.21 53.43 53.64 53.86 54.07 20 54.28 54.50 54.71 54.92 55.14 55.35 55.57 55.78 56.00 56.21 30 56.42 56.64 56.85 54.07 57.28 57.49 57.71 57.92 58.14 58.35 40 58.56 58.78 58.99 59.20 59.42 59.63 59.85 60.06 60.27 60.49 50 60.70 60.92
38、 61.13 61.34 61.56 61.77 61.98 62.20 62.41 62.63 60 62.84 63.05 63.27 63.48 63.70 63.91 64.12 64.34 64.55 64.76 45 70 64.98 65.19 65.41 65.62 65.83 66.05 66.26 66.48 66.69 66.96 80 67.12 67.33 67.54 67.76 67.97 68.19 68.40 68.62 68.83 69.00 90 69.26 69.47 69.68 69.90 70.11 70.33 70.54 70.76 70.97 71
39、.18 100 71.40 71.61 71.83 72.04 72.25 72.47 72.68 72.80 73.11 71.33 110 73.54 73.75 73.97 74.18 74.40 74.61 74.83 75.04 75.26 76.47 120 75.68 75.90 76.11 76.33 76.54 76.76 76.97 77.19 77.40 77.62 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 铜热电阻Cu50调理电路如图31-2所示。 图31-2 铜热电阻Cu50调理电路原理图 1选择“控制对象”为“温度” ，在温度源的一个插孔中
40、插入PT100温度传感器，并将它接入智能调节仪的“PT100输入” ，温度源“电源”输入接“加热电源” ，面板“风扇电源”接三源板“风扇电源” ，在另一个温度传感器插孔中插入Cu50温度传感器。 2将15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。温度传感器实验模块的输出Uo2接主控台直流电压表。打开主控台及智能调节仪电源。 3短接模块上差动放大器的输入端Ui，调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。 4 拿掉短路线， 按图31-2接线， 并将Cu50传感器的三根引出线 （同颜色的两个端子短接）插入温度传感器实验模块中“Rt” 。两端。并将R7和一个100电阻并联。 5将+5V直流电源接到电桥两端，电
41、桥输出接到差动放大器的输入Ui，调节平衡电位器Rw2，使输出Uo2为0。 6接入“风扇电源”和“加热电源”并按实验二十九设置智能调节仪参数，改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值，直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表。 T（） Uo2（V） 表31-2 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 根据表31-2所记录实验数据，绘制Vo（V）- t（）实验曲线，并计算非线性误差。 46 实验三十二实验三十二实验三十二实验三十二 集成温度传感器的温度特性实验集成温度传感器的温度特性实验集成温度传感器的温度特性实验集成温度传感器的温度特性实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的
42、： 了解常用的集成温度传感器（AD590）基本原理、性能与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100、AD590、温度源、温度传感器实验模块。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 集成温度传感器AD590是把温敏器件、 偏置电路、放大电路及线性化电路集成在同一芯片上的温度传感器。其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不足的是测温范围较小、使用环境有一定的限制。AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，在一定温度下，相当于一个恒流源， 一般用于50150之间温度测量。 温敏晶体管的集电极电流恒定时，晶体管的基极-发射极电压与温度成线性关
43、系。为克服温敏晶体管Ub电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590，在一定温度下，相当于一个恒流源。因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好的线性特性。AD590的灵敏度（标定系数）为1A/K，只需要一种4V30V电源（本实验仪用+5V） ，即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为传感器调理电路单元中R2=100）即可实现电流到电压的转换，使用十分方便。电流输出型比电压输出型的测量精度更高。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1重复实验二十九，将温度控制在500C，在另一
44、个温度传感器插孔中插入集成温度传感器AD590。 2将15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块。温度传感器实验模块的输出Uo2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Ui短接，调节电位器Rw4使直流电压表显示为零。 4拿掉短路线，按图32-1接线，并将AD590两端引线按插头颜色（一端红色，一端蓝色）插入温度传感器实验模块中（红色对应a、蓝色对应b） 。 5将R6两端接到差动放大器的输入Ui，记下模块输出Uo2的电压值。 6改变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表。 T（） Uo2（V） 表32-1 五五五五、实验报告实验报
45、告实验报告实验报告 1由表32-1记录的数据数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 47 图32-1 48 实验实验实验实验三十三十三十三十三三三三 K 型热电偶测温实验型热电偶测温实验型热电偶测温实验型热电偶测温实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解K型热电偶的特性与应用 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 热电偶传感器的工作原理热电偶传感器的工作原理热电偶传感器的工作原理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
46、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T0，则回路中就有电流产生，见图33-1（a） ，即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。 图33-1（a） 图33-1（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33-1（b） ，并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，即 ET=SAB（T-T0） （1） SAB为塞贝克系数，又称为
47、热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取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
48、响。 （3）中间温度定律 如图33-2所示，热电偶的两个结点温度为T1，T2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T1，T3时的热电势则为 49 EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （2） 式（2）就是中间温度定律的表达式。譬如：T1=100，T2=40，T3=0，则 EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （3） 图33-2 热电偶的分度号 热电偶的分度号是其分度表的代号（一般用大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示） 。它是在热电偶的参考端为0的条件下，以
49、列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1重复实验二十九，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Ui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33-3接线，并将K型 热电偶的两根引线，热 端（红色）接a，冷端 （绿色）接b；记下模块输出Uo2的电压值。 图33-3 5改变温度源的温度每隔50C记下
50、Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表 T（） Uo2（V） 表33-1 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据表33-1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E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。 50 实验三十实验三十实验三十实验三十四四四四 E 型热电偶测温实验型热电偶测温实验型热电偶测温实验型热电偶测温实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解E型热电偶的特性与应用 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100、E型热电偶、温度源、温
51、度传感器实验模块。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： E型热电偶传感器的工作原理同实验二十九。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤： 1重复实验二十九，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入E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Ui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33-3接线，并将E型热电偶的两跟引线，热端（红色）接a，冷端（绿色）接b，并记下模块输出Uo2的电
52、压值。 5 改变温度源温度每隔50C记下Uo2输出值。 直到温度升至1200C。 将实验结果填入下表。 T（） Uo2（V） 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据上表实验数据，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E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。 附 表34-1 E 型热电偶分度表（分度号：E，单位：mV） 热电动势（mV） 温度（） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0.000 0.059 0.118 0.176 0.235 0.295 0.354 0.413 0.472 0.532 10 0
53、.591 0.651 0.711 0.770 0.830 0.890 0.950 1.011 1.071 1.131 20 1.192 1.252 1.313 1.373 1.434 1.495 1.556 1.617 1.678 1.739 30 1.801 1.862 1.924 1.985 2.047 2.109 2.171 2.233 2.295 2.357 40 2.419 2.482 2.544 2.057 2.669 2.732 2.795 2.858 2.921 2.984 50 3.047 3.110 3.173 3.237 3.300 3.364 3.428 3.491 3
54、.555 3.619 60 3.683 3.748 3.812 3.876 3.941 4.005 4.070 4.134 4.199 4.264 70 4.329 4.394 4.459 4.524 4.590 4.655 4.720 4.786 4.852 4.917 80 4.983 5.047 5.115 5.181 5.247 5.314 5.380 5.446 5.513 5.579 90 5.646 5.713 5.780 5.846 5.913 5.981 6.048 6.115 6.182 6.250 100 6.317 6.385 6.452 6.520 6.588 6.6
55、56 6.724 6.792 6.860 6.928 110 6.996 7.064 7.133 7.201 7.270 7.339 7.407 7.476 7.545 7.614 120 7.683 7.752 7.821 7.890 7.960 8.029 8.099 8.168 8.238 8.307 130 8.377 8.447 8.517 8.587 8.657 8.827 8.842 8.867 8.938 9.008 140 9.078 9.149 9.220 9.290 9.361 9.432 9.503 9.573 9.614 9.715 150 9.787 9.858 9
56、.929 10.000 10.072 10.143 10.215 10.286 10.358 4.429 51 实验三十实验三十实验三十实验三十五五五五 热电偶热电偶热电偶热电偶冷端温度补偿实验冷端温度补偿实验冷端温度补偿实验冷端温度补偿实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解热电偶冷端温度补偿的原理和方法 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 智能调节仪、PT100、E型热电偶、K型热电偶、温度源、温度传感器实验模块 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 热电偶冷端温度补偿的方法有：冰水法、恒温 槽法和电桥自动补偿法（图351） ，电桥自动补偿 法常用，它是在
57、热电偶和测温仪表之间接入一个直 流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0时 达到平衡（亦有20平衡） 。当热电偶自由端温度 升高时(0)热电偶回路电势Uab下降，由于补偿 器中，PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高 而下降，促使Uab上升，其值正好补偿热电偶因自 由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。 图35-1 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1选择智能调节仪的控制对象为温度，将温度传感器PT100接入“PT100输入” （同色的两根接线端接兰色，另一根接黑色插座） ，打开实验台总电源。并记下此时的实验室温度T2。 2重复实验二十九，将温度控制在500
58、C，在另一个温度传感器插孔中插入E型热电偶温度传感器。 3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接主控台直流电压表。 4将温度传感器模块上差动放大器的输入端Ui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。 5拿掉短路导线，按图35-2接线，并将K型热电偶的两个引线分别接入模块两端（红接a，蓝接b） ；调节Rw1使温度传感器输出UO2电压值为AE2。 （A为差动放大器的放大倍数、E2为E型热电偶500C时对应输出电势，见表34-1） 6变温度源的温度每隔50C记下Uo2的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表 T（） U
59、o2（V） 表35-1 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据表35-1的实验数据，作出（UO2/A）-T曲线。并与分度表进行比较，分析电桥自动补偿法的补偿效果。 2换另一只热电偶K型热电偶做冷端补偿实验。分度表见35-2。 52 图35-2 附 表 35-2 K 型热电偶分度表（分度号：K，单位：mV） 温度 （） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0.039 0.079 0.119 0.158 0.198 0.238 0.277 0.317 0.357 10 0.397 0.437 0.477 0.517 0.557 0.597 0.637 0.677 0.718
60、 0.758 20 0.798 0.858 0.879 0.919 0.960 1.000 1.041 1.081 1.122 1.162 30 1.203 1.244 1.285 1.325 1.366 10407 1.4487 1.480 1.529 1.570 40 1.611 1.652 1.693 1.734 1.776 1.817 1.858 1.899 1.940 1.981 50 2.022 2.064 2.105 2.146 2.188 2.229 2.270 2.312 2.353 2.394 60 2.436 2.477 2.519 2.560 2.601 2.643 2
61、.684 2.726 2.767 2.809 70 2.850 2.892 2.933 2.975 3.016 3.058 30100 3.141 3.183 3.224 80 3.266 3.307 3.349 3.390 3.432 3.473 3.515 3.556 3.598 3.639 90 3.681 3.722 3.764 3.805 3.847 3.888 3.930 3.971 4.012 4.054 100 4.095 4.137 4.178 4.219 4.261 4.302 4.343 4.384 4.426 4.467 110 4.508 4.549 4.600 4.
62、632 4.673 4.714 4.755 4.796 4.837 4.878 120 4.919 4.960 5.001 5.042 5.083 5.124 5.161 5.205 5.2340 5.287 130 5.327 5.368 5.409 5.450 5.190 5.531 5.571 5.612 5.652 5.693 140 5.733 5.774 5.814 5.855 5.895 5.936 5.976 6.016 6.057 6.097 150 6.137 6.177 6.218 6.258 6.298 6.338 6.378 6.419 6.459 6.499 53
63、实验三十实验三十实验三十实验三十六六六六 正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻正温度系数热敏电阻（PTC）测温测温测温测温实验实验实验实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的 1了解正温度系数热敏电阻基本原理； 2学习正温度系数热敏电阻特性与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器 1智能调节仪、温度源、温度传感器模块（二） ； 2铂热电阻 Pt100、正温度系数热敏电阻 PTC。 3万用表。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理 1 热敏电阻工作原理 热敏电阻工作原理同金属热电阻一样，也是利用电阻随温度变化的特性测量温度。所不同的是热敏电阻用半导体材
64、料作为感温元件。热敏电阻的优点是：灵敏度高、体积小、响应快、功耗低、价格低廉，但缺点是：电阻值随温度呈非线性变化、元件的稳定性及互换性差。热敏电阻主要用于航空、医学、工业及家用电器等方面作为测温、控温、温度补偿、流速测量、液面指示等。 热敏电阻是由某些金属氧化物按不同的配方比例烧结制成的。不同的热敏电阻材料，具有不同的电阻-温度特性， 按温度系数的正负， 将其分为正温度系数热敏电阻 （Positive Temperature coefficient Thermistor） 、负温度系数热敏电阻（Negative Temperature coefficient Thermistor）和临界温度系
65、数热敏电阻（Criticai Temperature Resistor） ，本实验主要研究前两种。 半导体热敏电阻的工作原理一般用量子跃迁观点进行分析。由于热运动（譬如温度升高） ，越来越多的载流子克服禁带（或电离能）引起导电，这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移发生变化，根据电阻率公式可知元件电阻值发生变化。 2热敏电阻的主要技术参数 （1）标称电阻值25R是热敏电阻在温度为（250.2）时的电阻值。通常是指热敏电阻上标注的值，也称为额定零功率电阻值。如果温度 t 不是（250.2），而在（2527），则可按式（36-1）换算成基准温度（25）的阻值25R。图36-1热敏电阻温度特性曲线 ()
66、2512525+=tRRt （36-1） 式中， 25R标称电阻值； tR温度为t时的电阻值； 图36-1 25被测热敏电阻在25时的电阻温度系数。 （2） 零功率电阻值TR在规定温度下， 由于电阻体内部发热引起的电阻值变化相对于总的测量误差而言，可以忽略不计时测得的热敏电阻的阻值称为零功率电阻值。 （3）零功率电阻温度系数T在规定温度（T 通常为 20）下，热敏电阻的零功率电阻值的 54 相对变化率与引起该变化的相应温度之比，称为零功率电阻温度系数，单位为%/。用公式表示如下： 21TBdTdRRTT= （36-2） （4）热敏指数B 它是描述热敏材料物理特性的一个常数。B值越大，阻值也越大
67、，灵敏度越高。在工作温度范围内，B值并非是严格的常数，它随温度的升高略有增加。B值可用公式表示为 211221lg303. 2RRTTTTB= （36-3） 式中，B热敏指数； 1R，2R在温度1T，2T时的电阻值，单位。 （5）使用温度范围（见表36-1） 表36-1 热敏电阻的使用温度范围 热敏电阻种类 使用温度范围 基本原料 NTC 常温-50350 锰镍钴铁等过度族金属氧化物的烧结体 PTC -50150 以BaTiO3为主的烧结体 CTR 0150 BaO，P与B的酸性氧化物， 硅的酸性氧化物及碱性氧化物MgO，CaO，SrO，B，Pb，La等氧化物。由上述二元或三元系构成的烧结体
68、3正温度系数的热敏电阻（PTC） PTC通常是由在BaTiO3和SrTiO3为主的成分中加入少量Y2O3和Mn2O3构成的烧结体， 其电阻随温度增加而增加，开关型的PTC在居里点附近阻值发生突变，有斜率最大的曲段，即电阻值突然迅速升高。PTC适用的温度范围为-50150，主要用于过热保护及作温度开关。PTC电阻与温度的关系可近似表示为： ()0exp0TTBRRPTT= （36-4） 式中，TR绝对温度为T时热敏电阻的阻值； 0TR绝对温度为0T时热敏电阻的阻值； B正温度系数热敏电阻的热敏指数。 4临界温度系数热敏电阻（CTR） CTR特点是在某一温度下，电阻急剧降低，因此可作为开关元件。临
69、界温度系数热敏电阻的温度特性如图8-1所示。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1重复实验二十九，从室温开始设置温度源的温度值。 2PTC温度传感器插入温度源另一个插孔，用万用表欧姆档测量。改变调节仪的设定值来改变温度源的温度，记下 PTC 阻值 R，直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表。 t（） R（） 表36-2 55 3将PTC两端输出引线插入热敏电阻特性测试电路单元“Rt”两端。PTC、Rw3组成分压器。 4调节电位器Rw3，使电位器Rw3电阻阻值等于PTC在80时的阻值（热敏电阻与面板电路断开，并断电测量） ，接入15 电源。 5将Rw3两端
70、接至直流数字，电压表量程选择20V档。重复实验步骤1。 6每隔50C记下电压表的显示值Vo（V） 。将实验所得数据记录在表 36-3 中。 表 36-3 PTC 特性测试实验数据记录表 t（） Vo（V） 7 “Rt”两端分别和555电路的4和6短接（红色接红色，绿色接绿色） ，给555组成的无稳态多谐振荡电路供电。在热敏电阻特性测试电路中，采用555时基集成电路，构成温控电路。其输出信号由发光二极管LED1（红） 、LED2（绿）显示。PTC、Rw3组成分压器，当PTC的阻值tR随温度变化而变化时，6脚的电势V随之发生变化，VRwRRwVt933+=。电路工作原理是通过6脚的电势V来触发55
71、5的输出状态。当V6V 时，LED2亮，V3V 时，LED1亮。 11实验结束，关闭所有电源，整理实验仪器。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据表36-2所记录实验数据，绘制R（）- t（）温度特性曲线。 2根据表36-3所记录实验数据，绘制Vo（V）- t（）实验曲线。 六六六六、注意事项注意事项注意事项注意事项 加热源温度设定范围为室温120，实验过程中加热源温度不得超过120，否则有可能损坏热敏电阻温度传感器。 56 实验三十七实验三十七实验三十七实验三十七 负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻负温度系数热敏电阻（NTC）测温测温测温测温实验实验实验实验
72、 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的 1了解负温度系数热敏电阻基本原理； 2学习负温度系数热敏电阻特性与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器 1智能调节仪、温度源、温度传感器模块（二） ； 2铂热电阻 Pt100、正温度系数热敏电阻 PTC。 3万用表。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理 负温度系数热敏电阻NTC通常是一种氧化物的复合烧结体， 其电阻随温度升高而降低， 具有负的温度系数，特别适合-100300之间的温度测量。通常将NTC称为热敏电阻。负温度系数热敏电阻器的电阻-温度特性，可表示为： =011exp0TTBRRTT （37-1） 式中，TR绝对温度
73、为T时热敏电阻的阻值； 0TR绝对温度为0T时热敏电阻的阻值； B负温度系数热敏电阻的热敏指数。 四四四四、实实实实验内容与步骤验内容与步骤验内容与步骤验内容与步骤 1同实验三十六 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据所记录实验数据，分别绘制R（）- t（）温度特性曲线和Vo（V）- t（）实验曲线。 六六六六、注意事项注意事项注意事项注意事项 同实验三十六 57 实验三十八实验三十八实验三十八实验三十八 PN 结测温实验结测温实验结测温实验结测温实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解PN结温度特性与应用 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 1智能调节
74、仪、温度源、温度传感器实验模块（二） 2PT100、PN结温度传感器 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 理想PN结的正向电流If和正向压降Uf存在如下近似关系： ）（kTeUIIFsfexp= （38-1） 其中：e为电子电荷；k为为玻尔兹曼常数；为绝对温度；Is为反向饱和电流。Is是一个和PN结材料的禁带宽度以及温度等有关的系数，可以证明 0expkTeUsCTIs）（= （38-2） 其中：C、是与结面积、掺杂浓度有关的常数；Us（0）为绝对零度时PN结材料的导带底和价带顶的电势差； 将式（38-2）代入式（38-1） ，且两边取对数得： nIIFFUUTekTTICekUsU
75、+=lnln0）（）（ （38-3） 其中TICekUsUFI）（）（ln0 = ，TekTUnIln= 式（38-3）是PN结温度传感器的基本方程。令IF=常数，则正向压降只随温度而变。在式（38-3）中，除线性项UI外还包含非线性项Unl。下面忽略Unl所引起的误差。设温度由T1变为T时，正向压降由UF1变为UF，由式（38-3）可得 ln00111TTekTTTUUsUsUFF=）（）（ （38-4） 按理想的线性温度响应，UF应取如下形式： UF理）（TTTUUFF+=1111 （38-5） 由式（38-3）可得出： 1111lnln0TekICekTUsTUFF=）（ （38-6）
76、ekTekICekdTdUFF=111lnln （38-7） 58 由式（38-6）和（38-7）可得： ekdTdUTUsTUFF+=111110）（ （38-8） 注意到： 1111TUdTdUFF= 代入式（38-8）得到 ekTUUsTUFF+=11110）（ （38-9） 将式（38-9）代入式（38-5） UF理）（）（）（TTekTTUUsUsF+=11100 （38-10） 由理想线性温度响应式（38-10）和实际响应式（38-4）相比较，可的实际响应与理想的线性理论值的偏差： ）（）（11lnTTekTTTek+= （38-11） 设T1=300K，T=310K，取=3.4，
77、由式（38-11）可得=0.048mV，而相应的UF的改变量约为20 mV，相比之下误差很小。但当温度变化教大时，非线性误差将有所增加，这主要是由因子所致。的数值取决于少数载流子迁移率对温度的关系，通常取3.4。 综上所述，在恒流供电的条件下，结的对的关系取决于线性项，即正向压降几乎随温度的升高而线性下降，这就是结测温的根据。需指出的是，上述结论仅适用于杂质全部电离、 本征激发可以忽略的温度区间 （对硅材料来说， 温度范围为） 。如果温度低于或高于上述范围，由于杂质电离因子减小或本征载流子迅速增加，将产生新的非线性，这说明对的关系会随结的材料而异。对于宽带材料（）的结，其高温端的线性区要宽，而
78、材料杂质电离能小的材料（）的结，其低温端的线性范围较宽。普遍来讲，结温度传感器的线性度，高温端好于低温端。一般用下述两种办法改善PN结温度传感器的线性度。本实验采用了第一种。 （1） 、利用对管的两个be结（将三极管的基极与集电极短路同发射极组成一个PN结） ，分别在不同的电流IF1、IF2下工作，由此获得两者电压之差（UF1-UF2）与温度成线性函数关系，即 2121lnFFFFIIekTUU= 由于晶体管参数的离散性，实际与理论仍存在差距，但与单个PN结相比其线性度与精度均有所提高，这中电路结构与恒流源、放大电路等集成一体，便构成集成电路温度传感器。 （2） 、Otita Ohte等人提出
79、的采用电流函数发生器来消除非线性误差。由式（38-3）可知，非线性误差来自T项，利用函数发生器，使 IF比例于绝对温度的次方，则 UF的线性理论 59 误差 ，实验结果与理论值颇为一致，其精度可达0.01。 四四四四、实验步骤实验步骤实验步骤实验步骤： 1将PN结温度传感器按图38-1接入度传感器实验模块（二） 2 从主控台接15V直流稳压电源接至温度传感器实验模块 （二） 。 温度传感器实验模块 （二）的输出Uo接主控台直流电压表，电压表选择20V档。3取PT100传感器接入主控台“智能调节仪”打开主控台电源及“智能调节仪”开关， “控制对象”选择温度，并设置“智能调节仪”相关参数，使“智能
80、调节仪”显示室温； 图38-1 4调节Rw2到最大位置后调节Rw1，使直流电压表显示为热力学温度值（忽略小数点）将智能调节仪”设定值SV改为120，并将加热电源线插到主控台的加热电源输出 5重复实验二十九，并每隔50C记下Uo的输出值。直到温度升至1200C。并将实验结果填入下表 T（） Uo2（V） 表38-1 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据表38-1的实验数据，作出UO-T曲线，分析PN结温度传感器的温度特性曲线，计算其非线性误差。 2在本实验中，如何利用Rw1和Rw2定标，制作一只热力学温度计。 60 实验三十九实验三十九实验三十九实验三十九 湿敏传感器实验湿敏传感器
81、实验湿敏传感器实验湿敏传感器实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解湿敏传感器的原理及应用范围。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 湿敏传感器、湿敏座、干燥剂、棉球（自备） 。 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 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RH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
82、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。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1湿敏传感器实验装置如图39-1所示，红色接线端接+5V电
83、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。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1 输出频率f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（%） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fre（Hz） 7351 7224 7100 6976 6853
84、6728 6600 6468 6330 6186 6033 图39-1 61 实验四十实验四十实验四十实验四十 气敏传感器实验气敏传感器实验气敏传感器实验气敏传感器实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的： 了解气敏传感器原理及应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器： 气敏传感器、酒精、棉球（自备） 、差动变压器实验模块 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理： 本实验所采用的SnO2（氧化锡）半导体气敏传感器属电阻型气敏元件；它是利用气体在半导体表面的氧化和还原反应导致敏感元件阻值变化：若气浓度发生，则阻值发生变化，根据这一特性，可以从阻值的变化得知，吸附气体的种类和
85、浓度。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤： 1将气敏传感器夹持在差动变压器实验模板上传感器固定支架上。 2按图40-1接线，将气敏传感器，接线端红色接5V加热电压，黑色接地；电压输出选择10V，黄色线接+10V电压、蓝色线接Rw1上端。 3将15V直流稳压电源接入差动变压器实验模块中。差动变压器实验模块的输出Uo接主控台直流电压表。打开主控台总电源，预热5分钟。 4用浸透酒精的小棉球，靠近传感器，并吹2次气，使酒精挥发进入传感器金属网内，观察电压表读数变化。 图40-1 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1酒精检测报警，常用于交通片警检查有否酒后开车
86、，若要这样一种传感器还需考虑哪些环节与因素？ 62 实验实验实验实验四十一四十一四十一四十一 可燃气体检测实验可燃气体检测实验可燃气体检测实验可燃气体检测实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的 了解可燃气体检测传感器的原理与应用。 二二二二、实验仪实验仪实验仪实验仪器器器器 气敏腔、可燃气体检测传感器、差动变压器实验模块、可燃气体（自备） 三三三三、实验原理实验原理实验原理实验原理 气敏元件是利用半导体表面因吸附气体引起半导体元件电阻值变化特征制成的一类传感器。MQ-7型可燃气体检测传感器是一种表面电阻控制型半导体气敏器件，主要是靠表面电导率变化的信息来检测被接触气体分子。 传感器内
87、部附有加热器， 提高器件的灵敏度和响应速度。 传感器的表面电阻Rs，与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号输出VRL。二者之间的关系为： Rs/RL = (Vc-VRL) / VRL 该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大 MQ-7可用于家庭、环境的一氧化碳探测装置。适宜于一氧化碳、煤气等的探测。 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1将CO传感器探头固定在差动变压器实验模块的支架上，传感器的4根引线红色和黑色为加热器输入，接+5V加热（没有正负之分） 。传感器预热10分钟左右。 2按图 41-1 接线，直流电压表选择 20V 档。记下传感器暴露在空气中时电压表
88、的显示值。 图 41-1 3将准备好的装有少量煤气（“打开” ，在弹出的对话框中选择JavaScript程序“步进电机控制” （在软件安装路径下的“JS脚本”文件夹内） ，认真阅读并理解程序，选择“调试”“步长设置”在弹出的对话框中设置单位步长时间。选择“调试”“启动” 。 4、通过改变“步长设置”的时间控制步进电机转动的速度。设置好光栅传感器模块（见使用说明） ，读出步进电机的步距。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 74 1根据实验所得步进电机的步距，编写一段JavaScript程序使步进电机转过90度角度。 附附附附：光栅传感器实验模块功能及操作说明光栅传感器实验模块功能及操作
89、说明光栅传感器实验模块功能及操作说明光栅传感器实验模块功能及操作说明： 指示灯对应功能： 18位LED显示，首位为符号； 2方向设定：正向、反向； 3公英制转换：公制、英制； 4绝对、相对坐标转换； 5清零、参考值设定（预置） ； 6光栅类型转换：角位移、线位移。 对应操作： （测量前先选择光栅类型） 。 1、光栅类型转换（圆：光栅灯亮） “功能键”光栅灯亮/灭“确认” 2、清零（三种方法） a. 按“取消”键。 b. 按“0” 键。 c.“功能”键参考值灯亮输入“0”“确认” 3、置数 “功能键”参考值灯亮输入“xxxx”“确认”数据有效，开始测量 4、光栅零参考点 a. 绝对坐标状态： “
90、功能键”参考值灯亮移动光栅过零点自动退出“参考”进入正常测量； b. 相对坐标状态：测量停止，输入数字后在输入数据基础上测量相对位移。 5、绝对值(绝对值灯亮) “功能键”绝对值灯亮/灭“确认” 6、英制转换（公英制灯亮） “功能键”公英制灯亮/灭“确认” 7、方向设定（正反向灯亮） “功能键”方向灯亮/灭“确认” 75 实验实验实验实验七七七七 限位开关应用实验限位开关应用实验限位开关应用实验限位开关应用实验 一一一一、实验目的实验目的实验目的实验目的 了解限位开关的原理与应用。 二二二二、实验仪器实验仪器实验仪器实验仪器 JCY-4 光栅角位移传感器检测装置 三三三三、实验原理实验原理实验
91、原理实验原理 反射式光电传感器原理 光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电
92、开关就动作，输出一个开关控制信号。 图45-1 反射式光电开关原理结构图 四四四四、实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤实验内容与步骤 1、打开主控台电源，将直流稳压电源 15V、5V接到JCY-4光栅角位移检测装置。 2、 将采集卡的模拟量和开关量电缆接到采集卡接口模块 （采集卡的地线要接到直流稳压电源地） ，采集卡接口模块DO1DO4分别接到JCY-3光栅角位移传感器检测装置“步进电机驱动模块”的A、B、C、D。限位传感器输出Do接采集卡接口模块开光量输入端Do1。 3、通过USB电缆将USB数据采集卡接入计算机，并打开THSRZ-1 V3.0软件，选择“系统”菜单下的脚本编辑器，在弹出的窗口中选择“文件”“打开” ，在弹出的对话框中选择JavaScript程序“限位开关实验” （在软件安装路径下的“JS脚本”文件夹内） ，认真阅读并理解程序，选择“调试”“步长设置”在弹出的对话框中设置单位步长时间。选择“调试”“启动” 。 五五五五、实验报告实验报告实验报告实验报告 1根据实验观察到的实验现象编写自己的JavaScript程序，通过限位开关控制电机（停止或反转） 。
