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、 实验目的：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，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。

具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。

这样它就可以用来测量位移。

霍尔电动势的极性表示了元件的方向。

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的插座中，实验板的连接线按图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的灵敏度和非线性误差。

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、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±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的线性度实际上反映的时什么量的变化？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的特性曲线。

2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。

实验二 集成温度传感器的特性一、 实验目的：了解常用的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的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的理想线性输出，一般用于－50℃－＋150℃之间测量，温敏晶体管是利用管子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系。

为克服温敏晶体管U b 电压生产时的离散性、均采用了特殊的差分电路。

集成温度传感器有电压型和电流型二种，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、电压噪声的干扰。

具有很好的线性特性。

本实验采用的是国产的AD590。

它只需要一种电源（＋4V －＋30V ）。

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R2）即可实现电流到电压的转换。

它使用方便且电流型比电压型的测量精度更高。

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的恒流加热电源输出与温度模块中的恒流输入连接起来。

2、将温度模块中的温控Pt100与主控箱的Pt100输入连接起来。

3、将温度模块中左上角的AD590接到a 、b 上（正端接a ，负端接b ），再将b 、d 连接起来。

4、将主控箱的+5V 电源接入a 和地之间。

5、将d 和地与主控箱的电压表输入端相连（即测量1K 电阻两端的电压）。

6、开启主电源，将温度控制器的SV 窗口设定为C 050（设置方法见附录2），以后每隔C 05设定一次，即Δt=C 05，读取数显表值，将结果填入下表。

表10－17、根据上表计算AD590的非线性误差。

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的+、-端接反，因为反向电压可能击穿AD590。

六、思考题：大家知道在一定的电流模式下PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你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的温度特性进行比较，从线性看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的基本原理，讨论电流输出型和电压输出型集成温度传感器的优缺点。

2、总结实验后的收获、体会。

实验三光电二极管和光敏电阻的特性研究一、实验目的：了解光电二极管和光敏电阻的特性与应用。

二、基本原理：（1）光电二极管：光电二极管是利用PN结单向导电性的结型光电器件，结构与一般二极管类似。

PN结安装在管的顶部，便于接受光照。

外壳上有以透镜制成的窗口以使光线集中在敏感面上，为了获得尽可能大的光生电流，PN结的面积比一般二极管要大。

为了光电转换效率高，PN结的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，处于反偏的二极管工作在截止状态，这时只有少数载流子在反向偏压的作用下，渡越阻挡层形成微小的反向电流，即暗电流。

反向电流小的原因是在PN结中，P型中的电子和N型中的空穴（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区和N区的少数载流子浓度大大增加，在外加反偏电压和内电场的作用下，P区的少数载流子渡越阻挡层进入N区，N区的少数载流子渡越阻挡层进入P区，从而使通过PN结的反向电流大为增加，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的原理，将其作为微型光电池用。

这种工作状态一般用作光电检测。

光电二极管常用的材料有硅、锗、锑化铟、砷化铟等，使用最广泛的是硅、锗光电二极管。

光电二极管具有响应速度快、精巧、坚固、良好的温度稳定性和低工作电压的优点，因而得到了广泛的应用。

图为光电流信号转换电路，Vo=IpR，Ip为光电流，R是反馈电阻。

+5RVo（2）光敏电阻：光敏电阻是利用光的入射引起半导体电阻的变化来进行工作的。

光敏电阻的工作原理是基于光电导效应：在无光照时，光敏电阻具有很高的阻值；在有光照时，当光电子的能量大于材料禁带宽度，价带中的电子吸收光子能量后跃迁到导带，激发出可以导电的电子—空穴对，使电阻降低，光线愈强，激发出的电子—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。

制作光敏电阻的材料常用硫化镉（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的薄层，所以一般都把半导体材料制成薄膜，并赋予适当的电阻值，电极构造通常做成梳形，这样，光敏电阻与电极之间的距离短，载流子通过电极的时间c T 少，而材料的载流子寿命c 又较长，于是就有很高的内部增益G ，从而获得很高的灵敏度。

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。

光敏电阻的阻值R 和光的强度呈现强烈的非线性。

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、将主控箱的0~20mA 恒流源调节到最小。

2、把0~20mA 恒流源的输出和光电模块上的恒流输入连接起来，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，填入下列相应的表格，光电二极管的强度指示在光电模块的右边数显上。

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，测得的数据填入下列相应表格。

光敏电阻的大小用万用表测量光电模块上的光敏电阻输出端。

（1）光电二极管：（五、实验注意事项：注意要将主控箱上恒流输出的正负端和光电模块上的正负端对应接好，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和硅光电池的特性曲线图。

2、简述光敏电阻和硅光电池的基本特性。

实验四 电容式传感器的位移特性实验一、实验目的：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 和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择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 ）和测量液位（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的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，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。

）成为实际中最常用的结构，其中线位移单组式的电容量C 在忽略边缘效应时为： ()12ln 2r r l C πε=（1）式中 l ——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； 12r r 、——外圆筒内半径和内圆柱外半径。

当两圆筒相对移动l ∆时，电容变化量C ∆为 ()()()()ll Cl l l l C r r r r r r ∆=∆=∆--=∆0121212ln 2ln 2ln 2πεπεπε （2）于是，可得其静态灵敏度为： ()()()()()121212ln 4/ln 2ln 2r rr r r r g l l l l l lC k πεπεπε=∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆--∆+=∆∆= （3）可见灵敏度与，12r r 有关，12r r 与越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度l 与灵敏度无关，但l 不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。

本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，因此可以很好的消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。

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的插座中。

2、将电容传感器实验模板的输出端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的位置，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的系统灵敏度S 和非线性误差f。

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、简述什么是传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。