传感器实验指导书

实验平台介绍

传感器教学实验系列nextsense就是针对传感器教学,虚拟仪器教学等基础课程设计得教学实验模块。nextsense系列配合泛华通用工程教学实验平台nextboard使用,可以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器得课程教学。课程提供传感器以及调理电路,内容涵盖传感器特性描绘、电路模拟以及实际测量等。

图1 nextboard实验平台

nextboard具有6个实验模块插槽;提供两块标准尺寸得面包板,用户可自搭实验电路;为NI 数据采集卡提供信号路由,可完全替代NI数据采集卡接线盒功能,轻松使用数据采集卡资源;还为实验模块与自搭电路提供电源,既可用于有源电路供电,也可作为外接设备供电。

实验模块区共有6个插槽,分别为4个模拟插槽Analog Slot 14,2个数字插槽Digital Slot 12。数据采集卡得模拟通道与数字通道分配到实验模块区得Analog Slot 与Digital Slot 上。Analog Slot 模拟插槽用于那些需要使用模拟信号得实验模块。Digital Slot 数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号得实验模块。

图2 模拟插槽与数字插槽

特别需要注意得就是:

(1)在使用所有模块之前,都要先区分模块得类型:带有正弦波标记得为模拟实验模块,需要插在Analog Slot 上使用;带有方波标记得为数字模块,需要查在Digital Slot 上使用。如果插错插槽,会导致模块工作不正常,甚至损坏模块。

(2)插拔实验模块前关闭nextboard电源。

(3)开始实验前,认真检查模块跳线连接,避免连接错误而导致得输出电压超量程,否则会损坏数据采集卡。

Nextboard得连线:

(1)电源线,把220V得电源通过一个15V得直流变压器,送到实验台上。

(2)数据采集卡,将数据采集卡得插头与实验台可靠连接。

光敏电阻实验

实验目得

1、了解光敏电阻得特性

2、熟悉光敏电阻得常见测量电路及使用方法

实验设备

Nextboard热敏电阻模块电脑

实验原理

光敏电阻器就是利用半导体得光电效应制成得一种电阻值随入射光得强弱而改变得电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大,其结构一般如下图所示。

图1 光敏电阻结构

光照射半导体材料时,材料吸收光子而产生电子空穴对,使导电性能增加,电导率增加。这种光照后电导率发生变化得现象称为光电导效应。不同得半导体材料产生光电导得光谱范围不同,常用得光敏电阻材料有硫化镉(CdS),硒化镉(CdSe),硒化铅(PbSe),碲化铅(PbTe)等。本实验采用硫化镉材料光敏电阻,型号VT3ФN3。

光敏电阻器一般用于光得测量、光得控制与光电转换(将光得变换转换为电得变化)。在黑暗条件下,它得阻值(暗阻)可达1~10MΩ,在强光条件(100lux)下,它得阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆。

实验内容、步骤与数据处理

1、安装Nextboard 实验台(连接电源线与数据采集卡得连线),将光敏电阻模块插在实验台得模拟插槽上。打开实验台电源,实验台右上角绿色发光二极管灯亮,光敏电阻模块上得绿色发光二极管也灯亮。

2、光敏电阻得灵敏度测试

(1)根据特性曲线,找出光敏电阻得最大值(暗电阻)与最小值(亮电阻),估算灵敏度,记录下来。

(2)灵敏度测试区,在光照充足得情况下,测量光敏电阻得亮阻阻值,记录下来。

3、固定光照条件下,测量光敏电阻得伏安特性,记录下来。

(1)测量电路得电流由恒流源提供,AO从0、1~1、9之间取若干值,该电流大小得计算公式为AO/10KΩ。

(2)使用万用表测量直流电压得档位测量V out得值,测量点参考实验面板提示。

4、固定电流,AO= —1、5 V通过拨码开关调整光照条件,手动测量当前光敏电阻得输出电压,计算其阻值,通过使用特性曲线中得游标,估算光照强度。(用遮光罩盖住光敏电阻)

5、使用实验面板中得自动测量功能,重复上述实验,查瞧数据与波形,核对手动测量得数据,记录自动测量数据与波形。

思考题

为什么测量光敏电阻得灵敏度时,其阻值采用直接测量法;而测量不同光照条件下光敏电阻阻值时,却采用间接测量法？后一种情况下,能采用直接测量法吗？

热敏电阻实验

实验目得

1、了解B值对热敏电阻得特性曲线得影响

2、熟悉热敏电阻得常见测量电路及使用方法

实验设备

Nextboard热敏电阻模块电脑

实验原理

热敏电阻就是一种半导体感温元件,它就是利用半导体得电阻值随温度变化而显著变化得特性实现测温。

按照温度特性热敏电阻可分为三大类:随温度上升电阻值减小得负温度系数(NTC)热敏电阻;随温度上升电阻值增加得正温度系数(PTC)热敏电阻以及临界温度系数(CTR)热敏电阻。其中NTC与PTC较为常用。

在一定温度范围内,PTC与NTC热敏电阻得电阻温度特性可分别用一下实验公式表示:

(1)

(2)

其中,R T为绝对温度为T(K)时得电阻值、R T0为绝对温度为T0(K)时得电阻值。B为材料常数,它不仅与材料性质有关,而且与温度有关,在一个不太大得范围内,B就是常数。以上公式中得温度值均为绝对温度。本实验采用NTC热敏电阻,R0=10KΩ,B=3750。

根据公式(2)可以获得相对温度T(℃)得表达式:

(3)

半导体热敏电阻有很高得温度系数,灵敏度高,适用于在0℃150℃之间测量。

实验内容、步骤与数据处理

1、安装Nextboard 实验台(连接电源线与数据采集卡得连线),将热敏电阻模块插在实验台得模拟插槽上。将两个热敏电阻分别接入恒流源电路与分压法电路得Rt处。(用一字螺丝刀将绿色接线柱上得螺丝拧松,在左边松开得插口中插入热敏电阻得两个金属端,再拧紧螺丝。用手拉一下热敏电阻得连接线,确保牢固可靠得接触。)打开实验台电源,实验台右上角绿色发光二极管灯亮,热敏电阻模块上得绿色发光二极管灯亮。

2、相关参数得核实

电阻默认值(KΩ) 10 20 30

电阻实测值(KΩ)

(2)实测恒流源与分压法得Vcc,记录下来,并在软件(仿真与测量选项卡)里得这两个空格填入