传感器原理及工程应用学生实验指导书(5)

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点之间在室温下输出为零。

加±15V运放电源，调RW3使UO2＝0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。

11、在常温基础上，将设定温度值可按Δt=5℃读取数显表值。将结果填入下表。关闭电源主控箱电源开关。

铂电阻热电势与温度值

t(℃) V(mv) 根据上表值计算其非线性误差。 五、思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？

（二） 湿敏传感器实验

一、实验目的：了解湿敏传感器的原理及应用范围。

二、实验原理：当湿度是指大气中所含水蒸气的量时，通常采用绝对湿度和相对湿度两种方法表示，绝

对湿度是指一定大小空间中水蒸气的绝对含量，用每立方米多少千克来表示（Kg/m3），绝对湿度也称水气浓度或水气密度。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，它们具有迅速吸和脱湿的能力，感湿薄膜复在金箔电极（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。

三、实验设备：湿敏传感器、湿棉花球、直流源3V、数显单元。 四、实验方法与要求：

1、湿敏传感器的电路原理图如图7－2—1，电路和湿敏传感器探头已成一体。仔细观察传感器。 2、将传感器（1号）红色线接电源＋5V，（2号）兰色线接数显单元，2V档。黑色线接地。

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图7—2－1湿敏传器电路原理图

3、接通电源预热3—5分钟后记下数显表读数。

4、将湿棉花逐渐接近湿度传感器观察数显表头读数变化。

5、移走湿棉花，待数显表示值回复到原示值时，观察数显表头读数变化。

6、本实验装置测试精度为5％，其输出电压与相对湿度值如下表所示。根据下表及实验中的三个数值分别7、计算其相对湿度值。

UO 相对湿度％RH 0 0 0.15 10 0.3 20 0.45 30 0.60 40 0.75 50 0.90 60 1.05 70 1.20 80 1.35 9 1.50 100

五、思考题：若要设计一个恒湿控制装置，应考虑具备哪些环节？

实验8 热释电红外模块的应用

一、实验目的：掌握热释电红外模块的工作原理及应用。

二、基本原理：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化

产生的电极化现象，被称为热释电效应。热释电红外模块是一个将热释电红外传感器、放大器、信号处理电路、延时电路和高低电平输出电路集成于一体的新器件。 它具有灵敏度高、抗干扰能力强、耐低温及使用方便等特点，主要用来探测人体发射出的红外线能量，适用于人体移动的探测报警系统。

三、实验设备：热释电红外模块、直流电源5V、发光二极管、峰鸣器、万用表、单片机开发系统、PC

机。

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四、实验方法和要求：

1、实验系统的结构框图

2、实验系统的接线图

3、实验原理图

4、利用单片机开发系统和热释电红外模块设计一个来客告知系统，有人时点亮指示灯，峰鸣器响。要求自己设计实验电路，并编制程序进行调试。

五、思考题： 热释电红外模块的安装位置以及环境温度的变化是否对模块的使用有影响？

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实验9

（一）集成温度传感器的特性实验

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、实验原理：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℃之间温度测量，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Ub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见图9－1—1）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。

图9－1—1集成温度传感器实验原理图

三、实验设备：温度控制单元、加热源、集成温度传感器、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。 四、实验方法与要求：

1、将集成温度传感器加热端插入加热源的一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模板的a端， 见图9—1－1，另一端插入b孔上，a端接电源＋4V，b端与R5相接，R6接地，接上直流源±15V。 2、先将运放IC1、、IC2 、IC、IC4调零，短接R5、R6, 逆时针轻轻调节RW2 到底使其增益最小，调节RW3使输出UO2为零，数显表显示为零。

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3、合上加热源开关，温度从20℃开始，每隔5℃在数显表上读取一个点的电压值，上限不超过100℃，记入下表。

T（℃） V(V) 4、由上表数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 五、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。

（二）压电式传感器测振动实验

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、实验原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）

工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、实验设备：振动台、压电传感器、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。

四、实验方法与要求：

1、压电传感器已装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图9—2－1，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。

4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 5、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。

图9－2—1压电式传感器性能实验接线图

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