传感器各个实验(4)

2．归纳总结正确选择激励信号的幅度和频率的特点。

16

实验九 压电式传感器测振动实验

一、实验目的

了解压电式传感器测量振动的原理和方法。 二、基本原理

压电式传感器由惯性质量块和压电片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的震动，质量块便有正比与加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元

传感器实验箱（二）、传感器调理电路挂件、虚拟示波器。 四、实验步骤

1．压电式传感器已安装于传感器实验箱（二）的振动台面上。 2．将信号源（约10Hz）接入到传感器实验箱（二）的低频输入处。

3．将压电式传感器的输出接入到传感器调理电路中的压电式传感器实验单元的两输入端，将压电传感器的两输出端接入后面的放大电路。再将放大电路的输出接入低通滤波器的输入。

4．合上电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度使振动台有明显的振动，观察示波器波形。

5．用虚拟示波器监测低通滤波器的输出。 6．调节低频振荡器的频率，观察输出波形的变化。

7．用虚拟示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端的波形。 五、注意事项

1、振动板的幅度不能太大，否则容易压碎里面的压电式传感器。

2、本振动板的共振频率大约为10Hz左右，所以应该在10Hz频率的附近做实验，振动板才能有比较明显的振动。 六，思考题

压电式传感器中采用电荷放大器有何优点，为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷灵敏度却与电缆长度无关

17

实验十 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。 二、基本原理

利用平板电容C＝?s/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

?、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（?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：

C?2??l （1） r2ln?r1?式中 l——外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度；

当两圆筒相对移动?l时，电容变化量?C为：

r2、r1——外圆筒内半径和内圆柱外半径。

2???l??l?2???l2??l?l?C????C （2） 0lln?r2r1?ln?r2r1?ln?r2r1?于是，可得其静态灵敏度为：

?C?2???l??l?2???l??l??4??kg????/?l? （3） ?r2r2r2?lln?r1??ln?r1???ln?r1??可见灵敏度与r2r1，有关，r2与r1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。 三、需用器件与单元

电容传感器、传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、直流稳压源。智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表） 四、实验步骤

1．将电容式传感器装于传感器实验箱（一）的黑色支架上，将传感器引线插头插入传感器调理电路中电容式传感器实验单元的插孔中。

2．Rw调节到大概中间位置。将电容传感器实验模板的输出端Vo与智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）。

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

18

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，不要用手或其它物体接触传感器，否则将会使线性变差。 六、思考题

1．简述什么是电容式传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。 2．电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？

图8-1电容传感器位移实验接线图

七、实验报告要求

1．整理实验数据，根据所得的实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器的非线性误差。

2．根据实验结果，分析引起这些非线性的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。

19

实验十一 热敏电阻的特性研究

一、 实验目的

了解热敏电阻的特性与应用。 二、基本原理

热敏电阻是一种对热敏感的电阻元件，一般用半导体材料做成，可以分

为负温度系数热敏电阻NTC（Negative Temperature coefficient Thermistor）和正温度系数热敏电阻PTC（Positive Temperature Coefficient Thermistor），临界温度系数热敏电阻CTR（Critical Temperature Resistor）三种，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。NTC通常是一种氧化物的复合烧结体，特别适合于?100~300C之间的温度测量，它的电阻值随着温度的升高而减小，其经验公式为：RT?R0e?B??1T?1T?0??0，式中，R0是在25C时或其他参考温度时的电阻，

0T0是热力学温度（K）B称为材料的特征温度，其值与温度有关，主要用于温度测量。PTC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。其特征曲线是随温度升高而阻值增大，

开关型的PTC在居里点附近阻值发生突变，有 斜率最大的区段，即电阻值突然迅速升高。PTC 适用的温度范围为?50c~150c，主要用于过 热保护及作温度开关。

NTC和PTC的特征曲线如图所示：

三、需用器件与单元 NTC、PTC电阻温度曲线图 1A恒流源、传感器实验箱（一）、万用表。 四、实验内容与步骤

1．将传感器实验箱（一）中的恒流输入和主控台上的0~1A恒流输出连接好。

2．将温度控制器的SV窗口设置在50c，设置方法见附录2。然后每隔5c设置一次。 3．将温度控制器下面的Pt100输入和温控Pt100相连。

4．用万用表测量温度模块上的NTC和PTC的输出，记下每次设置温度下的电阻值，将结果填入下表： NTC： t(℃) R 20

0000