感测技术实验指导书实验目录实验一光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验 (1)实验二转速测量实验 (5)实验三电子秤实验 (8)实验四压力测量实验 (13)实验五温度测量实验 (16)实验六数字式传感器的应用实验 (20)附录一实验台使用说明 (22)附录二调节仪使用说明 (24)实验一 光敏、气敏、湿敏传感器的特性实验一、实验目的：1．了解光敏、气敏、湿敏传感器的基本特性； 2．学会光敏、气敏、湿敏传感器的使用。

二、基本原理：1．光敏电阻光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。

光敏电阻器的主要参数：1）亮电阻（k Ω）：指光敏电阻器受到光照射时的电阻值。

2）暗电阻(M Ω)：指光敏电阻器在无光照射（黑暗环境）时的电阻值。

3）亮电流：指光敏电阻器在规定的外加电压下受到光照射时所通过的电流。

4）暗电流(mA)：指在无光照射时，光敏电阻器在规定的外加电压下通过的电流。

5）电阻温度系数：指光敏电阻器在环境温度改变1℃时，其电阻值的相对变化。

6）灵敏度：指光敏电阻器在有光照射和无光照射时电阻值的相对变化。

2．热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC ）和负温度系数热敏电阻器（NTC ）。

正温度系数热敏电阻器（PTC ）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC ）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。

热敏电阻主要参数1） 标称阻值Rc ：一般指环境温度为25℃时热敏电阻器的实际电阻值。

2） 实际阻值RT ：在一定的温度条件下所测得的电阻值。

3）电阻温度系数αT ：它表示温度变化1℃时的阻值变化率，单位为%/℃。

3．湿敏电阻湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

工业上流行的湿敏电阻主要有：氯化锂湿敏电阻、有机高分子膜湿敏电阻等。

图1-1 光敏电阻外形示意图HR202L 小片式湿敏电阻是采用有机高分子材料的一种新型的湿度敏感元件，感湿范围宽，长期使用性能稳定，可以应用于仓储、车厢、居室内空气质量控制、楼宇自控、医疗、工业控制系统及科研等领域。

湿敏电阻主要参数：1）相对湿度：指在某一温度下，空气中所含水蒸气的实际密度与同一温度下饱和密度之比，通常用“RH”表示。

例如20％RH ；2）灵敏度：指湿敏电阻器检测湿度时的分辨率； 3）测湿范围（％RH ）：指湿敏电阻器的湿度测量范围；4）响应时间（s ）：指湿敏电阻器在湿度检测环境快速变化时，其电阻值的变化情况。

4．气敏传感器气敏电阻是利用某些金属氧化物半导体吸收某种气体后发生氧化还原反应而使半导体本身的电导率发生变化这一机理而制成的，主要氧化物半导体材料，如SnO2、ZnO 、Fe2O3、MgO 、NiO 、BaTiO3等。

将气敏电阻按如图1-3所示电路制成的MQ-2气敏传感器，如图1-2所示，具有模拟量、数字量双路信号输出功能，对液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等气体有较好的灵敏度，适用于家庭或工厂的上述气体泄漏检测。

三、实验所需部件：1．光敏电阻、气敏传感器、湿敏电阻、热敏电阻； 2．直流稳压电源，万用表、导线若干； 3．酒精、棉球；图1-2 气敏传感器外形示意图图1-3 气敏传感器硬件原理图四、实验步骤：1．光敏电阻特性测试：测量T5516、T5537、T5528三种光敏电阻在实验室常态光线下电阻值R0、黑暗环境中暗电阻阻值Ra、不同光强度照射下亮电阻值Rg1、Rg2及响应时间，记录下表。

（1）T5516测试数据记录：（2）T5537测试数据记录：（3）T5528测试数据记录：说明T5516、T5537、T5528三种光敏电阻的亮电阻、暗电阻的阻值范围，计算三种光敏电阻的灵敏度。

2．湿敏电阻特性测试：测量HR202L湿敏电阻在实验室常态湿度下电阻值R0和潮湿环境中（呼热气）的湿电阻阻值R H及其响应时间，记录下表。

HR202L测试数据记录：说明干、湿电阻的阻值变化范围及响应时间范围。

3．热电阻特性测试：测量不同型号PTC、NTC热敏电阻在常温下的电阻阻值R0、60℃温度下的热电阻阻值R t1、90℃温度下的热电阻阻值R t2及其响应时间，记录下表。

（1）MZ31-03M PTC热敏电阻测试数据记录：（2）不同型号NTC热敏电阻测试数据记录：说明PTC热敏电阻和各种NTC热敏电阻随温度变化的趋势、阻值变化范围及响应时间范围。

4．气敏传感器特性测试：按传感器实验板提示，加5V工作电源，并预热20分钟。

在有无烟雾或酒精环境下分别测试实验板的AOUT端、DOUT端输出电压，记录下表。

说明MQ-2气敏传感器在有无烟雾或酒精环境下输出信号的变化及响应时间的快慢。

五、思考题：1、根据T5516、T5537、T5528三种光敏电阻的测试特性，设计一种亮、暗环境测试的电路，并标明线路中各元件的参数。

2、PTC、NTC可以作为温度数值测量的传感器吗？为什么？3、根据MQ-2气敏传感器的测试特性，如何设计硬件线路将气敏传感器检测的信号传送到51单片机？实验二 转速测量实验二、实验目的：1．熟悉和掌握霍尔转速传感器、磁电式、光电转速传感器的工作原理。

2．了解转速的测量方法。

二、基本原理：1．利用霍尔效应表达式：U H ＝K H IB ，当被测圆盘上装上N 只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N 次。

每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。

2．基于电磁感应原理，N 匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势： dtd Ne φ-=发生变化，因此当转盘上嵌入N 个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。

3．光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。

三、实验所需部件：霍尔转速传感器、磁电传感器、光电转速传感器、直流电源＋5V 、转动源2－12V 、数显单元、导线若干。

四、实验步骤：1、 根据图1－1，将霍尔转速传感器装于传感器支架上,探头对准反射面内的磁钢。

图2－1 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图2、 将5V 直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。

3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。

4、将转速源＋2V－12V输出旋至最小，接入三源板的转速电源孔中。

5、将数显单元上的开关拨到转速档，合上主控箱电源开关。

6、调节转速电压，可改变电机转速，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－1中。

7、关闭主控箱电源开关，取下霍尔转速传感器，进行光电转速测量，光电转速传感器已安装在三源板上，把三源板上的+5V、接地、V O 与主控箱上的+5V、地、数显表的Fin相连。

8、将转速源2－12V输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中。

9、合上主控箱电源开关，调节转速源2—12V，观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－2中。

10、关闭主控箱电源开关，取下光电传感器的相关连线，进行磁电式转速测量。

11、磁电式转速传感器按图1-1安装传感器端面离转动盘面2mm左右，并且将磁电式转速传感器中心对准磁钢中心。

将磁电式转速传感器输出端插入数显单元Fin孔。

（磁电式转速传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）12、将转速源2－12V输出旋到最小，接到三源板的转速电源插孔中，合上主控箱电源开关，调节转速源2—12V，记录数显表转速显示为0时的电压最大值。

继续观察并记录电压每增加1V时数显表转速显示的值，填入表1－3中。

表1－1电压与转速（霍尔转速传感器）表1－2电压与转速（光电转速传感器）表1－3电压与转速（磁电转速传感器）五、思考题：1、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？2、本实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便?3、为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？4、如何利用光电传感器和调节仪自动控制电机转速?实验三电子秤实验一、实验目的：1．了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。

2．了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。

3．通过实验后能够设计信号放大电路。

三、基本原理：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：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/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元件，通过它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，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。

对单臂电桥输出电压Uo1= EKε/4。

对于半桥不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。

当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。

全桥测量电路中，将受力性相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。

其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到改善。

三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、托盘、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表、导线若干。

四、实验步骤：1、根据图2－1可知应变式传感器已装于应变传感器模板上。

各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。

加热丝也接于模板上，可用万用表进行判别,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右。

2、接入模板电源 15V(从主控台引入)，检查无误后,合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接,输出端与主控箱面板上数显表电压输入端V i相连,调节实验模板上的调零电位器R W4，使数显表显示为零(数显表的量程切换开关打到2V档)。

关闭主控箱电源。

图3－1 应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1(即模块左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7、模块内已连接好），接好电桥调零电位器RW1，接上桥路电源±4V,此时应将±4V地与±15V地短接(因为不共地),如图2－2所示,检查无误后,合上主控箱电源开关。