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题目 生物传感器与测试技术实验报告汇总 姓名与学号 蒋昊铮 3120100277 年级与专业 大三 生物系统工程 指导教师 王剑平 所在学院 生物系统工程与食品科学学院 !生物系统工程蒋昊铮3120100277目录: 实验一 热电偶传感器实验 2 实验二 热敏电阻传感器实验 5 实验三 RTD热电阻传感器实验 9 实验四 光敏电阻传感器实验 12 实验五 霍尔传感器实验 15 实验六 应变桥实验 19 实验一 热电偶传感器实验 一、实验目的: 了解热电偶测量温度的原理和调理电路,熟悉调理电路工作方式。 二、实验内容: 本实验主要学习以下几方面的内容 1. 了解热电偶特性曲线; 2观察采集到的热信号的实时变化情况。 3. 熟悉热电偶类传感器调理电路。 三、实验仪器、设备和材料: (1)所需仪器 myDAQ、myboard、nextsense01热电偶实验模块、万用表 (2)注意事项 1.在插拔实验模块时,尽量做到垂直插拔,避免因为插拔不当而引起的接插件插针弯曲,影响模块使用。 2.禁止弯折实验模块表面插针,防止焊锡脱落而影响使用。 3.更换模块或插槽前应关闭平台电源。 4.开始实验前,认真检查热电偶的连接,避免连接错误而导致的输出电压超量程,否则会损坏数据采集卡。 5.本实验仪采用的电偶为K型热电偶和J型热电偶。 四、实验原理: 热电偶是一种半导体感温元件,它是利用半导体的电阻值随温度变化而显著变化的特性实现测温。 热电偶传感器的工作原理 热电偶是一种使用最多的温度传感器,它的原理是基于1821年发现的塞贝克效应,即两种不同的导体 或半导体A或B组成一个回路,其两端相互连接,只要两节点处的温度不同,一端温度为T,另一端温度 为T0,则回路中就有电流产生,见图50-1(a),即回路中存在电动势,该电动势被称为热电势。 图50-1(a) 图50-1(b) 两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。 当回路断开时,在断开处a,b之间便有一电动势ET,其极性和量值与回路中的热电势一致,见图50- 1(b),并规定在冷端,当电流由A流向B时,称A为正极,B为负极。实验表明,当ET较小时,热电势ET 与温度差(T-T0)成正比。 五、实验步骤: ? /?2 21生物系统工程蒋昊铮31201002771.关闭平台电源(myboard),插上热电偶实验模块。开启平台电源,此时可以看到模块左上角电源指示 灯亮。 2.打开nextpad,运行热电偶实验应用程序 3.查看传感器介绍,了解热电偶的原理及温差与热电势之间的关系。 4.在特性曲线页面。选择不同型号的热电偶观察各型号热电偶的V-T,在测温曲线的下方,手动模拟产生 热电势的值,观察测温曲线。 5.在实验内容页面中了解实验的内容、操作方式和过程 6.在仿真页面任意改变运算放大器的输出电压值和运算放大倍数,记录E(T,T0)和冷端温度仿真的输出 值E(T0),将数据填写到热电偶温度手动测量表中,查表计算热电偶的电势所对应的温度值。 7.在测量页面 1)选择实际接入的电阻 8.在nextsense01中,用杜邦线将R2 R4链接到运算放大器上。 ? /?3 21生物系统工程蒋昊铮31201002779.调零。将A、B端用杜邦线短接,调节模块右侧下方的电位器,对放大器的输出Vout进行调零。 10.测量。选择K型或者J型热电偶其中一个,连接到A、B两端,在自动测量页面,点击页面上的开始按钮 进行数据的采集和记录,将热电偶放置到热水中记录温度的变化(温度变化范围至少30度)。 11.在nextpad页面中,点击页面右上的数据保存按钮,选择保存的表格,进行数据的保存。 六、数据及结论(绘制数据点散图,建立回归方程,分析灵敏度和线性误差) 冷端温度热电偶输出电势(uV)测量点温度20.69552.5731.3220.68566.6531.5820.65571.3431.6520.67558.7831.4220.65584.8331.9020.66589.9832.0120.69571.5931.6920.69579.7031.8420.68572.1531.6920.66593.5332.0820.65595.8932.1220.641476.2248.9020.642186.4162.3020.642192.4262.4120.632197.8762.5020.622203.9362.6120.622241.4463.3120.611667.2552.4920.61575.3431.6820.60588.6731.9220.612245.9763.3920.612249.4763.4520.612250.2763.4720.612250.0463.4620.612249.2063.4520.602228.0263.0420.602209.6662.70? /?4 21生物系统工程蒋昊铮3120100277结论: (1)由图可得,点基本上都处于回归直线上,线性拟合度非常好; (2)由表中数据可以发现,在3132度及63度附近数据个数比较密集,但热电偶输出电势都体现出了 微小差异且线性拟合较好,说明灵敏度较高; (3)回归分析R方1,说明热电偶输出电势与测量点温度不存在线性误差; (4)热电偶输出电势随测量点温度升高而线性增加。 实验二 热敏电阻传感器实验 一、实验目的: 了解热敏电阻测量温度的原理和调理电路,熟悉调理电路工作方式。 二、实验内容: 本实验主要学习以下几方面的内容 1. 了解热敏电阻特性曲线; 2观察采集到的热信号的实时变化情况。 3. 熟悉电阻类传感器调理电路。 三、实验仪器、设备和材料: (1)所需仪器 myDAQ、myboard、nextsense02、热敏电阻实验模块、万用表。 (2)注意事项 1.在插拔实验模块时,尽量做到垂直插拔,避免因为插拔不当而引起的接插件插针弯曲,影响模块使用。 2.禁止弯折实验模块表面插针,防止焊锡脱落而影响使用。 3.更换模块或插槽前应关闭平台电源。 4.开始实验前,认真检查电阻连接,避免连接错误而导致的输出电压超量程,否则会损坏数据采集卡。 ? /?5 21热电偶输出电势(uV)0600120018002400测量点温度017.53552.570y = 52.752x - 1098.7 R = 1生物系统工程蒋昊铮31201002775.本实验仪采用的热敏电阻为NTC热敏电阻,负温度系数。 四、实验原理: 热敏电阻是一种半导体感温元件,它是利用半导体的电阻值随温度变化而显著变化的特性实现测 温。 按照温度特性热敏电阻可以分为三大类:随温度上升电阻值减小的负温度系数(NTC)热敏电阻;随温 度上升电阻值增加的正温度系数(PTC)热敏电阻以及临界温度系数(CTR)热敏电阻。其中NTC和PTC较为常 用。 在一定的温度范围内,PTC和NTC热敏电阻的电阻-温度特性可分别用以下实验公式表示: RT=RT0eB(T-T0) (1) RT=RT0eB(1/T-1/T0) (2) 其中,RT为绝对温度为T(K)时的电阻值、RT0为绝对温度为T0 (K)时的电阻值。B为材料常数,它不仅 与材料性质有关,而且与温度有关,在一个不太大的范围内,B是常数。以上公式中的温度值均为绝对温 度。本实验采用NTC热敏电阻,R0=10K,T0=25,B=3750。 根据公式(2)可以获得相对温度T()的表达式,计算时T0应用绝对温度值298.15K代入: T=1/(1/T0)+(1/B)*ln(R/R0)-273.15 (3) 半导体热敏电阻有很高的温度系数,灵敏度高,适用于在0-150之间测量。 五、实验步骤: 注意: 带*号的步骤为选做部分。 1.关闭平台电源,插上热敏电阻实验模块。开启平台电源,此时可以看到模块左上角电源指示灯亮。 2.打开nextpad,运行热敏电阻实验应用程序 3.查看传感器介绍,了解热敏电阻的原理、分类以及温度计算公式。 4.在特性曲线页面。移动R-T曲线上方的初始电阻值R0和材料常数B的滑块,观察参数对特性曲线的影响。 移动R-T曲线中的黄色游标,观察右侧波形图中R、T各自的变化趋势。 5.在仿真与测量页面 1)任意修改恒流源法和分压法仿真电路中的Vcc和Vt,查看温度曲线,熟悉恒流源法以及分压法的测试方 法。 2)用万用表测量测量备选电阻值,将实际阻值填入图位置。 3)连接备选电阻和热敏电阻,完成恒流源法或分压法电路,参考下图接线方式,备选电阻根据实验要求自 行选择。 ? /?6 21生物系统工程蒋昊铮31201002774)用万用表分别测量恒流源和分压电路的Vcc的精确值,填入软件中相应位置。 5)* 用万用表测量电路中各参数值,完成测量页面的表格。R-T特性测量表格中,计算出Rt后,对应的T() 可以通过特性曲线页面获取:将特性曲线上的右上角的R修改为Rt值后,即可获得对应的T值。 6.在自动测量页面,测量恒流源电路的实际值。 7.在自动测量页面,测量分压电路的实际值。 六、数据及结论(绘制数据点散图,建立回归方程,分析灵敏度和线性误差) 1.选择恒流源或者分压法电路,固定Ri=10K,手握住传感器,测量温度及电压变化,填写下表。时间1 分钟,大约间隔6秒钟记录一次数据。 ? /?7 2112345678910恒流源T()25.814724.403924.783825.185325.627826.094726.549827.133227.653128.2397Rt(K)9.6631 10.255210.0917 9.9222 9.7392 9.5503 9.3703 9.1452 8.9500 8.7354i(mA)0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000 0.2000分压法T()29.343430.049630.737231.6
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