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实验八锑化铟磁电阻传感器的磁阻特性测量及应用

实验八锑化铟磁阻特性测量

磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等，其中最典型的锑化铟（InSb ）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。本实验装置结构简单、实验内容丰富，使用两种材料的传感器：利用砷化镓（GaAs ）霍尔传感器测量磁感应强度，研究锑化铟（InSb ）磁阻传感器的电阻随磁感应强度的变化情况。一、实验目的

1 、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度变化的关系。

2 、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。

3 、对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行曲线和直线拟合。二、实验仪器

FD-MR-Ⅱ型磁阻效应实验仪（直流双路恒流电源、 0~2V 直流数字电压表、电磁铁、数字式毫特仪、锑化铟磁阻传感器、电磁铁及双向单刀开关等）、示波器、电阻箱、正弦交流低频发生器及导线若干。三、实验原理

在一定条件下，载流导体或半导体的电阻值 R 随磁感应强度 B 变化的规律称为磁阻效应。如图 43-1 所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场，如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大出现横向磁阻效应。如果将图43-1中的 a 端和 b 端短路，磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用 )0(/ρρ?表示。其中)0(ρ为零磁场时的电阻率，设磁阻在磁感应强度为B 的磁场作用下的电阻率为)B (ρ，则 )0()B (ρρρ-=?。由于磁阻传感器电阻的相对变化率 △R/R(0)正比于)0(/ρρ?，这里△R = R (B)－R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量△R/R(0)来表示磁阻效应的大小。测量磁阻电阻值R 与磁感应强度 B 的关系所用实验装置及线路如图 43-2 所示。

图43-1 磁阻效应

实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，磁阻传感器电阻相对变化率△R/R(0)正比于磁感应强度B的二次方，而在强磁场中△R/R(0)与磁感应强度B呈线性函数关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。

如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量△R/R(0)正比于B2，那么磁阻传感器的电阻 R 将随角频率2ω作周期性变化。

图 43-2 测量磁电阻实验装置

若外界交流磁场的磁感应强度 B为：

B=B0cosωt (43-1)

(43-1)式中，B0为磁感应强度的振幅，为角频率，t为时间。

设在弱磁场中

ΔR/R(0)=KB 2 (43-2)

(43-2)式中， K 为常量。由（43-1）式和（43-2）式可得

t KB R KB R R t

KB R R R R R R DR

R B R ωω2cos )0(2

)0(21)0(cos )0()0()]

0(/)[0()0()0()(202022

0++

=+=?+=+=

(43-3)

(43-3) 式中，20)0(21

)0(KB R R +为不随时间变化的电阻值，而t

cos2kB )0(R 2

0ω为以角频率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波

交流磁场中，将产生倍

频交流电阻阻值变化。

以锑化铟为例，磁阻在交流磁场下对正弦信号的倍频效应可以形象直观地说明磁场在小于0.06T 时，该磁阻器件的特性非常类似于光学二阶非线性效应。与锑化铟器件有类似性质的由四只薄膜合金器件组成的非平衡电桥磁阻传感器已将磁阻器件集成化，并通过附加场的补偿作用使测量区域处于线性区域，更方便地应用于工业、医疗、探矿和军事等领域中。四、实验内容及步骤

1．在锑化铟磁阻传感器电流或电压保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的变化关系，作△R/R(0）与 B 的关系曲线，并进行曲线拟合。实验时注意 GaAs 和 InSb 传感器工作电流应小于 3mA 。具体实验步骤如下：（1）直流励磁恒流源与电磁铁输入端相连，通过调节该直流恒流电源控制电位器改变输入电磁铁电流大小，从而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。

（2）按图 43-2 所示将锑化铟磁阻传感器与电阻箱串联，并与可调直流电源相接，数字电压表的一端连接磁阻传感器电阻箱公共接点，另一端与单刀双

向开关的刀口处相连。

（3）确定通过锑化铟磁阻传感器的工作电流。

（4）通过电磁铁的直流电流逐渐由小增加，读出磁感应强度 B 。通过测量锑化铟磁阻传感器两端的电压值。以求得锑化铟磁阻传感器的电阻 R ，作出 R 与B 的关系图。

注：

由上述实验数据和曲线得出锑化铟磁阻器件在 B <0.06T 时，△R/R(0)为二次函数。B > 0.12T 时，△R / R (0)为 B 的一次函数，如果要使磁阻器件工作在线性范围内，应使其工作在大于 0.12T 强的磁场下，其他的正常磁阻器件也有类似的特性。 2．如图 43-3 所示，将电磁铁的线圈引线与正弦交流低频发生器输出端相接；锑化铟磁阻传感器通以 2.5mA 直流电，用示波器测量磁阻传感器两端电压与电磁铁两端电压构成的李萨如图形如43-4所示，证明在弱正弦交流磁场情况下，磁阻传感器的阻值具有交流正弦倍频特性。

图 43-3 磁阻传感器倍频效应原理图

D R

图 43-4 李萨如图形

五、思考题

1．什么叫做磁阻效应？霍尔传感器为何有磁阻效应？

2．锑化铟磁阻传感器在弱磁场时和强磁场时的电阻值与磁感应强度关系有何不同？这两种特性有什么应用？

附录一实验数据处理参考

1. 取样电阻 R= 300Ω 电压 U=300mV。

2. 求出电流U300

I1.00mA

R300

===。

表43-1

电磁铁InSb B~ΔR/R(0)对应关系

M (mA)U

(mV) B (mT)R (Ω)ΔR/R(0) 0395.10.0395.10

9.9396.110.0396.10.003 19400.520.0400.50.014 29406.830.0406.80.030 38415.040.04150.050 47425.150.0425.10.076 56436.360.0436.30.104 66449.070.04490.134 94491.5100.0491.50.244 141552.1150.0552.10.397

热敏电阻实践报告

黑龙江科技学院综合性、设计性实验报告实验项目名称热敏电阻特性实验所属课程名称传感器工程实践实验日期2011年3月x日班级学号姓名成绩电气与信息工程学院实验室

实验概述：【实验目的及要求】【实验目的】 1通过实验使学生掌握各种传感器的工作原理； 2掌握热敏电阻传感器的特性测试方法； 3掌握传感器的特性实验数据处理方法； 4培养和提高学生传感器特性测试系统设计和分析的能力； 5通过该课程的学习扩大学生知识面，为今后的研究和技术工作打下坚实的基础。【设计要求】 1掌握热敏电阻传感器的工作原理、测量电路的原理； 2通过传感器特性系统的设计，多方面知识综合应用，全面提高能力； 3为今后从事传感器工程方面的工作打下基础。【实验原理】传感器特性测试系统框图：传感器测量电路图：热敏电阻温度传感器工作原理：热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。热敏电阻用于测温是利用了半导体电阻率随温度变化这一特性，对于热敏电阻要求其材料电阻温度系数大、稳定性好、电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。热敏电阻采用二线或三线连接法，其中一端接二根引线(三线连接法)，主要为了消除引线电阻对测量的影响【实验环境】（使用的软件）工具：工程实践台、热敏电阻式传感器、导线、Pt100标准温度传感器、恒温箱。实验内容：【实验方案设计】设计要点： 1）数显电压表分辨率为：1/1999，即：0.5/1000，并存在“〒1”个字的量化误差，在系统精度范围外的数字跳动属正常现象。 2）通用放大器(Ⅰ)调零时数显电压表需从20V档逐步逐步减小。 3）实验中其他单元的电源应关闭，否则有干扰。 4）温度源具有升温快、降温慢的特点，所以在取初始设定值时，应比PV 值略高。 5）插传感器接头时注意对正小方形口。 6）在实验前应先对测量电路进行调零。 7）记录数据时应在温度稳定在某一数值后再记录。设计方案（1）由于测量处理电路中存在零位电势，所以在开始实验前先将测量处理

热敏电阻温度特性研究实验教案

热敏电阻温度特性研究实验一、实验简介热敏电阻是由对温度非常敏感的半导体陶瓷质工作体构成的元件。与一般常用的金属电阻相比，它有大得多的电阻温度系数值。热敏电阻作为温度传感器具有用料省、成本低、体积小等优点，可以简便灵敏地测量微小温度的变化，在很多科学研究领域都有广泛的应用。本实验的目的是了解热敏电阻的电阻—温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥的原理及使用方法，学习坐标变换、曲线改直的技巧。二、实验原理 1.半导体热敏电阻的电阻—温度特性热敏电阻的电阻值与温度的关系为： R=Ae B/T(1) A，B是与半导体材料有关的常数，T为绝对温度，根据定义，电阻温度系数为： α=1 R t dR dT (2) R t是在温度为t时的电阻值。 2.惠斯通电桥的工作原理,如图所示：惠斯通电桥原理图四个电阻R1，R2，R3，R x组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中R x就是待测热敏电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源，而在另一对对角B和D 之间接入检流计G。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有R x=(R2/R1)?R3，(R2/R1)和R3都已知，R x即可求出。电桥灵敏度的定义为： S= ?n ?R x/R x (3) 式中?R x指的是在电桥平衡后R x的微小改变量，?n越大，说明电桥灵敏度越

高。三、实验内容 1.用箱式电桥研究热敏电阻温度特性 (1)使用内接电源和内接检流计,按照实验电路图连线。 (2)线路连接好以后，检流计调零。 (3)调节直流电桥平衡。 (4)测量并计算出室温时待测热敏电阻值R x，微调电路中的电阻箱，测量并根据电桥灵敏度公式:S=△n/(△Rx/Rx)或S=△n/(△R0/ R0)，计算出室温时直流电桥的电桥灵敏度。 (5)调节适当的自耦调压器输出电压值，使烧杯中的水温从20℃升高到85℃以上，每隔5℃测量一次热敏电阻值R t；再将自耦调压器输出电压值调为0V，使水慢慢冷却，降温过程中每隔5℃测量一次热敏电阻值R t，最终求取升降温的平均电阻值，并作出热敏电阻阻值与温度对应关系曲线。 (6)根据测量结果，利用公式R=R∞e B/T和α=1 R t dR dT ，分别求取温度T趋于无穷时的热敏电阻阻值R∞、热敏电阻的材料常数B以及50℃时的电阻温度系数α。 2.用自组式电桥研究热敏电阻温度特性 (1)按下图所示实验电路图正确连线。直流电桥测电阻电路图 (2)线路连接好以后，检流计调零。 (3)调节直流电桥平衡。 (4)测量并计算出室温时待测热敏电阻值R x，微调电路中的电阻箱，测量并根据电桥灵敏度公式:S=?n/(?Rx/Rx)或S=?n/(?Ro/Ro)，计算出室温时直流电桥的电桥灵敏度。 (5)选择合适的自耦调压器输出电压值，使烧杯中的水温从20℃升高到85℃以上，每隔5℃测量一次热敏电阻阻值；再将自耦调压器输出电压值调为0V，在水温的从85℃下降到室温的过程中，每隔5℃测量一次热敏电阻阻值，最终求取升降温的平均电阻值，并作出热敏电阻阻值与温度对应关系曲线。 (6)根据测量结果，求取温度T趋于无穷时的热敏电阻阻值R∞、热敏电阻的材料常数B以及50℃时的电阻温度系数α。四、实验仪器

传感器实验报告.doc

实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥 1、实验目的了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。 2、实验方法在CSY－998传感器实验仪上验证应变片单臂单桥的工作原理 3、实验仪器CSY－998传感器实验仪 4、实验操作方法所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。实验步骤：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与F／V表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F／V表显示为零，关闭主、副电源。 (3)根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，F／V表置20V档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F／V表显示为零，等待数分钟后将F／V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F／V表显示为零。 (4) 将测微头转动到10㎜刻度附近，安装到双平行梁的右端即自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使V/F表显示值最小，再旋动测微头，使V/F表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 (5) 往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下V/F表显示的值，每旋动测微头一周即压值的相应变化。

热敏电阻-物理实验

热敏电阻和热电偶温差电势的测量随着半导体热敏电阻和热电偶在工业中的应用日益广泛，我们有必要对它们的一些温度特性有所了解。DHT 型热学实验仪是集加热、传感、测量于一体的多功能实验仪器。采用单片机测量、控制。脉宽调制式加热，温度采用精确的PID 参数自整定控制。具有测、控温精度高，加热时间快，降温时间短，操作使用方便。实验安全、无环境污染。可以任意地设定加热温度（室温～150℃）一、实验目的 1、热敏电阻的温度特性研究。 2、铜—康铜热电偶温差电势的特性研究。 3、描绘热敏电阻和热电偶温差电势的特性曲线。 4、了解PID 在工业控制中运用的原理和方法。二、实验仪器 DHT 型热学实验仪、直流电桥、数字万用表三、实验原理 1、热敏电阻热敏电阻是一种电阻值随其电阻体的温度变化呈显著变化的热敏感电阻。它多由金属氧化物半导体材料制成，也有由单晶半导体、玻璃和塑料制成的。由于热敏电阻具有体积小、结构简单、灵敏度高、稳定性好、易于实现远距离测量和控制等优点，所以广泛应用于测温、控温、温度补偿、报警等领域。本实验所测试样为负温度系数(NTC)热敏电阻，它的电阻值随温度升高而减小。其电阻温度特性的通用公式为 )11( 212 1T T B e R R -= （1）式中，R l 为温度T l 时的阻值；R 2为温度为T 2时的阻值；B 为热敏指数，由材料的物理特性决定。若设T 2趋于无穷大，上式可简化成 T B T Ae R = （2）热敏电阻温度系数的定义式为 dT dR R T T 1= α 对于负温度系数热敏电阻，其温度系数是温度丁的函数，以T α表示。可以得出 2T B T - =α （3）上式表示，对负温度系数电阻来说，T α在工作温度范围内随温度增加迅速减小。表示温度系数时要注明其温度值，通常以25℃时的值来表示。对式（2）线性化，可得 T B A R T 1 ln ln += （4）

热敏电阻温度特性试验实验数据处理=

热敏电阻温度特性试验实验数据处理一、实验目的了解热敏电阻的电阻—温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥的原理及使用方法，学习坐标变换、曲线改直的技巧。二、实验所用仪器及使用方法直流单臂电桥、检流计、待测热敏电阻和温度计、调压器。三、实验原理半导体热敏电阻的电阻—温度特性热敏电阻的电阻值与温度的关系为： A，B是与半导体材料有关的常数，T为绝对温度，根据定义，电阻温度系数为： R t是在温度为t时的电阻值。惠斯通电桥的工作原理

如图所示：四个电阻R0，R1，R2，Rx组成一个四边形，即电桥的四个臂，其中Rx就是待测电阻。在四边形的一对对角A和C之间连接电源，而在另一对对角B和D之间接入检流计G。当B和D两点电位相等时，G中无电流通过，电桥便达到了平衡。平衡时必有Rx = (R1/R2)·R0，(R1/R2)和R0都已知，Rx即可求出。电桥灵敏度的定义为：式中ΔRx指的是在电桥平衡后Rx的微小改变量，Δn越大，说明电桥灵敏度越高。实验仪器四、实验所测数据

?不同T所对应的Rt 值 R t均值，1 / T，及ln R t的值

五、实验结果： 1.热敏电阻的R t-t特性曲线数据点连线作图在图上找到T=50所对应的点做切线，可以求得切线的斜率： K=（500-0）/(0-85)=5.88

由此计算出：α=-0.031 二次拟合的曲线：在图上找到T=50所对应的点做切线，可以求得切线的斜率： K=（495-0）/(0-84)=5.89 由由此计算出：α=--0.031 2.ln R t -- (1 / T)曲线仿真实验画出图线如下图所示但计算机仿真实验画出的曲线图中A的值计算有误，正确的A=0.0153.将图修正后如下：

第2章电阻式传感器习题

一、填空题： 1、电位移传感器是将1、电位器式传感器是一种将转换成的传感器。 2、金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值发生变化，这一效应称为 2、常用弹性敏感元件一般用制成。 3、电阻应变式传感器可直接测量的物理量是，电阻应变片的制作材料分为和两种。它们收到外力电阻发生变化，第一种是由形成的，第二种是由造成的。的灵敏度较大。 4、电阻应变片配有桥式测量转换电路的作用是。 5、应变测量电桥的三种接法是、、。输出电压分别为、、。电桥转换电路，因接法不同，灵敏度也不同，的灵敏度最大，实验证明输出电压与应变或受力成（线性/非线性）关系。 6、要使直流电桥平衡，必须使相对桥臂的电阻值的相等。 7、电阻应变效应做成的传感器可以测量、、。 8、测温热电阻分为和。 9、MQN气敏电阻可测量。TiO2气敏电阻可测量。 10、带有调零、调满度的热电阻测量转换电路调试过程的步骤是 _____。若发现毫伏表的满度值偏大，应将RP2往_____调。 11、测温热电阻分按结构分为___ 、___ _、__ 热敏电阻按温度系数又可分___ 、_ _。 12、湿敏电阻传感器按结构形式分为___ 、___ 、 _。 13、在下图控制电路中R t应选用________（PTC/NTC）。二、选择题 1、将应变片贴在上，可以分别做成测量位移、力、加速度传感器。 A试件 B质量块 C应变电阻弹性元件 D机器组件 2、产生应变片误差的主要原因。 A电阻有温度系数 B试件与电阻丝的线膨胀系数相同 C电阻丝承受应变力方向不同 3、应变片的标称电阻3、电阻应变片的标称电阻有几种，应用3、、

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻 B电容 C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量 A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串

误差分析热敏电阻

用非平衡电桥研究热敏电阻摘要：文本结合用非平衡电桥研究热敏电阻实例来探讨用origin 软件做数据处理的方法，并分析其优势。关键词：非平衡电桥，直线拟合 1 热敏电阻热敏电阻是一种电阻值随其电阻体温度变化呈现显著变化的热敏感电阻。本实验所选择为负温度系数热敏电阻，它的电阻值随温度的升高而减少。其电阻温度特性的通用公式为： T B T Ae R = （1）式中T 为热敏电阻所处环境的绝对温度值(单位，开尔文)，今为热敏电阻在温度T 时的电阻值，A 为常数，B 为与材料有关的常数。将式(l)两边取对数，可得: T B A R T +=ln ln （2）由实验采集得到T R T -数据，描绘出T R T 1 - ln 的曲线图，由图像得出直线的斜率B ，截距A ln ，则可以将热敏电阻的参数表达式写出来。 2 平衡电桥电桥是一种用比较法进行测量的仪器，由于它具有很高的测t 灵敏度和准确度，在电测技术中有较为广泛的应用，不仅能测量多种电学量，如电阻、电感、电容、互感、频率及电介质、磁介质的特性;而且配适当的传感器，还能用来测量某些非电学量，如温度、湿度、压强、微小形变等。在“测量热敏电阻温度特性”实验中用平衡电桥来测量热敏电阻的阻值，其原理如下：在不同温度下调节电阻3R 的大小，使检流计G 的示数为0，有平衡电桥的性质可知 1 2 3 R R R R x =.在实验时，调节1R 和2R 均为1000欧姆。则x R 的值即为3R 的值。 3 非平衡电桥原理图1

非平衡电桥的原理图如图1所示。非平衡电桥在结构形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。非平衡电桥是使1R 2R 3R 保持不变，x R 变化时则检流计G 的示数g I 变化。再根据“g I 与x R 函数关系，通过测量g I 从而测得x R 。由于可以检测连续变化的g I ，从而可以检测连续变化的x R ，进而检测连续变化的非电量。 4 实验条件的确定当电桥不平衡时，电流计有电流g I 流过，我们用支路电流法求出g I 与热敏电阻x R 的关系。桥路中电流计内阻g R ,桥臂电阻1R 2R 3R 和电源电动势E 为已知量，电源内阻可忽略不计。根据基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律，通过一些列的计算可求得热敏电阻x R E R R R R R R R R R R R I R R R R R R R R R I E R R R g g g g g g x 113213132213232132)()(+++++++-= 5 用非平衡电桥测电阻的实例已知：微安表量程Ig=100μA ，精度等级f=1.0级，温度计的量程为100 t 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 Ig 100.0 95.1 89.0 83.0 77.0 70.0 62.0 54.0 46.1 39.2 32.1 25.8 18.9 11.8 T 373 368 363 358 353 348 343 338 333 328 323 318 313 308 Rt 951 1032 1140 1255 1380 1541 1749 1985 2255 2527 2850 3660 3991 4398 1/T 2.68 2.72 2.76 2.79 2.83 2.87 2.92 2.96 3.00 3.05 3.10 3.15 3.20 3.25 lnR 6.86 6.94 7.04 7.14 7.23 7.34 7.47 7.59 7.72 7.84 7.96 8.21 8.29 8.39

应变片电阻式传感器测压力实验报告

设计目的了解应变直流电桥的应用及电路的标定基本原理一应变片传感器电阻应变片压力传感器由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成 1 应变片的工作原理电阻应变式压力传感器是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把4个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

S L R ρ= 式中： ρ——金属导体的电阻率（Ω·m ） S ——导体的截面积（2m ） L ——导体的长度（m ）以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。 2 全桥电路应变片将应变的变化转换成电阻相对变化ΔR/R ，要把电阻的变化转换成电压或电流的变化，才能用电测仪表进行测量。这里使用全桥电路，如下图所示。

第二章电阻式传感器分析

第二章电阻式传感器电阻式传感器的基本原理是将被测物理量的变化转换成电阻值的变化，再经相应的测量电路和装置显示或记录被测量值的变化。按其工作原理可分为变阻器式（电位器式）、电阻应变式和固态压阻式传感器三种。 1、教学内容 (1).应变效应 (2).电阻应变片的结构和种类 (3).电阻应变片的主要特性（静态、动态） (4).应变式传感器测量电路的特性分析及其补偿 (5).压阻式传感器工作原理及特点 (6).电阻式传感器应用举例 2、教学要求 (1).理解应变效应、应变式传感器工作原理及特性 (2).掌握测量电路特性分析及补偿方法 (3).掌握电阻式传感器的典型应用 (3).了解电阻式传感器的结构、及压阻式传感器基本知识 3、教学重点及难点：应变效应、电阻应变片工作原理、测量电路特性分析、典型应用 2.1 变阻器式传感器 1、变阻器式传感器工作原理变阻器式传感器也称电位器式传感器，其工作原理是将物体的位移转换为电阻的变化。根据式：x x l R k R R x ??＝＝（2-1）式中k R ――电位器的电阻灵敏度。则电刷位移x 的电压输出U 0为：x x l U k U U ??＝＝0 （2-2）式中k U ――电位器的电压灵敏度。当电阻丝直径与材质一定时，则电阻R 随导线长度l 而变化。常用电位器式传感器有直线位移型、角位移型和非线性型等，如图2-1所示。图2-1 变阻式传感器（c ）非线性型（b ）角位移型（a ）直线位移型

2、变阻式传感器的优缺点变阻式传感器的优点是：(1)结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定；(2)受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小；(3)可以实现输出—输入间任意函数关系；(4)输出信号大，一般不需放大。它的缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，所以分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。 3、变阻式传感器的应用变阻式传感器常用来测量位移、压力、加速度等参量。图2-2是用变阻式传感器制作的位移传感器的结构图。被测位移使测量轴沿导轨轴向移动时，带动电刷在滑线电阻上产生相同的位移，从而改变电位器的输出电阻。精密电阻与电位器电阻式电桥的两个桥臂，构成电桥测量电路。 2.2 电阻应变式传感器电阻应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。传感器由在弹性元件上粘贴电阻应变敏感元件构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起应变敏感元件的阻值变化，通过转换电路将其转变成电量输出，电量变化的大小反映了被测物理量的大小。电阻应变式传感器是目前测量力、力矩、压力、加速度、重量等参数应用最广泛的传感器。 2.2.1 金属电阻的应变效应金属电阻应变片的工作原理，是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形（伸长或缩短）的变化而发生变化的现象。如图2-3，若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则：（2-3） 1 4 3 2 5 6 8 7 图2-2 滑线电阻式位移传感器 1-测量轴2-滑线电阻3-触头4-弹簧5-滑块6-导轨7-外壳8-无感电阻

热敏电阻实验特性研究.

四川理工学院实验报告实验时间：2009年11月22日实验名称：半导体热敏电阻特性研究成绩：学号：08071010219 实验目的：班级：应物08级2班姓名：刘春测试一只负温度系数的热敏电阻的阻值随温度变化的特性并考虑在应用中如何作线性化处理加深对电场强度和电位概念的理解。实验仪器：直流稳压电源, 数字万用表, 加热用电阻丝, 铁架台, 支架, 连接导线等, 待测热敏电阻1只, 标准电阻一只。实验原理：热敏电阻是阻值对温度变化非常敏感的一种半导体电阻，它具有许多独特的优点，如能测出温度的微小变化、能长期工作、体积小、结构简单等．它在自动化、遥控、无线电技术、测温技术等方面都有广泛的应用．

热敏电阻的基本特性是温度特性．在半导体中原子核对价电子的约束力要比金属中的大，因而自由载流子数较少，故半导体的电阻率较高而金属的电阻率很低，由于半导体中的载流子数目是随着温度升高而按指数激烈地增加，载流子的数目越多，导电能力越强、电阻率就越小，因此热敏电阻随着温度升高，它的电阻率将按指数规律迅速地减小．这和金属中自由电子导电恰好相反，金属的电阻率是随温度上升而缓慢地增大的．图B.4.1是热敏电阻值和金属铂电阻随温度而变化的特性曲线图．

由实验可知，当温度由0℃变到300℃时金属铂的电阻值总共变化1倍；而一般的热敏电阻值变化可达1000倍左右，所以半导体的电阻温度系数远远大于金属．实验表明，在一定的温度范围内，半导体的电阻率ρ和热力学温度T 之间的关系可用下式表示：b e a 0=ρ （1）式中0a 和b 为常量，其数值与材料的物理性质有关．热敏电阻的阻值，根据电阻定律可成 T b b T ae S l e a S l R ===0ρ （2）式中l 为电极间的距离，S 为热敏电阻的横截面积，S l a a 0=，常量a 、 b 在可用实验的方法求出．将式（2）两侧取对数，得 T b a R T 1 ln ln += （3）令T x 1 =

传感器与检测技术实验报告

“传感器与检测技术”实验报告学号： 913110200229 姓名：杨薛磊序号： 83

实验一电阻应变式传感器实验（一）应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

热敏电阻演示实验

实验三十五热敏电阻演示实验一、实验目的：了解NTC 热敏电阻现象。二、实验内容：通过对NTC 热敏电阻加热，了解其特性。三、实验仪器：加热器、热敏电阻、可调直流稳压电源、＋15V 稳压电源、电压表、主、副电源。四、实验原理：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC 热敏电阻(正温度系数)与NTC 热敏电阻(负温度系数)。一般NTC 热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC 突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC 也作为发热元件用。PTC 缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。一般的NTC 热敏电阻测温范围为：-50℃～+300℃。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、一致性差等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。五、实验注意事项：加热时间不要超过2分钟，此实验完成后应立即将＋15V 电源拆去，以免影响梁上的应变片性能。六、实验步骤： 1、了解热敏电阻在实验仪的所在位置及符号，它是一个蓝色元件，封装在双平行振动平行梁上片梁的表面。 2、将电压表切换开关置2V 档，直流稳压电源切换开关置±2V 档，按图35接线，开启主、副电源，调整W1(RD)电位器，使电压表指示为100mV 左右。这时电压表的指示值为室温时的Vi 。 3、将＋15V 电源接入加热器，加热器的另一端接地。观察电压表的读数变化（注意加热时间不要超过2分钟）。电压表的输入电压： S IL IH T IL i V ) W W (R W V ?++= 4、由此可见，当温度时，RT 阻值，Vi 。

电阻式传感器习题

A60 A 60 B100 C120 D200 D200 4、通常用应变式传感器测量。 A温度 B密度 C 加速度 D 电阻 5、电桥测量转换电路的作用是将传感器的参量变化为的输出。AA 电阻B电容C电压电压 D 电荷 6、电子秤中所使用的应变片应选择应变片；为提高集成度，测量气体压力应选择；一次性、几百个应力试验测点应选择应变片。 A. 金属丝式 B. 金属箔式 C. 电阻应变仪 D. 固态压阻式传感器 7、应变测量中，希望灵敏度高、线性好、有温度自补偿功能，选择的测量转换电路。 AA 单臂半桥 B 双臂半桥 C全桥四臂全桥 8、测量温度不可用传感器。 A. 热电阻 B. 热电偶 C. 电阻应变片 D.热敏电阻 A 提高测量灵敏度 B 减小非线性误差 C 提高电磁兼容性 D 减小引线电阻影响 9、MQN型气敏电阻使用时一般随氧气浓度增加，电阻。灵敏度。 A.减小 B. 增大 C. 不变 10、TiO2型气敏电阻使用时一般随气体浓度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 11、湿敏电阻使用时一般随周围环境湿度增加，电阻。 A.减小 B. 增大 C. 不变 12、MQN型气敏电阻可测量的浓度，TiO2型气敏电阻的浓度。 A. CO2 B. N2 C. 气体打火机间的有害气体 D 锅炉烟道中剩余的氧气。 13、湿敏电阻利用交流电作为激励源是为了。 A 提高灵敏度 B 防止产生极化、电解作用 C 减小交流电桥平衡难度 14、使用测谎器时，被测人员由于说谎、紧张而手心出汗，可用传感器来测量

A应变片 B热敏电阻 C 气敏电阻 D湿敏电阻 15、某NTC的特性如图曲线1所示。将它与电视机的显像管的灯丝串连，求：（1）指出各曲线代表的电阻。（2）在室温（25℃）时的阻值为_____Ω，在150℃时的阻值为_____Ω。（3）电视机上电的瞬间，流过显像管灯丝的电流接近于_____。当该PTC的温度上升到150℃（PTC与一个专用加热电阻封装在一个壳体内），显像管的灯丝电流显著_____（增大/减小）。采用该电路，可以达到使显像管_____ （快/慢）启动的目的。三、问答题 1、解释应变效应、压阻效应。 2、电阻应变传感器在单臂电桥测量转换电路在测量时由于温度变化产生误差的过程。电阻应变式传感器进行温度补偿的方法是什么四、分析与计算题 1、有一等截面圆环受力如图所示，为测压力在环内表面贴有四个同类型的应变片，请在图上随意画出环上四应变片的位置编号，并说明各自产生的应变类型？及对应变片阻值的影响？ 2、采用阻值R=120 灵敏度系数K=的电阻金属应变片与阻值R=120 的固定电阻组成电桥，供桥电压为10V。当应变片应变 =1000um/m时，若要使输出电压大于10mV则可采用何种工作方式。（设输出阻抗为无穷大） 3、有一吊车的拉力传感器如图，电阻应变片R1、R2、R3、R4的位置如图所示。已知R1、R2、R3、R4的标称电阻均为120Ω，桥路电压3V，物重m引起R1、 R2的变化增量为Ω。画出应变电桥电路，计算测得的输出电压，并说出R3、R4的作用。 4、有一个金属热电阻，分度号为Pt100，采用三线制电桥，R2=R3=R4=100Ω，Ui=5V求：（1）该电阻的材料（2）测温范围（3） 0℃的电阻值（4）查分度表－40℃—+40℃的电阻值（5）计算t=40℃时电桥的开路输出电压。r1、 r4 r i r7 都不计，不考虑RP1RP2的影响第二章电阻传感器习题答案一、填空题：

大物仿真实验报告热敏电阻的温度特性

大学物理仿真实验报告热敏电阻得温度特性一、实验目得了解热敏电阻得电阻—温度特性及测温原理，学习惠斯通电桥得原理及使用方法，学习坐标变换、曲线改直得技巧。二、实验所用仪器及使用方法直流单臂电桥、检流计、待测热敏电阻与温度计、调压器。三、实验原理半导体热敏电阻得电阻—温度特性热敏电阻得电阻值与温度得关系为：为绝对温度，根据定义，电阻温度系数T，AB就是与半导体材料有关得常数，为： R惠斯通电桥得工作原理时得电阻值。t就是在温度为t

如图所示：就就是待测，四个电阻R0，R1，R2Rx组成一个四边形，即电桥得四个臂，其中Rx之间接入与电阻。在四边形得一对对角AC之间连接电源，而在另一对对角B与D平衡时与D两点电位相等时，中无电流通过，电桥便达到了平衡。GB检流计G。当即可求出。都已知，RxR0R0必有Rx = (R1/R2)·，(R1/R2)与电桥灵敏度得定义为：说明电桥灵敏度越高。越大，ΔRx式中Δ指得就是在电桥平衡后Rx得微小改变量，n 实验仪器四、实验所测数据? 不同T所对应得Rt 值

RR1 / T，及均值，ln 得值tt 五、实验结果：tR -1、热敏电阻得特性曲线t数据点连线作图

所对应得点做切线，可以求得切线得斜率：在图上找到T=5088 /(0-85)=5（500-0）、 K= 031 由此计算出：α=-0、二次拟合得曲线：所对应得点做切线，可以求得切线得斜率：在图上找到T=5089 ）/(0-84)=5、（K=495-0 由 031 =--0、由此计算出：α1 / TR 2、ln -- ()曲线t仿真实验画出图线如下图所示、将图修正0153A=0A但计算机仿真实验画出得曲线图中得值计算有误，正确得、后如下：

巨磁电阻实验报告

巨磁电阻实验报告【目的要求】 1、了解GMR 效应的原理 2、测量GMR 模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、测量GMR 的磁阻特性曲线 4、用GMR 传感器测量电流 5、用GMR 梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR 转速（速度）传感器的原理【原理简述】根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S 中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm ），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm ），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott 指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。无外磁场时顶层磁场方向无外磁场时底层磁场方向图 2 多层膜GMR 结构图图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。由图可见，随着外磁场增大，电阻逐渐减小，其间有一段线性区域。当外磁场已使两铁磁膜完全平行耦合后，继续加大磁场，电阻不再减图3 某种GMR 材料的磁阻特性磁场强度 / 高斯电阻 \ 欧姆

PTC热敏电阻实验报告

功能材料—PTC热敏陶瓷制备与性能的综合实验一、实验目的通过实验，使学生加深对“电子信息材料专业方向”中有关基础理论知识的理解。 1.了解PTC热敏陶瓷制备原理及方法 2.使学生熟练掌握PTC电阻的测试方法二、实验原理 PTC效应与许多因素有关，PTC热敏电阻(正温度系数热敏电阻)是一种具温度敏感性的半导体电阻，一旦超过一定的温度(居里温度) 时，它的电阻值随着温度的升高几乎是呈阶跃式的增高。也可以说，PTC(positive temperature coefficient) 电阻是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻或材料。当PTC 陶瓷元件接通电源后，电流将随电压的升高而迅速增加，达到居里温度时，电流达到最大值，这时PTC 陶瓷元件进入PTC 区域，此时当电压继续升高时，由于PTC 陶瓷元件的电阻急剧增大，电流反而减小。纯BaTiO3陶瓷是良好的绝缘体，是一种优良的陶瓷电容器材料，也是一种典型的钙钛矿型结构的铁电材料。纯的BaTiO3在常温下几乎是绝缘的，电阻率大于1012Ω?cm，通过不等价取代在BaTiO3中掺杂微量的元素后，会使其性能发生变化，出现PTC效应，并且伴随着室温电阻率的大幅度下降。制成的钛酸钡基PTC 陶瓷具有较大的正温度系数和开关阻温特性，通过掺杂，它的居里温度可在很宽的范围内(室温～400 ℃) 任意调节，所以，在航空航天、电子信息通讯、自动控制、家用电器、汽车工业、生物技术、能源及交通等领域，它得到了广泛的应用。钛酸钡基PTC 陶瓷的组成：（1）移峰剂——添加后能够移动居里点（BaTiO3瓷120o C）添加物与主晶相形成固溶体使铁电陶瓷的特性在居里温度处出现的峰值发生移动的现象，称为移峰效应。居里温度通常满足以下经验公式： t c =t c1 (1-x)+t c2 x（x-摩尔分数）该添加物称为移峰剂。PTC 陶瓷中常用钙钛矿型铁电体的移峰剂有两种：钛酸铅、PbTiO3（490℃）、钛酸锶SrTiO3(-250℃)。（2）半导体化: 施主掺杂：将BaTiO 3 基本组成离子分成三种离子群：其中至少在两个位置上的部分离子，用离子半径相接近，而原子价相差1价的不同离子进行置换。置换可得到低电阻率的陶瓷材料。 1.对于Ba 2+位可用La 3+、Ce3+、Sb3+、Sm3+、Dy3+或K +、Na +等离子；

热敏电阻实验报告模板

实验一温度(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工作情况。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。三、实验仪器、设备和材料：所需单元和部件：ELVIS，nextboard ，nextsense02 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：金属的电阻随温度的升高而增大，但半导体却相反，它的电阻随温度的升高而急剧减少，并呈非线性。在温度变化的同时，热敏电阻阻值变化约为铂热电阻的10倍。热敏电阻正是利用半导体电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件。热敏电阻在温度变化时阻值发生变化，将变化接入相应的变换电路中，电阻的变化就产生了电压的变化，测量该电压就可以测得温度。五、实验步骤： 1关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），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运行热敏电阻实验应用程序 3传感器介绍、对热敏电阻的原理、分类以及温度计算公式进行了说明。在实验开始前，请仔细阅读传感器介绍。 4特性曲线、根据温度计算公式描绘了热敏电阻以及温度的关系曲线。 5实验内容、罗列了热敏电阻实验的课程要求，按照要求逐步完成课程。 6实验模拟、包含了电路原理仿真以及真实的手动测量实验。 7恒流源实测面板、显示了恒流源电路的实际测试值。 8分压法实测面板。显示了分压电路的实际测试值。六、结果及处理 1绘制R_T特性曲线 2绘制恒流源数据图像 3绘制分压法数据图像

传感器教案第二章电阻式传感器

第二章电阻式传感器自1856年英国物理学家汤姆逊发现材料的电阻应变效应以来，在第二次世界大战期间制成了世界上第一片电阻应变式传感器，至今，它仍是测力与应变的主要传感器。其测力范围小到肌肉纤维，约5×10-5N ，大到阿波罗登月火箭，维5×107 N ，精确度可达0.1%，好的可达0.01～0.005%，可有10年以上的校准稳定性。电阻式传感器的基本原理是将被测量的变化转换为传感元件中电阻值的变化，再经过转换电路变成电信号输出。它具有结构简单、性能稳定、灵敏度较高等优点，在几何量和机械量的测量领域中应用广泛。电阻式传感器，根据其传感元件的不同，可分为应变式传感器、压阻式传感器、电位器式传感器等。第一节应变式传感器应变式传感器基本上是利用金属的电阻应变效应将被测量转换为电量输出的。它有以下优点：（1）结构简单，使用方便，性能稳定、可靠，由于有保护覆盖层，可工作于各种恶劣环境；（2）易于实现测试过程自动化和多点同步测量、远距测量和遥测；（3）灵敏度高，测量速度快，范围大、体积小、动态响应好，适合静态、动态测量，如变形可从弹性到塑性，由1～20%变化；分辨率可达1～2微应变（με）；误差小于1%；（4）可以测量多种物理量。因此，至今，它仍是测力与应变的主要传感器，广泛应用于测量应变力、压力、转矩、位移、加速度等。其缺点是电阻会随温度变化，产生误差。测量容器内部应变时无法粘贴，故难以测量。一、工作原理（一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。由电阻公式 S L R ρ = （2-1）差分

实验二十二 NTC热敏电阻温度特性实验

实验二十二NTC热敏电阻温度特性实验一、实验目的：定性了解NTC热敏电阻的温度特性。二、实验原理：热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻(正温度系数：温度升高而电阻值变大)与NTC热敏电阻(负温度系数：温度升高而电阻值变小)。一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。有些功率PTC也作为发热元件用。PTC缓变型热敏电阻可用作温度补偿或作温度测量。一般的NTC热敏电阻大都是用Mn，Co，Ni，Fe等过渡金属氧化物按一定比例混合，采用陶瓷工艺制备而成的，它们具有P型半导体的特性。热敏电阻具有体积小、重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输等优点。但热敏电阻也有：非线性大、稳定性差、有老化现象、误差较大、离散性大(互换性不好)等缺点。一般只适用于低精度的温度测量。一般适用于-50℃～300℃的低精度测量及温度补偿、温度控制等各种电路中。NTC热敏电阻RＴ温度特性实验原理如图22—1 所示，恒压电源供电Vs=2V，W2L为采样电阻(可调节)。计算公式：Vi＝［W2L/（R T+W2）］·Vs 式中：Vs=2V、R T为热电阻、W2L为W2活动触点到地的阻值作为采样电阻。图22—1 热敏电阻温度特性实验原理图三、需用器件与单元：机头平行梁中的热敏电阻、加热器；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源、-15V直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的R T热电阻、加热器；调理电路单元中的电桥、数显万用表(自备)。四、实验步骤： 1、用数显万用表的20k电阻当测一下R T热敏电阻在室温时的阻值。R T是一个黑色(或兰色或棕色)园珠状元件，封装在双平行梁的上梁表面。加热器的阻值为100Ω左右封装在双平行应变梁的上下梁之间。如图22—2所示。

实验八 锑化铟磁电阻传感器的磁阻特性测量及应用