K型热电偶霍尔湿敏超声波测距传感器的应用试验参考指导书.doc

班级： 座号： 姓名： 成绩：_课程试验: 试验项目： 试验预习汇报（上课前完成）一、试验目标了解K型热电偶特征和应用;了解霍尔传感器原理和应用;了解湿敏传感器原理及应用范围；学习超声波测距方法。二、所用试验仪器设备、耗材及数量智能调整仪、PT100、K型热电偶、温度源、温度传感器试验模块、霍尔传感器模块、霍尔传感器、测微头、直流电源、数显电压表、湿敏传感器、湿敏座、干燥剂、棉球（自备）超声波传感器试验模块、超声波发射接收器、反射板、直流稳压电源三、试验内容和简单原理（包含试验电路图及原理说明）试验1：智能调整仪控制温度试验图45-21在控制台上“智能调整仪”单元中“输入”选择“Pt100”，并按图45-2接线。 2将“+24V输出”经智能调整仪“继电器输出”，接加热器风扇电源，打开调整仪电源。3按住3秒以下，进入智能调整仪A菜单，仪表靠上窗口显示“”，靠下窗口显示待设置设定值。当LOCK等于0或1时使能，设置温度设定值，按“”可改变小数点位置，按或键可修改靠下窗口设定值。不然提醒“”表示已加锁。再按3秒以下，回到初始状态。热电偶传感器工作原理热电偶是一个使用最多温度传感器，它原理是基于1821年发觉塞贝克效应，即两种不一样导体或半导体A或B组成一个回路，其两端相互连接，只要两节点处温度不一样，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） 两种不一样导体或半导体组合被称为热电偶。当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势ET，其极性和量值和回路中热电势一致，见图50-1（b），并要求在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B为负极。试验表明，当ET较小时，热电势ET和温度差（T-T0）成正比，即 ET=SAB（T-T0） （1）SAB为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶最关键特征量，其符号和大小取决于热电极材料相对特征。热电偶基础定律：（1）均质导体定律 由一个均质导体组成闭合回路，不管导体截面积和长度怎样，也不管各处温度分布怎样，全部不能产生热电势。（2）中间导体定律 用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必需经过连接导线接入仪表测量温差电势EAB（T，T0），而这些导体材料和热电偶导体A，B材料往往并不相同。在这种引入了中间导体情况下，回路中温差电势是否发生改变呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度相同，那么接入中间导体C对热电偶回路总热电势EAB（T，T0）没有影响。（3）中间温度定律 图49-2所表示，热电偶两个结点温度为T1，T2时，热电势为EAB（T1，T2）；两结点温度为T2，T3时，热电势为EAB（T2，T3），那么当两结点温度为T1，T3时热电势则为EAB（T1，T2）+ EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3） （2）式（2）就是中间温度定律表示式。譬如：T1=100，T2=40，T3=0，则EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0） （3）图50-2热电偶分度号热电偶分度号是其分度表代号（通常见大写字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在热电偶参考端为0条件下，以列表形式表示热电势和测量端温度关系。试验2：依据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料物理性质决定，当经过霍尔组件电流I一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就能够用来进行位移测量。试验3：湿度是指大气中水份含量，通常采取绝对湿度和相对湿度两种方法表示，湿度是指单位窨体积中所含水蒸汽含量或浓度，用符号AH表示，相对湿度是指被测气体中水蒸汽压和该气体在相同温度下饱和水蒸汽压百分比，用符号RH表示。湿度给出大气潮湿程度，所以它是一个无量纲值。试验使用中多用相对湿度概念。湿敏传感器种类较多，依据水分子易于吸附在固体表面渗透到固体内部这种特征（称水分子亲和力），湿敏传感器能够分为水分子亲和力型和非水分子亲和力型，本试验所采取属水分子亲和力型中高分子材料湿敏元件。高分子电容式湿敏元件是利用元件电容值随湿度改变原理。含有感湿功效高分子聚合物，比如，乙酸丁酸纤维素和乙酸丙酸比纤维素等，做成薄膜，它们含有快速吸湿和脱湿能力，感湿薄膜覆在金箔电极（下电极）上，然后在感湿薄膜上再镀一层多孔金属膜（上电极），这么形成一个平行板电容器就能够经过测量电容改变来感觉空气湿度改变。试验4：超声波是听觉阈值以外振动，其频率范围1041012Hz，超声波在介质中可产生三种形式振荡：横波、纵波和表面波，其中横波只能在固体中传输，纵波能在固体、液体和气体中传输，表面波随深度增加其衰减很快。超声波测距中采取纵波，使用超声波频率为40kHz，其在空气中传输速度近似340m/s。当超声波传输到两种不一样介质分界面上时，一部分声波被反射，另一部分透射过界面。但若超声波垂直入射界面或一很小角度入射时，入射波完全被反射，几乎没有透射过界面折射波。这里采取脉冲反射法测量距离，因为脉冲反射不包含共振机理，和被测物体表面光洁度关系不亲密。被测D=CT/2，其中C为声波在空气中传输速度，T为超声波发射到返回时间间隔。为了方便处理，发射超声波被调制成40KHz左右，含有一定间隔调制脉冲波信号。测距系统框图以下图所表示，由图可见，系统由超声波发送、接收、MCU和显示四个部分组成。图1 超声波测距原理框图四、操作方法和试验步骤（具体说明试验操作过程及注意事项）试验一：1反复试验Pt100温度控制试验，将温度控制在500C，在另一个温度传感器插孔中插入K型热电偶温度传感器。2将15V直流稳压电源接入温度传感器试验模块中。温度传感器试验模块输出Uo2接主控台直流电压表。3将温度传感器模块上差动放大器输入端Ui短接，调整Rw3到最大位置，再调整电位器Rw4使直流电压表显示为零。4拿掉短路线，按图50-3接线，并将K型热电偶两根引线，热端（红色）接a，冷端（绿色）接b；记下模块输出Uo2电压值。 5改变温度源温度每隔 图50-350C记下Uo2输出值。直到温度升至1200C。并将试验结果填入下表。试验二：1将霍尔传感器安装到霍尔传感器模块上，传感器引线接到霍尔传感器模块9芯航空插座。按图24-1接线。2开启电源，直流数显电压表选择“2V”档，将测微头起始位置调到“10mm”处，手动调整测微头位置，先使霍尔片大约在磁钢中间位置（数显表大致为0），固定测微头，再调整Rw1使数显表显示为零。3分别向左、右不一样方向旋动测微头，每隔0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入下表图24-1 霍尔传感器直流激励接线图试验三：1湿敏传感器试验装置图58-1所表示，红色接线端接+5V电源，黑色接线端接地，蓝色接线端和黑色接线端分别接频率/转速表输入端。频率/转速表选择频率档。记下此时频率/转速表读数。2将湿棉球放入湿敏腔内。并插上湿敏传感器探头，观察频率/转速表改变。3取出湿纱布，待数显表示值下降回复到原示值时，在干湿腔内被放入部分干燥剂，一样将湿度传感器置于湿敏腔孔上，观察数显表头读数改变。图58-1试验四：1将超声波发射接收器引出线接至超声波传感器试验模块，并将+15V直流稳压电源接到超声波传感器试验模块；2打开试验台电源，将反射板正对超声波发射接收器，并逐步远离超声波发射接收器。用直板尺测量超声波发射接收器到反射板距离，从60mm至200mm每隔5mm统计一次超声波传感器试验模块显示距离值，填入下表试验汇报部分五、试验数据统计及处理（试验前画好表格或坐标图形） （试验结束时交予老师署名）（1） 原始数据统计试验1：T（） Uo2（V）试验2：X（mm）U(mV)试验3：1输出频率f和相对湿度RH值对应以下，参考下表，计算以上三中状态下空气相对湿度。RH（%）0102030405060708090100Fre（Hz）73517224710069766853672866006468633061866033试验4：距离(mm)显示(mm) 老师署名： （2）数据处理和分析