传感器与检测技术综合性设计性指导书样本.docx

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传感器与检测技术综合性设计性指导书样本

传感器与检测技术

综合性、设计性实验

指导书

吴燕雄等编

防灾科技学院

8月

综合性、设计性实验指导书

实验名称:

数字温度仪的设计与制作

实验类型:

综合性□设计性■

所属课程及代码:

传感器与检测技术（028）

实验学时:

4学时

1、实验目的

1.经过自学了解集成温度传感器的参数、原理和典型应用电路。

2.了解模拟量转化为数字信号的一般过程。

3.掌握传感器仪器的一般设计、调试方法。

2、预习与参考

1、集成温度传感器

本设计基于常见的集成温度传感器AD592作为温度采集传感器。

AD592是美国AD公司推出的一款高性能的集成温度传感器,比AD590的误差小而且成本低,能线性地将温度转换为电流信号输出。

电流输出型温度传感器的主要特点是输出阻抗高,输出电流不受传输线路电压降和电压噪声的影响,且对电源电压的脉动和漂移具有很强的抑制能力,因此,AD592是一款温度检测的理想器件。

实验内容中要求学生根据传感器工作原理,搭建传感器测温电路。

2．信号调整电路

设计合适的差动放大电路使电压输出在合适的测量范围,而且和摄氏温度成线性比例关系。

集成温度传感器AD592,每增加1K温度,它会增加1μA输出电流,经过分压电阻的精细调节,使温度每变化转化为电压变化。

因为AD592输出电流是以绝对温度零度（-273°C）为基准需要调整其输出电压,经过升压显示我们常见的摄氏度。

由于一般电源供应教多器件之后,电源是带杂波的,因此建议是用齐纳二极管进行稳压。

3．数字显示部分

要求对测温结果进行数字显示,精度为0.1°C,范围为-10°C至70°C。

对显示部分的实现方案没有固定要求。

学生能够选用基于采集仪和DRVI快速可重组虚拟仪器软件平台在计算机上进行设计和模拟显示;也能够选用集成A/D转换、LED驱动芯片,把输出结果显示到LED等电子设备上;还能够利用万用表设备当做数字显示表头,还能够采用低成本的电表显示头等。

这部分充分鼓励学生利用网络等手段,合理规划预算,选购合适的器件。

4.成本核算

调研方案的采购价格及方式,核算工业生产成本。

使学生认识到如芯片普及度、封装、精度、耐腐性、工艺等特性均对生产成本产生影响。

工业产品的设计是产品性能和成本控制的综合体。

3、设计指标

设计一款数字温度仪,

测量范围为-10°C至70°C,

测量精度≤±4°C,

数字显示,显示位数三位半,显示精度±0.1°C。

制作成本≤150元,规模工业生产成本≤20元。

4、实验要求（设计要求）

1.完成方案设计,绘制系统框图。

电器部分绘制电路原理图。

2.进行系统搭建和电路调试。

3.用自制数字温度仪进行测温实验。

验证评估温度仪的性能参数,

4.经过网上调研和询价,核算制作成本和工业生产成本。

5、实验（设计）仪器设备和材料清单

开放式传感器综合与创新实验平台一套;集成温度传感器AD592;运算放大器芯片若干;齐纳二极管若干;跳线若干;万用表一个;温度计一个,A/D转换集成LED驱动芯片一片（可选）;三位半LED数码管一个（可选）;采集仪一个（可选）;DRVI快速可重组虚拟仪器软件平台一套（可选）;计算机一台（可选）等。

6、调试及结果测试

1.自学集成温度传感器AD592资料（datasheet）;

2.进行方案设计和成本核算;

3.设计电器部分的电路原理图,根据原理图搭建电路;

4.核对无误,接通电源,调节电阻,使AD592每增大1K温度的输出电流转化为整数电压;调节差动放大电路的基准电压,把输出转化为摄氏度;调节增益,使输出电压适当放大;

5.搭建数字显示表头,把输出电压接入并显示;

6.用自制温度仪进行测温验证,评估测温精度等。

7、考核形式

实验成绩总分以100分计,其中实验设计（方案制订）占20%,实验准备占10％,实验操作占20%,实验结果（数据或图表、程序等）占30%,实验报告占10%、考勤及其它占10％。

8、实验报告要求

1.简述实验目的和原理;

2.总体方案设计,并从功能实现和控制成本方面做分析;

3.电器部分绘制电器原理图;

4.经过测温实验,评估自制温度仪的性能参数;

5.总结设计、调试及验证过程中的发现或体会。

9、思考题

还能够为你的温度仪增加哪些功能,使之更适用于什么类型的应用?

综合性、设计性实验指导书

实验名称:

电子称实验

实验类型:

综合性■设计性□

所属课程及代码:

传感器与检测技术（028）

实验学时:

4学时

一、实验目的

4.了解金属箔式应变片传感器的原理。

5.熟练掌握直流电桥的原理和特性。

6.掌握仪表放大电路和反相比例放大电路的原理和应用,并掌握其调试方法和技巧。

7.掌握基于虚拟仪器的信号采集、处理流程。

二、实验内容

1、金属箔片式应变片

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:

=

（1）

（1）式中

为电阻丝电阻相对变化,

为应变灵敏系数,

=

为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是经过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,经过它转换被测部位受力状态变化。

图1应变片安装示意图

2．电桥

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。

直流电桥电路如图2,电桥电路的主要指标是桥路灵敏度、非线性和负载特性。

经过比较单臂电桥、半桥和全桥电路的性能,选取合适的电桥电路。

图2直流电桥电路

3．运算放大电路

1）仪表放大电路

仪表放大器电路的典型结构如图3所示。

它主要由两级差分放大器电路构成。

其中,运放U6,U9为同相差分输入方式,同相输入能够大幅度提高电路的输入阻抗,减小电路对微弱输入信号的衰减;差分输入能够使电路只对差模信号放大,而对共模输入信号只起跟随作用,使得送到后级的差模信号与共模信号的幅值之比（即共模抑制比CMRR）得到提高。

仪表放大电路在使用时首先要进行调零。