浙江大学生物传感器实验报告Word下载.docx
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8.在nextsense01中，用杜邦线将R2R4链接到运算放大器上。
9.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）
冷场温度
热电偶输出电势（uV）
测量点温度
温度差
20.64
3543.21
87.59
66.95
20.65
3500.6
86.81
66.16
3731.66
91.08
70.43
3730.34
91.06
70.41
3797.56
92.3
71.66
3815.1
92.62
71.98
3561.15
87.93
67.28
3491.3
86.63
65.98
3509.37
86.97
66.32
3463.48
86.11
65.47
3472.74
86.29
65.64
3514.91
87.07
66.42
20.66
3535.65
87.46
66.8
3585.15
88.38
67.72
3601.62
88.68
68.03
3544.6
87.63
66.97
3443.76
85.76
65.11
3421.89
85.36
64.7
3410.39
85.13
64.49
3461.66
86.1
65.44
结论：
实验表明，当ET较小时，热电势ET与温度差（T-T0）成正比，被测传感器的比例系数为54.020。
根据半导体的电阻值随温度变化而显著且有规律变化的这一特性，可以实现测温功能。
二热敏电阻传感器实验
七、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。
八、实验内容：
1.了解热敏电阻特性曲线；
3.熟悉电阻类传感器调理电路。
九、实验仪器、设备和材料：
●myDAQ、myboard、nextsense02热敏电阻实验模块、万用表
6.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。
7.禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。
8.更换模块或插槽前应关闭平台电源。
9.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。
10.本实验仪采用的热敏电阻为NTC热敏电阻，负温度系数。
一十、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=RT0e{B（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=10KΩ，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。
一十一、实验步骤：
注意：
带*号的步骤为选做部分。
12.关闭平台电源，插上热敏电阻实验模块。
13.打开nextpad,运行热敏电阻实验应用程序
14.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。
15.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。
16.在仿真与测量页面
2）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。
3）用万用表测量测量备选电阻值，将实际阻值填入图位置。
4）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。
5）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。
17.在自动测量页面，测量恒流源电路的实际值。
18.在自动测量页面，测量分压电路的实际值。
一十二、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）
选择恒流源和分压法电路，固定Ri=9.99KΩ，手握住传感器，测量温度及电压变化。
用恒流源法和分压法数据绘制R-T曲线（恒流法采用电脑采集数据）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
恒流源
T（℃）
26.4904
26.6682
26.8157
26.9907
27.1372
27.3247
27.561
27.691
27.8646
28.0764
Rt（KΩ）
9.3936
9.3241
9.2669
9.1996
9.1437
9.0727
8.9842
8.9359
8.8719
8.7945
i（mA）
0.2503
分压法
35.06
38.39
39.77
40.61
41.2
41.59
41.9
42.1
42.28
42.58
6.409
5.747
5.522
5.348
5.229
5.153
5.093
5.058
5.020
4.993
0.91
0.9485
0.967
0.978
0.9856
0.9906
0.9943
0.997
0.9994
1.002
根据实验结果可知，热敏电阻半导体的电阻值随温度升高而显著减小，且这一变化为线性变化。
并且，半导体热敏电阻有很高的温度系数，灵敏度较高。
三RTD热电阻传感器实验
一十三、实验目的：
了解热电阻测量温度的原理，熟悉调理电路工作方式。
一十四、实验内容：
1.了解RTD热电阻特性曲线；
一十五、实验仪器、设备和材料：
●myDAQ、myboard、nextsense03RTD热电阻实验模块、万用表
11.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。
12.禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。
13.更换模块或插槽前应关闭平台电源。
14.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。
一十六、实验原理：
利用感温材料，将测量温度转化为测量电阻的测温系统，主要有半导体热电阻式和金属热电阻式两大类。
前者简称热电阻，后者简称RTD（ResistanceTemperatureDetector）。
金属铂的物理、化学性能稳定，是目前制造热电阻的最佳材料。
铂丝的电阻值与温度间的关系可以近似表示如下：
在-190~0℃范围内为
Rt=R0[1+At+Bt2+C（t-100）t3]
在0~630.755℃范围内为
Rt=R0（1+At+Bt2）
式中Rt，R0分别是温度为t℃和t0℃时的电阻式；
A，B，C是常数。
本实验采用PT100以及PT1000作为测试对象。
它们的阻值跟温度的变化成正比，当外界温度为0℃时，它的阻值分别为100Ω、1000Ω。
对于本实验中的热电阻，A，B，C分别为3.92847×
10-3/℃，-6×
10-7/℃，-4.22×
10-12/℃。
铂电阻主要作为标准电阻温度计，广泛用于温度基准。
长时间稳定的重现性使它成为目前测温重现性最好的温度计。
一十七、实验步骤：
19.关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上RTD热电阻实验模块。
20.打开nextpad,运行RTD热电阻实验应用程序
21.查看传感器介绍，了解热电阻的原理以及温度计算公式。
22.在特性曲线页面。
移动A、B值的滑块，观察系数对特性曲线的影响。
移动R-T曲线中的任意一个游标，总结波形图中R、T的变化趋势。
23.在仿真与测量页面
6）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。
7）用万用表测量测量备选电阻值，将实际阻值填入图位置。
本实验中对备选电阻的精度要求较高，因此推荐填入实际测量的电阻值。
8）连接备选电阻和热电阻，完成恒流源法或分压法电路，连接提示图如下。
在使用PT100测试时，请选用200Ω、300Ω或者500Ω的备选电阻，使用PT1000时，请选用1KΩ或2KΩ的备选电阻。
9）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。
10）*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。
24.在自动测量页面，测量恒流源电路的实际值。
25.在自动测量页面，测量分压电路的实际值。
一十八、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、选择恒流源和分压法电路，使用PT100，固定Ri=300Ω，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
30.7763
30.6375
111.8962
111.7787
111.6723
111.4731
111.2022
110.8301
110.3411
109.5743
112.0336
111.9795
30.4235
30.1215
29.8481
29.3364
28.6407
27.6852
26.4303
24.4631
0.0066
21.2878
21.281
21.2142
21.1243
20.8995
20.7166
20.3193
19.7116
18.8921
17.6735
108.3356
108.333
108.3069
108.2718
108.1841
108.1127
107.9576
107.7203
107.4003
106.9242
0.0123
用恒流源法数据绘制R-T曲线
根据实验结果可知，RTD的电阻值随温度升高而显著增大，且这一变化为线性变化。
并且，RTD电阻有很高的温度系数，灵敏度较高，灵敏度系数为0.3896KΩ/℃。
四光敏电阻传感器实验
一十九、实验目的：
了解光敏电阻测量照度的原理和工作情况，以及光敏电阻灵敏度测量。
二十、实验内容：
1.了解光敏电阻的灵敏度；
2.测量照度一定时，VG、RG随电压U的变化情况。
3.测量保持U不变的时候，改变照度，测量Vout、RG的变化情况。
二十一、实验仪器、设备和材料：
●myDAQ、myboard、nextsense04光敏电阻实验模块、万用表
15.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。
16.禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。
17.更换模块或插槽前应关闭平台电源。
18.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。
二十二、实验原理：
光敏电阻器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，其结构一般如下图。
光照射半导体材料时，材料吸收光子而产生电子-空穴对，使导电性能增加，电导率增加。
这种光照后电导率发生变化的现象称为光电导效应。
不同的半导体材料产生光电导的光谱范围不同，常用的光敏电阻材料有硫化镉（CdS），硒化镉（CdSe），硒化铅（PbSe），碲化铅（PbTe）等。
本实验采用硫化镉材料光敏电阻，型号VT3Ø
N3。
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）。
在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达1~10MΩ,在强光条件（100lux）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。
二十三、实验步骤：
26.关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上光敏电阻实验模块。
27.打开nextpad,运行光敏电阻实验应用程序
28.查看传感器介绍，了解光敏电阻的原理以及温度计算公式。
29.在特性曲线页面。
移动光敏电阻特性曲线中的黄色游标，观察波形图右上角照度和电阻值的变化趋势。
右侧的框图演示了照度变化对光敏电阻阻值的影响情况。
移动旋钮上的指针控制光源的亮暗，查看照度变化时光敏电阻的阻值变化情况。
30.在仿真与测量页面
11）任意修改实验仿真中的AO,查看当前恒流源电路的电流。
固定AO，移动Vout的指针，查看RG上方光照的变化情况。
12）用万用表测量测量模块右下角灵敏度测试区域的光敏电阻值，实验室灯光下测量一次，记录光阻；
将光敏电阻覆盖后再测量一次，记录暗阻。
并填入软件中相应位置（见下图），暗阻与亮阻的比值，比值越高代表光敏电阻的灵敏度越高
13）在软件中选择AO输出值，点击“写入”按钮。
用万用表测试模块上U和GND两端电压是否与设置的AO值相同。
计算当前恒流源电路的电流值为i=AO/10KΩ。
拨动拨码开关，使4个LED全亮，用模块附件中提供的遮光罩将4个LED全部罩住。
用万用表测量模块上负载区域的RG两端电压，填入表格中Vout，计算遮光罩中光敏电阻值为RG=Vout/i.固定LED个数，修改AO值，点击“写入”按钮。
用万用表测试AO、Vout值，计算i和对应的RG,填入软件中的表格。
查看光敏电阻的伏安特性。
14）*选择AO输出值为-1.5V，点击“写入”按钮。
依次拨动拨码开关，逐个熄灭LED，重复测试每个光源数对应的AO、Vout值，计算i和对应的RG,填入软件中的表格。
计算出RG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阻值为RG后，即可获得对应的照度。
31.在自动测量页面，测量光敏电阻实际值。
二十四、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）
2、光敏电阻灵敏度测量（亮阻在实验室光照条件下测得）
暗阻/亮阻=（18.40kohms）/（2.20kohms）=（8.363）
3、拨动拨码开关，点亮2个LED，用模块附件中提供的遮光罩将4个LED全部罩住。
固定LED点亮个数不变，修改AO及模块中的U值。
记录AO、Vout值，记录i和对应的RG,填入软件中的表格。
（VG由万用表或者计算可得）
U（V）
-0.1
-0.5
-0.8
-1.2
-1.5
-1.9
0.01
0.05
0.08
0.12
0.15
0.19
VG（V）
0.0602
0.301
0.4824
0.7236
0.9045
1.1457
RG（KΩ）
6.02
6.03
绘制光敏电阻的伏安特性曲线
根据实验结果可知，光敏电阻在光照不变情况下，电阻值随着电压的变化基本稳定不变,约为6.0315KΩ。
4、固定AO输出不变，依次拨动拨码开关，记录不同光源的照度值
全暗
1个LED
2个LED
3个LED
4个LED
AO=-0.5V
RG
214.41
10.19
6.38
4.82
3.85
照度
0.14
5.35
9.34
12.92
17.08
AO=-1.5V
71.47
10.20
6.41
4.81
3.87
0.53
绘制RG和照度曲线
由实验结果可知，光敏电阻入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。
在无光照时电阻最大，从无光照到有光照过程中电阻值变化最大。
五霍尔传感器实验
二十五、实验目的：
了解线性以及开关型霍尔传感器的工作原理和工作情况。
二十六、实验内容：
4.了解霍尔元件的特性曲线，计算线性霍尔元件工作曲线斜率
5.解霍尔元件的工作方式，区别上升沿计数和下降沿计数。
二十七、实验仪器、设备和材料：
●myDAQ、myboard、nextsense05霍尔传感器实验模块、万用表
19.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。
20.禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。
21.更换模块或插槽前应关闭平台电源。
22.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。
二十八、实验原理：
基于霍尔效应原理工作的半导体器件称为霍尔元件。
假设霍尔元件通电电流为Is，当磁场作用于霍尔元件时，电子将受到洛伦兹力的作用而发生偏转，如图中虚线所示。
半导体的上下方向积聚的电荷形成了电场（EH）。
当EH对电子的作用力fE足够抵消洛伦兹力fB时，电子积累达到平衡。
此时的电势称为霍尔电势。
霍尔电势随外磁场强度增加而增加。
霍尔元件种类有线性霍尔元件和开关型霍尔元件。
其中，开关型霍尔元件由半导体霍尔材料的输出电压经放大器放大后，送至施密特整形电路将线性变化量转换为开关量。
线性霍尔元件常用于磁场测量、电压电流测量。
开关型霍尔元件常用于速度、位置测量。
二十九、实验步骤：
32.打开nextpad,运行霍尔传感器实验应用程序，单击课程右上角
图标打开用户说明书。
33.根据用户说明书（P9）提示安装直流电机、电机支架、侧轮片以及圆盘片。
34.关闭平台电源（nextboar
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