实 验 报 告
生物传感器 与测试技术
课程名称 生物传感器与测试技术 姓 名 徐梦浙 学 号 3120100203 专 业 生物系统工程 指导老师 王建平/叶尊忠
3120100203 徐梦浙 生物传感器与测试技术实验报告
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：
所需仪器
四、
myDAQ、myboard、nextsense01热电偶实验模块、万用表
注意事项
五、 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。 六、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 七、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。 八、 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。 九、 本实验仪采用的电偶为K型热电偶和J型热电偶。
十、 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。
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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
十一、 实验步骤：
十二、 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。
十三、 打开nextpad,运行热电偶实验应用程序
十四、 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。
十五、 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。
十六、 在实验内容页面中了解实验的内容、操作方式和过程
十七、 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。 十八、 在测量页面
十九、 选择实际接入的电阻
二十、 在nextsense01中，用杜邦线将R2 R4链接到运算放大器上。
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二十一、 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。 二十二、 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）。 二十三、 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。
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）
冷场温度 热电偶输出电势（uV） 20.64 3543.21 20.65 3500.6 20.65 3731.66 20.65 3730.34 20.64 3797.56
测量点温度
87.59 86.81 91.08 91.06 92.3
温度差 66.95 66.16 70.43 70.41 71.66
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20.64 20.65 20.65 20.65 20.64 20.65 20.65 20.66 20.66 20.65 20.66 20.65 20.66 20.64 20.66 3815.1 3561.15 3491.3 3509.37 3463.48 3472.74 3514.91 3535.65 3585.15 3601.62 3544.6 3443.76 3421.89 3410.39 3461.66 92.62 87.93 86.63 86.97 86.11 86.29 87.07 87.46 88.38 88.68 87.63 85.76 85.36 85.13 86.1 71.98 67.28 65.98 66.32 65.47 65.64 66.42 66.8 67.72 68.03 66.97 65.11 64.7 64.49 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。
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二 热敏电阻传感器实验
二十五、 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。
二十六、 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。
二十七、 实验仪器、设备和材料：
所需仪器
二十八、
myDAQ、myboard、nextsense02热敏电阻实验模块、万用表
注意事项
二十九、 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。
三十、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 三十一、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。 三十二、 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。 三十三、 本实验仪采用的热敏电阻为NTC热敏电阻，负温度系数。
三十四、 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=RT0e{B(1/T-1/T0)} (2)
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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。
三十五、 实验步骤：
注意： 带*号的步骤为选做部分。 三十六、 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。 三十七、 打开nextpad,运行热敏电阻实验应用程序 三十八、 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。 三十九、 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。
四十、 在仿真与测量页面 四十一、 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。 四十二、 用万用表测量测量备选电阻值，将实际阻值填入图位置。
四十三、 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。
四十四、
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。
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四十五、 四十六、
在自动测量页面，测量恒流源电路的实际值。 在自动测量页面，测量分压电路的实际值。
四十七、 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） 恒流源 分压法
1 T（℃） 26.4904 Rt(KΩ) 9.3936 i（mA） 0.2503 T（℃） 35.06 Rt(KΩ) 6.409 i（mA） 0.91 2 26.6682 9.3241 0.2503 38.39 5.747 0.9485 3 26.8157 9.2669 0.2503 39.77 5.522 0.967 4 26.9907 9.1996 0.2503 40.61 5.348 0.978 5 27.1372 9.1437 0.2503 41.2 5.229 0.9856 6 27.3247 9.0727 0.2503 41.59 5.153 0.9906 7 27.561 8.9842 0.2503 41.9 5.093 0.9943 8 27.691 8.9359 0.2503 42.1 5.058 0.997 9 27.8646 8.8719 0.2503 42.28 5.020 0.9994 10 28.0764 8.7945 0.2503 42.58 4.993 1.002
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结论：
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
四十八、 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。
四十九、 实验内容：
本实验主要学习以下几方面的内容 1. 了解RTD热电阻特性曲线；
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。
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五十、
所需仪器
五十一、
实验仪器、设备和材料：
myDAQ、myboard、nextsense03RTD热电阻实验模块、万用表
注意事项
五十二、 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。 五十三、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 五十四、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。 五十五、 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。
五十六、 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 (Resistance Temperature Detector) 。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
23
Rt=R0[1+At+Bt+C(t-100)t]
在0~630.755℃范围内为
2
Rt=R0(1+At+Bt)
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
-3
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/ ℃，
-7-12
-6×10/ ℃，-4.22×10/ ℃。
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。
五十七、 实验步骤：
注意： 带*号的步骤为选做部分。 五十八、 关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上RTD热电阻
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。 五十九、 打开nextpad,运行RTD热电阻实验应用程序
六十、 查看传感器介绍，了解热电阻的原理以及温度计算公式。 六十一、 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。 六十二、 在仿真与测量页面 六十三、 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
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流源法以及分压法的测试方法。 六十四、 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。
六十五、 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。
六十六、
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。
六十七、 *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。
六十八、 六十九、
在自动测量页面，测量恒流源电路的实际值。 在自动测量页面，测量分压电路的实际值。
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七十、 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）
七十一、 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 1 T（℃） 30.7763 恒流源 2 30.6375 3 111.8962 30.4235 0.0066 21.2142 4 111.7787 30.1215 0.0066 21.1243 5 6 7 8 9 10 111.111.111.110.110.109.6723 4731 2022 8301 3411 5743 29.8481 0.0066 20.8995 29.3364 0.0066 20.7166 28.6407 0.0066 20.3193 27.6852 0.0066 19.7116 26.4303 0.0066 18.8921 24.4631 0.0066 17.6735 Rt(KΩ) 112.111.90336 795 i（mA） 0.0066 T（℃） 21.2878 0.0066 21.281 分压法 Rt(KΩ) 108.108.3356 333 i（mA） 0.0123 0.0123 108.108.108.108.107.107.107.106.3069 2718 1841 1127 9576 7203 4003 9242 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123 0.0123
用恒流源法数据绘制R-T曲线
结论：
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/℃。
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四 光敏电阻传感器实验
七十二、 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。
七十三、 实验内容：
本实验主要学习以下几方面的内容 七十四、 了解光敏电阻的灵敏度； 七十五、 测量照度一定时，VG、RG随电压U的变化情况。 七十六、 测量保持U不变的时候，改变照度，测量Vout、RG的变化情况。
七十七、 实验仪器、设备和材料：
所需仪器
七十八、
myDAQ、myboard、nextsense04光敏电阻实验模块、万用表
注意事项
七十九、 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。
八十、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 八十一、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。 八十二、 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。
八十三、 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VT3ØN3。
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）。
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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。
八十四、 实验步骤：
注意： 带*号的步骤为选做部分。 八十五、 关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上光敏电阻实
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。 八十六、 打开nextpad,运行光敏电阻实验应用程序 八十七、 查看传感器介绍，了解光敏电阻的原理以及温度计算公式。 八十八、 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。 八十九、 在仿真与测量页面
九十、 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。 九十一、 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
九十二、 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。
九十三、 *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。
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九十四、
在自动测量页面，测量光敏电阻实际值。
九十五、 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）
九十六、
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 )
九十七、 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。查看光敏电阻的伏安特性。（VG由万用表或者计算可得） U(V) i(mA) VG(V) -0.1 0.01 0.0602 -0.5 0.05 0.301 6.02 -0.8 0.08 0.4824 6.03 -1.2 0.12 0.7236 6.03 -1.5 0.15 0.9045 6.03 -1.9 0.19 1.1457 RG(KΩ） 6.02 6.03
绘制光敏电阻的伏安特性曲线
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结论：
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。
九十八、 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
AO=-0.5V AO=-1.5V RG 照度 RG 照度 全暗 214.41 0.14 71.47 0.53 1个LED 10.19 5.35 10.20 5.35 2个LED 6.38 9.34 6.41 9.34 3个LED 4.82 12.92 4.81 12.92 4个LED 3.85 17.08 3.87 17.08 绘制RG和照度曲线
结论：
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。
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五 霍尔传感器实验
九十九、 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。
一百、 实验内容：
本实验主要学习以下几方面的内容
一百零一、 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 一百零二、 解霍尔元件的工作方式，区别上升沿计数和下降沿计数。
一百零三、 实验仪器、设备和材料：
所需仪器
一百零四、 myDAQ、myboard、nextsense05霍尔传感器实验模块、万用表
注意事项
一百零五、 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。
一百零六、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 一百零七、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。
一百零八、 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。
一百零九、 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。
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一百一十、 实验步骤：
注意： 带*号的步骤为选做部分。
一百一十一、 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。 一百一十二、 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。 一百一十三、 关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上霍尔传
感器实验模块。开启平台电源，此时可以看到模块左上角电源指示灯亮。 一百一十四、 查看传感器介绍，了解光敏电阻的原理以及温度计算公式。 一百一十五、 在特性曲线页面。 一百一十六、 移动线性霍尔元件磁场-输出电压（B-V）曲线中的游标，观察右侧输出电
压的变化曲线。 一百一十七、 在开关型霍尔元件仿真曲线中，将鼠标移动到红色游标十字中心位置，单
击鼠标，按照下图路径移动开关型霍尔元件曲线中的红色游标，观察右侧波形图中输出电压的变化曲线。
一百一十八、 在仿真与测量页面 一百一十九、 在线性霍尔仿真部分，左右移动永磁片，查看传感器输出电压波形。切换
软件上磁片N、S极的按钮，重复观察。了解磁场强度和极性对应的线性霍尔传感器电压输出情况。
一百二十、 *旋转模块上的圆盘片角度，改变永磁片和线性霍尔传感器的距离。用万用表
测量模块上线性霍尔传感器区域Vout和GND两个插针之间的电压值，完成软件中表格，见下图。具体操作参考用户手册P19提示。
一百二十一、 在开关型霍尔仿真部分，将鼠标移动到测轮片上，单击并旋转侧轮片，查
看永磁片经过传感器时出的现输出电压跳变，观测跳变波形的上升沿和下降沿和计数值之间的关机。改变计数方式，重新观测。
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一百二十二、
在自动测量页面，测量霍尔传感器实际值。
一百二十三、 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）
一百二十四、
距离（cm） 垂直磁场Vout(V) 垂直磁场反相Vout(V)
距离（cm） 10°夹角Vout（V） 无磁片 1.2 2.44 2.42 2.46 1.0 2.40 2.49 0.7 2.34 2.53 0.4 2.14 2.75 0.2 1.701 3.35 测量在不同磁场强度下，线性霍尔传感器的输出电压。（使用一个大磁片）
无磁片 1.2 2.44 2.44 2.42 2.46 1.0 2.40 2.48 0.7 2.33 2.54 0.4 2.10 2.78 0.2 1.53 3.30 10°夹角磁场反相Vout（V） 2.44
结论：
磁片距离越短，霍尔电势随外磁场强度越大，垂直磁场或10°夹角正向磁场输出电压越低、反向输出电压越高，霍尔电势越大。
一百二十五、 开关霍尔传感器的测量中，通过调节nextboard上+12V可调电压调整直
流电机转速，记录开关型霍尔元件测量到的转速。（电压用万用表测量A0和GND，根据一定时间内脉冲计数个数来计算转速。）
电压（V） 0 时间长度 脉冲个数 0 电机转速 0 （r/mins）
1 30 84 168 2 30 178 356 3 30 294 588 4 30 397 794 5 30 515 6 30 624 7 30 740 8 30 874 9 30 964 10 30 1093 1030 1248 1480 1748 1928 2186 3120100203 徐梦浙 生物传感器与测试技术实验报告
绘制电压V和转速曲线
结论：
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。通过开关型霍尔元件的这一特性，可以测量的转速，从而测定电机两端的电压。（电机的转速与两端电压在一定范围内呈正相关）
六 应变桥实验
一百二十六、
实验目的：
学习惠斯通电桥和应变片的基本用法。
一百二十七、 实验内容：
利用惠斯通电桥进行应变测量 一百二十八、 加载标准砝码，测量桥路应变值； 一百二十九、 通过多次测量的应变值与砝码重量，计算称重传感器灵敏系数； 一百三十、 根据灵敏系数进行重量的测量。
一百三十一、
所需仪器
一百三十二、
实验仪器、设备和材料：
myDAQ、myboard、nextsense06应变桥实验模块
注意事项
一百三十三、 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。
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一百三十四、 禁止弯折实验模块表面插针，防止焊锡脱落而影响使用。 一百三十五、 更换模块或插槽前应关闭平台电源。 一百三十六、 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。
一百三十七、 实验原理：
应变片
应变片是一种用来测量物体应变的测试工具。它很好地利用了导体的物理特性和几何特性。当一个导体在其弹性极限内受外力拉伸时，其不会被拉断或产生永久变形而会变窄变长，这种形变导致了其端电阻变大。相反，当一个导体被压缩后会变宽变短，这种形变导致了其端电阻变小。通过测量应变片的电阻，其覆盖区域的应变就可以演算出来。应变片的敏感栅是一条窄导体条曲折排列成的一组平行导线，这样的布置方式可将基线方向的微小变形累积起来以形成一个较大的电阻变化量累计值。 应变片的测量对象只有其所覆盖区域的变形量，足够小的应变片可在诸如有限元式的应力分析当中使用。它被广泛应用于材料的疲劳测试研究当中。
双孔悬臂应变梁
双孔悬臂梁式称重传感器是电子计价秤中广泛使用的传感器。这种传感器的弹性体具有上下两个平行梁。它的最大特点就是具有抗偏载的力学特性。也就是说，弹性体的应变量ε只取决于作用在弹性体平面内且与轴线相垂直的力分量，而与其他分量无关。
如下图，不同于实体应变梁，双孔结构的应变梁在力的作用下，R1、R2、R3、R4各电阻应变情况分别为R1、R3对应电阻值增加，R2、R4对应电阻值减小。R1~R4阻值改变量相同。其中\"+\"表示拉应变，\"-\"表示压应变。
本实验所用的应变梁中，R1、R2串联、对应上表面三根引出线，R3、R4串联、对应下表面三根引出线。
惠斯通电桥
它用来精确测量未知电阻器的电阻值，其原理和原始的电位计相近。
有一个不知电阻值的电阻Rx，和已知电阻的可变电阻器R2、电阻R1和电阻R3。在一个电路内，将R1和R2串联，R3和Rx串联，再将这两个串联的电路并联，在R1和R2之间的电线中点跟在R3和Rx之间的电线中点接驳上一条电线，在这条电线上放置检流计。当R2 / R1 = Rx / R3时，
将没有电流通过中间的电线。由于是否有电流经过是十分敏感的，惠斯通桥可以获取颇精确的测量。
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一百三十八、 实验步骤：
一百三十九、 打开nextpad,运行霍尔传感器实验应用程序。 一百四十、 查看传感器介绍，了解应变桥和惠斯通电桥原理。 一百四十一、 在特性曲线页面，点击右侧应变片，并移动鼠标上下拉伸改变应变片外形，
观察波形图上游标的变化情况，游标左下角显示数值表示当前应变片的长度变化以及对应的电阻值。 一百四十二、 在桥路特性页面点击右侧应变片，移动鼠标上下拉伸改变应变片外形，观
察不同激励电压和不同形变下应变片的输出情况。了解1/4电桥的连接方法和计算公式。 一百四十三、 单击课程右上角图标打开用户说明书，根据P8描述以及示意图安装应
变梁，在调零页面，根据步骤1选择1/4、半桥或者全桥电路，根据提示图连线，连线可参考用户说明P17。 一百四十四、 关闭平台电源（nextboard或者myboard或者ELVISboard），插上应变桥
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。（方便理解，在应变桥实验模块中，A0是桥路的输入电压，AI是桥路的输出电压） 一百四十五、 调零页面：
a) 测量实际的AO值，填入。
b) 根据调零页面步骤提示，完成整体电路调零。注意Usc调零结果不得大于±
0.00025V。
一百四十六、 在实验测量页面，逐个添加砝码，测量电桥输出。放置砝码前注意电压输
出是否为0，如有电压偏差则应重新调零。注意不放置砝码时的数据不要计入结果。
一百四十七、 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）
一百四十八、
全桥电压 测量不同电桥的输出电压50g和100g和200g。
无砝码 0 50g 0.1068 100g 0.2140 200g 0.4250 绘制电桥的电压-质量曲线
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结论：
全桥的输出电压与所承受砝码质量成正线性相关。因为应变片随着受重的增大，电阻变小。全桥灵敏度系数为0.0021V/g.
一百四十九、 固定AO输出电压以及全桥接线方式不变，用m-V系数对叠加的砝码组合
进行称重。
全桥电压 重量m=V× m-V系数
50g+100g 0.3217 50g+200g 0.5322 100g+200g 0.6393 152.952381 253.1904762 304.1904762
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