濕敏電路設計

A. 濕度感測器的工作原理及其電路圖是什麼啊

濕敏元件是最簡單的濕度感測器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。濕敏電版阻的特點權是在基片上覆蓋一層用感濕材料製成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容製成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚醯亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。

B. 求感測器課程設計

最簡單的方法就是使用一個光電管發射信號，一個光電管接收信號，當有物體經過時，信號被隔斷，單片機就記一次數。

課程編碼：08365040

課程名稱：感測器實驗及課程設計

英文名稱：the experiment and course design of sensor

學時/學分：20/1

適用對象：測控技術與儀器、電氣工程及其自動化等本科生

指導教材：感測器課程設計教程

參考書：感測器原理及檢測技術實驗指導與習題集

主要儀器設備：CSY—910型感測器實驗儀、感測器實驗擴展裝置、計算機、示波器、萬用表、信號發生器等

一、學時分配

序號 實驗項目名稱 實驗類型 學時分配 備注
1 霍爾式感測器的特性實驗 基本 2
2 感應式磁敏感測器設計 設計 4
3 霍爾式感測器應用設計 綜合 4
4 熱電偶測溫實驗 基本 2
5 熱敏電阻 設計 2
6 AD590 設計 2
7 光敏三極體 設計 2
8 光敏電阻 設計 2
9 金屬箔式應變片位移測量實驗 基本 2
10 電感感測器 基本 2
11 電容感測器 基本 2
12 壓電式感測器 基本 2
13 氣敏、濕度感測器 設計 2
14 智能感測器 基本 2
15 磁敏感測器應用 綜合設計 8
16 溫度感測器應用 綜合設計 8
17 光敏感測器應用 綜合設計 8
18 力敏感測器應用 綜合設計 8
19 應變感測器應用 綜合設計 8
20 壓電感測器應用 綜合設計 8
21 其它感測器應用 綜合設計 8
22 智能感測器設計 綜合設計 8

二、課程性質、目的與任務

感測器課程設計是測控技術與儀器專業開設的一門獨立實踐課程，也是電氣工程及自動化專業的選修課程。本課程以各類感測器的性能測試、實際應用設計為線索，完成磁敏感測器、溫度感測器、光電感測器、應變感測器、電感感測器、電容感測器、壓電感測器、光纖感測器、溫濕度感測器、智能感測器等基本型、設計性和綜合性實驗與設計內容，通過課內和課外相結合，自主申請實驗項目和實驗室開放課題相結合，使學生掌握不同種類感測器的使用方法和設計要點的基本技能，加深學生對「感測器原理及檢測技術」理論知識的理解，為從事儀器系統開發與設計打下基礎。

三、教學基本要求

1、通過磁敏感測器實際製作或應用，掌握感應式感測器的工作原理及其性能和霍爾式感測器的工作原理、特能及其應用。

2、通過熱電偶、熱敏電阻和集成溫度感測器AD590的性能測試的方法及應用，掌握熱電偶的原理、熱敏電阻和電流輸出型溫度感測器的工作原理和使用方法，並計算和分析溫度感測器靈敏度、線性度。

3、了解各種光電器件的特性，通過光敏三極體和光敏電阻的實際參數測試，掌握光電感測器的工作原理與應用方法。

4、通過應變式感測器實驗，掌握理論課上所講授的應變片的工作原理，並完成單臂、半橋、全橋的性能測試，總結它們之間的相互關系。

5、了解差動變壓器的結構，通過差動變壓器靜態位移性能測試和差動變壓器零點殘余電壓的補償電路設計，掌握理論課上所講授的差動變壓器的工作原理和零點殘余電壓的補償措施。

6、通過差動變面積式電容感測器的靜態及動態特性測試，掌握差動變面積式電容感測器的工作原理及其特性，了解電容變換器的工作原理。

7、通過壓電式感測器的動態響應和引線電容對電壓放大器與電荷放大器的影響實驗，掌握壓電式感測器的工作原理、結構及應用和驗證引線電容對電壓放大器的影響，了解電荷放大器的原理和使用方法。

8、通過氣敏、濕度感測器性能測試，掌握氣敏、濕度感測器的工作原理及其特性，掌握測量可燃性氣體、環境濕度的方法和設計電路。

9、通過基於IEEE 1451的溫濕度智能感測器現場應用演示，掌握基於該標準的智能感測器協議的特點、系統組成及實際應用領域。

四、教學內容及要求：

1、磁敏感測器：完成霍爾元件基本特性實驗；自行設計感應式感測器，利用感測器實驗儀放大器和顯示模塊完成磁場測試的實驗內容；利用集成霍爾式感測器，自行設計放大器電路，實現轉速測量，將轉速結果通過顯示模塊顯示。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。

2、溫度感測器：利用感測器實驗儀上的熱電偶完成測溫實驗，根據實驗結果，查分度表，計算並分析該熱電偶的靈敏度和線性度；通過設計熱敏電阻測量電路和放大器，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示被測溫度，計算並分析該熱敏電阻的靈敏度和線性度；識別集成溫度感測器AD590管腳，通過設計測量電路和放大器，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示被測溫度，計算並分析該溫度感測器AD590的靈敏度和線性度。該三項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，剩餘兩項項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。

3、光電感測器：設計光敏三極體測量電路，通過電機帶動黑白相間條紋園盤旋轉，利用感測器實驗儀上的顯示模塊計數白條紋數量，經過計算得出電機轉速；設計光敏電阻測量電路、放大器和發光二極體亮度可調電路，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示電位器不同刻度對應的輸出值，繪制光敏電阻光譜特性曲線。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。

4、應變式感測器：利用感測器實驗儀上粘貼的應變片，學生分別連接三種電橋：單臂、半橋、全橋，完成位移測量實驗，要求三種電橋所用放大器增益不變，根據測量結果，計算靈敏度，比較三種電橋之間的相互關系。該部分內容為課內實驗。

5、電感感測器：利用感測器實驗儀上的差動變壓器，將兩只次級線圈反向串接，由音頻振盪器給初級提供激勵信號，調整差動變壓器中銜鐵的位置，用示波器觀察輸出波形，然後，通過電橋平衡網路對差動變壓器的零點殘余電壓進行補償，觀察零點殘余電壓波形。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。

6、電容感測器：將感測器實驗儀上的差動變面積式電容感測器連接到電容變換器，經放大和濾波，在電壓表和示波器上顯示可動極板相對變化情況，記錄測試數據，計算系統靈敏度，分析電容變換器電路工作原理。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。

7、壓電式感測器：將感測器實驗儀上的壓電感測器接到電荷放大器，給振動台的激振線圈加激勵信號，觀察壓電感測器的輸出波形，然後再將壓電感測器接到電壓放大器，通過濾波、放大和相敏檢波器，更換不同長度屏蔽線，觀察實驗輸出結果，分析並比較引線電容對電壓放大器和電荷放大器的影響。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。

8、氣敏、濕度感測器：識別氣敏感測器管腳，設計其測量電路，將感測器輸出接直實驗儀上的放大器，通過顯示模塊顯示不同氣體濃度對應的數據，分析產生測量誤差的原因；設計濕敏電阻測量環境濕度的檢測電路，利用實驗儀上的顯示模塊顯示被測濕度，計算該感測器的重復性誤差。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。

9、智能感測器：利用感測器國際標准協議IEEE 1451製作的網路化實驗感測器裝置，通過連接Internet網路遠程調用，觀察被測現場多種參數測量結果。該部分內容可作為課內課程設計或通過課外或實驗室開放完成。

五、考核方式：考查，成績由出勤率、作品驗收、實驗報告三部分決定。

實驗項目一 霍爾式感測器的特性實驗

霍爾元件的結構中，矩型薄片狀的立方體稱為基片，在它的兩側各裝有一對電極。一個電極用以加激勵電壓或激勵電流，故稱為激勵電極。另一個電極作為霍爾電勢的輸出，故稱霍爾電極。

在實際應用中，當磁場強度H（或磁感應強度B）或激勵電流I中的一個參數為常量，而另一個作為輸入時，則輸出霍爾電勢UH(或B)或I。當輸入量是H（或B）或I時，則輸出霍爾電勢UH正比於H（或B）與I的乘積。

實驗裝置採用的磁路系統如圖1（a）所示，由於兩對極性相反的磁極的共同組成，在磁極間形成一個梯度磁場。理想特性如圖1（b）所示磁感應強度B是位移x的函數，即B=f(x)。調整霍爾元件處於圖示中心位置時，由於該處磁場作用抵消B=0，所以霍爾元件上下運動時霍爾電勢大小和符號也會跟隨變化，並且有UH=f(x)。因此，若用一標准磁場或已知特性磁場的磁路系統來校準霍爾元件的輸出電勢時可採用測量磁場強度的方法。

圖1 霍爾元件磁路系統和特性

實驗目的：了解霍爾式感測器的原理與特性。

基本原理：根據霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以驚醒位移測量。

所需單元及部件：霍爾片、磁路系統、電橋、差動放大器、F／V表、直流穩壓電源、測微頭、振動平台、主、副電源。

實驗步驟：

（1）霍爾元件上所加電壓不得超過±2V，以免損壞霍爾晴，辨別霍爾片的激勵電極和霍爾電極端。

（2）一旦調整好測量系統，測量時不能移動磁路系統。

（3）了解霍爾式感測器的結構及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾感測器。

（4）將差動放大器的(+)、(－)輸入端與地短接，輸出端插口與F／V表的輸入插口Vi相連，開啟主、副電源，調節差放零點旋鈕，使F／V表顯示零，關閉主電源。

（5）差動放大器增益旋至最小，F/V電壓表量程置2V檔，直流穩壓電源放在2V檔。開啟主、副電源將差動放大器調零後，增益置最小，再關閉主電源，根據圖2接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網路。

霍爾器件

N

N

S

S

環形磁鐵

V

+

－

←

直流穩壓電源

1

1

+2V

－2V

w1

r

電橋平衡網路

差動放大器

電壓表

霍爾感測器

圖2 霍爾感測器直流特性測試

（6）裝好測微頭，調節測微頭與振動台吸合並使霍爾片置於半圓磁鋼上下正中位置。

（7）開啟主、副電源，調整Wl使電壓表指示為零。

（8）上下旋動測微頭，每0.5mm讀一個數，將電壓表的讀數填入下表

X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)

（9）作出V—X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度K=△V/△X。

發揮部分：

（1）按圖3接好線路，開啟電源將差動放大器輸出調零；

（2）用F表將音頻振盪器調至1KHZ，用示波器觀察輸出幅度小於5V。

（3）（0°，180°）端輸出至霍爾片的輸入端，差動放大器增益調小；

（4）利用示波器、電壓表調整平衡網路w1、w2使輸出為零，同時可調整移相器。

（5）旋轉測微頭，記下讀數填入下表：

X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)

圖3 霍爾感測器的交流特性測試

思考題

（1）本實驗測出的實際上是磁場的分布情況，它的線性好壞是否影響位移測量的線性度。

（2）霍爾感測器是否適用於大位移測量？

（3）霍爾片工作在磁場的那個范圍靈敏度最高？

實驗項目二 感應式磁敏感測器設計

1．實驗目的及要求

了解感應式磁敏感測器的基本結構、工作原理及應用場合，掌握感測器線圈纏繞匝數與其頻率帶寬之間的關系、與其靈敏度之間的關系，不同材料的磁芯對感應式磁敏感測器的性能的影響。

2．基本原理：感應式磁敏感測器是基於法拉第電磁感應定律製成的，感測器的N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中產生感應電動勢： 發生變化，根據產生感應電動勢的大小檢測磁場的強弱。其線圈分為兩種類型：有磁芯線圈和空心環路線圈。有磁芯線圈感測器中的磁芯採用高導磁率材料，如坡莫合金，非晶態合金等。

3．所需儀器及材料：示波器、RLC測試儀、信號發生器、萬用表、磁芯、漆包線等。

4．實驗任務：

（1）在給定的磁芯上纏繞一定匝數的漆包線，完成感測器的製作，同時用漆包線製作一個激勵線圈。用RLC測試儀測量所作感測器的電感值、分布電容值和有效直流電阻值，並記錄。

（2）利用感測器實驗儀上的放大器、電阻和電容等電子元件，設計、製作與調試感測器測量電路，並與感測器連接。

（3）用信號發生器輸出的正弦信號接至激勵線圈，產生頻率幅度變化的磁場，將製作的感測器放入該磁場中，用雙線示波器連接信號發生器輸出端和感測器輸出端，組成一個測量線路，通過調節信號發生器輸出正弦信號的頻率，用示波器讀出信號發生器輸出的正弦信號和感測器輸出波形的峰峰值，填入下表：

F（Hz）
Vp-p（信號發生器）
Vp-p（感測器）

（4）根據實測數據，寫出該感測器的帶寬，計算其靈敏度和線性度。

5．思考：

（1）試回答磁敏感應感測器的第一個諧振點的頻率。

（2）感測器線圈匝數纏繞的多少是否影響其頻率特性？為什麼?

6．實驗報告

包括：目的、任務；線圈參數（匝數、磁芯材料和線徑等）及測量電路設計原理和框圖；實驗方法及實驗中碰到的問題和分析解決問題的方法；實驗步驟；測量數據記錄；結論。

實驗項目三 霍爾感測器應用設計

1．集成霍爾感測器

霍爾集成感測器是將霍爾元件、放大器、施密特觸發器以及輸出電路等集成在一塊晶元上，為用戶提供了一種簡化的和比較完善的磁敏感測器。其輸出信號強，傳送過程無抖動現象，而且功耗低，對溫度的變化是穩定的，靈敏度與磁場移動速度無關。霍爾集成感測器分為線性集成電路和開關電路。

實驗採用3144EU開關型霍爾集成感測器，開關型集成霍爾感測器由霍爾元件HG、放大器A、輸出晶體管VT、施密特電路C和穩定電源R等組成。其內部框圖、輸出特性和引腳如圖4（a）、（b）、（c）所示。感測器通過晶體管VT的集電極輸出，感測器的輸出只有一端，是以一定磁場電平值進行開關工作的，由於內設有施密特電路，開關特性具有時滯，因此有較好的抗雜訊效果。工作電源的電壓范圍較寬，可為3—6V。

（a）內部框圖 （b）輸出特性 （c）引腳圖

圖4 開關集成霍爾元件內部框圖、輸出特性

2．實驗目的；

了解開關型集成霍爾感測器及其轉換電路的工作原理；掌握霍爾感測器的使用方法；設計利用開關型集成霍爾感測器製作接近開關等控制電路；認識霍爾元件。了解測量集成霍爾元件輸出的參數和工作性能。

3．設計任務

根據具體給出的器件設計一音樂控制電路。當磁鋼靠近霍爾感測器時電路發出樂曲聲，當磁鋼極性翻轉或被撤離感測器時電路停止音樂聲。

4．實驗步驟

（1）根據給出的器件設計電路。

（2）在實驗麵包板上插接聯接電路。

（3）檢查連線無誤後加3V直流工作電壓，調試工作狀態。

（4）測量磁場變化時霍爾感測器的輸出電壓值。

5．實驗器件：常閉開關型集成霍爾感測器3144EU一個；集成音樂片9300一片；三極體NPN型9014一隻；三極體PNP型9015一隻；小功率揚聲器一個；電阻4.7K、1K各一隻。

6．實驗板裝配電路板如圖5所示

揚聲器

集成音樂片

霍爾感測器

V+

電 阻

三極體

V-

三極體

圖5 實驗板裝配元件位置示意圖

注意事項：

（1）音樂集成片的工作電壓較低，直流電源3V電壓即可工作，電壓不可過大以免燒壞器件。

（2）注意集成霍爾感測器的極性，確定無誤後再接線。

思考題

（1）用集成霍爾感測器設計一無觸點控制電路，控制燈的亮滅。

提示：輸出端接有固態繼電器，通斷控制100V交流。

（2）用霍爾元件控制電機轉速與光電感測器測量控制電機轉速各有特點。

實驗報告

包括：目的、任務；實驗框圖及電路設計；調試方法及調試中碰到的問題和分析解決問題的方法；測量數據記錄（霍爾感測器的工作電壓、工作電流、磁場變化的靜態輸出）。

C. 我想濕敏電阻做一個簡單的濕度檢測電路，欲採用單片機加AD采樣的方法但濕敏元件的交流供電迷惑著我！

你看看原件需要的電流時多少，可以加個波形發生器+運放產生你所需要的電源。

D. 簡要對比直讀式和電容型濕度感測器電路圖

【導讀】我們說對於濕度相關感測器的應用電路當中，濕敏元件一般有兩大類。其中一個是水分子親和力型濕敏元件，另一個與它直接相反的就是非水分子親和力型濕敏元件。我們說這種濕敏元件通過大偶極矩的水分子，很好的附著滲透固體表面這個特點，那就是前者。向我們所見到的電阻式或者是電容式濕敏元件，還有毛發濕度計等都屬於這一類。非水分子親和力型濕敏元件與此卻不同，它通過一種相互接觸產生的物理效應來對濕度進行測量。熱敏電阻式還有紅外線吸收式濕度感測器都是屬於這一類。本文主要通過對比直讀式和電容型濕度感測器電路圖的方式，來具體的分析這兩者的區別，給予使用人員一些參考。

直讀式濕度感測器電路圖的應用電路

直讀式濕度感測器應用電路正如下圖所示，氯化錘（吸濕鹽類物質）濕敏電阻器RH是新型水分子親和力型濕敏元件，真空鍍膜工藝，梳狀金電極被渡在玻璃片上形成一層。在電極上會被塗一層感濕膜，這是利用氯化錘和聚氯乙烯醇等進行配製的。聚氯乙烯醇的特點就是粘合性強，而且又是一種多孔性物質。這種物質與氯化錘進行結合就能很方便的將水分子通過感濕膜來進行吸附以及釋放等，以此促進濕敏電阻器電阻值迅速變化。

濕度感測器電路圖

濕敏電阻表面塗敷保護膜的原因就是提高抗污染能力。一種配方的濕敏電阻測試范圍狹窄，當我們要進行大范圍濕度測量時，就需要多個濕敏電阻器組合起來使用。這樣的情況下測量范圍就能擴展到20%～80%RH。從濕度感測器電路圖中看出一般的由VT1、VT2和T1等組成測濕電橋的電源，其振盪頻率為250～1000Hz。電橋的輸出信號經變壓器T2、C3耦合到VT3，經VT3放大後的信號由VD1～VD4橋式整流後輸入微安表，指示出由於相對濕度的變化而引起電流的改變。然後通過標定來把濕度刻劃相應的微安表表盤上，這樣就形成一個既簡單又實用的直讀式濕度計了。

濕度感測器電路圖

電容型濕度感測器電路圖的應用電路

我們從濕度感測器電路圖來分析，電容型濕度感測器的特點就是具有高分子材料作為基材的濕敏元件來做敏感元件。其特點就是有機高分子材料具有一種吸濕性還有膨潤性。該元件也是水分子親和力型濕敏元件，我們從濕度感測器電路圖中看到它吸濕後，介電常數就會有很大變化。這樣的特點就是電容式濕敏元件。

濕度感測器電路圖

醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等都是屬於我們經常看到和接觸到的高分子材料。濕敏元件薄膜約5000埃，可以說非常薄。這樣一來元件很容易快速吸濕與脫濕，滯後誤差減小且響應速度快。

濕度感測器電路圖

上面就是我們介紹的兩種濕度感測器電路圖的對比分析，從電路圖中我們知道了它們各自的應用。

E. 設計一個用濕敏電阻進行土壤濕度測量的電路,並說明原理

是一個用濕敏電阻進行土壤濕度測量的電路，並說明原理，那肯定就是他經過土裡面測試土壤的濕度，然後但是他不會導電，只要絕緣的絕緣的不會因為土壤是二導電的。

F. 用過HR202濕敏電阻的前輩進來幫小弟一下啊！不知道怎麼換算成濕度值（單片機，電子電路設計，感測器）

電阻大小對應濕度大小 另外 是需要交流驅動的！

G. 濕敏電阻電路符號是什麼

一資料供參考：
圖形符號就是電容器的符號，
文字元號CP，一般濕敏電容器同時也是濕敏電阻器，因此在電路圖中CP與一電阻器RP並聯，用虛線框區別於其他元件。
（引自《新型實用感測器應用指南》，P．515）

H. 濕度感測器由哪些電路組成

濕敏元件是最簡單的濕度感測器。濕敏元件主要電阻式、電容式兩大類。
三種濕度感測器應用電路
1、直讀式濕度計的應用電路。
2、電容型濕度感測器的應用電路。
3、線性頻率輸出式濕度感測器的應用電路。

I. 濕度感測器電路圖

詳見附圖，接LED的地方接一個小電機即可（對地）功率不夠再加一級放大。你可以試試。