湿敏电路设计

A. 湿度传感器的工作原理及其电路图是什么啊

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电版阻的特点权是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

B. 求传感器课程设计

最简单的方法就是使用一个光电管发射信号，一个光电管接收信号，当有物体经过时，信号被隔断，单片机就记一次数。

课程编码：08365040

课程名称：传感器实验及课程设计

英文名称：the experiment and course design of sensor

学时/学分：20/1

适用对象：测控技术与仪器、电气工程及其自动化等本科生

指导教材：传感器课程设计教程

参考书：传感器原理及检测技术实验指导与习题集

主要仪器设备：CSY—910型传感器实验仪、传感器实验扩展装置、计算机、示波器、万用表、信号发生器等

一、学时分配

序号 实验项目名称 实验类型 学时分配 备注
1 霍尔式传感器的特性实验 基本 2
2 感应式磁敏传感器设计 设计 4
3 霍尔式传感器应用设计 综合 4
4 热电偶测温实验 基本 2
5 热敏电阻 设计 2
6 AD590 设计 2
7 光敏三极管 设计 2
8 光敏电阻 设计 2
9 金属箔式应变片位移测量实验 基本 2
10 电感传感器 基本 2
11 电容传感器 基本 2
12 压电式传感器 基本 2
13 气敏、湿度传感器 设计 2
14 智能传感器 基本 2
15 磁敏传感器应用 综合设计 8
16 温度传感器应用 综合设计 8
17 光敏传感器应用 综合设计 8
18 力敏传感器应用 综合设计 8
19 应变传感器应用 综合设计 8
20 压电传感器应用 综合设计 8
21 其它传感器应用 综合设计 8
22 智能传感器设计 综合设计 8

二、课程性质、目的与任务

传感器课程设计是测控技术与仪器专业开设的一门独立实践课程，也是电气工程及自动化专业的选修课程。本课程以各类传感器的性能测试、实际应用设计为线索，完成磁敏传感器、温度传感器、光电传感器、应变传感器、电感传感器、电容传感器、压电传感器、光纤传感器、温湿度传感器、智能传感器等基本型、设计性和综合性实验与设计内容，通过课内和课外相结合，自主申请实验项目和实验室开放课题相结合，使学生掌握不同种类传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。

三、教学基本要求

1、通过磁敏传感器实际制作或应用，掌握感应式传感器的工作原理及其性能和霍尔式传感器的工作原理、特能及其应用。

2、通过热电偶、热敏电阻和集成温度传感器AD590的性能测试的方法及应用，掌握热电偶的原理、热敏电阻和电流输出型温度传感器的工作原理和使用方法，并计算和分析温度传感器灵敏度、线性度。

3、了解各种光电器件的特性，通过光敏三极管和光敏电阻的实际参数测试，掌握光电传感器的工作原理与应用方法。

4、通过应变式传感器实验，掌握理论课上所讲授的应变片的工作原理，并完成单臂、半桥、全桥的性能测试，总结它们之间的相互关系。

5、了解差动变压器的结构，通过差动变压器静态位移性能测试和差动变压器零点残余电压的补偿电路设计，掌握理论课上所讲授的差动变压器的工作原理和零点残余电压的补偿措施。

6、通过差动变面积式电容传感器的静态及动态特性测试，掌握差动变面积式电容传感器的工作原理及其特性，了解电容变换器的工作原理。

7、通过压电式传感器的动态响应和引线电容对电压放大器与电荷放大器的影响实验，掌握压电式传感器的工作原理、结构及应用和验证引线电容对电压放大器的影响，了解电荷放大器的原理和使用方法。

8、通过气敏、湿度传感器性能测试，掌握气敏、湿度传感器的工作原理及其特性，掌握测量可燃性气体、环境湿度的方法和设计电路。

9、通过基于IEEE 1451的温湿度智能传感器现场应用演示，掌握基于该标准的智能传感器协议的特点、系统组成及实际应用领域。

四、教学内容及要求：

1、磁敏传感器：完成霍尔元件基本特性实验；自行设计感应式传感器，利用传感器实验仪放大器和显示模块完成磁场测试的实验内容；利用集成霍尔式传感器，自行设计放大器电路，实现转速测量，将转速结果通过显示模块显示。该两项实验内容学生可任选其一作课内实验，另一项实验内容通过课外或实验室开放完成。

2、温度传感器：利用传感器实验仪上的热电偶完成测温实验，根据实验结果，查分度表，计算并分析该热电偶的灵敏度和线性度；通过设计热敏电阻测量电路和放大器，利用传感器实验仪上的显示模块显示被测温度，计算并分析该热敏电阻的灵敏度和线性度；识别集成温度传感器AD590管脚，通过设计测量电路和放大器，利用传感器实验仪上的显示模块显示被测温度，计算并分析该温度传感器AD590的灵敏度和线性度。该三项实验内容学生可任选其一作课内实验，剩余两项项实验内容通过课外或实验室开放完成。

3、光电传感器：设计光敏三极管测量电路，通过电机带动黑白相间条纹园盘旋转，利用传感器实验仪上的显示模块计数白条纹数量，经过计算得出电机转速；设计光敏电阻测量电路、放大器和发光二极管亮度可调电路，利用传感器实验仪上的显示模块显示电位器不同刻度对应的输出值，绘制光敏电阻光谱特性曲线。该两项实验内容学生可任选其一作课内实验，另一项实验内容通过课外或实验室开放完成。

4、应变式传感器：利用传感器实验仪上粘贴的应变片，学生分别连接三种电桥：单臂、半桥、全桥，完成位移测量实验，要求三种电桥所用放大器增益不变，根据测量结果，计算灵敏度，比较三种电桥之间的相互关系。该部分内容为课内实验。

5、电感传感器：利用传感器实验仪上的差动变压器，将两只次级线圈反向串接，由音频振荡器给初级提供激励信号，调整差动变压器中衔铁的位置，用示波器观察输出波形，然后，通过电桥平衡网络对差动变压器的零点残余电压进行补偿，观察零点残余电压波形。该部分内容可作为课内实验或通过课外或实验室开放完成。

6、电容传感器：将传感器实验仪上的差动变面积式电容传感器连接到电容变换器，经放大和滤波，在电压表和示波器上显示可动极板相对变化情况，记录测试数据，计算系统灵敏度，分析电容变换器电路工作原理。该部分内容可作为课内实验或通过课外或实验室开放完成。

7、压电式传感器：将传感器实验仪上的压电传感器接到电荷放大器，给振动台的激振线圈加激励信号，观察压电传感器的输出波形，然后再将压电传感器接到电压放大器，通过滤波、放大和相敏检波器，更换不同长度屏蔽线，观察实验输出结果，分析并比较引线电容对电压放大器和电荷放大器的影响。该部分内容可作为课内实验或通过课外或实验室开放完成。

8、气敏、湿度传感器：识别气敏传感器管脚，设计其测量电路，将传感器输出接直实验仪上的放大器，通过显示模块显示不同气体浓度对应的数据，分析产生测量误差的原因；设计湿敏电阻测量环境湿度的检测电路，利用实验仪上的显示模块显示被测湿度，计算该传感器的重复性误差。该两项实验内容学生可任选其一作课内实验，另一项实验内容通过课外或实验室开放完成。

9、智能传感器：利用传感器国际标准协议IEEE 1451制作的网络化实验传感器装置，通过连接Internet网络远程调用，观察被测现场多种参数测量结果。该部分内容可作为课内课程设计或通过课外或实验室开放完成。

五、考核方式：考查，成绩由出勤率、作品验收、实验报告三部分决定。

实验项目一 霍尔式传感器的特性实验

霍尔元件的结构中，矩型薄片状的立方体称为基片，在它的两侧各装有一对电极。一个电极用以加激励电压或激励电流，故称为激励电极。另一个电极作为霍尔电势的输出，故称霍尔电极。

在实际应用中，当磁场强度H（或磁感应强度B）或激励电流I中的一个参数为常量，而另一个作为输入时，则输出霍尔电势UH(或B)或I。当输入量是H（或B）或I时，则输出霍尔电势UH正比于H（或B）与I的乘积。

实验装置采用的磁路系统如图1（a）所示，由于两对极性相反的磁极的共同组成，在磁极间形成一个梯度磁场。理想特性如图1（b）所示磁感应强度B是位移x的函数，即B=f(x)。调整霍尔元件处于图示中心位置时，由于该处磁场作用抵消B=0，所以霍尔元件上下运动时霍尔电势大小和符号也会跟随变化，并且有UH=f(x)。因此，若用一标准磁场或已知特性磁场的磁路系统来校准霍尔元件的输出电势时可采用测量磁场强度的方法。

图1 霍尔元件磁路系统和特性

实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。

基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以惊醒位移测量。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F／V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。

实验步骤：

（1）霍尔元件上所加电压不得超过±2V，以免损坏霍尔晴，辨别霍尔片的激励电极和霍尔电极端。

（2）一旦调整好测量系统，测量时不能移动磁路系统。

（3）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

（4）将差动放大器的(+)、(－)输入端与地短接，输出端插口与F／V表的输入插口Vi相连，开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F／V表显示零，关闭主电源。

（5）差动放大器增益旋至最小，F/V电压表量程置2V档，直流稳压电源放在2V档。开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，再关闭主电源，根据图2接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。

霍尔器件

N

N

S

S

环形磁铁

V

+

－

←

直流稳压电源

1

1

+2V

－2V

w1

r

电桥平衡网络

差动放大器

电压表

霍尔传感器

图2 霍尔传感器直流特性测试

（6）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。

（7）开启主、副电源，调整Wl使电压表指示为零。

（8）上下旋动测微头，每0.5mm读一个数，将电压表的读数填入下表

X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)

（9）作出V—X曲线，指出线性范围，求出灵敏度K=△V/△X。

发挥部分：

（1）按图3接好线路，开启电源将差动放大器输出调零；

（2）用F表将音频振荡器调至1KHZ，用示波器观察输出幅度小于5V。

（3）（0°，180°）端输出至霍尔片的输入端，差动放大器增益调小；

（4）利用示波器、电压表调整平衡网络w1、w2使输出为零，同时可调整移相器。

（5）旋转测微头，记下读数填入下表：

X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)

图3 霍尔传感器的交流特性测试

思考题

（1）本实验测出的实际上是磁场的分布情况，它的线性好坏是否影响位移测量的线性度。

（2）霍尔传感器是否适用于大位移测量？

（3）霍尔片工作在磁场的那个范围灵敏度最高？

实验项目二 感应式磁敏传感器设计

1．实验目的及要求

了解感应式磁敏传感器的基本结构、工作原理及应用场合，掌握传感器线圈缠绕匝数与其频率带宽之间的关系、与其灵敏度之间的关系，不同材料的磁芯对感应式磁敏传感器的性能的影响。

2．基本原理：感应式磁敏传感器是基于法拉第电磁感应定律制成的，传感器的N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中产生感应电动势： 发生变化，根据产生感应电动势的大小检测磁场的强弱。其线圈分为两种类型：有磁芯线圈和空心环路线圈。有磁芯线圈传感器中的磁芯采用高导磁率材料，如坡莫合金，非晶态合金等。

3．所需仪器及材料：示波器、RLC测试仪、信号发生器、万用表、磁芯、漆包线等。

4．实验任务：

（1）在给定的磁芯上缠绕一定匝数的漆包线，完成传感器的制作，同时用漆包线制作一个激励线圈。用RLC测试仪测量所作传感器的电感值、分布电容值和有效直流电阻值，并记录。

（2）利用传感器实验仪上的放大器、电阻和电容等电子元件，设计、制作与调试传感器测量电路，并与传感器连接。

（3）用信号发生器输出的正弦信号接至激励线圈，产生频率幅度变化的磁场，将制作的传感器放入该磁场中，用双线示波器连接信号发生器输出端和传感器输出端，组成一个测量线路，通过调节信号发生器输出正弦信号的频率，用示波器读出信号发生器输出的正弦信号和传感器输出波形的峰峰值，填入下表：

F（Hz）
Vp-p（信号发生器）
Vp-p（传感器）

（4）根据实测数据，写出该传感器的带宽，计算其灵敏度和线性度。

5．思考：

（1）试回答磁敏感应传感器的第一个谐振点的频率。

（2）传感器线圈匝数缠绕的多少是否影响其频率特性？为什么?

6．实验报告

包括：目的、任务；线圈参数（匝数、磁芯材料和线径等）及测量电路设计原理和框图；实验方法及实验中碰到的问题和分析解决问题的方法；实验步骤；测量数据记录；结论。

实验项目三 霍尔传感器应用设计

1．集成霍尔传感器

霍尔集成传感器是将霍尔元件、放大器、施密特触发器以及输出电路等集成在一块芯片上，为用户提供了一种简化的和比较完善的磁敏传感器。其输出信号强，传送过程无抖动现象，而且功耗低，对温度的变化是稳定的，灵敏度与磁场移动速度无关。霍尔集成传感器分为线性集成电路和开关电路。

实验采用3144EU开关型霍尔集成传感器，开关型集成霍尔传感器由霍尔元件HG、放大器A、输出晶体管VT、施密特电路C和稳定电源R等组成。其内部框图、输出特性和引脚如图4（a）、（b）、（c）所示。传感器通过晶体管VT的集电极输出，传感器的输出只有一端，是以一定磁场电平值进行开关工作的，由于内设有施密特电路，开关特性具有时滞，因此有较好的抗噪声效果。工作电源的电压范围较宽，可为3—6V。

（a）内部框图 （b）输出特性 （c）引脚图

图4 开关集成霍尔元件内部框图、输出特性

2．实验目的；

了解开关型集成霍尔传感器及其转换电路的工作原理；掌握霍尔传感器的使用方法；设计利用开关型集成霍尔传感器制作接近开关等控制电路；认识霍尔元件。了解测量集成霍尔元件输出的参数和工作性能。

3．设计任务

根据具体给出的器件设计一音乐控制电路。当磁钢靠近霍尔传感器时电路发出乐曲声，当磁钢极性翻转或被撤离传感器时电路停止音乐声。

4．实验步骤

（1）根据给出的器件设计电路。

（2）在实验面包板上插接联接电路。

（3）检查连线无误后加3V直流工作电压，调试工作状态。

（4）测量磁场变化时霍尔传感器的输出电压值。

5．实验器件：常闭开关型集成霍尔传感器3144EU一个；集成音乐片9300一片；三极管NPN型9014一只；三极管PNP型9015一只；小功率扬声器一个；电阻4.7K、1K各一只。

6．实验板装配电路板如图5所示

扬声器

集成音乐片

霍尔传感器

V+

电 阻

三极管

V-

三极管

图5 实验板装配元件位置示意图

注意事项：

（1）音乐集成片的工作电压较低，直流电源3V电压即可工作，电压不可过大以免烧坏器件。

（2）注意集成霍尔传感器的极性，确定无误后再接线。

思考题

（1）用集成霍尔传感器设计一无触点控制电路，控制灯的亮灭。

提示：输出端接有固态继电器，通断控制100V交流。

（2）用霍尔元件控制电机转速与光电传感器测量控制电机转速各有特点。

实验报告

包括：目的、任务；实验框图及电路设计；调试方法及调试中碰到的问题和分析解决问题的方法；测量数据记录（霍尔传感器的工作电压、工作电流、磁场变化的静态输出）。

C. 我想湿敏电阻做一个简单的湿度检测电路，欲采用单片机加AD采样的方法但湿敏元件的交流供电迷惑着我！

你看看原件需要的电流时多少，可以加个波形发生器+运放产生你所需要的电源。

D. 简要对比直读式和电容型湿度传感器电路图

【导读】我们说对于湿度相关传感器的应用电路当中，湿敏元件一般有两大类。其中一个是水分子亲和力型湿敏元件，另一个与它直接相反的就是非水分子亲和力型湿敏元件。我们说这种湿敏元件通过大偶极矩的水分子，很好的附着渗透固体表面这个特点，那就是前者。向我们所见到的电阻式或者是电容式湿敏元件，还有毛发湿度计等都属于这一类。非水分子亲和力型湿敏元件与此却不同，它通过一种相互接触产生的物理效应来对湿度进行测量。热敏电阻式还有红外线吸收式湿度传感器都是属于这一类。本文主要通过对比直读式和电容型湿度传感器电路图的方式，来具体的分析这两者的区别，给予使用人员一些参考。

直读式湿度传感器电路图的应用电路

直读式湿度传感器应用电路正如下图所示，氯化锤（吸湿盐类物质）湿敏电阻器RH是新型水分子亲和力型湿敏元件，真空镀膜工艺，梳状金电极被渡在玻璃片上形成一层。在电极上会被涂一层感湿膜，这是利用氯化锤和聚氯乙烯醇等进行配制的。聚氯乙烯醇的特点就是粘合性强，而且又是一种多孔性物质。这种物质与氯化锤进行结合就能很方便的将水分子通过感湿膜来进行吸附以及释放等，以此促进湿敏电阻器电阻值迅速变化。

湿度传感器电路图

湿敏电阻表面涂敷保护膜的原因就是提高抗污染能力。一种配方的湿敏电阻测试范围狭窄，当我们要进行大范围湿度测量时，就需要多个湿敏电阻器组合起来使用。这样的情况下测量范围就能扩展到20%～80%RH。从湿度传感器电路图中看出一般的由VT1、VT2和T1等组成测湿电桥的电源，其振荡频率为250～1000Hz。电桥的输出信号经变压器T2、C3耦合到VT3，经VT3放大后的信号由VD1～VD4桥式整流后输入微安表，指示出由于相对湿度的变化而引起电流的改变。然后通过标定来把湿度刻划相应的微安表表盘上，这样就形成一个既简单又实用的直读式湿度计了。

湿度传感器电路图

电容型湿度传感器电路图的应用电路

我们从湿度传感器电路图来分析，电容型湿度传感器的特点就是具有高分子材料作为基材的湿敏元件来做敏感元件。其特点就是有机高分子材料具有一种吸湿性还有膨润性。该元件也是水分子亲和力型湿敏元件，我们从湿度传感器电路图中看到它吸湿后，介电常数就会有很大变化。这样的特点就是电容式湿敏元件。

湿度传感器电路图

醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等都是属于我们经常看到和接触到的高分子材料。湿敏元件薄膜约5000埃，可以说非常薄。这样一来元件很容易快速吸湿与脱湿，滞后误差减小且响应速度快。

湿度传感器电路图

上面就是我们介绍的两种湿度传感器电路图的对比分析，从电路图中我们知道了它们各自的应用。

E. 设计一个用湿敏电阻进行土壤湿度测量的电路,并说明原理

是一个用湿敏电阻进行土壤湿度测量的电路，并说明原理，那肯定就是他经过土里面测试土壤的湿度，然后但是他不会导电，只要绝缘的绝缘的不会因为土壤是二导电的。

F. 用过HR202湿敏电阻的前辈进来帮小弟一下啊！不知道怎么换算成湿度值（单片机，电子电路设计，传感器）

电阻大小对应湿度大小 另外 是需要交流驱动的！

G. 湿敏电阻电路符号是什么

一资料供参考：
图形符号就是电容器的符号，
文字符号CP，一般湿敏电容器同时也是湿敏电阻器，因此在电路图中CP与一电阻器RP并联，用虚线框区别于其他元件。
（引自《新型实用传感器应用指南》，P．515）

H. 湿度传感器由哪些电路组成

湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要电阻式、电容式两大类。
三种湿度传感器应用电路
1、直读式湿度计的应用电路。
2、电容型湿度传感器的应用电路。
3、线性频率输出式湿度传感器的应用电路。

I. 湿度传感器电路图

详见附图，接LED的地方接一个小电机即可（对地）功率不够再加一级放大。你可以试试。