間单
范文一：自动检测技术论文
单片机控制系统的抗干扰优化设计
摘要在单片机控制系统的设计开发过程中，不单要突出设备的自动化程度及智能性，另一方面也要重视控制系统的工作稳定性。因此，单片机控制系统必须具有较高的灵敏度，但是灵敏度越高越容易把干扰引入系统中，故而抗干扰技术己成为单片机控制系统设计时必须考虑的环节。文章从系统受到干扰的主要原因和现象；系统可靠性设计的任务及方法等方面展开了说明及论述。并分析了单片机控制系统干扰的主要来源，介绍了印制电路板中地线和电源线的布线方法，从硬件和软件两个方面阐述了抗干扰设计。这些抗干扰方法实际应用中取得了良好的效果，使一些单片机控制系统在现场成功运行。【关键词】：单片机;抗干扰;控制状态;冗余技术
Abstract
Insingle-chipcontrolsystemdesignanddevelopmentprocess,notonlytohighlightthedegreeofautomationequipmentandintelligence,butwealsoattachimportancetotheworkofthestabilitycontrolsystem.Therefore,thesinglechipcontrolsystemmusthaveahighsensitivity,butmorelikelythehigherthesensitivitytointerferenceintroducedintothesystem,andthereforeanti-jammingtechnologyhasbecomethesinglechipcontrolsystemdesignmustbeconsideredpart.Articlesfromthemainsystemisdisturbedandphenomena;systemreliabilitydesignandotheraspectsofthetaskandmethodaredescribedanddiscussed.SCMcontrolsystemandanalyzedthemainsourceofinterferenceisintroducedintheprintedcircuitboardandthepowercordgroundwiringmethodfromtwoaspectsofhardwareandsoftwaredescribedanti-jammingdesign.Thepracticalapplicationoftheseinterferencemethodhasachievedgoodresults,sothatsomesinglechipcontrolsystemtorunsuccessfullyinthefield.
Keyword:SCM;Immunity;ControlStatus;Redundancy
目录
1.前言......................................................1
2.系统受到干扰的主要原因和现象...............................2
3.系统可靠性设计的分析和方法....................................3
3.1导致系统运行不稳定的内部因素...............................3
3.2导致系统运行不稳定的外部因素..........................4
4.硬件抗干扰设计.............................................5
4．1去耦电容配置..........................................6
4．2数字输入端的噪声抑制..................................6
4．3数字电路不用端的处理...................................6
4．4外围扩展存储器系统抗干扰处理方法.......................7
5.软件抗干扰技术.............................................8
5．1软件滤波算法...........................................8
5．2指令冗余技术..........................................8
6.结束语.....................................................9
参考文献...................................................10
2.系统受到干扰的主要原因和现象由于单片机控制系统应用系统的工作环境往往是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。单片机控制系统应用必须长期稳定、可靠地运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大的损失。
影响单片机控制系统应用的可靠、安全运行的主要因素是来自系统内部和外部的各种电气干扰，以及系统结果设计、元器件选择、安装、制造工艺和外部环境条件等。这些因素对控制系统造成的干扰后果主要表现在下述几个方面。（1）数据采集误差加大。干扰侵入单片机控制系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在有用信号之上，会使数据采集误差加大，特别是当传感器输出弱信号时干扰更加严重。
（2）控制状态失灵。微机输出的控制信号常依赖某些条件的状态输入信号和这些信号的逻辑处理结果。若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信号，将导致输出控制误差加大，甚至控制失常。（3）数据受干扰发生变化。单片机控制系统中，由于RAM存储器是可以读/写的，故在干扰的侵害下，RAM中的数据有可能被窜改。在单片微机系统中，程序及表格、常数存于程序存储器中，避免了这些数据受到干扰破坏，但对于内RAM、外扩RAM中的数据都有可能受到外界干扰而变化。根据干扰窜入的途径、受干扰数据的性质不同，系统受损坏的情况也不同．有的造成数据误差．有的使控制失灵，有的改变程序状态，有的改变某些部件（如定时器/计数器，串行口等）的工作状态等。（4）程序运行失常。单片机控制系统中程序计数器的正常工作，是系统维持程序正常运行的关键所在。如果外界干扰导致计数器的值改变，破坏了程序的正常运行。由于受到干扰后计数器的值是随机的，因而导致程序混乱。通常的情况是程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入"死循环"，这将使输出严重混乱或系统失灵。
3.系统可靠性设计的分析和方法单片机控制系统应用的可靠性技术涉及到生产过程的方方面面，不仅与设计、制造、检验、安装、维护有关，还与生产管理、质量监控体系、使用人员的专业水平与素质有关。这里主要是从技术角度分析提高系统可靠性的最常用方法。
3.1导致系统运行不稳定的内部因素
（1）元器件本身的性能与可靠性。元器件是组成系统的基本单元，其特性好坏与稳定性直接影响整系统性能与可靠性。因此，在可靠性设计当中，首要的工作是精选元器件，使其在长期稳定性、精度等级方面满足要求。随着微电子技术的发展，电子元器件的可靠性不断提高，现在小功率晶体管及中小规模IC芯片的实际故障大约为10×10-9/h。这为提高系统性能与可靠性提供了很好的基础。
（2）系统结构设计。包括硬件电路结构和运行软件设计。电路设计中要求元器件或线路布局合理以消除元器件之间的电磁耦合相互干扰，优化的电路设计也可以消除或削弱外部干扰对整个系统的影响，如去耦电路、平衡电路等。同时也可以采用冗余结构，也称容错技术或故障掩盖技术，它是通过增加完成同一功能的并联或备用单元〔包括硬件单元或软件单元〕数目来提高系统可靠性的一种设计方法。当某些元器件发生故障时也不影响整个系统的运行。对于消减外部电磁干扰，可采用电磁兼容设计，目的是提高单片机系统在电磁环境中的适应性，即能保持完成规定功能的能力。常用的抗电磁干扰的硬件措施有滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、接地技术等。
软件是微机系统区别于其它通用电子设备的独到之处，通过合理编制软件可以进一步提高系统运行的可靠性。常用的软件措施主要有：一是信息冗余技术，对单片机控制系统应用而言，保持信号信息和重要数据是提高可靠性的主要方面。为防止系统故障等原因而丢失信息，常将重要数据或文件多重化，复制一份或多份“拷贝”，并存于不同空间，一旦某一区间或某一备份被破坏，则自动从其它部分重新复制，使信息得以恢复。
二是时间冗余技术，为提高单片机控制系统应用的可靠性，可采用重复执行某一操作或某一程序，并将执行结果与前一次结果进行比较对照来确认系统工作是否正常。只有当两次结果相同时，才被认可，并进行下一步操作。若两次结果不相同，可再次重复执行一次，当第三次结果与前两次之中的一次相同时，则认为另一结果是偶然故障引起的，应剔除。若三次结果均不相同，则初步判定为硬件永久性故障，需进一步检查。这种办法是用
时间为代价来换取可靠性，称为时间冗余技术，也称为重复检测技术。三是故障自动检测与诊断技术，对于复杂系统，为了保证能及时检测出有故障装置或单元模块，以便及时把有用单元替换上去，就需要对系统进行在线测试与诊断。这样做的目的有两个：（一）是为了判定动作或功能的正常性；（二)是为了及时指出故障部位，缩短维修时间。
四是软件可靠性技术：单片机控制系统运行软件是系统要实行的各项功能的具体反映。软件的可靠性主要标志是软件是否真实而准确地描述了要实现的各种功能。因此对生产工艺过程的了解程度直接关系到软件的编写质量。提高软件可靠性的前提条件是设计人员对生产工艺过程的深入了解，并且使软件易读、易测和易修改。五是失效保险技术：有些重要系统，一但发生故障时希望整个系统应处于安全或保险状态。此外，还有常见的数字滤波、程序运行监视及故障自动恢复技术等。
（3）安装与调试。元器件与整个系统的安装与调试，是保证系统运行与可靠性的重要措施。尽管元器件选择严格，系统整体设计合理，但安装工艺粗糙，调试不严格，仍然达不到预期的效果。部因素3.2导致系统运行不稳定的外导致系统运行不稳定的外部
外部因素：是指单片机控制系统所处工作环境中的外部设备或空间条件导致系统运行的不可靠因素，主要包括以下几点：
（1）是外部电气条件，如电源电压的稳定性、强电场与磁场等的影响；（2）是外部空间条件，如温度、湿度，空气清洁度等；（3）是外部机械条件，如振动、冲击等。
为保证系统可靠工作，必须创造一个良好的外部环境。例如：采取屏蔽措施、远离产生强电场干扰的设备；加强通风以降低环境温度；安装紧固以防振动等。元器件的选择是根本，合理安装调试是基础，系统设计是手段，外部环境是保证，这是可靠性设计遵循的基本准则，并贯穿于系统设计、安装、调试、运行的全过程。为实现这些准则，必须采取相应的硬件或软件方面的措施，这是可靠性设计的根本任务。中小规模的单片机控制系统在开发过程中，结合实际应用中的工作环境，采用以上的系统抗干扰优化设计的措施与方法，基本能有效地提高单片机系统的工作稳定性，充分地体现单片机控制系统在不增加控制成本的情况下提高机电设备的自动化性能与智能性的优越所在。
4.硬件抗干扰设计
系统硬件电路性能的好坏直接影响整个系统工作质量，应用硬件抗干扰措施是经常采用的一种有效方法。通过合理的硬件电路设计可以削弱或抑制绝大部分干扰。在单片机控制系统硬件抗干扰设计中，可以采用以下几种抗干扰措施。
4．1去耦电容配置
数字电路除了地线阻抗问题外，还存在电源线的阻抗问题。当数字电路受到高速跳变电流的作用时，也将产生阻抗噪声。可以在每一块集成电路芯片的要去耦的电源和地之间跨接去耦电容，以便随时充放电，一般选用0.1pF的独石电容。
4．2数字输入端的噪声抑制
数字电路输入端最危险的是脉冲噪声。因此抑制脉冲噪声是数字设备电磁兼容性设计着重考虑的因素。可以采用的方法有：在输入端接RC滤波器和施密特集成电路，其中RC滤波器的时间常数大于现场可能出现噪声的最大脉宽和小于信号宽度，这样既可抑制噪声，也不会丢失信号。在输入端通过加上拉电阻以及提高供电电源电压等措施提高输入端的电平来提高输入端的噪声容限。而提高输出低电平的噪声容限则采用降低信号源内阻的方法，如使用放大倍数为1的电压跟随器。三态数据缓冲器的低电平输出阻抗很低，还可以使用三态数据缓冲器，经过三态数据缓冲器驱动之后的信号具有较好的抑制低电平噪声能力。为了防止工作现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到测控系统，主要考虑采用光电隔离技术，它以光为介质进行间接耦合，使夹杂在输入开关量中的各种干扰电磁脉冲挡在输入回路的一侧，因此具有较高的电气隔离和抗干扰能力。
4．3数字电路不用端的处理
当数字电路的输入端有多余而被闲置时，与高电平“1”的输入逻辑状态一致。但开路的输入端具有很高的输入阻抗，容易受到外部的电磁干扰，使悬浮端的电平有时处于“1”和“0”的过渡状态，引起逻辑电路的误导。为保证系统运行安全，采用的方法有：(1)将不用的输入端固定在高电平上；(2)将不使用端与有用信号输入端并联接在一起。
4．4外围扩展存储器系统抗干扰处理方法
控制系统中配置的程序存储器及数据存储器芯片的信息电流大、工作频率高，设计时要着重考虑外界电磁干扰。主要是印制板电路中的抗干扰设计，可以采用的方法如下所述：
(1)数据线、地址线、控制线要尽量短，以减少对地产生的电容。特别考虑各条地址线的长短，布线方式应尽量一致，以免造成各线的阻抗差异过大，使地址信号在传输过程中到达终端时波形差异过大，形成控制信息的非同步干扰。
(2)由于开关噪声严重，因此考虑在电源的入口处，以及存储器芯片的K和GND之间接去耦电容。
(3)由于负载的电流较大，因此电源线和地线要尽量加粗，走线尽量短。同时，印制板两面的三总线相互垂直，以防止总线之间的电磁干扰。
(4)在总线的始端和终端加上适合的上拉电阻，可以提高高电平的噪声容限，增加存储器端口在高阻状态下的抗干扰能力和削弱反射波的干扰。
5.软件抗干扰技术
窜入微机测控系统的干扰，其频谱往往很宽，且具有随机性，采用硬件抗干扰措施，只能抑制某个频率段的干扰，仍有一些干扰会侵入系统|。因此，仅采取硬件抗干扰方法是不够的。单片机控制系统依赖于程序的执行来完成数据采集和其他各种功能。一个细微的故障，都有可能使程序跑飞或进入死循环，给系统带来不可预料的后果。因此采取软件抗干扰是十分必要的。软件抗干扰以其设计灵活、节省硬件资源、可靠性好越来越受到重视，为使程序混乱时重新步入正轨，程序设计中主要采取了以下几种方法。
5．1软件滤波算法
采用此种方法可以滤掉大部分由输入信号干扰而引起的采集错误。最常用的方法有算术平均值法、比较舍取法、中值法、一阶递推数字滤波法。可以根据被测信号的特点，在不影响系统效率的情况下将多次采集的数据去掉一个最大值，去掉一个最小值，其余数据取平均值，这种方法大大增加了数据可靠性。
5．2指令冗余技术
如果单片机受到干扰的影响，程序寄存器PC不是按正常情况下先取操作码，再取操作数，而是指向错误的字节，将操作数当作操作码，程序将出错。只要在双字节指令和3字节指令后加入几条单字节指令或将有效单字节指令重写就可以将PC值纳入正轨。因为空操作指令(NOP)是单字节的，当程序跑飞到某条单字节指令上时，就不会发生将操作数当成指令来执行的错误，可确保这些指令正确执行。
6.结束语
综上所述，抗干扰设计是单片机控制系统设计的重要环节，其设计的好坏往往决定整个系统的成败。本文从硬件和软件两个方面探讨了一些提高抗干扰能力的方法。这些方法有效可行，在剑杆织机电子送经／电子卷取控制系统、生物医学信号数据采集系统等的实际应用中取得了良好的效果，使系统在现场成功运行。
太原科技大学毕业设计（论文）
参考文献[1]马西秦.自动检测技术，机械工业出版社，2008.[2]徐明龙,王赤虎.利用单片机实现的模拟信号和数字信号单线混合传输,电子设计应用,2004,1.[3]董文武.微机接口技术,中国水利水电出版社,2001,9.[4]徐梅.单片机系统常用抗干扰措施,高校实验室工作研究,2006,4.[5]胡连柱,姜宝山.简析单片机软硬件的抗干扰设计技术,安徽电子信息职业技术学院学报,2005，01.
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范文二：自动检测与转换技术论文
湖南科技大学潇湘学院
《检测与转换技术》课程设计任务书
系 电气工程
专 业 电气工程及其自动化
班 级
学 号 姓 名 余波军
指导教师 沈红远
一. 环境监测目的
环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。具体可归纳为:
（1）根据环境质量标准，评价环境质量。
（2）根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据。
（3）收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。
（4）为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划等服务。
（一）按监测目的分类
1、监视性监测（又称为例行监测或常规监测）
对指定的有关项目进行定期的、长时间的监测，以确定环境质量及污染源状况、评价控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和环境保护工作的进展。这是监测工作中量最大面最广的工作。
监视性监测包括对污染源的监督监测（污染物浓度、排放总量、污染趋势等）和环境质量监测（所在地区的空气、水质、噪声、固体废物等监督监测）。
2、特定目的监测（又称为特例监测或应急监测）
根据特定的目的可分为以下四种：
（1）污染事故监测：在发生污染事故时进行应急监测，以确定污染物扩散方向、速度和危及范围，为控制污染提供依据。这类监测常采用流动监测（车、船等）、简易监测、低空航测、遥感等手段。
（2）仲裁监测：主要针对污染事故纠纷、环境法执行过程中所产生的矛盾进行监测。仲裁监测应由国家指定的具有权威的部门进行，以提供具有法律责任的数据（公证数据），供执法部门、司法部门仲裁。
（3）考核验证监测：包括人员考核、方法验证和污染治理项目竣工时的验收监测。
（4）咨询服务监测：为政府部门、科研机构、生产单位所提供的服务性监测。例如建设新企业应进行环境影响评价，需要按评价要求进行监测。
3、研究性监测（又称科研监测）
研究性监测是针对特定目的科学研究而进行的高层次的监测。例如环境本底的监测及研究；有毒有害物质对从业人员的影响研究；为监测工作本身服务的科研工作的监测，如统一方法、标准分析方法的研究、标准物质的研制等。这类研究往往要求多学科合作进行。
（二）按监测介质对象分类
可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、寄生虫等）监测等。文章由华晨仪器整理。
二. 系统工作原理
本次设计的目的是设计一种基于单片机控制的环境监测系统。本系统属于多功能系统，可以设定温湿度和有害气体浓度的报警上下限，当温度不在设置范围内时，则报警提示；当有害气体浓度超过设定值时，则报警提示。该设计控制器使用单片机。本监测系统由温湿度传感器电路、单片机系统、温湿度显示电路、有害气体浓度监测的A/D转换电路、键盘、报警电路构成。其基本工作原理：温湿度传感器内部的温度敏感元件和湿度敏感元件分别将温度和湿度转换成电信号，该信号首先进入内部的微弱的信号放大器进行放大，然后进入一个14位的内部A/D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号传给单片机系统，单片机系统根据显示需要对数字信号进行处理，再送入液晶显示系统，温湿度值便在液晶屏上显示出来了。同理，有害气体浓度检测电路接收到电信号，经过A/D转换器将其转换成数字信号传给单片机系统，由单片机系统判断是否超过设定值，超过则报警。总体设计方案框图如下图所示：
系统工作原理图
2.1A/D转换器的选择
在工业控制和智能化仪表中，常用单片机进行实时控制及实时数据处理。单片机加工的信息都是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、压力、流量等，通过传感器将这些信号转成模拟信号。单片机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是模/数转换，现实的模/数转换的设备称为A/D转换器或ADC。
A/D转换电路种类很多，目前在实用、教学方面使用较多的两种A/D转换器是ADC0809和TLC1543。在选择A/D转换器时，主要考虑以下的一些技术指标：转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。目前，较为流行的A/D转换器很多都采用了串行接口，这使得这类芯片与单片机的硬件连接非常简单。出于成本考虑，本次的设计采用串行接口的TLC1543而非并行接口的ADC0809。下面将简单介绍一下TLC1543。下图是TLC1543的引脚示意图。
TLC1543芯片模型
TLC1543是由TI公司开发的开关电容式A/D转换器，该芯片具有如下特点：10位精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。其中AIN0~AIN10是11路输入，REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余引脚是TLC1543与CPU的接口，其中CS为片选端，如不需片选，可直接接地。CLK是芯片的时钟端，ADDR是地址选择端，SDO是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O端即可。EOC用于指示一次A/D转换已完成，CPU可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求。此外，也可以将该引脚接入一个普通 的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状态来了解当前的 状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。
2.2显示方式选择
LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；另外就是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就LED显示屏而言，我国的设计和生产技术水平基本与国际同步。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件。发光二极管是由半导体发光材料做成的PN结，只要在发光二极管两端通过正向电流5-20mA就能达到正常发光，发光颜色通常有红、绿、黄、白等颜色。单个发光二极管通常是通过亮、灭来指示系统运行状态和用快速闪烁来报警。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。
通常所说的LED数码管显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，显示器中还有一个圈点型发光二极管，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。
LCD显示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一个字母组成。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。通过比较，LED与LCD有着根本的区别，首先是发光光源的不同，其次是显示效果的区别，LCD可显示精致画面，LED却不能。由于本设计应用于家庭环境，所以最好不要有辐射，不改变周围温度并且还要直观的多显示信息等。因此选择LCD。下图是LCD的引脚示意图。
LCD芯片模型
2.3设计语言的选择
软件设计的主要任务就是对单片机的控制程序，实现课题所要求的各项功能。汇编语言作为单片机课程学习时所强化的一门语言，由于时序上很严谨，便于计算运行时间等优点，曾经广泛使用。但是随着单片机开发技术的不断发展，目前越来越多的人从使用汇编语言转向使用高级语言进行开发工作，尤以C语言为主，目前市场上常见的几种单片机均有C语言开发环境。下面简单介绍一下汇编语言和C语言。
汇编语言是一种以处理器指令系统为基础的低级程序设计语言，它采用助记符表达指令操作码，采用表示符号表示指令操作数。利用汇编语言编写程序的主要优点是可以直接、有效地控制计算机硬件，因而容易创建代码序列短小、运行快速的可执行程序。汇编语言有以下特点：直接和简捷，可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等，目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。
C语言是高级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。
C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。C语言适用范围大。适合于多种操作系统，也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合也明显优于其它语言。
综合考虑，C语言对我们以后的学习和工作有很大的帮助，所以，最终决定用C语言完成本次设计的软件工作。
三. 传感器的选型及理由
3.1烟感探测器HL-94IIL
烟雾探测器技术指标：
工作电压：DC 12 V
静态电流：≤8mA
报警电流：≤35mA
工作温度：－10℃to +50℃
环境湿度：≤95%RH
报警输出：继电器常开／常闭
探测灵敏度：Ⅱ、Ⅲ级
监测面积：20平方米
3.2数字温湿度传感器RZ-TH6LL
数字温湿度传感器技术指标：
量程：-20℃--85℃，0—100%RH
传感器：进口温湿度一体化探头
精度：＜±0.5℃ (0--50℃)，＜±3%RH (at 23℃，25—90%R)
长期稳定性：＜0.1℃/5年，＜1%RH /5年响应时间：小于1S
输出：RS485
供电：12VDC
储存环境：
-40℃-90℃，0---95%RH(不结露) 精度高、低漂移、响应速度快。
3.3环境监控软件
融智9000S系统
机房功能实现系统
四. 软件设计
4.1系统软件总流程图如下：
4.2温湿度测量模块设计
温湿度测量子程序主要是SHT11的采集温湿度与转换温湿度并且传给单片机。SHT11内有2个敏感元件，它们将温度和湿度转成电信号，通过信号放大器将信号放大后，经原件内的14位A/D转换器将电信号转换成数字信号，最后经过二线串口输出。
温湿度测量子程序流程图如下：
4.3A/D转换模块设计
通过A/D转换，将电压信号转换成模拟信号送给单片机，然后由系统判断是否超过设定的值，超过则表示有害气体浓度超标，启动报警。
A/D转换流程图如下：
4.4判断及报警模块设计
当设置好上下限后，系统会进行判断，如果当前显示的温湿度不在设置的范围之内，则发出报警信号。若温湿度在设置的范围之内，则正常显示当前温湿度。本流程图主要是判断上下限是否设置有误，例如下限大于上限，然后判断实测值是否在上下限范围内。
判断及报警流程图如下：
4.5调试中遇到的及解决方案
软件调试就是对编好的程序经行编译看是否出错，有错就进行改进。幸运的是，编好的程序没有比较严重的逻辑错误，仅仅是一两个简单的语法错误，修改之后编译下载到单片机里运行时发现当温湿度显示超过3位数时，百位和十位不能正常显示，而是用“，”和“；”来代替。因此在主函数里加了一段关于显示百位和十位的数字的语句之后，就能在LCD上正常显示数字了。
五. 总结
通过本次监测系统的设计,我大有收获，在制作过程中，一定要注意的每个工骤的检查，确保制作成功。比如在合理选择模块，检查装配无误的情况下，如果还出现电路无输出的情况，那么可以肯定是原理图错误，这时就要回到原理图进行检查。从整体来说这是一个复杂的过程，要细心谨慎，沉着冷静，反复检查，直到找到原因为止。
从得到题目到查找资料，从对题目的研究设定到程序的调试，从电路的调试到失败后再一次全部重新开始，在这一个充满挑战伴随挫折，充满热情伴随打击的过程中，我感触颇深，它已不仅是一个对我学习知识情况和我的思维能力的检验，而且还是对我的钻研精神，面对困难的心态，做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做这样设计的意义所在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。
此次设计的环境监测系统应用范围比较广泛，在我们的日常生活中也比较常见，如温室大棚、天气情况的监控，消费电子领域对暖通空调的监控，内部都涉及到温、湿度监测，但是由于时间仓促，我认为该产品还有许多功能有待于改善，如在温湿度过低时自动加温加湿功能，测温范围的扩大，显示电路的汉化等。我相信如果增加了这些新功能，本设计将更加成熟，具有更高的经济价值。
本次设计不仅可应用于校园教室环境，还可以应用于很多领域，工业，农业等领域都可以应用。因为本电路兼容性好，在以后还可以扩展其它的功能，比如控制加热和加湿等功能。
参考文献：
《单片机微机原理与接口技术》 电子工业出版社 丁向荣 姚永平 《检测与转换技术》 机械工业出版社 常键生 《电子技术基础-模拟部分》 高等教育出版社 康华光
《自动控制原理》 高等教育出版社 余成波 周莲
范文三：自动检测技术霍尔传感器论文
焦作大学
自
动
检
测
技
术
霍
尔
传
感
器
机电工程学院
电气自动化四班
姓名：乔永生
学号：100101434
2011年12月
摘要
在工业生产和试验过程中，经常会遇到各种转速的测量和控制
问题。多数情况下可以通过电磁或光电等方法，将转速测量转变为
频率测量。测量频率的方法有很多，不同的方法各有不同的适用范
围。近年来随着电子技术的迅速发展，工业测控设备不断更新，频
率测量的方法和设备也有新的进展。在实际应用中，选择不同的技
术设计方案，效果可能相差甚远。本文以普通电机的转速测量为例，利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调试电路对霍尔
转速传感器输出的信号进行滤波和整形,在经过频率测试仪的分析得
到电机的转速。实际测试表明，该霍尔传感器测试系统能满足普通
的电机转速测试要求。
一 引言
近年来，随着科技的发展，各种用电设备增多，用电量越来越
大，用电环境需求精密，对电流的检测要求日益严格，为了自动检
测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功
能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、检测电流或电
压的传感器，即霍尔感器便日益被广泛应用于变频调速装置、逆变
装置、UPS电源、逆变焊机、变电站、电解电镀、数控机床、微机
监测系统、 电网监控系统和需要隔离检测大电流、电压的各个领域
中。
霍尔转速传感器的应用优势：
霍尔转速传感器的应用优势主要有三个，一是霍尔转速传感器
的输出信号不会受到转速值的影响，二是霍尔转速传感器的频率相
应高，三是霍尔转速传感器对电磁波的抗干扰能力强，因此霍尔转
速传感器多应用在控制系统的转速检测中。
同时，霍尔转速传感器的稳定性好，抗外界干扰能力强，如抗
错误的干扰信号等，因此不易因环境的因素而产生误差。霍尔转速
传感器的测量频率范围宽，远远高于电磁感应式无源传感器。另外，霍尔转速传感器在防护措施有效的情况下，可以不受电子、电气环
境影响。
霍尔转速传感器的测量结果精确稳定，输出信号可靠，可以放
油、防潮，并且能在温度较高的环境中工作，普通霍尔转速传感器
的工作温度可以达到100℃。霍尔转速传感器的安装简单，使用方
便，能实现远距离传输。
霍尔转速传感器目前在工业生产中的应用很是广泛，例如电力、
汽车、航空、纺织和石化等领域，都采用霍尔转速传感器来测量和
监控机械设备的转速状态，并以此来实施自动化管理与控制。
二 工作原理
2.1霍尔效应原理
?将一块半导体或导体材料，沿Z方向加以磁场B，沿X方向通以工
作电流I，则在Y方向产生出电动势VH，如图1所示，这现象称为
霍尔效应。V
H称为霍尔电压。
(a) (b)
图1 霍尔效应原理图
实验表明，在磁场不太强时，电位差VH与电流强度I和磁感应
强度B成正比，与板的厚度d成反比，即
VH?RHIBd (1)
或 VH?KHIB (2)
式（1）中RH称为霍尔系数，式（2）中KH称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA·T)。产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，
P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑
兹力作用而产生的。
如图1（a）所示，一快长为l、宽为b、厚为d的N型单晶薄片，
?置于沿Z轴方向的磁场B中，在X轴方向通以电流I，则其中的载
流子——电子所受到的洛仑兹力为
??????F?qV?B??eV?B??eVBj (3) m
?V 式中为电子的漂移运动速度，其方向沿X轴的负方向。e为电
?F子的电荷量。m指向Y轴的负方向。自由电子受力偏转的结果，向
A侧面积聚，同时在B侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形
?成一个沿Y轴负方向上的横向电场EH（即霍尔电场），使运动电子
?
受到一个沿Y轴正方向的电场力Fe，A、B面之间的电位差为VH????VH?Fe?qEH??eEH?eEHj?ejb（即霍尔电压），则 (4)
将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有
??Fm?Fe?0
?V??eVBj?eHj?0b
即 eVB?eVH
b
得 VH?VBb (5)
此时B端电位高于A端电位。
若N型单晶中的电子浓度为n，则流过样片横截面的电流
I=nebdV
V?I
nebd (6) 得
将(6)式代入(5)式得
VH?1IBIB?RH?KHIBnedd (7)
转速测量原理：
霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，器件的长、宽、高分别为 l、ｂ、ｄ。若在垂直于薄片平面（沿厚度 ｄ）方向施加外磁场Ｂ，在沿ｌ方向的两个端面加一外电场，则有一定的电流流过。由于电子在磁场中运动，所以将受到一个洛仑磁力，其大小为：f?qVB
式中：f—洛仑磁力， ｑ—载流子电荷， Ｖ—载流子运动速度， Ｂ—磁感应强度。
这样使电子的运动轨迹发生偏移，在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩，形成霍尔电场，霍尔元器件两个侧面间的电位差UH称为霍尔电压。
霍尔电压大小为： UH?RH?I?B/d(mV)
式中：RH—霍尔常数， ｄ—元件厚度， Ｂ—磁感应强度， Ｉ—控制电流
设 KH?RH/d, 则UH=KH?I?B/d(mV)
KH 为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T)，它表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电动势的大小。应注意，当电磁感应强度Ｂ反向时，霍尔电动势也反向。下图为霍耳元件的原理结构图。
若控制电流保持不变，则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化，根据这一原理，可以将两块永久磁钢固定在电动机转轴上转盘的边沿，转盘随被测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘附近安装一个霍尔元件，转盘随轴旋转时，霍尔元件受到磁钢
所产生的磁场影响，输出脉冲信号。传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，已在工业，汽车，航空等测速领域中得到广泛的应用。其频率和转速成正比，测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。
2.2 过载
发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。
2.3 精度
霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流。在+25℃时，传感器测量精度受原边电流影响。计算精度时必须考虑偏移电流、线性度、温度漂移的影响。
(1) 偏移电流偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传
感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小
的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。
(2) 线性度
线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度，
(3).温度漂移
偏移电流是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，会产生变化。因此，考虑偏移电流的最大变化是很重要的。
2.4抗干扰性
(1)电磁场
闭环霍尔效应电流传感器，利用了原边导线的电磁场原理。因此下列因素直接影响传感是否受外部电磁场干扰。
传感器附近的外部电流大小及电流频率是否变化；
外部导线与传感器的距离、外部导线的形状、位置和传感器内霍尔电极的位置；
安装传感器所使用的材料有无磁性；
所使用的电流传感器是否屏蔽；
为了尽量减小外部电磁场的干扰，最好按安装指南安装传感器。
(2)电磁兼容性
电磁兼容性是研究电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态，即要求在同一电磁环境中的上述各种设备都能正常工作而又互不干扰，达到“兼容”状态的一门学科。空间电磁环境的恶化越来越容易使电子元器件之间因互不兼容而引发系统的误动作，因此电工、电子设备电磁兼容性检测极有必要。由于实际生产、科研及市场推广的迫切需要，采用已通过电磁兼容性检测的电流和电压传感器已形成共识，并已成为一个强制性标准。
材料中电子在电场作用下运动速度的大小常用载流子迁移率来表征；载流子迁移率，是指在单位电场强度作用下，载流子的平均速度值。载流子迁移率用符号μ表示，μ=v/EI。其中EI是A、B两端面之间的电场强度。它是由外加电压U产生的，即EI＝U/L。因此我们可以把电子运动速度表示为v=μU/l。
范文四：自动检测技术
自动检测技术 实验教程
信息科学与技术学院
目 录
实验一（A） 金属箔式应变片性能—单臂电桥型 ............................................................................ 3 实验一（B） 金属箔式应变片性能—单臂电桥 ................................................................................... 5 实验二（A） 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 .............................................................. 6 实验二（B） 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 .............................................................. 9 实验三 热电偶原理及现象 ............................................................................................................... 10 实验四 霍尔式传感器的特性—直流激励 ......................................................................................... 12 附录：传感器实验仪器面板分布图 .................................................................................................... 13
实验一（A） 金属箔式应变片性能—单臂电桥型
实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、电源。
旋钮初始位置： 直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大增益最大。 实验步骤：
1．了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
2．将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Ui 相连；开启电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭电源。
根据图接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压置20V挡。调节测微头脱离双平行梁，开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，电压表显示为零，然后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
图１ 原理图及接线参考图
3．将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使电压表显示最小，再旋动测微头，使电压表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
4．往下或往上旋动测微头，考图使梁的自由端产生位移，记下电压表显示的值。建议每旋动测微头一周即ΔX＝0.5mm记一个数值填入下表：
位移（mm）
电压（mv）
据所得结果计算灵敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX为梁的自由端位移变化，ΔV为相应电压表显示的电压相应变化）。
5．实验完毕，关闭电源，所有旋钮转到初始位置。 注意事项：
1．电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
2．为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。
3．做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。 4．电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。 问题：
本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？
实验一（B） 金属箔式应变片性能—单臂电桥
实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、砝码、一片应变片、电压表、电源。
旋钮初始位置：直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大增益最大。 实验步骤：
1．了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片。
2．将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Ui 相连；开启电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭电源。
根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压表置20V挡。开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
3．在传感器托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。
重量（g） 电压（mV）
注意事项：
1．电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 2．为确保实验过程中输出指示不溢出，可先将砝码加至最大重量，如指示溢出，适当减小 差动放大增益，此时差动放大器不必重调零。
3．做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。 4．电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。
实验二（A） 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、测微头、双平行梁、应变片、电源。
有关旋钮的初始位置：直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大器增益打到最大。 实验步骤：
1．按实验一方法将差动放大器调零后，关闭电源。
2．按A,B,C接线，图中Rx为工作片，r及W1为调平衡网络。
A.单臂电桥参考接线图
3．调整测微头使双平行梁处于水平位置(目测)，将直流稳压电源调到±4V。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。
4．旋转测微头，使梁移动，每隔0 .5mm读一个数，将测得数值填入下表，然后关闭电源： 位移（mm） 电压（mV）
B.半桥参考接线图
C.全桥实验参考图
5．保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片，即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使电压表显示表显 示为零，重复“4”过程同样测得读数，填入下表：
位移（mm） 电压（mV）
保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即R1换成，R2换成）。组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1同样使电压表显示零。重复“4”过程将读出数据填入下表：
位移（mm） 电压（mV）
7．在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。 注意事项：
1．在更换应变片时应将电源关闭。
2．在实验过程中如发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 3．在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 4．直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 5．接全桥时请注意区别各应变片子的工作状态方向。
实验二（B） 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较
实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。
所需单元和部件： 直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、双孔悬臂梁称重传感器、应变片、砝码、电源。
有关旋钮的初始位置： 直流稳压电源调到±2V，电压表打到2V挡，差动放大器增益打到最大。 实验步骤：
1．按实验一方法将差动放大器调零后，关闭电源。
2．根据图１接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。Rx为应变片；将稳压电源的调置±4V，电压表置20V挡。开启电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，等待数分钟后将电压表置2V挡，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。
3．在传感器托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将 这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV／ΔW，并作出V-W关系曲线，ΔV为电压变化率，ΔW为相应的重量变化率。
重量（g） 电压（mV）
4．保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与Rx工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复（3）过程同样测得读数，填入下表：
重量（g） 电压（mV）
5．保持差动放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成另两片受力应变片组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节电桥W1同样使电压表显示零。重复（3）过程将读出数据填入下表：
重量（g） 电压（mV）
6．在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。 注意事项：
1．在更换应变片时应将电源关闭。
2．在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 3．在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 4．直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 5．接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
实验三 热电偶原理及现象
实验目的：了解热电偶的原理及现象
所需单元及附件：15V不可调直流稳压电源、差动放大器、电压表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、电源
旋钮初始位置：电压表切换开关置2V挡，差动放大器增益最大。 实验步骤：
1．了解热电偶原理：两种不同的金属导体互相焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同金属的这种组合称为热电偶。具体热电偶原理参考教课书。
2．解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由铜——康铜组成的简易热电偶，分度号为T。实验仪有两个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个热电偶串联在一起产生热电势为二者的总和。
3．按图2接线，开启电源，调节差动放大器调零旋钮，使电压表显示零，记录下自备 温度计的室温。
图2 热电偶实验接线参考图
4．将15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察电压表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下电压表显示的读数E。
5．用自备的温度计测出上梁表面热电偶处的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶处附近的梁体即可）。
6．根据热电偶的热电势与温度之间的关系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to) 其中：
t ------热电偶的热端（工作端或称测温端）温度。
tn------热电偶的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。
to------0℃
热端温度为t,冷端温度为室温时热电势。Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100*2(100为差动放大器的放大倍数，2为二个热电偶串联)。
热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜－康铜的热电势：Eab(tn,to):查附表的热电偶自由端为0℃时的热电势和温度的关系即铜－康铜热电偶分度表，得到室温（温度计测得）时热电势。
计算：热端温度为t，冷端温度为0℃时的热电势，Eab(t,to),根据计算结果，查分度表得到温度t。 ７．热电偶测得温度值与自备温度计测得温度值相比较。（注意：本实验仪所配的热电偶为简易热电偶，并非标准热电偶，只要了解热电势现象）。
8．实验完毕，关闭电源，尤其是加热器15V电源（自备温度计测出温度后马上拆去15V电源连接线），其他旋钮置原始位置。
思考：
1．为什么差动放大器接入热电偶后需再调节差动放大器零点？
2．即使采用标准热电偶按本实验方法测量温度也会有很大误差，为什么？
实验四 霍尔式传感器的特性—直流激励
实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电压表、直流稳压电源、测微头、振动平台、电源。
有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V挡，直流稳压电源调置2V电源关闭。
实验步骤：
1．了解霍尔式传感器的结构及在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。
2．开启电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭电源，根据图12接线，Rw１、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图12 参考接线图
3．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。
4．开启电源调整Rw１使电压表指示为零。上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.1mm读一个数，将读数填入下表： X(mm)
V(V)
5．作出V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
6．实验完毕关闭电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：
1．由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
2．一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
3．激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
附录：传感器实验仪器面板分布图
附图１ 附图２
附图３
范文五：自动检测技术
检测技术 就是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。
1.检测系统由哪几部分组成? 说明各部分的作用。
答：一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。下图给出了检测系统的组成框图
传感器是把被测量转换成电学量的装置；测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号；显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解被测量的大小或变化的过程。
2.测量方法？
答：按测量手续：直接测量，间接测量。按获得测量值：偏差式测量，零位式测量，微差式测量。
3.什么是系统误差和随机误差? 误差分为随机误差，系统误差，粗大误差
答：系统误差是指在相同的条件下，多次重复测量同一量时，误差的大小和符号保持不变，或按照一定的规律变化的误差。随机误差则是指在相同条件下，多次测量同一量时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。 计算所产生的误差称为粗大误差
4.某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。
解：该仪器的灵敏度为 S=（2.5-3.5）/（5.0-4.5）=-2.5mv/mm
5.某测温系统由以下四个环节组成，各自的灵敏度如下： 铂电阻温度传感器： 0.45Ω/℃ 电桥： 0.02V/Ω ； 放大器： 100(放大倍数) ； 笔式记录仪： 0.2cm/V 。 求：(1)测温系统的总灵敏度； (2)记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值。 解：（1）测温系统的总灵敏度为 S=0.45*0.02*100*0.2=0.18 cm/℃
（2）记录仪笔尖位移4cm时，所对应的温度变化值为 T=4/0.18=22.22℃
6.金属电阻应变片与半导体材料的电阻应变效应有什么不同?
答：金属电阻的应变效应主要是由于其几何形状的变化而产生的，半导体材料的应变效应则主要取决于材料的电阻率随应变所引起的变化产生的。
7.电阻应变效应：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形时，其电阻值也相应发生变化的物理现象称为电阻应变效应。
8.应变片的粘贴步骤：1. 应变片的检查与选择；2.试件的表面处理3.底层处理；4.贴片；5.固话；6.粘贴质量检查；7.引线焊接与组桥连线。
9. 影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是什么？
答：影响差动变压器输出线性度和灵敏度的主要因素是：传感器几何尺寸、线圈电气参数的对称性、磁性材料的残余应力、测量电路零点残余电动势等
10.减小零点残余电动势方法？
（1）尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电器参数和磁路的对称。
（2）选用合适的测量电路。
（3）采用补偿电路减小零点残余电动势。
11.电涡流传感器是利用涡流效应，将非电量转化为阻抗的变化而进行测量的。
12. 为什么说压电式传感器只适用于动态测量而不能用于静态测量?
答：因为压电式传感器是将被子测量转换成压电晶体的电荷量，可等效成一定的电容，如被测量为静态时，很难将电荷转换成一定的电压信号输出，故只能用于动态测量。
13. 一压电式传感器的灵敏度K1＝10pC／MPa，连接灵敏度K2=0.008V／pC的电荷放大器，
所用的笔式记录仪的灵敏度K3=25mm／V，当压力变化Δp=8MPa时，记录笔在记录纸上的偏移为多少?
解：记录笔在记录纸上的偏移为S=10×0.008×25×8=16/mm
14.压电效应：当对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。这种由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。正压电效应实质上是机械能转化为电能的过程。 当在压电材料表面施加电场（电压），因电场作用时电偶极矩会被拉长，压电材料为抵抗变化，会沿电场方向伸长。这种通过电场作用而产生机械形变的过程称为“逆压电效应”。逆压电效应实质上是电能转化为机械能的过程。
15.选电压材料
答：1）具有较大的压电常数，
2）压电元件的机械强度高，刚度大、并具有较高的固有振动频率
3）具有高的电阻率和较大的介电常数。
3）具有较高的局里点。
4）压电材料的压电特性不随时间蜕变，有较好的时间稳定性。
16.磁电式传感器具有结构简单、工作稳定、输出电压灵敏度高等优点，在转速测量、振动、速度测量中的到了广泛的应用。
17. 什么是金属导体的热电效应?试说明热电偶的测温原理。
答：热电效应就是两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，回路中就会产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。热电偶测温就是利用这种热电效应进行的，将热电偶的热端插入被测物，冷端接进仪表，就能测量温度。
18. 用镍铬-镍硅(K)热电偶测量温度，已知冷端温度为40℃，用高精度毫伏表测得这时的热电动势为29.188mV，求被测点的温度。
解：由镍铬-镍硅热电偶分度表查出E(40，0)=1.638mV，计算 E(t,0)=（29.188+1.638）
mv=30.826mv
再通过分度表查出其实际温度为 t=700+（30.826-29.129）*100/（33.275-290129）=740.9℃
19. 已知铂铑10-铂(S)热电偶的冷端温度t0＝25℃，现测得热电动势E(t，t0)＝11.712mV，求热端温度是多少度? 解：由铂铑10-铂热电偶分度表查出E(25，0)=0.161mV，计算出得 E(t,0)=）911.712+0.161）mv=11.873mv
通过分度表查出其对应的实际温度t=1200+（ 11.873-11.851）*100/（13.159-11.851）=1216.8℃
20.热电偶的冷端补偿
答、冷端恒温法、补偿导线法、计算修正法、电桥补偿法、采用PN结温度传感器作冷端补偿、采用集成温度传感器作冷端补偿。
20A.为什么要对热电偶冷端温度进行补偿？简述热电偶冷端温度补偿的各种方法。 热电偶回路的热电势是两个接点温度的函数，为此，必须使冷端温度保持不变，其输出热电势才是热端温度的单值函数。在实际测量中，热电偶的两端距离很近，冷端温度易受测量对象和环境温度波动的影响，而难以保持恒定，从而引入测量误差。
21. 光电效应有哪几种？
答：光电效应有外光电效应、内光电效应和光生伏特效应三种
外光电效应：在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象。基于外光电效应的光电元件有光电管、光电倍增管等 内光电效应：在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象。基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏晶体管等。 光生伏特效应：在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象。基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。
22.什么是霍尔效应？ 答：在置于磁场的导体或半导体中通入电流，若电流与磁场垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上会出现一个电势差，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。产生的电势差称为霍尔电压。
23.容栅传感器是在变面积型电容传感器的基础上发展起来的一种新型传感器，是利用电容的电耦合方式将位移量转变成为电信号的一种传感器。
24.感应同步器是一种根据电磁感应原理，利用两个平面型电路绕组，其互感随位置而变化的原理工作的位移传感器。
25.超声波分为纵波、横波、表面波。
27. ．超声波发生器种类及其工作原理是什么?它们各自特点是什么?
答：超声波发生器有压电式超声波发生器和磁致伸缩超声波发生器两种。压电式超声波发生器就是利用压电晶体的电致伸缩现象制成的。常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波。
磁致伸缩超声波发生器把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化，即机械振动，从而产生超声波。磁致伸缩超声波发生器是用厚度为0.1～0.4mm的镍片叠加而成的，片间绝缘以减少涡流电流损失。其结构形状有矩形、窗形等，
28.超声波检测和探伤 1）超声波探伤 (1.穿透法探伤2.反射法探伤) 2）超声波测量厚度
3）超声波测量液位。
填空题
1. 2、 可以完成温度测量的有：热电偶、热敏电阻、热释电
3、 半导体式传感器是：4、
5、 用于磁场测量的传感器：
6、 进行振动（或加速度）测量的传感器：
7、 利用物体反射进行非电量检测的传感器：
8
9、
10
11形状及温度分布无关。
