实验报告

班级微电子101　姓名　方统兵  学号10105107日期　2011.10.24

室温　 24.9℃　  　　气压　102.09 Kpa　成绩　　　　教师　   　　

实验名称　用力敏传感器测液体表面的张力系数　　　        　　　

【实验目的】

1.      掌握用标准的砝码对测量仪进行定标的方法，计算该里，力敏传感器的转换系数

2.      观察拉脱法测量液体表面张力的物理过程和物理现象

3.      学会用拉脱法测定水的表面张力系数

【实验仪器】

FB326型液体表面张力系数测定仪、附件盒、烧杯、游标卡尺

【实验原理】

液体表层厚度约 10 ?10 m 内的分子所处的条件与液体内部不同， 液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密 度远小于液体分子密度， 因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多， 也就是 说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至 达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉 紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的 许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉 及到液体特有的性质和现象。 比如化工生产中液体的传输过程、 药物制备过程及生物工程研 究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌 握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。 测定液体表面张力系数的方法通常 有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定 法。

如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一 层液膜。 使液面收缩的表面张力 f 沿液面的切线方向， 角 ? 称为湿润角 （或接触角） 当继续提起圆筒形吊环 。 时， ? 角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的 里、外两个表面的张力 f 均垂直向下，设拉起液膜破 裂时的拉力为 F ，则有

   F = ( m + m0 ) g + 2（1）

   式中， m 为粘附在吊环上的液体的质量， m0 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边 界长度成正比，则有

   2 f = π (D内 + D外 ) ? α（2）

   比例系数 α 称为表面张力系数，单位是 N / m 。 α 在数值上等于单位长度上的表面张力。 式中 l 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。

   α=

   F ? ( m + m0 ) g π ( D内 + D外 )（3）

   由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄， m 很小可以忽略，于是公式简化为：

   α=

   F ? m0 g π ( D内 + D外 )（4）

   表面张力系数 α 与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。实验表明，液 体的温度越高，α 值越小，所含杂质越多，α 值也越小。只要上述这些条件保持一定，α 值 就是一个常数。本实验的核心部分是准确测定 F ? m0 g ，即圆筒形吊环所受到向下的表面 张力，我们用 FB 326 型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。

【实验内容】

1、开机预热 15 分钟。

2、清洗有机玻璃器皿和吊环。

3、在有机玻璃器皿内放入被测液体。

4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。 　

5、若整机已预热 15 分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先读取电子秤的初 读数 U 0 （该读数包括砝码盘的重量）（注：对于加有调零装置的仪器，可以通过调节机箱 ， 后面的调零旋钮， 使初读数为零） 然后每加一个 5

　　00.00mg 砝码， 。 读取一个对应数据 (mV ) ， 记录到表格中，注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。用逐差法求力敏传感器的转换系数

   K = ? ( N / mV ) 。

6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，读取一个对应数据 (mV ) ，在测 定液体表面张力系数过程中， 可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象， 逆时针转动活 塞调节旋钮， 使液体液面上升， 当环下沿接近液面时， 仔细调节吊环的悬挂线， 使吊环水平， 然后把吊环部分浸入液体中，这时候，按下面板上的按钮开关，仪器功能转为峰值测量，接 着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮，这时液面逐渐往下降（相对而言即吊环往上提拉） ，观 察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。 当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表 显示拉力峰值 V1 并自动保持该数据。拉断后，释放按钮开关，电压表恢复随机测量功能， 静止后其读数值为 U 2 ，记下这个数值。连续做 5 次，求平均值。 表面张力系数

   α=

   (V ? V )K 2f = 1 2 L π (D内 + D外 )

【实验数据记录及处理】

1.求k

△  v平均=（△v1+△v2+△v3+△v4）/16=17.966 mv

△  v平均为每500.00mg对应的电子秤的mv读数，g取9.8m/s2,则

      k=mg/△v=2.727*10^(-4)N/mv

2.吊环的内外直径                                                 （单位：mm）

3.用拉脱法求拉力对应的电子秤读数                        水温（室温）25。9℃

4.计算ɑ=（v1-v2）/3.1415(D内+D外)= △v/3.1415(D内+D外)=7.03*10^(-2) N/m

5.从附录中查找室温下水的表面张力系数理论值，计算相对误差

E=︱ɑ-ɑ0︱/ɑ0*100﹪=0.2﹪

(ɑ0取7.181*10^（-2）N/m)

【实验注意事项】

1.      吊环需严格处理干净，用酒精洗了冲干净

2.      吊环调好水平

3.      开机预热

4.      调节液面要慢、避风 减少波动

5.      传感器不可用力过大

【实验心得】：

    通过用力敏传感器测液体表面张力系数，我学会了用拉脱法巧妙的测出数据。通过实验前充分的预习，对实验的原理进行正确的理解，所需计算的参数公式也提前推导出，不占用实验的时间推导公式，可以提高实验的效率。课堂上听讲时注意好易出差错的地方，可以避免走弯路。

 

第二篇：气敏和湿敏传感器

实验五  气敏传感器实验

实验  目的：了解气敏传感器的原理与应用。

  所需  单元：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、MQ3气敏传感器、主、副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源±4V档、F/V表置2V档、差动放大器增益置最小、电桥单元中的W1逆时针旋到底、主、副电源关闭。

 实验  步骤：1.仔细阅读后面附上的“使用说明”，差动放大器的输入端 (+)、(-) 与地短接，开启主、副电源，将差动放大器输出调零。

         2．关闭主、副电源 ，按图4接线。

  

图 4

 3．开启主、副电源，预热约5分钟，用浸有酒精的棉球靠近传感器，并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属网内，同时观察电压表的数值变化，此时电压读数             。它反映了传感器AB两端间的电阻随着             发生了变化。说明MQ3检测到了酒精气体的存在与否，如果电压表变化不够明显，可适当调大“差动放大器”增益。

 思考题：如果需做成一个酒精气体报警器，你认为还需采取哪些手段？

提    示：1.需进行浓度标定；

     2.在电路上还需增加……。

附：  MQ系列气敏元件使用说明

一、特点

    1．具有很高的灵敏度和良好的选择性。

    2．具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。

 二、结构、外形、元件符合

1．MQ系列气敏元件的结构和外形如图4A所示，由微型AL203陶瓷管、SN02敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢网的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。

2．好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个脚用于信号取出，2个脚用于提供加热电流。

图  4A

三、性能

1．标准回路：如图4B所示，MQ气敏元件的标准测试问路由两部分组成。其一为加热回路。其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻的变化。

图  4B

2．传感器的表面电阻Rs的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号Vrl输出而获得的。二者之间的关系表述为RS/RL=(VC-VRL)/VRL3。

3．标准工作条件：

4．环境条件

5．灵敏度特性

气敏传感器实验实物连接图

接线方法：1.  直流稳压电源旋钮调到±4V；

          2.  V+插孔与f①和A③串联；

          3.  f②与电桥平衡中②及差动放大器正输入孔②串联,并与黑色接地孔接通；

4.  B④与电桥平衡中④及差动放大器负输入空④相连接；

5.  差动放大器输出端⑤与F/V表的Vi孔连接。

实验六    湿敏电阻（RH）实验

实验  目的：了解湿敏传感器的原理与应用。

感测  机理：湿敏膜是高分子电解质，其电阻值的对数与相对湿度是近似线性关系。在电路用字母“RH”表示。

测量范围：10%-95%                      工作精度：3%

    阻值：几兆欧—几千欧                    寿     命：一年以上

    响应时间：汲湿，脱湿小于10秒           传感器尺寸：4×6×0.5mm3

    工作温度：0℃-50℃                      电  源：AC：1KHz,2-3V或DC  2V

    温度系数：0.5RH%/℃

所需单元元件：电压放大器、F/V表、电桥、RH湿敏电阻、直流稳压电源、主副电源。

旋钮初始位置：直流稳压电源置±2V档、F/V表置2V档。

实验  步骤：(1) 观察湿敏电阻结构，它是在一块特殊的绝缘基底上浅射了一层高分子薄膜而形成的，按图5接线。

         (2) 取二种不同潮湿度的海绵或其它易吸潮的材料。分别轻轻地与传感器接触，观察电压表数字变化，此时电压表的指示           ，也就是RH 阻值变           ， 说明RH检测到了温度的变化，而且随着湿度的不同阻值变化也不一样。注意取湿材料不要太湿，有点潮就行了。否则会产生湿度饱和现象，延长脱湿时间。

       (3) RH的通电稳定时间、脱湿时间与环境的湿度、温度有关。这点请实验者注意。

                                  图 5

问题：你能用RH做成一个湿度测量仪吗？请画出电路图并加以说明。

湿敏传感器实验实物连接图