自动检测技术实训内容.doc

实训一 电流/电压转换电路一、实训目的 学习将010mA直流电流转化成05V直流电压的一种方法。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电流源及仪表、操作板2相关电路。2、跳线、万用电表等实验器材。三、实训步骤如图所示，将传感器实训台的操作板1中的直流信号由I处串入Rx、Rf、RW2组成的回路，接通各直流电源后，调节可调电阻RW2即可由VO与GND之间测得转换后的电压，为了直观的进行实验可将直流电流先输入到直流电流表中，以观察电流的大小，根据所测的电压及输入的电流分析I、VO、R三者之间的关系。另外电流回路电阻也可仅由Rf、RW2构成，此时电流将由VO处输入，电压从VO与GND之间取得。实训二 电流/电压转换电路一、实训目的 学习将010mA直流电流转化成05V直流电压的一种方法。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电流源及仪表、操作板2相关电路。2、跳线、万用电表等实验器材。三、实训步骤如图所示，将操作板2的电流/电压转换中的NOD1和NOD2处接入可调电阻RWA以替代上图中的RW1，电路中给运放电源端V+、V分别输入+12V、12V直流电压，并将传感器实训台的操作板1中的直流信号接入I处，先后接通运放的电源，而后打开直流电流源后，调节直流电流源为1mA，然后调电阻RW1令VO对GND电压为0.5V，此后逐渐加大I，并测量VO的变化。为了直观的进行实验，先将直流电流输入到直流电流表中，将VO和GND分别接入直流电压表或发光管LED1（即将VO与LED+相连），实验将更加直观。试根据所测的电压及输入的电流分析I、VO、RW1三者之间的关系。实训三 电流/电压转换电路一、实训目的 学习将420mA直流电流转化成直流电压的一种方法。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电流源及仪表、操作板2相关电路。2、跳线、万用电表等实验器材。三、实训步骤如图所示，该电路为较为实用的420mA转05V的转换电路，实际使用中运放电源为正负15V。给运放电源端V+、V分别输入+12V、12V直流电压，并将传感器实训台的操作板1中的直流信号由I处输入，先后接通运放的电源，而且打开直流电流源后，调节直流电流源为4mA，然后调节RW1的动端对GND的电压为10V，调节RW2，令测量VO对GND电压约为0V，此后逐渐加大I，并测量VO的变化。为了直观的进行实验，先将直流电流输入到直流电流表中，将VO和GND分别接入直流电压表的Uin+、Uin中，同时选取较为有特征的检测点例如：12mA、20mA两点，同时记录相应的VO，试根据所测的电压及输入的电流分析I、VO之间的关系，以及该电路与实验二中图1、2的差别。运用运放电路有关知识分析产生误差的原因。提示：该电路正常工作电压实为15V，因此可以采用相邻两个实训台的可调电压源，均调节为15V，根据电池串联原理，获取15V电压。并调节RW1的动端对GND电压为7.4V，同时点位器RW2调节到800欧姆，选取4、12、20mA三个电流转换点，并记录相应的转换电压VO。实训四 光电隔离电路一、实训目的 学习常用的两种光耦的使用方法。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电流源、操作板2：光耦应用电路。2、跳线、万用电表等实验器材。三、实训步骤 光耦合器亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。所以，它在各种电路中得到广泛的应用。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。光耦现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器（SSR）、仪器登记表、通信设备及微机接口中。此处主要介绍其信号隔离、电平转换功能。 如图所示的光耦应用电路，该电路分为两种应用形式，分别应用于不同的场合。该电路中的光电耦合器TLP5212具有上下两种完全相同的光耦，芯片上部的4个引脚1、2、8、7成为一组可应用在电子应用的场合，如单片机逻辑数据采集；其余引脚为另一组光耦，该电路可实现与可编程控制器（PLC）的接口转换。此光耦相似型号还有TLP5214，即具备四组完全相同的光耦，以此增大线路板密度，减少印制电路板（PCB）的面积。为了陈述方便姑且将控制信号侧称为原边，输出侧称为付边。其基本原理是在IN1+、IN1处接入原控制信号，当原边内部的发光管导通，付边内部的光敏器件随之发生变化，此时即可由OUT1处测得有低电平输出，当原控制信号断开或撤离时OUT1处测得有高电平输出。根据控制信号不同的接线方法，可以取得不同的逻辑关系。例如：令IN1+接其它可变化的控制信号，IN1固定接GND5；IN1+接VCC，IN1接可变化的控制信号，以上两种接线方法将在付边产生不同逻辑对应关系。第二组光耦的使用方法，原边接线相同，付边V2+接+24V，com2接GND24，OUT2万用表或接目标PLC的输入端口，当原边控制信号发生逻辑改变时，OUT2的输出将随之变化。当于PLC实际接线时，若光耦付边使用的24V电源与PLC不共“地”，须使其共“地”，方可正常工作。光耦原边接线不变，付边接线如下图所示。光耦应用电路如图所示，该电路可用于强电、弱电信号的隔离转换，接线方式参照前文中图所示电路的有关描述。试分析该电路的优点。实训五 四种常用开关量传感器的使用一、实训目的 学习常用的几种三线制开关量传感器（光电开关、接近开关、霍尔开关、限位开关）使用方法。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电压源、操作板2：霍尔开关、接近开关、光电式传感器电路。操作板3中的限位开关电路。2、跳线、万用电表等实验器材。三、实训步骤 本平台中的这三种开关量传感器均采用三线式，导线颜色为棕、黑、红，一般的棕色为电源正极，兰色为电源负极，黑色为输出端，若实际颜色与实物不同则导线的定义应以传感器表面的标记为准。另外，其工作电压、输出逻辑关系（NPN、PNP等）、尺寸大小及安装形式通常是我们关心的几个参数。光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。光纤（又称光导纤维），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。光电开关的分类：槽开光电开关对射式光电开关反光板反射式光电开关扩散反射式光电开关光纤式光电开关具体接线方法如图所示。对于光电式传感器电路（光电开关），将V+、V-端口分别接+12V直流电压源的正负端，将VO输出接万用表正极表笔，万用表负极表笔接GND12（V），当有物体正对光电开关输入端且距离小于300mm时，输出端VO的电平将有所变化。本平台中的光电开关就属扩散反射式光电开关。接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器，根据工作原理的不同分为电感式和电容式，电感式接近开关由LC高频振荡器和放大处理电路组成。利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体，检测距离由0.8mm至150mm。可根据客户需要制作成耐高温型接近开关，最高温度150。电容式接近开关的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体，在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度。平台中的接近开关动作条件是：当有金属（铁制品）正向面对接近开关输入端，且距离小于传感器的动作距离（如8mm）时，接近开关的输出端电平将发生翻转。霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的。当B值达到一定的程度时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在种类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件其应用极为广泛。限位开关作为工控系统中常用的器件几乎随处可见，例如电梯、机床、大型机械中都可见到它的身影，它同行程开关适用于各类机械设备、自动化流水线等轻型及中型负载的场合，可检测物体动作状态，例如存在与不存在、运动位置、行程终点等等。本系统中限位开关的公共端、常开端、常闭端已分别接到台面COM、NO、NC处，将其中一对触点串联到被控制电路中，当外力作用于限位开关时，常开触点NO闭合至公共端CO，同时与常闭触点断开，当负载较小时可以用其中一对触点控制设备的电源，以防止滑块无休止的运动的。实训六 基本差动放大电路一、实训目的 学习差动放大电路的构成及参数计算。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电压源。操作板2的差动放大器电路。2、热电偶、跳线、万用表（或操作板的智能仪表）等实验器材。三、实训步骤如图所示为基本型差动放大电路，该电路具有减法运算功能，其中Ui1为反相输入电压，Ui2为同相输入电压，差动输入电压为Ui=Ui2-Ui1，电路的输入端除了差动输入电压Ui外，还有共模输入电压Uic，为了补偏置电流及其漂移的影响应使：Rf=Rp1RF=Rp2闭环增益为：K=RF/Rf电路输入等效电阻：Rsrd=2RF具体实训步骤：在IC插座上插放集成运放OP07，在Rf、Rp1处均安置5.1k电阻，在RF、Rp2处均安置100k电阻，由上式可知K=RF/Rf19.6，给电路加入12V电源电压并将GND边到操作板1的GND12，加入Ui1、Ui2处输入差模电压信号（如：热电偶输出信号，正极接Ui2，负极接Ui1），由VO处测得输出电压，尝试加大差模电压信号，再次测量VO，记录数据并分析VO与差模信号“Ui2-Ui1”的关系。注意事项：使用过程中输入信号不能过大，否则可能会造成运放损坏或产生阻塞现象。实训七 直流电桥电路的认识一、实训目的1、学习直流电桥电路的基本原理及使用方法。2、学习直流电桥调节电路的使用方法。3、了解电桥测量电阻的原理。二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电压源。操作板2的电桥测量电路。2、100欧姆电阻3-4只、热电阻、跳线、万用表（或操作板的智能仪表）等实验器材。有条件的实验室须自备电阻箱和检流计。三、实训步骤下图所示即为操作板2中的电桥测量电路，实际应用时可将电阻R1=100，R2=1K，待测电阻RX安置在备用元件区的ST1ST3上，并将其分别接到相应的桥臂节中。例如：将ST1处的电阻用实验跳线连到ARM1和NOD1上，即接入了桥臂电阻RG1，其余桥臂电阻也采用相同的方法。R3取自电阻箱，可直接接入相应的桥臂。我们由公式知道测量结果与电桥电源无关，但为了保护器件可在电源后串接一只可调电阻Rw限流，限流电阻Rg和开关Kg的使用均是为了保护检流计，如果我们使用操作板1中的直流电流表，则电阻Rg和开关Kg完全可以忽略。最后接通电源，逐渐调节电阻箱R3，当电桥平衡时记录R3的值，由公式计算Rx，反复计算上述过程3次，求取Rx的平均值。为了进一步提高精度，可以先测量一次，并记录电阻箱R3的值，断开电源，保持比例臂不变，对调比较臂和待测电阻的位置并重新测量，高电桥再次平衡时R3的新阻值为R3，同样应满足：R3/Rx=R1/R2将式Rx / R3 =R1/R2与上式相除，得Rx（R3 R3 ）1/2由此可见采用对换测量臂个待测臂的方法可以避免比例臂电阻R2、R3对结果的影响，因此进一步提高了测量的可靠性。实训中应当注意不要选取太小的电阻，防止元件因功率不足而损坏，还要避免施加过高的电源电压，以免引入导线电阻和接触电阻，当导线很长时，必将对测量结果产生较大的影响，为些我们可以采用三线制电桥接线。操作板2提供的电桥平衡调节电路，ARM12、ARM34、RP1为电桥接入点，当不需要电阻RGO时可以短接JP1的1、2引脚，需要该电阻时，单开短接块，并在RGO处安置所需的电阻。实训八 气敏传感器的应用一、实训目的1、了解气敏传感器的特性2、学习气敏传感器的应用二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电压源。操作板3的气敏传感器应用电路、蜂鸣器电路、继电器电路。2、MQ-5型气敏传感器1只，跳线若干、万用表等实验器材。三、实训步骤气敏传感器，又称气体传感器，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种，其广泛应用于煤矿、农业、化工、建筑、环保、医疗、家电等领域。目前气敏传感器的主要产品包括可燃性气敏传感器、CO、H2S、NH3、SO2、Cl2、NO、NO2等毒性气敏传感器氧传感器、溶氧传感器、CO2传感器等。例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、检漏报警器电路中所采集MQ-5、MQ-6型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器。MQ-5半导体气体传感器的特点是：对液化气、天然气城市煤气有较好的灵敏度，对乙醇、烟雾几乎不响应，高灵敏度/快速响应恢复，优异的稳定性/长寿命，简单的驱动电路 应用：适用于家庭或工业上对液化气、天然气、煤气的监测装置。MQ-6半导体气体传感器 特点：对液化气、丁烷、丙烷有较高的灵敏度 抵抗乙醇蒸气、烟雾的干扰 高灵敏度/快速响应恢复 优异的稳定性/长寿命 简单的驱动电路。MQ-6适用于家庭或工业上对液化石油气、丁烷、丙烷、液化天然气的检测装置。MQ系列可燃气体传感器的特点是：1、检测范围为20ppm10000ppm2、灵敏度高，响应速度快，小于10秒3、可靠性好4、功耗0.75W5、连续工作使用寿命大于3年6、输出信号为伏特级具体实训步骤：将MQ-5气敏传感器正确的插到底座上，传感器6个引脚分为两组且左右对称，该方向即为安装时的正方向。将按照原理图所示，将A-A短接，B-B短接，将A-B作为一个电阻出接到+5V和电路板上的Vo之间，形成分压电路。将H、H分别接GND和+5V。将直流+12V和+5V引入到电路中来，并入蜂鸣器须将其正极（V+）接+12V，负极（GND）接PAD3。若扩展其它形式的输出，可使用双刀继电器，即将继电器的线圈A、B端，其中之一接+12V，另一端接PAD3即可，继电器的常开、常闭触点即可控制其它电信号。PAD1、PAD2是报警时的两个控制输出，用万用表即可测出其电平的变化。接通+5V和+12V电源，气敏传感器预热需几分钟，在此期间注意观察现象。当预热完毕，用万用表测量Vo的值，调节其Rw1令Vo约1.82V，即设置报警点，然后用气体打火机向气敏传感器喷射可燃气体，立即测试Vo的值，并观察此后的现象。当报警结束后，调节其Rw1逐渐增加Vo的值，但始终应使其小于2.5V，重做上述试验测试Vo并观察分析现象。实训九 声光双控延时开关电路一、实训目的1、学习光敏电阻传感器、声敏传感器的应用2、了解声光双控延时开关电路的工作原理，会进行实际应用，根据延时需要设置电路中相关元器件的参数二、实训器材1、传感器实训台的操作板1的直流电压源。操作板3的声光双控延时开关电路。2、跳线若干、万用表等。三、实训步骤光敏电阻器是利用半导体光电效应制成的一种特殊电阻器，对光线十分敏感，它的电阻值能随着外界光照强弱变化而变化。在无光照射时，它呈高阻状态；当有光照射时，其电阻值迅速减小。常见的光敏电阻器通常由光敏层、玻璃基片和电极等组成。光敏电阻广泛应用于各种自动控制电路（如自动照明灯控制电路、自动报警电路等）、家用电器（如电视机中的亮度自动调节，照相机中的自动曝光控制等）及各种测量仪器中。具体步骤：下图为声控和光控都起作用的实验电路图，用的电源为AC24V，实验板上留有两个短路块，可以选择为声控或光控或二者同时控制，JP1短接时为声控，JP2短接时为光控，二者都短接为声光双控。实验板上留有不同的RC延时电路，为了改变延时时间，可以随意搭配。将实训台操作板1的交流24V两端直接连至CKO，这样便将灯珠串联到声光双控延时开关电路中了，用导线从CK4左侧三个插孔中选择某（几）个电阻，CK4在右侧两个插孔处选择某个电容连到CK5，这样就将RC串联起来，短接JP1断开JP2，此时电路为声控延时开关，对着话筒说话，可以看到灯珠亮，过段时间后熄灭。短接JP2断开JP1，电路为光控延时开关。遮严光敏电阻，光敏电阻的阻值上升，灯珠点亮一段时间后熄灭。实验过程中，实训台的后门应关闭，防止光线射入，否则实验效果不佳或者实验失败。JP1和JP2同时短接，改变选择的电阻和电容，观察效果。实训拓展：只需把电阻R9换为83K，该电路可用来控制交流220V电路中100W以内的白炽灯，即可直接取