东北电力大学：检测技术及仪表实验指导书.doc

自动化系测控实验室实验项目指导（任务）书刘彦臣 关硕 赵君二00三年8月前 言测控实验室是具有三十多年历史的专业实验室，多年来，一直承担着跨学科、跨专业的多项实验教学和科研任务，是自动化专业、热能动力专业学生接受实践教学环节的重要基地，是他们成长的摇篮。为了更好的适应教学改革和发展的需要，解放学生的思维理念，改变传统的定时、定点、定步骤、定方法的实验模式，给学生充分的自主性，使学生能更好的理解和掌握所学的知识，提高学生的实际动手能力，克服教学与实际脱节，学生能动性和创造性得不到充分发挥的矛盾，我们通过对原有设备和实验教学体系的合理调整，采用模块式、目标化的开放式管理方法，让学生以一种全新的方式设计和完成实验，给学生以更大的自主空间，使得他们始终了解学科前沿动态，毕业后能更轻松的面对市场。改革旧有的实验教学模式和管理方法，是当前实验教学改革的重要环节。新的实验模式我们将给学生提供更加广阔的时间和空间，使学生的能动性和创造性得到充分的发挥。应该是内容上“点、线、面”相结合，方法上以教师提出问题、实验室提供条件、学生独立设计、联合验收实验结果的思路，以课堂提出问题、课下分析问题、实验解决问题的方法，为学生提供一个独立分析问题和解决问题的环境，创造一个用实验验证理论、用实验说明问题的工程思维方法。在新的实验模式中我们将结合教材内容，对原有实验内容和方法进行改进。力求实验内容多以综合、设计性实验为主，只在每门课上课前以课题的形式给出实验目的、实验所要达到的各项指标以及实验要求和所能提供的硬件资源，不预先设定实验方法，不规定实验步骤，不限定实验室时间，让学生结合教材内容自行设计合理的方法，在课程结束之前给出最终结果，变“教”学生为“指导”学生实验，以提高学生解决实际问题的能力。在实验教学管理上，我们将实行目标化的管理手段。改变以往学生实验条块分割，分步考察的形式，在学生实验时，不限定学生实验的方法和步骤，重点考察方案和结果，考察各项指标的完成情况。实验指导采取辅导与检查相结合，任课教师与实验室教师相结合，及时发现问题，及时进行解决。实验室实行全天开放，采取预约时间、预约内容等方式，化整为零，变传统的集中式实验成“自由式实验”。结合这种模式，本科生逐步实行导师制管理手段。这本教材就是在这种思路的指导下编写的，我们将通过对设备的模块式划分，为学生提供以新型传感器技术为基础的智能检测与信息处理平台，形成以顺序、变频和拖动控制为基础的多种控制系统，最终成为以本专业为依托的跨专业、跨学科实习、实验教学基地，可以使得设备的功能搭配更加合理，联系更加紧密，更有利于学生将所学的知识串通起来，以便更好地消化与吸收，使他们养成精心设计、细心观察、认真分析和科学总结的严谨作风。 由于时间仓促，加上思维方式的限制，书中难免会有很多缺点和不足之处，希望多提宝贵意见，以便在今后的实践中进一步改进和完善。自动化系测控实验室开放式实验室管理办法为了做好实验室的开放和管理工作，有效利用实验室的硬件资源，以便更好地为教学和科研服务，特制定开放性实验室的管理办法如下：1实验室开放时间：每周一至周五 上午8点-11点，下午14点-16点30分。2开放实验室可实行预约时间、预订设备进行实验。3开放后、实验室的实验项目采取学生自由选择的实验方式，实验室不限定实验时间， 但必须在规定的截止时间内完成。4实验实行目标化的管理手段，对学生提出技术要求和具体指标，由学生进行实验方案设计和实现。5实验成绩按照实验的系统设计、调试和实验报告几项指标综合评定的办法给出。6学生在实验中应严格遵守实验室各项规章制度，来去实验室要随时按实验记录本要求进行严格登记。7实验学生要爱护实验室的硬件设备，严格按操作程序使用各种实验设备，如发生损坏设备情况，应查明原因，妥善处理。因人为原因造成的损害设备现象要及时赔偿。8实验室内严禁学生吸烟和大声喧哗，严禁做与实验和实践教学环节无关的内容。 目 录第一部分 测量仪表（4）第一章 实验要求（4）第二章 CSY-998B传感器实验仪功能简介（4）第三章 实验项目（8）实验项目一 金属泊式应变片-单臂电桥测量位移时主要技术参数的测定（8）实验项目二 金属泊式应变片-单臂、半桥、全桥测量位移时的性能比较（10）实验项目三 应变片的温度效应及补偿（13）实验项目四 热电偶测温的原理、现象及性能分析（19）实验项目五 用差动变压器测位移（静态）时信号的处理和主要技术参数的测定（24）实验项目六 电涡流式传感器的主要技术指标（静态）测定及被测体材料对电涡流传感器特性的影响（26）实验项目七 霍尔式传感器的特性直流激励、主要技术指标的标定及其应用（27）实验项目八 差动变面积式电容传感测位移时主要技术参数的测定及它的静态特性（29）实验项目九 半导体压阻式压力传感器测位移时主要技术指标的测定实验（30）实验项目十 光纤位移传感器（静态）测位移时主要参数的测定及其应用（30）第二部分 计算机控制系统（31）第一章 实验要求（32）第二章 DVCC二合一微机实验系统简介（33）第三章 实验项目（35）实验项目一 A/D转换器0809的应用（36）实验项目二 D/A转换器0832的应用（36）实验项目三 并行口8255A的应用（37）实验项目四 定时/计数器8253A的应用（38）实验项目五 中断控制器8259A的应用（39）实验项目六 小直流电机调速控制实验（40）实验项目七 步进电机转动控制实验（41）实验项目八 继电器开合控制实验（42）实验项目九 使用8250A的串行通信实验（42）第三章 附录（55） 附录一、电路的原理（55） 附录二、传感器安装示意图及面板示意图（56） 附录三、微机数据采集系统软件说明（56） 附录四、部分问题提示（62）第一部分 测量仪表第一章 实验要求1测量仪表课共有实验项目10个，根据所学内容自动化专业选作4-5个项目，热能动力专业选做3-4个项目。2实验不限定具体时间，由学生根据自己计划灵活选择，但必须在本门课程考试之前完成。3实验成绩实行“目标化”管理。根据设计思路和解决问题的能力和实验报告综合给定成绩。实验成绩占课程总成绩的10%-15%4. 实验报告按以下要求完成：（1） 实验目的（2） 实验要求（3） 实验技术指标（4） 对传感器等的工作原理进行分析，设计信号处理电路（5） 记录、分析测试数据绘制必要的变化曲线（6） 给出主要技术指标。注：每个实验项目的主要技术指标标定要规范。如量程范围：0-3mm测量精度：x% FS输出：0-XVDC（7） 根据实验结果分析应用场合第二章 CSY-998B传感器实验仪功能简介一、CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、梁自由端的磁钢）、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式差压传感器。显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（2V - 10V 5档位调节）、F/V数字显示表（可作为电压表和频率表）、数字是温度表、15V不可调稳压电源。实验主面板上传感器符号单元：所有传感器的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、低通滤波器、涡流变换器、电感变换器等单元组成。二、主要技术参数、性能及说明一传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过测微头可做静态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双染结构端部有较好的线性位移。传感器：1应变式传感器箔式应变征阻值：350、应变系数：2 2热电偶直流电阻：10左右 由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。3差动变压器量程：5mm 直流电阻：5-10由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。4电涡流位移传感器量程：2mm 直流电阻：1-2 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。5霍尔式传感器量程：2mm 直流电阻：激励源端口800-1.5K；输出端口300-500日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中 6磁电式传感器尺寸：0.211000直流电阻：30-40 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s 7 电容式传感器量程：2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。8半导体压阻式压力传感器量程：10Kpa（差压） 供电：6V 直流电阻：Vs+ Vs-端350-450 Vo+Vo-端3K3.5K美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器，具有温度自补偿功能，先进的X型工作片（带温补）。9光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。红外线发射、接收、直流电阻：500-2.5k 260股丫形、半圆分布。10PN结温度传感器利用半导体P-N结良好的线性温度-电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/。11热敏电阻半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25时为10K。二、信号及变换1电桥：用于组成直流或交流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2差动放大器 通频带010kHz 可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。3电容变换器 由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4电压放大器 增益约为5倍 同相输入 通频带010KHz5低通滤波器 由RC滤波器组成无源滤波网络。6 涡流变换器 输出电压|2|V（探头离开被测物） 变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件7光电变换座 由红外发射、接收组成。8电感变换器 集检波、移项、放大为一体，输出1V三、二套显示仪表1数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围02V、020V，频率范围3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度50mV。2数字式温度表（0-100）。四、电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的温升。五测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光纤传感器配合进行测速实验。六二组稳压电稳直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。七计算机联接与处理数据采集卡：十二位A/D转换，采样速度1500点/秒，采样速度可控制，分单次采样与连续采样。标准RS-232接口，与计算机串行工作。良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。 使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示表是否正常。仪器下部面板左下交处的开关为控制处理电路15V的工作电源，进行试验时请勿关掉，为保证仪器正常工作，严禁15V电源间的相互短路，建议平时将两插口封住。 第三章 实验项目实验项目一 金属泊式应变片-单臂电桥测量位移时主要技术参数的测定实验目的：了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。实验要求：查找相关资料，了解金属泊式应变片的结构、用应变片组成单臂电桥测量位移时的工作原理、性能。设计出单臂电桥测量系统原理图，分析位移与放大器输出电压（F/V表头显示或用万用表测量）的关系，了解它的适用场合。实验技术指标：测定它们的线性测量范围、灵敏度、线性误差、零点输出、零点温漂、桥路阻值，测出位移与放大器输出电压的关系，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？通过测位移时线性变化范围的查找，分析在不同测量范围内传感器的误差大小、灵敏度及适用场合。实验原理：本实验说明金属箔式应变片及单臂电桥的工作原理和工作情况。应变片是最常用的测力、测位移元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体的表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路相对桥臂电组乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为 R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4、，当使用一个应变片时，电阻的相对变化率R=R/R；当使用两个应变片组成差动状态工作时，则有R=2R/R；用四个应变片组成两个差对工作，且R1=R2=R3=R4=R, R=4R/R。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度一次增大。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）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、F/V表、主、副电源、万用表。（2）旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益最大。（3）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。（4）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F/V表的输入插口Vi相连（或与万用表直接相连）；开启主、副电源；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F/V表（或万用表）显示为零，关闭主、副电源。（5）根据图1参考接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表（或万用表）显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表（或万用表）显示为零。1011781012345W110W2W2W1R2R3-4VR1RxW1-+4Vr411052+37V118-电桥平衡网络差动放大器 电流电压表图1-1 单臂电桥测量位移接线图（6）调零时，将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（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F/V表（或万用表）显示最小，再旋动测微头，使F/V表（或万用表）显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。（7）测量时，可往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表（或万用表）显示的值。建议每旋动测微头一周即X=0.5mm记一个数值填入类似以下表格：位移（mm）电压（mv）（8）据所得结果计算灵敏度S=V/X（式中X为梁的自由端位移变化，V为相应F/V表（或万用表）显示的电压相应变化）。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，以便组桥容易。（2）实验完毕，应关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。问 题：（1）本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？（2）根据所给的差动放大器电路原理图（见附录一），分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。实验项目二 金属泊式应变片-单臂、半桥、全桥测量位移时主要技术参数的性能比较实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。实验要求：查找相关资料，了解金属泊式应变片的结构，用应变片组成单臂电桥、半桥、全桥测量位移的工作原理、性能及它们之间的相互关系。设计出桥路测量系统原理图，分析位移与放大器输出电压（F/V表头显示或用万用表测量）的关系，找出用其测位移时的线性变化范围。实验技术指标：在相同（调零和放大倍数不变）条件下，测定它们的线性测量范围、灵敏度、线性误差、零点输出、零点温漂、桥路阻值，测出位移与放大器输出电压的关系，比较不同桥路时主要技术参数的变化，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）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、F/V表、主、副电源、万用表。（2）旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益最大。（3）按实验一硬件操作原理将差动放大器调零后，关闭主、副电源。（4）为了比较不同桥路时输出信号的变化，可按图1接线方法，将图中R4=Rx为工作片，r及W1为电桥平衡网络。（5）利用调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头（或万用表）显示零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。（6）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值如下表方式记录下来，然后关闭主、副电源：位移（mm）电压（mv）（7）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F/V表（或万用表）显示为零，同样测得读数，并记录下来：位移（mm）电压（mv）（8）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F/V表（或万用表）显示零。测出数据填入下表：位移（mm）电压（mv）（9）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。实验项目三 应变片的温度效应及补偿实验目的：了解温度对应变测试系统主要技术指标的影响，进而了解温度等其他外部条件会影响测量系统的道理及实现补偿的措施。实验要求：查找相关资料，了解金属箔式应变片的温度特性，分析补偿原理。实验技术指标：测试当温度变化时线性误差、零点输出、零点温漂等主要技术参数的变化，绘制温度变化前、后测量范围内的位移与放大器输出电压的关系曲线，分析变化的原因。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）所需单元和部件：可调直流稳压电源、-15V不可调直流稳压电源、电桥、差动放大器、F/V表、测微头、加热器、双平行梁、温度计、主、副电源。（2）有关旋钮的初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源置4V档，F/V表置20V档，差动放大器增益旋钮置最大。（3）了解加热器在实验仪所在的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。（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。（5）开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V表显示零。再把F/V表的切换开关置2V档，细调差放零点，使F/V表显示零。关闭主、副电源，F/V表的切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。（6）按图1接线，开启主副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F/V表显示零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W1电位器，使F/V表显示零。（7）在双平行梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头，使F/V表显示零。（8）用实验项目一的方法测出位移与放大器输出电压的关系并纪录。将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F/V表的显示在变化，待F/V表显示稳定后，记下显示数值，并用温度计测出温度，记下温度值（注意：温度计探头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可），用此方式在整个量程范围内测量位移与放大器输出电压的关系，并和加热前进行比较。关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。（9）将F/V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成 应变片（补偿片），重复4-6过程。（10）比较二种情况的F/V表数值：在相同温度下，补偿后的输出变化小很多。（11）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。思考：为什么不能完全补偿。（提示：从补偿应变片和受力应变片所贴的位置点，梁的温度梯度考虑）。实验项目四 热电偶测温的原理、现象及性能分析实验目的：。了解热电偶测温时的工作原理及现象，分析热电偶在不同温度测量范围内的性能变化情况。实验要求：查找相关资料，了解热电偶测温时的工作原理，设计温度信号检测及犯法线路，并选择3至5点进行校验和性能分析。实验技术指标：说明热电偶测温时的工作原理，选择3至5点测出热端温度数值和放大器输出电压的大小，根据给出得分度表计算误差的大小，并进行性能分析。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）所需单元及部件：-15V不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、温度计、主、副电源（2）有关旋钮的初始位置：F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。（3）了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。实验仪有二个热电偶，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。（4）按图1-2接线、开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V表显示零，记录下温度计的室温。-15V加热器 电热偶 差放 F/V表TVTnTnW1图1-2 热电偶测温原理接线图（5）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F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。（6）用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）。（7）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。 to01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）。2热端温度为室温，冷端温度为0，铜-康铜的热电势：Eab(tn,to)：查以下所附的热电偶自由端为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。3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。铜康热电偶分度（自由端温度0）分度号：T工作端温度0123456789热 电 动 势 （mv）-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.683-0.7200-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.193-0.231-0.269-0.307-0.34500.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.3120.351100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.7090.749200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.1141.155301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.5281.569401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.9501.992502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.3802.424602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.8192.864702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.2663.312803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.7213.767903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.2441004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.715 （8）热电偶测得温度值与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）。（9）实验完毕关闭主、副电源，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）其它旋钮置原始位置。思考：（1）为什么差动放大器接入热电偶后需再调差放零点？（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？实验项目五 用差动变压器测位移（静态）时信号的处理和主要技术参数的测定实验目的：。了解差动变压器原理及工作情况。实验要求：查找相关资料，掌握差动变压器测位移的工作原理、主要特点、应用场合，设计测量及信号处理电路，绘制出位移-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出位移与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）所需单元及部件：电感变换器、测微头、主、副电源、差动变压器、平台。（2）有关旋钮室始位置：电感变换器增益适中，调零电位器置中间位置，差动变压器磁心处于自由位置，电压表置20V档。（3）据图1-3用专用的双层屏蔽线连接电感变换器和差动变压器，开启主、副电源预热两分钟待数据稳定（注意同名端连接在一起，否则影响检波电路的正常工作），调整磁心上下位置使电感变换器输出最小，微调零位旋钮使输出位零。 差动变压器 电感变换器 L0L0L0L0L0L0 。 。 。 。 。 。 图1-3 差动变压器测位移原理接线图（4）转动测微头使测微头与振动平台吸合。再转动测微头，使输出为零。（5）旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，读出电感变换器输出的值并填入下表，直至数据严重变坏。根据所得数据计算灵敏度S 。S=V/X（式中V为电压变化，X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。X(mm)Vo(mv)（6）分析主要技术参数的特点。思考：（1）根据实验结果，指出线性范围。 （2）根据差动变压器的工作原理，你能举例说出它的具体应用场合吗？实验项目六 电涡流式传感器的主要技术指标（静态）测定及被测体材料对电涡流传感器特性的影响实验目的：。了解电涡流式传感器的原理及工作性能及被测体材料对涡流传感器性能的影响。实验要求：查找相关资料，掌握差动变压器测位移的工作原理、主要特点、应用场合（电子秤），设计测量及信号处理电路，绘制出位移-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出位移与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作： （1）所需单元及部件：涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、铝测片、涡流传感器、示波器、平台、主、副电源。 （2）装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头，观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。涡流传感器涡流变换器F/V表 （3）用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至F/V表，电压表置于20V档，见图1-4，开启主、副电源。 （5）调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表： 图1-4电涡流式传感器测位移原理图 建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种 。实验完毕关闭主、副电源。X（mm）Vp-p（v）V（v） 利用上述方法，换上铝测片重复上述过程，结果填入下表（建议每隔0.05mm读数）：X（mm）V铝（v）V铁（v） 根据所得结果，在同一纸上画出被测体为铝和铁的两条V-X曲线，计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。关闭主、副电源，分析主要技术参数的特点。 可见，这种电涡流式传感器在被测体不同时必须重新进行 工作。 注意事项：（1）被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。（2）传感器在初始时可能会出现一段死区。 实验项目七 霍尔式传感器的特性直流激励、主要技术指标的标定及其应用实验目的：。了解霍尔式传感器的原理与特性及其主要应用。实验要求：查找相关资料，掌握霍尔式传感器测位移的工作原理、主要特点、应用场合（电子秤），设计测量及信号处理电路，绘制出位移-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出位移与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作： （1）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、平台、主、副电源。 （2）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档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。 （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）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图1-5接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。+2V+-2VrVW1直流稳压电源图1-5 霍尔式传感器测位移原理图 （5）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。 （6）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。 （7）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）X(mm)V(v) 作出V-X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源，分析主要技术参数的特点。 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。 （8）在称重平台上放上砝码，填入下表：W（g）V（v） （9）在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出V-W曲线，求得未知重量。（10）实验完结关闭主、副电源，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。 （4）此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。（5）砝码应置于平台的中间部分。实验项目八 差动变面积式电容传感测位移时主要技术参数的测定及它的静态、动态特性实验目的：。了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性了。实验要求：查找相关资料，掌握差动变面积式电容传感器测位移的工作原理、主要特点、应用场合，设计测量及信号处理电路，绘制出位移-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出位移与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作： （1）所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V表。 （2）有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F/V表置于2V档， （3）按图1-6接线。电容变换器+51V-2电容传感器电压表低通滤波器差分放大器图1-6 差动变面积式电容传感测位移原理图 （4）F/V表打到20V，调节测微头，使输出为零。 （5）转动测微头，每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。X（mm）V（mv） 退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动，同上法，记下X（mm）及V(mv)值。 （6）计算系统灵敏度S。S=V/X（式中V为电压变化，X为相应的梁端位移变化），并作出V-X关系曲线。 X（mm）V（mv）（7）分析主要技术参数的特点实验项目九 半导体压阻式压力传感器测位移时主要技术指标的测定实验实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。实验要求：查找相关资料，掌握扩散硅压阻式压力传感器的工作原理、主要特点、应用场合，设计测量及信号处理电路，绘制出压力-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出压力与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作：（1）基本原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就是在单晶硅的基片上用扩散工艺（或离子注入及溅射工艺）制成一定形成的应变元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。 （2）所需单元及部件：主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V显示表、压阻式传感器（差压）、“U”形管及其加压配件或压力计。 （3）旋钮初始位置：直流稳压电源4V档，F/V表切换开关置于2V档，差放增益适中或最大，主、副电源关闭。 （4）了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。V压阻式差压传感器-+4VVF/V表差 放 （5）按图1-7传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同相反相均可：图1-7 半导体压阻式压力传感器测位移原理图（6）如图1-8接好传感器供压回路，传感器由两个气咀，一个高压咀一个低压咀，当高压咀接入正压时（相对于低压咀）输出为正，反之为负。H传感器引压阻单向调节阀气压皮囊皮管三通管压力表L 图1-8 传感器供压回路图（7）将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松，开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压表读数。 （8）拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大 (0.4kp)，记下此时的读数，然后每隔这一刻度差。记下读数，并将数据填入下表：压力(kpa)电压(Mv) （9）根据所得的结果计算系统灵敏度S=V/P，并作出V-P关系曲线，找出线性区域，分析主要技术参数的特点 问题： 差压传感器是否可用作真空度以及负压测试？实验项目十 光纤位移传感器（静态）测位移时主要参数的测定及其应用实验目的：。了解光纤位移传感器的原理结构、性能。实验要求：查找相关资料，掌握光纤位移传感器测位移的工作原理、主要特点、应用场合（测速），设计测量及信号处理电路，绘制出位移-电压曲线。实验技术指标：利用给出的硬件条件测定它的线性测量范围、灵敏度、线性误差、测出位移与放大器输出电压的关系，设计出信号处理系统原理图，并将该信号处理成0-2V或0-5V的标准信号，比较线性误差是否有变化？。实验所需硬件条件及相关硬件的基本操作： （1）所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、电机控制、小电机、平台。 （2）观察光纤位移传感器