YL2000G光电传感器实验台实验指南.doc

YL2000G光电传感器实验台实验指南 实验一 光敏电阻的光电特性实验一、实验目的：了解光敏电阻光电特性：即供电电压一定时，电流照度的关系。1 2 3 4 1、光电导体膜 2、电极 3、绝缘基底 4、电路符号 图1-1 二、基本原理：光敏电阻是一种当光照射到材料表面上被吸收后，在其中激发载流子，使材料导电性能发生变化的内光电效应器件。最简单的光敏电阻的原理和符号如图1-1所示，由一块涂在绝缘基底上的光电导体薄膜和两个电极所构成。当加上一定电压后，光生载流子在电场的作用下沿一定的方向运动，在电路中产生电流，这就达到了光电转换的目的。三、需用器件与单元：直流稳压电源、光敏电阻、发光二极管、光电实验平台、光敏电阻实验模块、传感器连接套、电流表、照度表、专用导线四、初始设置：直流稳压电源置10V档，将发光二极管和光敏电阻传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接，同时将光敏电阻和“光敏电阻实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、 了解实验原理。（见图1-2实验原理图）mA +VCC 图1-2 根据图1-3接线-15V +15V + R2 R1 + VO 图1-3 R3 IO mA LED +VCC Ti 3、检查接线是否正确4、关闭光强开关，记下电流表的读数（暗电流），照度表读数，并将数据填入下表：光强（Lx）0200400600-2000电流（mA）5、开启光强开关，调节光强为200LX、400 LX、600 LX、-、2000 LX时，分别记下电流表读数，并填入上表。6、根据所得结果作出照度-电流曲线。L I 7、参考曲线：实验二 光敏电阻的伏安特性实验一、实验目的：了解光敏电阻的伏安特性：即射入照度一定时，电流偏压的关系。二、基本原理：同实验一三、需用器件与单元：直流稳压电源、光敏电阻、发光二极管、光电实验平台、光敏电阻实验模块、传感器连接套、电流表、照度表、专用导线四、初始设置：直流稳压电源置2V档，将发光二极管和光敏电阻传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接，同时将光敏电阻和“光敏电阻实验模块Ti”插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、在“光敏电阻实验模块”如图1-3接线。2、检查接线是否正确。3、直流稳压电源置2V档，开启电源，并将光强调节为2000 LX。.4、记下此时电流表读数，并填入下表：电压（V）+2+4+6+8+10电流（mA）5、将直流稳压电源分档逐步调整至10V，并逐一记下电流表读数并填入上表。6、作出V-I曲线。7、将光强开关分步调至800 LX、1400 LX，直流稳压电源置4V档，重复上述（4）至（6）步，比较三条V-I曲线有什么不同。V I EV1 8、参考曲线实验三 光敏二极管的光电特性实验一、实验目的：了解光敏二极管的光电特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。二、基本原理：光敏二极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散的很浅，为1m左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层。光子入射到耗尽层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压VBB的作用下，空穴流向正极，形成了二极管的反向电流，即光电流。光电流通过外加负载电阻RL后产生电压信号输出。三、需用器件与单元：发光二极管、光敏二极管、光敏二极管实验模块、电压表、照度表、专用导线、光电实验平台、传感器连接套四、初始设置：将发光二极管和光敏二极管传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接，同时将光敏二极管和光敏二极管实验模块Ti插口用专用导线连接。五、实验步骤：Cr Rf VO V + + ILi 电压表 图3-1 1、在光敏二极管实验模块如图3-1接线，并在负载选择单元中选择R=20K作为Rf接入I/V变换器。注：因光敏二极管产生的光电流比较小，为便于读数，所以采用I/V变换器将光电流ILi转换成电压，其关系为：ILi=| V/Rf |。(图中+、-是光敏二极管正负极)2、关闭光强开关，记下电压表的读数（暗电流），并将数据填入下表。调节光强为下表各数值时，分别记下电压表的读数填入下表。光强025050075010001250电压（mV）电流（I）3、作出照度-电流曲线（ILi=V/ Rf）EV(Lx) I 4、参考曲线5、将光敏二极管的“+”极与“”之间的连线拆去，在“+”极接入-4V电压，使光敏二极管处于负偏压状态，重复3-4过程，比较一下与零偏压时有什么区别。实验四 光敏二极管的伏安特性实验一、实验目的：了解光敏二极管在照度一定的情况下，它的输出电流与偏压的关系。二、基本原理：当入射光的强度（或通量）一定时，光电管输出的光电流与偏压的关系称为伏-安特性。三、需用器件与单元：直流稳压电源、光敏二极管、发光二极管、光敏二极管模块、光电实验平台、电压表、照度表、专用导线、传感器连接套四、初始设置：直流稳压电源置2V档，将发光二极管和光敏二极管传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接，同时将光敏二极管和光敏二极管实验模块Ti插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、在光敏二极管实验模块如图3-1接线，并在负载选择单元中选择R=20K作为Rf接入I/V变换器。注：因光敏二极管产生的光电流比较小，为便于读数，所以采用I/V变换器将光电流ILi转换成电压，其关系为：ILi=| V/Rf |。(图中+、-是光敏二极管正负极)。Cr Rf VO V + + ILi 电压表 图3-1 2、 开启电源及光强开关，将光强置于2000LX。3、 记录下此时电压表的读数，并填入下表：偏压0-2-4-6-8-10电压（Vo）电流（|V/Rf|）4、将光敏二极管“+”极与“”之间的连线去除，将直流稳压电源单元中“-VCC”端口与光敏二极管“+”极相连，给二极管加上偏压。5、直流稳压电源从-2V逐步调整至-10V，记录下每一步的电压表读数值。并填入上表。6、作出V-I曲线。7、将光强分别调至800 LX、1400 LX档，重复上述36步。比较三条V-I曲线有什么不同。V I EV1 EV2 EV3 8、参考曲线实验五 光敏三极管的光电特性实验一、实验目的：了解光敏三极管的光电特性，当光电管的工作偏压一定时，光电管输出光电流与入射光的照度（或通量）的关系。二、基本原理：光敏三极管是一种光生伏特器件，用高阻P型硅作为基片，然后在基片表面进行掺杂形成PN结。N区扩散得很浅，为1m左右，而空间电荷区（即耗尽层）较宽，所以保证了大部分光子入射到耗尽层。光子入射到耗尽层内被吸收而激发电子-空穴对，电子-空穴对在外加反向偏压VBB的作用下，空穴流向正极，形成了三极管的反向电流，即光电流。光电流通过外加负载电阻RL后产生电压信号输出。三、需用器件与单元：直流稳压电源、光敏三极管、发光二极管、光敏三极管模块、光电实验平台、电压表、照度表、专用导线、传感器连接套四、初始设置：直流稳压电源置10V档，将发光二极管和光敏三极管传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接同时将光敏三极管和光敏三极管实验模块Ti插口用专用导线连接。五、实验步骤：1、 在光敏三极管实验模块按图5-1接线。-15V +15V + R2 R1 +10V VO 图5-1 2、调节光强开关改变光强，依次记下电压表的读数，并将数据填入下表。光强0100LX200LX300LX-2000LXVO/1K3、开启光强开关，调节光强为上表各值时，读出电压表的读数，计算出电流，并填入上表。4、作出照度电流曲线。5、参考曲线：EV (Lx) I 实验六 光敏三极管的伏安特性实验一、实验目的：了解光敏三极管在照度一定的情况下，其输出电流与偏压的关系。二、基本原理：当入射光的强度（或通量）一定时，光电管输出的光电流与偏压的关系称为伏-安特性。三、需用器件与单元：直流稳压电源、光敏三极管、发光二极管、光敏三极管模块、光电实验平台、电压表、照度表、专用导线、传感器连接套四、初始设置：直流稳压电源置10V档，将发光二极管和光敏三极管传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接同时将光敏三极管和光敏三极管实验模块Ti插口用专用导线连接五、实验步骤：1、根据图5-1接线，开启电源，调节光强为2000 LX。2、记录下此时电流表的读数，并填入下表：V+4V+6V+8V+10VVo/1K(mA)3、直流稳压电源从10V逐步降至4V，每隔一步记录下电压表读数。并填入上表。4、作出V-I曲线。5、将光强分别调至800 LX、1400 LX档，重复上述24步，比较三条V-I曲线有什么不同。V I EA5 EA4 EA3 6、参考曲线实验七 光电池的光电特性实验一、实验目的：了解硅光电池的光电特性，即短路电流及开路电压与照度的关系。二、基本原理：硅光电池在原理结构上类似于光电二极管，其区别在于，硅光电池用的衬底材料的电阻率低，约为0.10.01.cm，而硅光电二极管衬底材料的电阻率约为1000 .cm，光敏面从0.1.cm210.cm2不等，光敏面积大则接收辐射能量多，输出光电流大。三、需要器件与单元：光电池传感器、发光二极管、光电池模块、光电实验平台、电压表、照度表、电流表、专用导线、传感器连接套四、初始设置：将发光二极管和光电池传感器分别旋入传感器连接套中，在将发光二极管与实验台上自带的专用导线进行连接同时将光电池和光电实验模块Ti插口用专用导线连接五、实验步骤：短路电流实验1、在光电池实验模块按图7-1接线。mA 图7-1 2、开启电源，调节光强为0、250 LX、500 LX、750 LX、1000 LX、1250 LX，记下电流表的读数（暗电流），并将数据填入下表。光强（LX）0250LX500LX750LX1000LX1250LX电流（mA）3、作出照度短路电流曲线。I L 4、参考曲线：开路电压实验V 图7-2 1、 按照图7-2接线。2、开启光强开关，调节光强为0、50 LX、100 LX、150 LX、200 LX、250 LX、500 LX、750 LX、1000 LX、1250 LX，记下电压表的读数，并将数据填入下表。光强（LX）05010015020025050075010001250电压（mA）3、关闭光强开关，作出照度开路电压曲线。实验八 光电池的伏安特性实验一、实验目的：了解光电池在照度一定的情况下，它的输出电流与电压随负载变化的关系。二、基本原理：同上。三、初始设置：光电池探头用专用导线一端连接后，插入照度架上的传感器安装孔，导线另一端插入光电池实验模块上“光电池Ti”插口。四、实验步骤：RL mA V 图8-1 1、 按图8-1接线，调节光强为2000LX。2、记录选择RL为下表中不同阻值时，电压/电流表读数，并填入下表。负载0501002003004001K2K200K电流（mA)电压（V）3、作出随负载电阻变化的V-I曲线。4、调节光强分别调至到800 LX、1400 LX。5、重复上述几步。6、比较一下三条V-I曲线有什么不同。EV1 EV2 EV3 I V 7、参考曲线实验九 热释电远红外传感器辐射特性实验一、实验目的：了解热释电传感器的性能、构造与工作原理。二、基本原理：热释电传感器是利用热电效应的热电型红外传感器，所谓热电效应是随温度变化产生电荷的现象。热释电传感器在温度没有变化时不产生信号，称为积分型传感器，多用于人体温度检测电路。热释电传感器的输出是电荷，这并不能使用，要附加如图所示的电阻Rg，用电压形式输出。但因电阻值非常大（1-100G）要用场效应晶体管进行阻抗变换。三、需要器件与单元：直流稳压电源、热释电远红外传感器、热释电实验模块、专用导线。四、初始设置： 热释电远红外传感器探头用专用导线连接后，导线另一端插入热释电远红外传感器上“热释电远红外传感器Ti”插口。五、实验步骤：V0 +4V 10f 10K 5K 100K + VO 6K 示波器 V+ 图9-1 1、按图9-1接线。观察传感器的圆形感应端面，中间黑色小方孔是滤色片，内装有敏感元件。2、直流稳压电源置4V档。3、开启主电源，注意周围人体尽量不要晃动，并调整好示波器（Y轴：50mV/div；X轴：0.25S/div）。4、观察现象（一）：用手掌在距离传感器约10mm处晃动，注意数显表及示波器波形的变化，停止晃动，重新观察数显表及示波器的波形变化。5、观察现象（二）：用手掌靠近传感器晃动，注意数显表及示波器的波形变化。实验十 光电耦合器件的输出特性及电流传输比实验一、实验目的：掌握光电耦合器件的输出特性及电流传输比。图10-1 二、基本原理：光电耦合器件是一种光电信号与电信号直接耦合的器件，它是发光器件与光接收器件直接结合的统一体，其典型原理如图10-1，发光器件是半导体发光二极管，光接收是光电晶体管。三、需用器件与单元：光电耦合实验模块、直流稳压电源、电压表、电流表、+5V独立稳压电源。四、初始设置：直流稳压电源置2V。五、实验步骤：输出特性实验。RC V+ (+2V +10V) Rf +5V 图10-2 mA If IC 1、 光电耦合单元如下图10-2接线，选择Rf=1K，Rc=2K。2、 直流稳压电源+2V接入光耦合输出V+端。3、 开启电源开关，记录下电流表读数并填入下表。If(5-Vd)/RfIf=（V-Vd）/ Rf Rf =1K300ICV+2V4V6V8V10V注：Vd光电耦合器中发光二极管的管压降，约为1.2V左右。4、将直流稳压电源分步调整至4V、6V、8V、10V，逐一记录下每一步的IC值。填入上表，并作出V-IC曲线图。If V+ IC 5、将直流稳压电源调至+4V，Rf换成1K、600、500、400、300。在不同的Rf(If)下，作出不同If下的V-IC曲线图。6、参考曲线：7、总结：（1）当If一定时，IC与V+基本无关。 （2）当If变化时，IC在一定范围内也线性变化。8、直流工作状态时，光电耦合器中光电管的输出电流Io与发光二极管的输入电流If之比，称为电流传输比（B），即B=Io/If。根据上面的实验结果，可计算出该光电耦合器件的电流传输比B=Io/If。实验十一 光电耦合器件的应用之一 交流耦合实验一、实验目的：运用光电耦合器件制作线性交流信号隔离放大器。二、实验步骤：1、按图11-1接线，选择R1=400，Rf=1K、RC=2K。2、将光电耦合器件单元中交流3V接入光电耦合器输入端，从示波器上观察光电耦合器件的输出波形，并与输入波形相比较。3、改变RC值，将光电耦合器件单元中交流3V接入光电耦合器件输入端，从示波器上观察光电耦合器件的输出波形，并与输入波形相比较。示波器 RC Rf +5V +10V R1 C 3VAC 图11-1 实验十二 光纤传感器的位移特性实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、基本原理：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤混合组成Y型光纤，探头为半圆分布，一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端，即探头，它与被测体相距X，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模块、电压表、测微头、15V直流源、反射面。四、实验步骤：图12-1 光纤传感器安装示意图 模块 测量架 测微头 光电变换座 光纤位移传感器 反射面 1、根据图12-1安装光纤位移传感器，两束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。2、将光纤实验模块输出端Vo1与数显单元相连，见图12-2。接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 图12-2 光纤传感器位移实验模块 3、调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。4、实验模块接入15V电源，合上主控箱电源开关，调Rw使数显表显示为零。5、旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表 光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V（v）6、上表的数据，分析光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时的灵敏度和非线性误差。五、思考题：光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？实验十三 PSD检测实验一、实验目的：深入了解光电位置敏感元件（PSD）的工作机理，了解PSD的静态响应特性，掌握采用PSD元件测量的原理与方法。二、实验原理： 光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点位置敏感的光电器件，其输出信号与光点在光敏面上的位置有关。当光束入射到psd器件光敏层上距中心点的距离为XA时，在入射位置上产生于入射辐射成正比的信号电荷，此电荷形成的光电流通过电阻P型层分别由电极1与2输出。设P型层的电阻是均匀的，两电极间的距离为2L，流过两电极的电流分别为I1和I2，则流过N型层上电极的电流I0为I1和I2之和。 PSD器件结构示意图三、所需单元：直流稳压电源、半导体激光器、PSD元件、PSD光电流/电压转换电路、电机四、实验步骤：光敏区域光斑大体位置PSDPSD测量实验电路(1) 给PSD电路板单元提供上15v电源。(2) 检查无误后开启稳压电源，用5V电源点亮激光器，调节调整螺套和螺杆来调节激光光源的位置，使光斑大约在传感器的中心点上。(3) 模块的左边旋钮调节电机转速，右边旋钮调节增益。适当调节两旋钮适当波形不失真。(4) 调节电机转速旋钮，将PSD模块上的输出接入转速频率表的输入端口上测出不同转速下的频率。(5)序号1234频率实验十四 Cu50温度传感器的温度特性实验一、实验目的：了解Cu50温度传感器的特性与应用。二、基本原理：在一些测量精度要求不高且温度较低的场合，一般采用铜电阻，可用来测量-50C+150C的温度。铜电阻有下列优点：1） 在上述温度范围内，铜的电阻与温度呈线性关系 Rt = R0(1+at)2） 电阻温度系数高，a = 4.254.2810-3/ C3） 容易提纯，价格便宜三、需用器件与单元：加热源、K型热电偶、Cu50热电阻、温度源、温度传感器实验模块、数显单元、万用表。四、实验步骤：1、将温度源模块上的220V电源插头插入主控箱面板温度控制系统中的加热输出插座上。2、同时温度源中“冷却输入”与主控箱中“冷却开关”连接，同时“风机电源”和主控箱中“+2-+24V”电源输出连接（此时电源旋钮打到最大值位置），同时打开温度源开关。3、注意：首先根据温控仪表型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”，（见附录一）学会基本参数设定（出厂时已设定完毕）。4、选择控制方式为内控方式，将热电偶插入模块加热源的一个传感器安置孔中。将K（对应温度控制仪表中参数Sn为0，或E型Sn为4）热电偶自由端引线插入温度源模块上的传感器插孔中，红线为正极，它们的热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别K性和E型（E型热电势大）热电偶。5、Cu50热电阻加热端插入加热源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模块的a端，见图14-1，另一端插入b孔上，a端接电源+4V，b端与差动运算放大器的一端相接，桥路的另一端和差动运算放大器的另一端相接。接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 2V Cu50图14-1 热电阻测温特性实验 6、合上内控选择开关，设定温度控制值为40C，当温度控制在40C时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。记下数显表上的读数，填下表。T（C）V（mv）五、思考题：大家知道在一定的电流模式下，PN结的正向电压与温度之间具有较好的线性关系，因此就有温敏二极管，你若有兴趣可以利用开关二极管或其它温敏二极管在40C100C之间，作温度特性，然后与集成温度传感器相同区间的温度特性进行比较，从线性看温度传感器线性优于温敏二极管，请阐述理由。实验十五 Pt100热电阻测温特性实验一、实验目的：了解热电阻的特性与应用。二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性。热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0-630.74C以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt = R0(1+At+Bt2)R0系温度为0C时的铂热电阻的电阻值。本实验R0=100C，A=3.9080210-3 C-1B=-5.08019510-7 C-2,铂电阻现是三线连接，其中一端接两根引线主要是为了消除引线电阻对测量的影响。三、需用器件与单元：温度源、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模块、数显单元、万用表。四、实验步骤：1、同实验CU50温度传感器的温度特性实验、步操作。接主控箱电源输出 接主控箱数显表 Vi 地 2V 图15-1 热电阻测温特性实验 2、将Pt100铂电阻三根引线引入“Rt”输入的a、b上：用万用表欧姆档测出Pt100三根引线中短接的两根线接b端。这样Rt与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式。Rw1中心活动点与R6相接，见图15-1。3、在端点a与地之间加直流源2V，合上主控箱电源开关，调Rw1使电桥平衡，即桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零。4、加15V模块电源，调Rw3使Vo2=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。5、设定温度值40C，将Pt100探头插入温控模块的一个插孔中，开启加热开关，待温度控制在40C时记录下电压表读数值，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。将结果填入下表。 t（C）V（mv）6、根据上表格值计算其非线性误差。五、思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？实验十六 热电偶测温性能实验一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范围。二、基本原理：当两种不同的金属组成回路，如两个接点有温度差，就会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点称工作端，将其置于被测温度场，以相应电路就可间接测得被测温度值，温度低的接点就称冷端（也称自由端），冷端可以是室温值或经补偿后的0C、25C。三、需用器件与单元：热电偶K型、E型、温度源、数显单元。四、实验步骤：1、 选择控制方式为内控方式，将K,E热电偶插到温度测量控制仪的插孔中，K型的自由端接到温度控制仪上标有传感器字样的插孔中。2、 从主控箱上将15V电压，地接到温度模块上，设定温度测量控制仪上的温度仪表控制温度T=40。将E型热电偶的自由端与温度模块的放大器R5,R6相接。观察温控仪表的温度值，当温度控制在40时，调节Rw2，对照分度表将Vo2输出调至和分度表10倍数值相当（将R5,R6的一端用实验线接地，使实验数据稳定）3、 调节温度仪表的温度值T=50，等温度稳定后对照分度表观察数显表的电压值，若电压值超过分度表的10倍数值时，调节放大倍数Rw2，使Vo2输出与分度表10倍数值相当。4、 重新将温度设定值设为T=40，等温度稳定后对照分度表观察数显表的电压值，此时Vo2输出值是否与10倍分度表值相当，再次调节放大倍数Rw2，使其与分度表10倍数值接近。5、 重复步骤3,4以确定放大倍数为10倍关系。记录当T=50时数显表的电压值。重新设定温度值为40+nt,建议t=5,n=110,每隔1n读出数显表输出电压值与温度值，并记入下表中。E型热电偶电势（经放大）与温度数据T+ntV（mv）6、根据表值计算非线性误差。五、思考题：1、同样实验方法，完成K型热电偶电势（经放大）与温度数据1、通过温度传感器的三个实验你对各类温度传感器的使用范围有何认识？2、能否用Pt100设计一个直接显示摄氏温度-50C-50C的数字式温度计，并利用本实验台进行实验。E型热电偶分度表 E 参考端温度：0 整10度值01020304050607080900059111921801241930473683432949835646100631769967683837790789787105011122211949126812001341914161149091566116417171781794218710194812025630021033218142259723383241712496125754265492734528143400289432974430546313503215532960337673457435382361905003699937808394264023641045418534266243470442784508560045085458914669747502483064910949911507135151352312700531105390754703554985629157083578735866359451602378006102261806625886336864147649246570066473672456801590068783695497031371075718357259373350741047485775608100076358实验十七 温度仪表PID控制实验常规仪表控制在当前检测和控制领域的应用非常广泛，即使在一些复杂控制系统中，仪表控制仍起着非常重要的作用。一、主要功能：针对毕业设计、课程设计专门研制的温度控制系统。YL系列温度测量控制仪主要功能如下：1、传感器可以选择K或E型热电偶（已提供）。2、温控模块输出标准05V（对应0C到100C），作为外部控制系统中的传感器测量信号。3、提供标准外部输入信号05V，作为线性加热控制信号（1A，220V），同时为了平衡加温和降温效果，提供了继电器冷却信号，作为外部控制系统的输出控制信号。4、选择内控方式可以分析PID控制系统中P、I、D各参数的影响效果，为外控方式的开发提供了实验基础。5、可以作为通用的温度控制对象研究常见PID控制算法、各种智能控制算法等，是一种十分理想的实验模型。6、提供了标准的信号源，相关课程的应用模式为：单片机信号采集与控制、计算机控制、自动控制原理、过程控制等。二、实验步骤：下面就本公司的YL系列温度测量控制仪中仪表测控系统的实验步骤加以说明。1、接通YL系列温度测量控制仪的电源，打开电源按钮，将“加热方式”、“冷却方式”拨至“内控”方式。2、检查温度仪表的内部参数设置（实验指南附录中有出厂设置参考值）3、选用E型热电偶，插在控制仪上方的测温孔中，另外两端的传感器输出线分别对应接至控制仪面板的传感器（+）和（）端，此时即可读出当前加热块的温度值。 4、设定温度值、P参数、I参数、D参数，观察控制效果，同时注意在报警状下，冷却装置(风扇)是否运行。 5、观察温度控制的效果如何？根据控制规律可设置不同的P、I、D参数，以达到最佳的控制效果。实验十八 压力传感器的压力测量实验一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元：压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模块、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源4V、15V。四、实验步骤：储气箱 压缩泵 220AC K3 调气阀 快速接头 三通 压力传感器 显示单元 处理电路 低压端 高压端 主控箱内部 外接部分 流 量 计 单相阀 图18-1 压阻式压力传感器测量系统 压力显示1、根据图18-1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出）。另一端软导管与压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模块连接见图18-2，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为Uo+，4端为Uo- 。1、2、3、4端顺序排列见图18-2。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。接主控箱电源输出 Vi 地 接主控箱数显表 正 面 地 1 2 3 4 高压咀 低压咀 图18-2 压力传感器压力实验接线图 2、实验模块上Rw2用于调节零位，Rw1可调节放大倍数，按图18-2接线，模块的放大器输出Vo2引到主控箱数显表的Vi插座。将显示选择开关拨到20V档，反复调节Rw2（Rw1旋到满度的1/3）使数显表显示为零。3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。4、合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子向上浮起悬于玻璃管中。5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在520KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于下表。压力传感器输出电压与输入压力值P（KP）VO（p-p）7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。8、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入10KPa气压，调节Rw2（低限调节）使数显表显示1.00V，当输入20KPa气压，调节Rw1（高限调节）使数显表显示2.00V，这个过程反复调节直到足够的精度即可。五、思考题：利用本系统如何进行真空度测量？实验十九 光纤温度传感器性能实验一、实验目的：运用光纤温度传感器完成温度信号的传输测量。二、基本原理：本实验采用的是双分叉光纤，探头为半圆分布，光源从光纤的一端发射光束，另一端与光电转换器相接接收光束，光源的强弱与模块的输入电压有关。 三、需用器件与单元双分叉光纤传感器、光纤温度传感器实验模块、温度实验模块、加热源、K型热电偶、Cu50热电阻、温度源、温度传感器实验模块、数显单元、15V直流电源四、实验步骤：将各个模块提供上电源1-6、步实验与实验Cu50温度传感器的温度特性实验相同7、完成上面步骤后将温度实验模块上的Vi电压输出端与光纤温度传感器实验模块电压输入端相连，V0与主控箱的电压表相连。8、装上双分叉光纤传感器，调节RW1与RW2旋钮使得出入与输出电压相同9、合上主控箱上温度仪表电源开关，设定温度控制值为40C，当温度控制在40C时开始记录电压表读数，重新设定温度值为40C+nt，建议t=5C，n=110，每隔1n读出数显表输出电压与温度值。记下数显表上的读数，填入下表T（C）V（mv）实验二十 光纤压力传感器实验系统一、实验目的：运用光纤传感器完成压力信号的传输测量。二、基本原理扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入光纤传感器压力测量电路，其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元双分叉光纤传感器、光纤压力传感器实验模块、压力源（已在主控箱）、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模块、流量计、三通连接导管、直流稳压源4V、数显单元、15V直流电源四、实验步骤：储气箱 压缩泵 220AC K3 调气阀 快速接头 三通 压力传感器 显示单元 处理电路 低压端 高压端 主控箱内部 外接部分 流 量 计 单相阀 图20-1 压阻式压力传感器测量系统 压力显示1、根据图20-1连接管路和电路，主控箱内的气源部分，压缩泵、贮气箱、流量计已接好。将硬管一端插入主控板上的气源快速插座中（注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出）。另一端软导管与压力传感器接通。这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模块连接见图20-2，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为Uo+，4端为Uo-。1、2、3、4端顺序排列见图20-2。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。接主控箱电源输出 Vi 地 接主控箱数显表 正 面 地 1 2 3 4 高压咀 低压咀 图20-2 压力传感器压力实验接线图 2、实验模块上Rw2用于调节零位，Rw1可调节放大倍数，按图20-2接线，模块的放大器输出Vo2引到光纤压力传感器实验模块，将Vo输出接主控箱数显表的Vi插座，适当调节光纤压力传感器实验模块的放大倍数和调零旋钮，使数显表显示为零。3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。4、合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮子向上浮起悬于玻璃管中。5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。6、完成上面步骤后将压力实验模块上的Vi电压输出端与光纤压力传感器实验模块电压输入端相连，V0与数显表相连。7、细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在520KP之间每上升1KP分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于下表P（KP）VO（V）附录一 温控仪表操作说明 五、面板说明PV SV A-M ALM1 ALM2 OUT SET 杭州英联科技有限公司 123456789101、 PV-测量值显示窗（红）2、 SV-给定值显示窗（绿）3、 A-M -手动指示灯（绿）4、 ALM1-AL1动作时点亮对应的灯（红）5、 ALM2-AL2动作时点亮对应的灯（红）6、 OUT-调节输出指示灯（绿）7、 SET-功能键8、 -数据移位（兼手动/自动切换）9、 -数据减少键10、 -数据增加键仪表上电后，上显示窗口显示测量值（PV），下显示窗口显示给定值（SV）。在基本状态下，SV窗口能用交替显示的字符来表示系统某些状态，如下：1、输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）时，则闪动显示：“orAL”。此时仪表将自动停止控制，并将输出固定在参数out