传感器与检测技术实验指导书

传感器与检测技术实验指导书一、实验台组成CSY2000（HM152型）系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板温度源、转动源、振动源、15个基本型或22个增强型传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌六部分组成。1、主控台部分，提供高稳定的15V、5V、2V10V可调、2V24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。音频信号源音频振荡器04KHZ10KHZ可调；低频信号源低频振荡器1HZ30HZ可调；气压源015KPA可调；高精度温度控制仪表控制精度05；RS232计算机串行接口；流量计。2、三源板装有振动台1HZ30HZ可调；旋转源02400转/分可调；加热源2L2P，则输出电压U0受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2L2PRP2时输出U0与无关，当然过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。三、需用器件与单元与实验十相同。四、实验步骤1、差动变压器安装同实验十。接线图同实验十。2、选择音频信号输出频率为1KHZ从LV输出，可用主控台的频率表显示频率移动铁芯至中间位置（即输出信号最小时的位置）。3、旋动测微头，每间隔02MM在示波器上读取一数据VPP。4、分别改变激励频率为3KHZ、5KHZ、7KHZ、9KHZ，重复实验步骤1、2将测试结果记入表111表111不同激励频率时输出电压峰峰值与位移X关系。13579作出每一频率时的UX曲线，并计算其灵敏度SI，作出灵敏度与激励频率的关系曲线。XV0FKHZ实验十二差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的了解差动变压器零点残余电压补偿方法。二、基本原理由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯BH特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。三、需用器件与单元音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。四、实验步骤1、按图121接线，音频信号源从LV插口输出，实验模板R1、C1RW1、RW2为电桥单元中调平衡网络。图121零点残余电压补偿电路2、利用示波器调整音频振荡器输出为2V5V峰峰值，频率为45KHZ之间。3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。4、依次调整RW1、RW2，使输出电压降至最小。5、将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。6、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值峰峰值。注这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压V零点PP/K，K为放大倍数五、思考题1、请分析经过补偿后的零点残余电压波形。2、本实验也可用图122所示线路，请分析原理。图34零点残余电压补偿电路之二实验十三差动变压器的应用振动测量实验一、实验目的了解差动变压器测量振动的方法。二、基本原理利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。三、需用器件与单元音频振荡器、差动放大器模板、移相器/相敏检波器/滤波模板、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源、振动源。四、实验步骤1、将差动变压器按图131，安装在振动源。并用手按压振动台，不能使差动变压器的活动杆有卡死现象，否则必须调整安装位置。图131差动变压器振动测量安装图2、按图132接线，并调整好有关部分，调整如下1检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使VOPP4V，频率调整在5KHZ。2利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小。3仔细调节RW1和RW2使示波器相敏检波输出显示的波形幅值更小，基本为零点。4用手按住振动平台让传感器产生一个大位移仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。5松手，整流波形消失变为一条接近零点线否则再调节RW1和RW2。低频振荡器输出引入振动源的低频输入，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器V0相敏检波器的V0及低通滤波器的V0波形。图132差动变压器振动测量实验接线图3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰峰电压值，记下实验数据，填入下表131频率与输电压VPP的监测方法与实验十相同。表131FHZVPPV4、根据实验结果作出梁的FVPP特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验，可得到振幅VPP曲线定性。注意事项低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。五、思考题1、如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何2、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制实验十四电容式传感器的位移实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理利用平板电容CA/D和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、D三个参数中的某一个，即如果保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测量谷物干燥度变、测量微小位移变D和测量液位变A等多种电容传感器。三、需用器件与单元电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、直流电压表、直流稳压源。四、实验步骤1、按图101安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图41。图141电容传感器位移实验接线图3、将电容传感器实验模板的输出端V01与直流电压表VI相接插入主控箱VI孔，RW调节到中间位置。4、接入15V电源，将测微头旋至10MM处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表显示最小，并将测量支架顶部的螺钉拧紧，旋转测微头，每间隔02MM记下位移X与输出电压值，填入表141。将测微头旋回到10MM处，反复试验内容。XMM10MMVMV最小5、根据表141数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差F。五、思考题试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素实验十五电容传感器动态特性实验一、实验目的了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。二、基本原理利用电容传感器动态响应好，可以非接触测量等特点。进行动态位移测量。三、需用器件与单元电容传感器、电容传感器实验模板、低通滤波模板、数显单元、直流稳压电源、振动源、双线示波器。四、实验步骤1、传感器安装图同实验十三图131，按图141接线。实验模板输出端V01接滤波器输入端、滤波器输出端O3接示波器一个通道（示波器轴为20MS/DIV、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使01输出在零点附近。2、主控台低频振荡器输出端与振动源低频输入相接，振动频率选612HZ之间，幅度旋钮初始置最小（）。3、输入15V电源到实验模板，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，注意观察示波器上显示的波形。4、保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，可以用频率表测频率（将低频振荡器输出端与数显FIN输入口相接，数显表波段开关选择频率档）。从示波器测出传感器输出的01峰峰值。保持低频振荡器频率不变，改变幅度旋钮，测出传感器输出的01峰峰值。五、思考题1、为了进一步提高电容传器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计如何设计成所谓容栅传感器2、根据实验所提供的电容传感器尺寸，计算其电容量CO和移动05MM时的变化量，（本实验外圆半径R8MM，内圆柱外半径R725MM，外圆筒与内圆筒覆盖部分长度116MM。电容传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨力高（可达001MM甚至更高）、动态响应好、可进行非接触测量等特点，它可以测量线位移、角位移，高频振动振幅，与电感式比较，电感式是接触测量，只能测低频振幅，电容传感器在测量压力、差压、液位、料位成分含量（如油、粮食中的水份）、非金属涂层、油膜厚度等方面均有应用。目前半导体电容式压力传感器已在国内外研制成功，正在走向工业化应用。实验十六直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理根据霍尔效应，霍尔电势UHKHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。三、需用器件与单元霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源4V、15、测微头、直流电压表。四、实验步骤1、将霍尔传感器按图161安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图162进行。1、3为电源4，2、4为输出，R1与4之间的连线可暂时不接。图161霍尔传感器安装示意图2、开启电源，将测微头旋至10MM处，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，即电压表显示最小，拧紧测量架顶部的固定螺钉，接入R1与4之间的连线，再调节RW1使直流电压表指示为零（电压表置2V档）。图162霍尔传感器位移直流激励实验接线图3、旋转测微头，每转动02MM或05MM记下数字电压表读数，将读数填入表161，将微头旋回至10MM处，反向旋转测微头，重复实验过程，填入表161。表161霍尔式位移量与输出电压的关系XMMVMV作出VX曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五、思考题本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化实验十七交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、实验目的了解交流激励时霍尔片的特性。二、基本原理交流激励时霍尔元件与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。三、需用器件与单元在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。四、实验步骤1、传感器安装同实验十六，实验模板上连线见图171。平衡网络C1、R1与霍尔传感器输出端之间的连线可暂时不接。霍尔实验模板移相、相敏、低通模板图171交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、调节音频振荡器频率和幅度旋扭，从LV输出端用示波器测量，使输出为1KHZ、峰峰值为4V，接入电路中（激励电压从音频输出端LV输出频率1KHZ，幅值为4V峰峰值，注意电压过大会烧坏霍尔元件）。3、移动测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，接入平衡网络C1、R1与霍尔传感器输出端之间的连线，然后从数显表上观察，调节电位器RW1、RW2使示波器显示更小（为零）。4、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器和相敏检波电位器，使示波器显示全波整流波形，且直流电压表显示相对值（电压表置2V档）。5、调节测微头使霍尔传感器回到磁钢中点，微调RW1、RW2和移相单元电位器和相敏检波电位器，使直流电压表显示为零，然后旋动测微头记下每转动02MM或05MM时电压表的读数，填入表171。表171交流激励时输出电压和位移数据XMMVMV6、根据表171作出VX曲线，计算不同量程时的非线性误差。五、思考题利用霍尔元件测量位移和振动时，使用上有何限制实验十八霍尔传感器振动测量实验请参考实验十三，将差动变压器换成霍尔传感器，自己组织。实验十九霍尔传感器应用电子秤实验一、实验目的了解霍尔式传感器用于称重实验方法。二、基本原理利用霍尔式位移传感器和振动台加载时悬臂梁产生位移，通过测位移来称重。三、需用器件与单元霍尔传感器实验模板、振动台、直流电源、砝码、直流电压表。四、实验步骤1、传感器安装如图131、并用手按压振动台，不能使霍尔传感器的活动杆有卡死现象，否则必须调整安装位置。线路接法与实验十六相同。2、在霍尔元件上加直流电压4（用专用的电源线），直流电压表置2档。3、利用实验十六的结果（VX曲线）调节传感器连接支架高度，使传感器在磁钢中点位置（要求当振动台无重物时，调节传感器高度使它在线性段起点），调RW2使直流电压表输出零。4、在振动台面上中间部位分别加砝码20G、40G、60G、80G、100G，读出数显表上相应值，依次填入表191。表191WGVMV5、根据表191计算该称重系统的灵敏度。6、放上未知重物，读出直流电压表电压值。7、计算出未知重物为G。8、注因传感器活动杆存在一定的摩擦力，同时振动梁又是一个简易弹性体，它的非线性形变较大，只作为原理性演示。五、思考题1、该电子称系统所加重量受到什么限制2、试分析本称重系统的误差。实验二十霍尔测速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用。二、基本原理利用霍尔效应表达式UHKHIB,当被测圆盘上装上只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次，霍尔电势相应变化N次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。三、需用器件与单元霍尔转速传感器、直流源5V、转速调节224V、转动源单元、转速表。四、实验步骤1、根据图201，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内的磁钢。图54霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图2、将5直流源加于霍尔元件电源输入端。红（）黑（）绿（F）3、将霍尔转速传感器输出端（绿）插入频率表的输入端。4、将转速调节中的2V24V转速电源引入到台面上转动单元中转动电源224VK插孔。5、将等精度频率表直键开关拨到转速档，此时频率表指示转速。6、调节转速调节电压使转动速度变化。观察频率表转速显示的变化。五、思考题1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢实验二十一磁电式转速传感器测速实验一、实验目的了解磁电式测量转速的原理。二、基本原理基于电磁感应原理，匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势发生变化，因此当转盘上嵌入个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。三、需用器件与单元磁电传感器、转速表、转动调节224V，转动源。四、实验步骤1、磁电式转速传感器按图201安装，传感器端面离转动盘面2MM左右，并且对准反射面内的磁钢。将磁电式传感器输出端插入等精度频率表输入插孔。2、将直键开关选择转速测量档。3、将转速调节电源224V用引线引入到台面板上转动源单元中转动电源224V插孔，合上主控台电源开关。使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。五、思考题为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗实验二十二用磁电式原理测量振动实验（地震）磁电式传感器是绝对测量原理的传感器，因此它可以直接放在地面上测量地震，因而不用找其它相对静止点。请设计一个简易的地震仪用来测量车床的床身振动。实验二十三压电式传感器测振动实验一、实验目的了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、基本原理压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷，经电荷放大器转换成电压，即可测量物体的运动加速度。三、需用器件与单元振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双线示波器。四、实验步骤1、将压电传感器吸装在振动台面上。2、将低频振荡器信号接入到振动源的输入插孔。图231压电式传感器性能实验接线图3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图231，屏蔽线接地。将压电传感器实验模板电路输出端V01（如增益不够大则V01接入IC2,V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端VI，低通滤波器输出V0与示波器相连。4、合上主控台电源开关，调节RW使低通滤波器的输出VO为零。调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动，观察示波器波形。5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化，比较一下不同频率的输出有什么不同6、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。试比较一下有什么区别低通滤波器的作用是什么7、比较一下低通滤波器的输出信号与低频振荡器的输出信号有什么不同实验二十四电涡流传感器位移实验一、实验目的了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理通以高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三、需用器件与单元电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、直流电压表、测微头、铁圆片。四、验步骤、根据图24安装电涡流传感器。图24电涡流传感器安装示意图图24电涡流传感器位移实验接线图2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有TI的两端插孔中，作为振荡器的一个元件（传感器屏蔽层接地）。、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。、将实验模板输出端V0与数显单元（直流电压表）输入端VI（）相接。直流电压表量程切换开关选择电压20V档。、用连接导线从主控台接入15V直流电源到模板上标有15V的插孔中。、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控台电源开关，记下数显表读数，然后每隔02MM读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表241。表241电涡流传感器位移X与输出电压数据表241XMMVV8、根据表241数据，画出VX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的佳工作点，试计算量程为1MM、3MM及5MM时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五、思考题1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量3MM的量程应如何设计传感器2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。实验二十五被测体材质对电涡流传感器特性影响一、实验目的了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。二、基本原理涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。三、需用器件与单元除与实验二十四相同外，另加铜和铝的被测体小圆盘。四、实验步骤1、传感器安装与实验二十四相同。2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。3、重复实验二十四步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表251和表252。表251被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据XMMVV表252被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据XMMVV4、根据表251和表252分别计算量程为1MM和MM时的灵敏度和非线性误差（线性度）。5、分别比较实验二十四和本实验所得结果进行小结。五、思考题当被测体为非金属材料，如何利用电涡流传感器进行测试实验二十六被测体面积大小对电涡流传感器的特性影响实验一、实验目的了解电涡流传感器在实际应用中其位移特性与被测体的形状和尺寸有关。二、基本原理电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状，大小不同会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标定。三、需用器件与单元直流源、电涡流传感器、测微头、电涡流传感器实验模板、不同面积的铝被测体、直流电压表。四、实验步骤1、传感器安装见图241与实验二十四（前面静态特性实验）相同。2、按照实验二十四（测静态特性实验）要求连接好测量线路。3、在测微头上分别用两种不同的被测铝（小圆盘、小圆柱体）进行电涡流位移特性测定，分别记入表261。表261不同尺寸时的被测体特性数据XMM被测体被测体4、根据表261数据计算目前范围内二种被测体1号、2号的灵敏度、并说明理由。五、思考题目前现有一个直径为10MM的电涡流传感器，需对一个轴直径为8MM的振动进行测量试说明具体的测试方法与操作步骤。实验二十七电涡流传感器测量振动实验一、实验目的了解电涡流传感器测量振动的原理与方法。二、基本原理根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。三、需用器件与单元电涡流传感实验模板、电涡流传感器、低频振荡器、振动源单元、直流电源、检波、滤波模块、数显单元、测微头、示波器。四、实验步骤1、根据图131安装电涡流传感器。注意传感器端面与被测体振动台面（为铝材料）之间的安装距离为线性区域的（中点）内（利用实验二十五中铝材料线性范围）。将电涡流传感器两端插入实验模板标有TI的两端插孔中，屏蔽层接地，实验模板输出端接示波器一个通道Y1，并与低通滤波器VI端相并联，低通滤波器输出VO接示波器的另一个通道Y2，接入15V电源。2、将低频振荡信号接入振动源中的低频输入插孔，一般应避开梁的自振频率，将振荡频率设置在612HZ之间。3、低频振荡器幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，但振动台面振动时与传感器端面不应碰撞。4、用示波器观察电涡流实验模板输出端V波形，调节传感器安装支架高度，读取正弦波形失真最小时的电压峰峰值。5、保持振动台的振动频率不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰峰值。五、思考题1、电涡流传感器动态响应好可以测高频振动的物体，电涡流传感器的可测高频上限受什么限制2、有一个振动频率为10K的被测体需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流传感器或认为两者均可3、能否用本系统数显表头（直流电压表或频率表头），显示振动还需要添加什么单元，如何实行实验二十八电涡流传感器的应用电子秤实验一、实验目的了解电涡流传感器用于称重量的原理与方法。二、基本原理利用电涡流传感器位移特性和振动台受载时的线性位移，可以组合成一个称重测量系统。三、需用器件与单元电涡流传感器、电涡流传感器实验模板、直流源、直流电压表单元、振动源、砝码。四、实验步骤1、传感器安装与实验二十七相同。2、利用实验二十五中铝材料（铝测片）线性范围，调节传感器安装支架高度，使振动台面与探头之间距离为线性起点，并且使探头尽量远离振动台的中心磁钢，将线性段距离最近的一点作为零点记下此时数显表读数。3、在振动台上加砝码从20G起到200G，（砝码应尽量远离传感器）分别读取数显表读数记入表281。表281电涡流传感器称重时的电压与重量数据GVV4、根据表281，计算出的该称重系统的灵敏度、注意比较一下加载与卸载的数据即可知梁的重复性能。5、在振动台面上放置一未知物记下直流电压表读数。6、根据实验表281（实验步骤5及4）的结果，计算出未知物重量。注测量中的准确度与传感器的安装位置有很大的关系。五、思考题称重系统中常用的有利用杠杆平衡原理（天平）、弹性元件的应力变化、弹性元件的变形量（位移），还有利用其它原理的称重系统吗实验二十九电涡流转速传感器一、实验目的了解电涡流传感器测转速的原理与组成。二、基本原理利用电涡流的位移传感器及其位移特性，当被测转轴的端面或径向有明显的位移变化（齿轮，凸台）时，就可以得到相应的电压变化量，再配上相应电路测量转轴转速。本实验请实验人员自己利用电涡流传感器和转动源、转速表组建。实验三十K、E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，如二个接点有温度差，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0、25的模拟温度场。三、需用器件与单元热电偶K型、E型、加热源、温度控制仪、直流电压表。四、实验步骤1、将热电偶插到温度源任意一个插孔中，K型的自由端（红色为正，黑色为负）接到面板EK端作标准传感器，用于设定温度。2、按图301接线，将E型热电偶自由端（黄色为正，绿色为负）（接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的A、B孔上，作为被测传感器用于实验。（热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端）。图301K、E热电偶测温实验接线图3、将R5、R6端接地，打开主控台电源开关，将V01与VI2相连，V02与直流电压表的极相接。调RW3使数显表显示零位（电压表置200MV档），打开面板上温控开关，设定仪表控制温度值T50。4、去掉R5、R6接地线，将A、B端与放大器R5、R6相接打开温控开关，观察温控仪指示的温度值，当温度控制在50时，调RW2，对照分度表将信号放大到比分值大10倍的指示值以便读数，并记录下读值。5、重新设定温度值为50NT，建议T5，N110，每隔1N读出直流电压表输出电压与温度值，并记录表301。TNTVMV6、根据表301计算非线性误差。7、将E型热电偶的自由端连线从实验模板上拆去并接到直流电压表的输入端（VI）直接读出热电动势值（电压表置200MV档），重复上述5过程，根据E型热电偶分度表查出温度值加热源与室温之间的温度值。8、计算加热源的温度，并与温控仪的现实值进行比较，试分析误差来源。附分度表温度测量元件500501001502003004005006008001200140016001800EMV0304763179787134192103328943369994508561066热电偶KMV02022409561378137120273261423452377345119471436816771CU503924506077148213热电阻PT1008031001194138515731175842120224704280903135937557五、思考题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AD590设计一个直接显示摄氏温度5050数字式温度计，并利用本实验台进行实验。3、热电偶测量的是温差值还是摄氏温度值附（一）温控仪表操作说明1、功能的调出顺序仪表通电后，上排显示INP，下排显示分度号（E或），表示输入类型。经过4秒钟后，上排显示400，下排显示0，表示测量范围。再经过4秒钟后，上排显示测量值，下排显示设定值，进入正常工作状态。温度的设定按键，上排显示SP。按或键，使下排显示为所需要的值。再按键回到标准模式。控制参数的设定按键4秒钟以上，上排显示控制参数的提示符详见控制参数一览表，按或键，使下排显示为所需要的值。继续按键，上排依次显示各参数的提示符，按或键，使各控制参数为所需要的值，再按键4秒钟以上，回到标准模式。（无键按下分钟后自动返回到标准模式）若红色显示的下边出现0000则说明热电偶接反，上边出现0000则说明热电偶开路或温度超过测量范围。仪表控制参数的自整定功能按键20秒后AT类闪烁，仪表开始自整定，温度经过一到二次波动后自整定结束，AT灯灭。仪表将以新的控制参数进行控制，并永远保存。2、各功能参数一览表提示符名称设定范围说明出厂值AL报警设定100400报警点设定，当AL0时为上限报警；当AL0时为下限报警，输出状态自动翻转，实际报警点SPAL50RT测量值修正100100用于修正由热电偶、补偿导线所产生的测量误差。0AR过冲抑制0100减小AR能减小温度过冲,当SP改变时,AR需重新设定,自整后AR重新确定,并根据SP动调整P0时,AR为控制不灵敏区,AR0为04。100P比例范围0400比例作用调节,P越大比例作用越小,系统增益越低P太大,达到设定值的时间太长。P太小，温度出现波动。25T控制周期1100秒继电器输出不小于20秒外接固态继电器或可控硅的仪表,T取3各处203CR系统常量1999与加热对象的功率、升温时间、热电偶的位置、仪表的比例范围等多种因素有关。一般惯性大的现象CR应大一些。72LC密码锁02LC0所有参数匀能修改LC1只能修改给定值SP。LC2有参数匀不能修改。03、面板布置说明附二温控仪表操作说明1、通电前检查接线正确无误，感温元件与仪表分度号一致，仪表通电5S内显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗同输出代码,后显示PV窗量程上限、SV量程下限,随后即进入工作状态,按SET键05秒SV显示窗闪烁,此时可改变设定值,再按SET键05秒确认,如需修改其它参数,必须按住SET键大于3秒,即进入B菜单,可按要求逐一修改内容见操作流程表,修改完毕再按SET键05秒若干下,退出B菜单,如15秒内无键按下该窗内新设置的数据无效自动进入新的工作状态2、在输入信号大于量程上限时,仪表显示,在输入信号小于量程下限时,仪表显示。3、当温度控制效果不够理想时,可以通过人工或自整定来改变PID参数。操作方法如下人工修正将仪表进入菜单至窗，再用键来修正P值，再按SET键05S进入I窗，I、D、T的修正方法同上，然后再按SET键05S若干下返回正常工作状态，即开始新的PID参数。自整定修正将仪表进入B菜ATU窗后选择1选0时为不自整定，选好按SET键确认后仪表即进入自整定状态，同时AT灯亮，待自整定完成AT灯闪时再按SET键2秒确认后即按新的自整定PID参数工作。用自整修正PID值时应注意当负载为多段串联加热方式如挤出机械，其中某段进入自整定过程时，应注意一直保持前拍二段的温度不变,否则会影响自整定效果。4、PID参数的设置原则P为比例带加热侧,如过冲大可加大比例带。如希升温快可减小比例带。I为积分时间，如温度波动较大则加长积分，反之则减小积分。一般来说系统滞后现象越严重，积分时间越长。D为微分时间，一般取积分时间的1/51/4。5、PID控制与位式控制功能的切方法若需把仪表切换成位工控制常规仪表出厂设置均为PID控制，正常工作状态仪表按住SET键3S以上进入B菜单后，再按SET键05S若干下至P窗,把P设为0后按SET键若干下至T窗，把T设为1即进入位式控制，其控温范围切换差可通过改变DP值来实现,位式控制时的DP值举例SV100时，设DP125,则实际输出控制范围为8751125。若需返回至PID控制时,把P、值还原即可。PID控制适用于高精度控温场S合,系统配置稳定合理可达1个字精度；位式控制适用于控制某一段范围内的温度。6、进入C菜单的设置方法C菜单因仪表功能不同而有所不同非专业人士及无特殊情况下请勿进入C菜单。先进入B菜单的ATU窗后同时按住键05秒至PV窗显示L，可设置量程下限；再按SET键05秒，PV窗显示H,可设置量程上限按SET05秒，PV窗显示LP，LP下冲限，常规值26；按SET05秒，PV窗显示L1，在L1值内无开机及设定后默认值,常规610；按SET05秒，PV窗显示A，在SV窗选1或0，选1时为绝对值报警报警设定值报警输出值，选0时偏差值报警主控值报警设定值报警输出值；当测量值低于下限报警输出值时ALM灯亮下限继电器吸合，高于上限报警输出值时ALM灯亮，上限继电器吸合；再按SET05秒，PV窗显示I，I常规3内大控制快；按SET05秒，PV窗显示E，E为抗干扰等级，0常规，1加强，按SET05秒，PV窗显示P，P30100为输出最大功率限制，按SET05秒即进入新的工作状态。7、若控温失常请检查仪表参数是否被误修改，传感器部分是否失效。按键不起作用，请检查LCK键是否被锁定。8、操作流程表实验三十一热电偶冷端温度补偿实验一、实验目的了解热电偶冷端温度补偿的原理与方法。二、基本原理热电偶冷端温度补偿的方法有冰水法、恒温槽法和自动补偿法、电桥法，常用的是电桥法图311，它是在热电偶和测温仪表之间接入一个直流电桥，称冷端温度补偿器，补偿器电桥在0时达到平衡亦有20平衡。当热电偶自由温度升高时0热电偶回路电势UAB下降，由于补偿器中PN呈负温度系数，其正向压降随温度升高而下降，促使UAB上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的电势，达到补偿目的。三、需用器件与单元温度传感器实验模板、热电偶、冷端温度补偿器、外接直接源5V、15V。四、实验步骤1、按实验三十二、步操作。2、温度控制仪表设定温度值50。3、将K型热电偶置于加热器插孔中，自由端接入面板EK端，并接入数字电压表，电压表量程置200MV，合上主控台加热源开关，使温度达到50，记下此时电压表K型热电偶的输出热电势V1，并拆去与电压表的联线。图311冷端温度补偿原理图4、保持工作温度50不变，将冷端温度补偿器0上的热电偶E型插入加热器另一插孔中，在补偿器4端、3端加补偿器电源5V，使冷端补偿器工作，并将补尝器的、端接入数字电压表，读取直流电压表上数据V2。5、比较V1、V2二个补偿前后的数据，根据实验时的室温与K型热电偶分度表，计算因自由端温度下降而产生的温差值。五、思考题此温度差值代表什么含义实验三十二集成温度传感器的特性实验一、实验目的了解常用的集成温度传感器基本原理、性能与应用。二、基本原理集成温度传感器将温敏晶体管与相应的辅助电路集成在同一芯片上，它能直接给出正比于绝对温度的理想线性输出，一般用于50150之间温度测量，温敏晶体管是利用管子的集电极电流恒定时，晶体管的基极发射极电压与温度成线性关系。为克服温敏晶体管生产时UB的离散性，均采用了特殊的差分电路。集成温度传感器有电压型和电流型二种，电流输出型集成温度传感器，在一定温度下，它相当于一个恒流源。因此它具有不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰。具有很好的线性特性。本实验采用的是AD公司生产的（国产）AD590电流型集成温度传感器。它只需要一种电源（4V30V）供电。即可实现温度到电流的线性变换，然后在终端使用一只取样电阻（本实验中为R21K见图111）即可实现电流到电压的转换。它使用方便且比电压型的测量精度更高。使用范围50150，温度系数1A0（02730）。三、需用器件与单元K型热电偶、温度源、集成温度传感器、温度传感器实验模板、直流电压表。图321集成温度传感器实验原理图四、实验步骤1、注意首先根据实验台型号，仔细阅读“温控仪表操作说”，学会基本参数设定。2、将热电偶插入温度源的一个传感器安置孔中。将型热电偶自由端引线插入温度源K型面板上的热电偶E插孔中，红线为正极，黑色为负，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶，型和E型，蓝色为正，绿色为负。它们热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别型和型（型热电势大）热电偶。3、将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的220V控制电源插座上。4、将主控箱的风扇源224V与三源板的冷风扇对应相连，电机转速电压旋至最大。5、将集成温度传感器加热端AD590插入加热源的另一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模板的A端，见图321，另一端黑、绿色插入B孔上，A端接电源4V,B端与电压表VI（）相接，电压表量程置200MV档。6、合上电流开关和加热源开关，设定温度控制值为50，当温度控制有50时开始记录电压表读数，重新设定湿度值为50NT，建议T50，N110，每隔1N读出当数量显表输出电压与温度值。记下数显表上相应读数，记入表321。7、由表321数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。TVMV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50100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，请阐明理由。实验三十三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。常用铂电阻在063074以内，电阻RT与温度T的关系为RTR01ATBT2R0系温度为0时的电阻。本实验R0100，AT39684102/，BT5847107/2，铂电阻现是三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量的影响。三、需用器件与单元加热源、K型热电偶、PT100热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元（直流电压表）、万用表。四、实验步骤1、同实验三十二、步操作。2、将PT100铂电阻三根线引入“RT”输入的A、B上用万用表欧姆档测出PT100三根线中其中短接的二根线接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331。图331热电阻测温特性实验3、加15V模块电源，拆去R5、R6跟电桥的连线，将R5、R6端同时接地，接上电压表（2V档），调RW3使V020，即数显为零。4、去掉R5、R6接地线并分别与B中心点及RW1相连，在端点A与地之间加直流源2V或4V，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。5、将PT100探头插入加热源另一个插孔中开启加热开关，根据三十1步操作。设定温度值50，待温度控制在50时记录下电压表读数值，重新设定温度值为50NT，建议T5，N110，每隔1N读出数显表输出电压与温度值，将结果填入下表331。表331TVMV6、根据表331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注这个测温实验中直流电压表显示的是室温与温差值所对应的实验模块输出电压值，因为根据上述第3步已将室温值显示为零。实验三十四CU50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。三、需用器件与单元加热源、K型热电偶、CU50、热电阻、温度源、温度传感器实验模板、数显单元（直流电压表）、万用表。四、实验步骤2、CU50热电阻替换PT100热电阻，实验方法如PT100热电阻，实验结果填入下表341。表341TVMV五、思考题1、如何根据测温范围和精度要求选用热电阻2、通过温度传感器的几个实验你对各类温度传感器的使用范围有何认识3、能否用AD590设计一个直接显示摄氏温度5050数字式温度计，并利用本实验台进行实验。实验三十五PN结温度传感器特性实验一、实验目的了解PN结温度传感器的特性及工作情况。二、实验原理半导体PN结具有良好的温度特性，当一个PN结制成后，其反向饱和电流基本上只与温度有关，温度每升高1C时，下降约21MV，利用PN的这种特性就可以测得温度的变化。三、实验单元及部件5V电压源、PN结温度传感器、温度源、加热器、电桥、K型热电偶、直流电压表、水银温度计（自备）。四、实验步骤（1）注意首先根据实验台型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”学会基本参数设定。（2）将热电偶插入温度源的一个传感器插孔中。将K型热电偶自由端引线插入主控面板上的热电偶EK插孔中，红线为正极，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶，K型和E型，它们的热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别K型和E型（E型热电势大）热电偶。（3）将传感器的红色线接上5V电源，黑色接地，绿色接直流电压表。将PN结温度传感器置于加热孔中。（4）开启加热源，逐步提高温度源温度，观察温度上升时输出电压值变化，待温度稳定后记录输出电压值，并逐一将VT值记入下表CVT5作出VT曲线，得出用PN结温度传感器测温的结论。图351PN结温度传感器测温接线图实验三十六正温热敏电阻温度特性实验一、实验目的了解正温热敏电阻现象。二、实验原理热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧变化这一特性而制成的热敏元件。正温热敏电阻（PTC）呈正温度特性，温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关。大多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称为（NTC）热敏电阻一般NTC热敏电阻测温范围为50300。热敏电阻具有体积小，重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输特点。但热敏电阻也有非线性大、稳定性差、有老化现象、误差大、一致性差等缺点。一般用于低精度的测量。图各种热敏电阻特性三、实验单元及部件温度源、K型热电偶、正温热敏电阻、温度传感器实验模板、直流电压表、万用表（自备）。四、实验步骤1、注意首先根据实验台型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”学会基本参数设定。2、将热电偶插入温度源的一个传感器插孔中。将K型热电偶自由端引线插入主控面板上的热电偶EK插孔中，红线为正极，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶，K型和E型，它们的热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别K型和E型（E型热电势大）热电偶。3、按图361接线，将热敏电阻置于加热孔中。图361热敏电阻实验接线图4、开启加热源，逐步提高温度源温度，观察温度上升时输出电压值变化，待温度稳定后记录输出电压值，并逐一将VT值记入下表CVT作出VT曲线（因为热敏电阻成非线性，所以实验时多采几个值）得出用热敏电阻测温结果的结论。实验三十七负温热敏电阻温度特性实验一、实验目的了解负温热敏电阻现象。二、实验原理热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧变化这一特性而制成的热敏元件。正温热敏电阻（PTC）呈正温度特性，温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关。大多数半导体热敏电阻具有负温度系数，称为（NTC）热敏电阻一般NTC热敏电阻测温范围为50300。热敏电阻具有体积小，重量轻、热惯性小、工作寿命长、价格便宜，并且本身阻值大，不需考虑引线长度带来的误差，适用于远距离传输特点。但热敏电阻也有非线性大、稳定性差、有老化现象、误差大、一致性差等缺点。一般用于低精度的测量。图各种热敏电阻特性三、实验单元及部件温度源、K型热电偶、正温热敏电阻、温度传感器实验模板、直流电压表、万用表（自备）。四、实验步骤1、注意首先根据实验台型号，仔细阅读“温控仪表操作说明”学会基本参数设定。2、将热电偶插入温度源的一个传感器插孔中。将K型热电偶自由端引线插入主控面板上的热电偶EK插孔中，红线为正极，注意热电偶护套中已安置了二支热电偶，K型和E型，它们的热电势值不同，从热电偶分度表中可以判别K型和E型（E型热电势大）热电偶。3、按图361接线，将热敏电阻置于加热孔中。图361热敏电阻实验接线图4、开启加热源，逐步提高温度源温度，观察温度上升时输出电压值变化，待温度稳定后记录输出电压值，并逐一将VT值记入下表CVT作出VT曲线（因为热敏电阻成非线性，所以实验时多采几个值）得出用热敏电阻测温结果的结论。五、思考题怎样用负温热敏电阻测量0100的温度实验三十八光电转速传感器的转速测量实验一、实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。二、基本原理光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘有黑白相间的6个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。三、需用器件与单元光电转速传感器、5V直流电源、转动源单元及转速调节224V、数显转速频率表。四、实验步骤1、光电转速传感器安装如图201所示，在传感器支持架上装上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面23MM，将传感器引线分别插入相应插孔，其中棕色接入直流电源5V，黑色为接地端，绿色输入主控台等精度频率表，转速频率表置“转速”档。2、将转动源输出224V接到转动源信号输入插孔上。3、合上主控台电源开关，使电机转动并从等精度频率转速表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。五、思考题已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。实验三十九利用光电传感器测转速的其它方案学生可以利用直射式光电转速传感器进行实验，需要制作透光型转速盘。实验四十光敏电阻演示实验一、实验目的了解光敏电阻的工作原理、结构、性能。二、实验原理入射光子使物质的导电率发生