自动化仪表实验报告

试验一金属箔式应变片——半桥性能试验一、试验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、试验仪器同试验一三、试验原理不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，如图2-1高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值一样、应变数也一样时，半桥的输出电压为U Ek E R〔2-1〕式中

0 2 2RR为电阻丝电阻相对变化；Rk为应变灵敏系数；l为电阻丝长度相对变化；lE为电桥电源电压。2-1说明，半桥输出与应变片阻值变化率呈线性关系。2-1半桥面板接线图四、试验内容与步骤应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图1-1。按图2-1接好“差动放大器”和“电压放大器电路参考试验一步骤2。将“差动放大器”的输入端短接并与地相连200mV档，开启直流电源开关。将“差动放大器”增益电位器与“电压放大器”增益电位器调至最大位置〔顺时针最右边，调整调零电位器使电压表显示为0V。关闭直流开关电源〔两个增益调整的位置确定后不能改动〕2-1接线，将受力相反〔一片受拉，一片受压〕的两只应变片接入电桥的邻边。4Rw2使电压表显示为零〔200mV档。200g砝码加完，登记试验结果，填入表2-1。重量(g)电压重量(g)电压(mV)试验完毕后，关闭试验台电源，整理好试验设备。五、试验报告依据所得试验数据，计算灵敏度S=ΔU/ΔW和半桥的非线性误差δf2。六、思考题引起半桥测量时非线性误差的缘由是什么？七、留意事项试验所承受的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传〔称重传感器量程为0.5k试验二集中硅压阻式压力传感器的压力测量试验一、试验目的了解集中硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。二、试验仪器压力传感器、气室、气压表、分压器、差动放大器、电压放大器、直流电压表三、试验原理在具有压阻效应的半导体材料上用集中或离子注入法，摩托罗拉公司设计出X形硅压力传感器，如图10-1所示，在单晶硅膜片外表形成4个阻值相等的电阻条。将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成集中硅压阻式压力传感器。10-1，在X形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，〔本试验承受转变气室内的压强的方法转变剪切力的大小垂直于电流方向将会产生电场变化Ei，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo。UOdEdi〔10-1〕d为元件两端距离。10-2所示，MPX104个引出脚，1脚接地、2脚为Uo+、3脚接+5V电源、4脚为Uo-；当P1>P2时，输出为正；P1<P2时，输出为负〔P1与P2为传感器的两个气压输入端所产生的压强。10-1集中硅压力传感器原理图10-2集中硅压力传感器接线图四、试验内容与步骤按图10-2接好“差动放大器”与“电压放大器20V档，翻开直流开关电源。调整“差动放大器”与“电压放大器”的增益调整电位器到中间位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调整调零电位器使直流电20V档显示为零。10-2连接“压力传感器”与“分压器170，气压计指在“零”刻度处，将“压力传感器”的输出接到差动放大器的输入端，调整Rw120V档显示为零。P(kP)U〔V〕0.01MPa0.005Mpa登记“电压放大器”输出的电压值P(kP)U〔V〕试验完毕后，关闭试验台电源，整理好试验设备。五、试验报告依据试验所得数据，计算压力传感器输入——输出〔P—U〕曲线。计算灵敏S=ΔU/ΔP，非线性误差δf。试验三霍尔测速试验一、试验目的了解霍尔组件的应用——测量转速。二、试验仪器霍尔传感器、0~24V直流电源、转动源、频率/转速表、直流电压表。三、试验原理利用霍尔效应表达式：U＝KIBNH H一周，霍尔传感器受到的磁场变化N次。转盘每转一周，霍尔电势就同频率相应变化。输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出转盘的转速。四、试验内容与步骤安装依据图19-1转盘上的磁钢。19-1霍尔传感器安装示意图将“+5V”与“GND”接到底面板上转动源传感器输出局部，Uo2为“霍尔”输出端，Uo2与接地端接到频率/转速表〔切换到测转速位置。将“0~24V可调稳压电源”与“转动源输入”相连，用数显电压表测量其电压值。翻开试验台电源，调整可调电源0~24V驱动转动源，可以观看到转动源转速的变化，待转速稳定后〔稳定时间约一分钟左右的转速值。也可用示波器观测霍尔元件输出的脉冲波形。电压(V) +6V电压(V) +6V+8V+10V+12V14V+16V+18V+20V转 速(rpm)五、试验报告分析霍尔组件产生脉冲的原理。依据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。试验四K型热电偶测温试验一、试验目的K型热电偶的特性与应用。二、试验仪器智能调整仪、PT100、K型热电偶、温度源、差动放大器，电压放大器、直流电压表三、试验原理热电偶传感器的工作原理01821年觉察的塞贝克效应，即两种不同的导体或半导体AB组成一个回路，其两端相互连接，只要TT，则回路中就有电流产生，见图32-〔，即回路中存在电动势，该电动势被称为热电势。0图32-1〔a〕 图32-1〔b〕两种不同导体或半导体的组合被称为热电偶。T0T当回路断开时，在断开处a，b之间便有一电动势E，其极性和量值与回路中的热电势全都，见图32-〔，并规定在冷端，当电流由A流向B时，称AT0TTT即

E

与温度差〔T-T成正比，E=S 〔T-T〕 〔32-1〕T AB 0ABS 为塞贝克系数，又称为热电势率，它是热电偶的最重要的特征量，其符号和大小取决于热电极材料的相对特性。AB热电偶的根本定律：均质导体定律由一种均质导体组成的闭合回路，不管导体的截面积和长度如何，也不管各处的温度分布如何，都不能产生热电势。中间导体定律0用两种金属导体A，B组成热电偶测量时，在测温回路中必需通过连接导线0E

AB

，而这些导体材料和热电偶导体AB的材料AB 往往并不一样。在这种引入了中间导体的状况下，回路中的温差电势是否发生变化呢？热电偶中间导体定律指出：在热电偶回路中，只要中间导体C两端温度一样，那么接入中间导体CE〔T，TAB 中间温度定律1 32-2T，1

E

；AB 1 2；

E

TT，那么当两结点温度为TT时2 3的热电势则为

AB 2 3 1 3E〔T，T

〕+E〔T，T

〕 〔32-2〕AB 1 2

AB 2 3

AB 1 31 2 式〔2〕就是中间温度定律的表达式。譬如：T=100℃，T=40℃，T=01 2 〔32-3〕AB AB AB32-2中间定律示意图热电偶的分度号S、R、B、K、E、J、T、N表示。它是在热电偶的参考端为0℃的条件下，以列表的形式表示热电势与测量端温度的关系。四、试验内容与步骤Pt100500C，在另一个温度传感器插孔中插入K型热电偶温度传感器。将K型热电偶接至底面板“温度传感器”的“热电偶”处。热端〔红色〕a，冷端〔绿色〕接b。按图32-3接接好“差动放大器”和“电压放大器输出接至直流电压表。4一样。拿掉短路线，按图32-3接线，并将“温度传感器”的“热电偶”接入电路，登记电压放大器的输出电压值。32-3热电偶测温接线图T〔℃〕U〔V〕50C，登记输出值U1200T〔℃〕U〔V〕五、试验报告

32-1132-1的试验数据，作出U-T曲线，分析K型热电偶的温度特性曲线，计算其非线性误差。试验五智能调整仪温度掌握试验一、试验目的了解PID智能模糊+位式调整温度掌握原理。二、试验仪器智能调整仪、PT100、温度源三、试验原理位式调整位式调整〔ON/OFF〕场合作温度掌握，或用于报警。位式调整仪表用于温度掌握时，通常利用仪表内部的继电器掌握外部的中间继电器再掌握一个沟通接触器来掌握电热丝的通断到达掌握温度的目的。PID智能模糊调整PID智能温度调整器承受人工智能调整方式，是承受模糊规章进展PID调整的一种先进的型人工智能算法，能实现高精度掌握，先进的自整定〔AT〕功能使得无需设置掌握参数。在误差大时，运用模糊算法进展调整，以消退PID饱和积分现象，当误差趋小时，承受PID算法进展调整，并能在调整中自动学习和记忆被控对象的局部特征以使效果最优化，具有无超调、高精度、参数确定简洁等特点。控温精度为±10C。温度掌握根本原理由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本试验仪承受PID智能模糊+尽可能短的时间内掌握在某一温度值上，并能在试验完毕后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来，可节约试验时间。当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻Pt100的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反响信号输给PID-电压转换后与温度设定值比较再进展数字PID运算输出可控硅触发信号〔加热〕和继电器触发信号〔冷却PID智能温度掌握原理29-1所示。图29-1 PID智能温度掌握原理框图三、试验内容与步骤Pt1029-2接线。将“稳压源+24热器风扇电源。按住“ ”键3秒以下，进入智能调整仪A菜单，仪表靠上的窗口显示“LOCK等于0或1时使能，设置温度的设定值，按“

”键可转变小数点位置，按“

”或“”键可修改靠下窗口的设定值。否则提示“始状态。

”表示已加锁。再按“

”键3秒以下，回到初按“ 键3秒以上进入智能调整仪B菜单靠上窗口显“ ，靠下窗口显示待设置的上限偏差报警值。按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的上限报警值。上限报警时仪表右上“AL1”指示灯〔0.5〕连续按“”键3秒以下，靠上窗口显示“

置的自整定开关，按“

”自整定关1”自整定开，开时仪表右上“AT”指示灯亮。连续按“”键3秒以下，靠上窗口显示dP，靠下窗口显示待设置的仪表小数点位数，按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的比例参数值〔参考值1〕连续按“的比例参数值，按“口的比例参数值。连续按“

”键3P”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗”键3的积分参数值，按“口的积分参数值。连续按“的微分参数值，按“口的微分参数值。连续按“

”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗”键3d”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗”键3T的输出周期参数值，按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的输出周期参数值。连续按“”键3秒以下，靠上窗口显示S，靠下窗口显示待设置的测量显示误差休正参数值，按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的测量显示误差休正参数值〔参考值0〕连续按“”键3秒以下，靠上窗口显示U，靠下窗口显示待设置的功率限制参数值，按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的功率限制参数值〔100%〕连续按“置的锁定开关，按“

”键3LC”或”键可修改靠下窗口的锁定开关状态值“”许B1”只允许A2以下，回到初始状态。

3秒设置不同的温度设定值，并依据掌握理论来修改不同的P、1、D、T参数，观看温度掌握的效果。五、试验报告1．简述温度掌握原理并画出其原理框图。29-2智能调整仪控温接线示意图试验六智能调整仪转速掌握试验一、试验目的了解霍尔传感器的应用以及计算机检测系统的组成。二、试验仪器智能调整仪、转动源、I/V转换、电机驱动、F/V转换、同相放大器三、试验原理利用霍尔传感器检测到的转速频率信号经F/V转换后作为转速的反响信号，该反响信号与智能调整仪的转速设定值比较后进展数字PID运算，调整电压驱动〔设定值1500转/分～2500转/分39-1所示。39-1转速掌握流程图四、试验内容与步骤39-2接线。开启掌握台总电源，将智能U按住“”键3秒以下，进入智能调整仪A菜单。仪表靠上的窗口显示“LOCK等于0或1时使能，设置转速的设定值，按“”可转变小数点位置，按“”或“”键可修改靠下窗口的设定值〔参考值1500~2503秒以下，回到初始状态。

”表示已加锁。再按“”键按“ 键3秒以上进入智能调整仪B菜单靠上窗口显“ ，靠下窗口显示待设置的上限报警值“可转变小数点位置““”键可修改靠下窗口的上限报警值。上限报警时仪表右上“AL1”指示灯亮〔参考值500。连续按“ ”键3秒以下，靠上窗口显示“ ，靠下窗口显示待设置的自整定开关，掌握转速时无效