山理工计算机测控技术实验指导

计算机测控技术实验指导书电气与电子工程学院2007.7目录实验一输入输出接口 3实验二温度测量系统 4实验三虚拟仪器 6实验四压力测控系统 8实验五液位测控系统 9实验六温度测控系统 10实验一输入输出接口一、实验目的：熟悉数据采集系统。二、基本原理：将实验仪输出的静态信号经过模数转换后，用计算机进行分析。三、所用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V电源、士4V电源、万用表（自备）、接口系统（已装在主控箱里）四、实验步骤：1、根据图1接线。并注意将所有电源及电路中各接地点共地。将Rl、R2、R3、R4四片应变片接成桥路，其中变化一样（增大或减小）的应变片必须接在对边。2、短接IC1、IC2的输入端，将Rw3旋到适当的位置，调节Rw4侧，使Vo2输出为零。拆除短接线，将桥路输出信号，接入运放电路，调节Rwl，使Vo2输出为零。注意，调零时，数显表打在2V档上。3、先将Vo2输出与数显表Vi相连，数显表打2V档。往托盘放砝码，记下数显表上的读数。4、再将V02输出与接口系统的vin的A通道相连，并将RS232接口线一端插入面板的接口，另一端接计算机机箱的COM口。用计算机采集数据。重新添加砝码，每加一个砝码，记录信号的最大值、最小值、峰峰值及电压值（数显表读数）。并将数据填入表1中。计算机系统操作详见软件说明书。图1应变传感器实验面板图表1五、实验要求:熟悉实验内容及仪器设备，熟悉虚拟仪示波器、频谱仪及失真仪的使用。记录实验步骤及实验结果，写出实验报告六、思考题：根据实验过程分析量程选择及采样频率对测量结果的影响。

实验二温度测量系统实验目的：了解热电阻的特性与应用。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0－630.74℃以内，电阻Rt与温度t Rt=Ro(1+At+Bt2)Ro系温度为0℃时的电阻。本实验Ro＝100℃。A＝3.9684×10－2／℃，B＝－5.847×10－7／℃2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、万用表。实验步骤：将Pt100铂电阻三根线插入实验模板标Rt的a、b和R6端上，用万用表欧姆档测出Pt100三根线中其中短接的二根线接b端和R5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R5相接。在端点a与地之间加直流源6V，合上主控箱电源开关，调RW1使电桥平衡，桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零。加±15V运放电源，调RW3使UO2＝0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零。在常温基础上，将设定温度值可按Δt=5℃读取数显表值。将结果填入表2。关闭电源主控箱电源开关。表2铂电阻热电势与温度值t(℃)V(mv)5．用计算机采集数据，并对采集的数据进行处理图11－5热电阻测温特性实验图2温度测量系统面板图6．根据表2值计算其非线性误差。五、实验要求: 熟悉实验内容及仪器设备，记录实验步骤及实验结果，写出实验报告。六、思考题：如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？

实验三虚拟仪器―、实验目的：熟悉数据采集系统在动态实验中的应用二、基本原理：将实验仪输出的动态信号，经过模数转换后，用计算机采集数据进行分析。三、所用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、直流稳压电源、差动变压器模块、移相/相敏、检波/低通滤波模块、示波器、接口系统（已装主控箱上）四、实验步骤：1、将差动变压器按图3安装在台面三源板的振动单元上。2、按图4接线。并注意将所有电源及电路中各接地点共地，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Vop-p=2V，频率大约为4－5KHZ。。(2）将示波器的采样频率设为1KHZ，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Rwl和Rw2使示波器（相敏检波器）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Rwl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。★★★★★【注意】低频振荡电压幅值不要太大，以免梁在自振频率附近振幅过大。★★★★★3、分别把放大器Vo、相敏检波器vo及低通滤波器Vo接接口板的Vin用计算机采集各点波形，在虚拟仪器中，选择合适的量程及采样频率，观察波形输出并进行分析，使用失真仪对相应的波形进行分析，将分析数据记入表3中。（详见软件操作说明）图3差动变压器振动测量安装图图4差动变压器振动测量实验接线图表3基波频率（Hz）谐波幅值失真度（THD）放大器输出Vo相敏输出Vo低通滤波器输出Vo五、思考题：如果用电压表来读数，和虚拟仪器相比，需要增加哪些测量单元，测量线路如何？

实验四压力测控系统―、实验目的：熟悉水箱压力控制系统的基本结构，控制方法及传感器特性，用组态王设计压力控制系统，实现水箱压力的控制二、实验设备： 过程控制实验装置，组态王软件，计算机三、实验步骤： 1．熟悉压力传感器的接口及信号范围，测量水位高度与压力的关系 2．用组态王设计界面，并实现对压力信号的采集、变换与显示 3．用组态王实现对变频器的控制从而实现流量的控制 4．设计控制器，调整控制器参数，完成压力的闭环控制

四、要求： 写出实验方案，记录实验结果，写出实验报告

实验五液位测控系统―、实验目的：熟悉一阶水箱液位控制系统的基本结构，控制方法及传感器特性，用组态王设计水位控制系统，实现水箱水位的控制二、实验设备：过程控制实验装置，组态王软件，计算机三、实验步骤： 1．熟悉水位传感器的接口及信号范围，测量水位高度与压力的关系 2．用组态王设计界面，并实现对水位信号的采集、变换与显示 3．用组态王实现对变频器的控制从而实现流量的控制 4．设计控制器，调整控制器参数，完成水位的闭环控制

四、要求： 写出实验方案，记录实验结果，写出实验报告

实验六温度测控系统实验目的：熟悉温度控制仪，设计一个温度测控系统，用来控制加热箱中的温度。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－50℃－＋150℃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Ub电压产生时的离散性，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。本实验采用的是国产的AD590。它只需要一种电源（＋4V－＋30V）。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R2见图需用器件与单元：温度控制单元、加热源、集成温度传感器、温度传感器实验模板、数显单元、万用表。仪器熟悉温度控制仪本实验台位式温度控制简要原理如下：当总电源K1合上，直流电源24V加于端子“总“低通，固态继电器7、8端有直流电压，S10端导通，加热器通电加热，当温度达到设定值时，由于热电偶（K型）的热电势的作用，温控仪内部比较反转总低断开，总高导通固态继电器7、8端设有电压，9、10端断开，加热炉停止加热，总高端导通后，直流电源24V加于电风扇，风扇转动加速降温，因为温度上升后一定惯性，因此该温度仪上冲量较大。将热电偶（K型）插入台面三源板加热源的一个传感器安置孔中。选择K型热电偶插入主控面板上的热电偶插孔中，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势表中可以判别K型和E型（E型热电势大）。将加热器的220V电源插头插入主控箱面板上的电源插座上。在温度控制仪上设定t=40℃将温度传感器实验模板输出VO2与主控箱数显表输入Vi相接，波段开关选择电压2V档，此时2V档数显表电压指示灯亮。将集成温度传感器加热端插入加热源的一个插孔中，尾部红色线为正端，插入实验模板的a端，另一端插入b孔上，a端接电源＋4V，b端与Vo1相接，R6接地，接上直流源±15V。运放IC4调零，Vo1接地，调RW3使输出UO2为零，数显表显示为零，除去V01短路线。图5集成温度传感器实验原理图图6位式温度控制原理图将VO2与数显表头Vi相接，开关选择电压指示2V档，电压指示灯亮。合上加热源开关，温度从40℃开始，每隔10℃读取一个点。记下数显表上相应读数，上限不超过100℃，表4T（℃）V(V)由表4数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。温度测控系统设计（PID控制）增强型温度控制仪XMTD7611H、PID温度调节控制仪使用说明如下：接通电源后，显示窗即显示被控对象的测量值。此时按“set”键三秒钟，使面板上的“设定项目指示”图表中第一个指示灯“控制”点亮，这时显示窗显示“控制”设定值，按“∧”或“∨”键“控制”设定值符合您需要，再按一下“set”键即转入下一设定项目……，最后切