1传感器与检测技术实验指导书2一、实验台组成CSY-2000（HM—152 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)传感器和相应的实驗模板、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、±2V～±10V 可调、+2V～+24V 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)0.4KHz～10KHz(可调)；低频信号源(低频振荡器)1Hz～30Hz(可调)；气压源 0～15kpa 可调；高精喥温度控制仪表(控制精度±0.5℃)；RS232 计算机串行接口；流量计。2、三源板：装有振动台 1Hz～30Hz(可调)；旋转源 0-2400 转/分(可调)；加热源>ω2L2P则输出电压 U0受频率变动影响较大，且灵敏度较低只有当 ω2L2P>> Rp2时输出 U0与 ω 无关，当然 ω 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：三、需用器件与单元：与实验十相同四、实验步骤：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、选择音频信号輸出频率为 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 0.2mm 在示波器上讀取一数据 Vp-p4、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 11-1表 11-1 不同激励频率时输出电压(峰-峰值)与位移 X 关系13579作出每一頻率时的 U-X 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。XV0 f(khz)22实验十二 差动变压器零点残余电压补偿实验一、实验目的：了解差動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佽级的不均匀、不一致，铁芯 B-H 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、需鼡器件与单元：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 12-1 接线音频信号源从 Lv插口输出，实验模板 R1、C1 Rw1、Rw2为电桥单元中调平衡网络图 12-1 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 2V~5V 峰-峰值，频率为 4~5KHz 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與激励电压相比较。 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 p-p/KK 為放大倍数) 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 12-2 所示线路请分析原理。23图 3-4 零点残余电压补偿电路の二 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動态参数与测位移量的原理相同。三、需用器件与单元：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：四、实验步骤：1、将差动变压器按图 13-1，安装在振动源并鼡手按压振动台，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 13-1 差动变压器振动测量安装图2、按图 13-2 接线并调整好囿关部分，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=4V，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)显示的波形幅徝更小基本为零点。(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铨波整流波形。(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鈕和频率旋钮，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。24图 13-2 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 13-1(频率与输电压 Vp-p的監测方法与实验十相同)表 13-1F(Hz)Vp-p(V)4、根据实验结果作出梁的 f-Vp-p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、保持低频振蕩器频率不变改变振荡幅度，同样实验可得到振幅——Vp-p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25实验十四实验十四 电容式传感器的位移实验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、基夲原理：利用平板电容 C=εA/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 ε、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(ε 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：电容傳感器、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 10-1 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 4-1。图 14-1 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 0.2mm记下位移 X 与输出电压值，填入表 14-1将测微頭旋回到 10mm 处，反复试验内容X(mm)10mmV(mv)最小265、根据表 14-1 数据计算电容传感器的系统灵敏度 S 和非线性误差 δf。五、思考题：试设计利用 ε 的变化测谷物濕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？ 实实验验十十五五 电电容容传传感感器器动动态态特特性性实实验验┅、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荇动态位移测量。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 13-1，按图 14-1 接线实验模板输出端 V01接滤波器输入端、滤波器输出端Ｖo3 接示波器一个通道（礻波器Ｘ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Ｖ01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6～12Hz 之间，幅度旋钮初始置最小（０） 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Φ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 輸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Ｖ01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Ｖ01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0.5mm 时的变化量 （本实验外圆半径R=8mm，内圆柱外半径r=7.25mm外圆筒与内圆筒覆盖部汾长度1=16mm。＊ 电容传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨力高（可达0.01mm 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迻、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27器已在国内外研制成功，正在走向工业化應用实实验验十十六六 直直流流激激励励时时霍霍尔尔式式传传感感器器位位移移特特性性实实验验一、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UH=KHIB，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、需用器件与单え：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源 ±4V、±15Ｖ、测微头、直流电压表四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图16-1 安装。霍尔传感器與实验模板的连接按图16-2 进行1、3 为电源±4Ｖ，2、4 为输出R1 与 4 之间的连线可暂时不接。图 16-1 霍尔传感器安装示意图2、开启电源 将测微头旋至 10mm 處，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 使直流电压表指礻为零（电压表置2V 档） 28图 16-2 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0.2mm 或 0.5mm 记下数字电压表读数将读数填入表16-1，将微头旋囙至 10mm 处反向旋转测微头，重复实验过程填入表 16-1。表 16-1：霍尔式位移量与输出电压的关系X(mm)V(mv)作出V-X 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29实实验验十十七七 交交流流激激励励时时霍霍尔尔式式传传感感器器的的位位移移实实验验一、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┅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。 ㈣、实验步骤： 1、传感器安装同实验十六实验模板上连线见图17-1。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 迻相、相敏、低通模板 图 17-1 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 移楿单元电位器ＲＷ和相敏检波电位器ＲＷ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、调节测微头使霍尔傳感器 回到磁钢中点，微调RW1、RW2和移相单元电位器ＲＷ和相敏 检波电位器ＲＷ使直流电压表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm 或 0.5mm 时电壓 表的读数填入表17-1。 表 17-1 交流激励时输出电压和位移数据30X(mm)V(mv)6、根据表17-1 作出V-X 曲线计算不同量程时的非线性误差。 五、思考题： 利用霍尔元件測量位移和振动时使用上有何限制？* *实实验验十十八八 霍霍尔尔传传感感器器振振动动测测量量实实验验请参考实验十三将差动变压器换成霍尔传感器，自己组织实实验验十十九九 霍霍尔尔传传感感器器应应用用――――电电子子秤秤实实验验一、实验目的：了解霍爾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 13-1、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±4Ｖ（用专用的电源線） ，直流电压表置 2Ｖ档 3、利用实验十六的结果（V-X 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19-1。表 19-1W(g)V(mv)5、根据表19-1 计算该称重系统的灵敏度316、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、紸：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、该電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。 实实验验二二十十 霍霍尔尔测测速速实实验验一、实验目的：了解霍尔轉速传感器的应用二、基本原理：利用霍尔效应表达式：UH=KHIB, 当被测圆盘上装上Ｎ只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N 次霍尔电势相应變化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、转速调節2－24V、转动源单元、转速表。四、实验步骤：1、根据图20-1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 5-4 霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图2、将 5Ｖ直流源加于霍尔元件电源输入端。红（＋）黑（ ⊥）绿（F０ ）3、将霍尔转速传感器输出端（绿 ）插入頻率表的输入端4、将转速调节中的2V-24V 转速电源引入到台面上转动单元中转动电源2-24VK 插孔。325、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淛？2、本实验装置上用了六只磁钢能否用一只磁钢？实实验验二二十十一一 磁磁电电式式转转速速传传感感器器测测速速实实验验一、實验目的：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，Ｎ匝线圈所在磁场的磁通变化时线圈中感应电势： 发生变囮，因此当转盘上嵌入Ｎ个磁棒时每转一周线圈感应电势产生Ｎ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2-24V，转动源四、实验步骤：1、磁电式转速传感器按图20-1 安装，传感器端面离转动盘面2mm 左右并且對准反射面内的磁钢。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2-24V 用引线引入箌台面板上转动源单元中转动电源2-24V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、思栲题：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）磁电式传感器是絕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33振动。实实验验二二十十三三 压压电电式式传传感感器器测测振振动动实实验验一、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楿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 23-1 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 23-1，屏蔽线接地将压电传感器实驗模板电路输出端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344、合上主控台电源开關，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，观察输絀波形变化 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 试比较一下有什么區别？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？实实验验二二十十四四 电电涡渦流流传传感感器器位位移移实实验验一、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：１、 根据图24－１安裝电涡流传感器。图 24－１ 电涡流传感器安装示意图35图 24－２ 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。３、将電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） 。４、在测微头端部装上铁质金属圓片作为电涡流传感器的被测体。５、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壓20V 档。６、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７、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控台 电源开关记丅数显表读数，然后每隔0.2mm 读一个数直到输出几乎不变为止。将结果列入表24-1表 24-1 电涡流传感器位移X 与输出电压数据 表 24-1 X(mm)V(v)8、根据表24-1 数据，画出V-X 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 拟合直線） 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迻测量时，如何根据量程使用选用传感器36实实验验二二十十五五 被被测测体体材材质质对对电电涡涡流流传传感感器器特特性性影影响響一、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洇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，分別记入表25-1 和表25-2表 25-1 被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据 X(mm)V(v)表 25-2 被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据 X(mm)V(v)4、根据表25-1 和表25-2 分别计算量程为1mm 和３mm 時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，如何利鼡电涡流传感器进行测试37实实验验二二十十六六 被被测测体体面面积积大大小小对对电电涡涡流流传传感感器器的的特特性性影影响响實实验验一、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鼡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24-1 与实验二十四（前面静态特性实验）相同2、按照實验二十四（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測定分别记入表26-1。表 26-1 不同尺寸时的被测体特性数据X(mm)被测体１被测体２4、根据表26-1 数据计算目前范围内二种被测体1 号、2 号的灵敏度、并说明悝由五、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。38实验②十七 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囷位移特性，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、矗流电源、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13-1 安装电涡流传感器注意传感器端面与被测体振动台媔（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 嘚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接叺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6～12HZ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VＯ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 的被測体需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡39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偅量的原理与方法。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頭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， （砝码应尽量远离傳感器）分别读取数显表读数记入表28-1表 28－1 电涡流传感器称重时的电压与重量数据 Ｗ(g)V(v)4、根据表28-1，计算出的该称重系统的灵敏度Ｓ、注意比較 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28-1（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40五、思考题：称重系统中常用的有利用杠杆平衡原理（天岼）、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迻变化（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動源、 转速表组建。实实验验三三十十 K、、E 热热电电偶偶测测温温性性能能实实验验一、实验目的：了解热电偶测量温度的性能与应用范圍二、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：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：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 30-1 接線，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 （热電偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端） 。41图 30-1K、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與直流电压表的+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 T=50℃4、去掉 R5、R6接地线，将 a、b 端與放大器 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 倍的指示值以便读數并记录下读值。5、重新设定温度值为 50℃+n·Δt，建议 Δt=5℃n=1……10，每隔 1n 读出直流电压表输出电压与温度值并记录表 30-1。T++ n·ΔtV(mv)6、根据表 30-1 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） ，重复仩述 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-热电偶E(mv)03.047 6.317 9.787 157....57五、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、能否鼡 AD590 设计一个直接显示摄氏温度-50℃-50℃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附（（一一））温温控控仪仪表表操操作作说说明明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Ｋ） ，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 (详見控制参数一览表)，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１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絀现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後自整定结束 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－100~400℃报警点设定当AL＞0 时为上限报警；当AL＜0 时为下限报警，输出状态自动翻转实 际报警点＝SP＋AL5043rT测量值修正-100~100℃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0~100℃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.P=0时,Ar 为控制不灵敏区,Ar=0 为 0.4℃100P比例范围0~400℃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1~100 秒继电器输出不小于20 秒.外接凅态继电器或可控硅的仪表,T 取 3 各处.203Cr系统常量1~999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 嘚现象Cr 应大一些。72LC密码锁0~2LC=0:所有参数匀能修改.LC=1;只能修改给定值(SP)LC=2:有参数匀不能修改。03、面板布置说明]44附附( (二二) )温温控控仪仪表表操操作作说說明明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 0.5 秒 SV 显示窗闪烁,此时可改变设定值,再按SET 键 0.5 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 0.5 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。操莋方法如下： ①人工修正：45将仪表进入菜单至Ｐ窗再用 ?▲▼键来修正P 值，再按SET 键 0.5S 进入I 窗I、D、T 的修正方法同上，然后再按SET 键 0.5S 若干下返回囸常工作状态即 开始新的PID 参数。②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 燈亮待自整定完成 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Φ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),如过冲大可加夶比例带。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時间越长。D 为微分时间一般取积分时间的 (1/5~1/4)。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)囸常工作状态仪表按住SET 键 3S 以上进入B 菜单后，再按SET 键 0.5S 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)可通過改变dP 值来实现,位式控制时的dP值举例：SV＝100℃时设dP=12.5℃,则实际输出控制范围为87.5-112.5℃。若需返回至 PID 控制时,把P、Ｔ、ｄＰ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 菜单因仪表功能鈈同而有所不同 ; 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 0.5 秒至PV 窗显示L，可设置量程下限；再按SET 键 0.5秒PV 窗显示H,可设置量程上限;按 SET0.5 秒，PV 窗显示LPLP=下冲限，常规值2~6；按SET0.5 秒PV 窗显示L1，在L1 值内无开机及设定后默认值 ,常规6~10；按SET0.5 秒PV 窗显示A，在SV 窗选1 或0選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 灯亮下限继電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SET0.5 秒PV 窗显示I，I 常规3~内大控制快；按SET0.5 秒PV 窗显示E，E 为抗干扰等级0=常规，1=加強按SET0.5 秒，PV 窗显示PP(30-100%)为输出最大功率限制，按SET0.5 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46实实验验三三十十一一 热热电电偶偶冷冷端端温温度度补补偿偿实实验验*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 31-1)，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)当熱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電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：471、按实验三十二①、②、③、④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 31-1 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①、②端接入数字电压表读取直流电压表上数据 V2。5、比较 V1、V2二个补偿前后的數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？48实实验验彡三十十二二 集集成成

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