大連海事大學(xué)自編講義：傳感器

1、傳感器原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)講義白一鳴 范云生 趙永生 主編王國峰 主審2014年11月前 言 傳感器原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)課程是為測控技術(shù)與儀器專業(yè)以及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科三年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課。通過本課程的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生掌握各種傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法,鍛煉學(xué)生初步具有傳感器的運(yùn)用和設(shè)計(jì)能力，并能夠?qū)鞲衅鲬?yīng)用與設(shè)計(jì)的具體問題有較強(qiáng)的分析和解決的能力，為將來從事測控技術(shù)與儀器專業(yè)相關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用工作打下必要的實(shí)踐基礎(chǔ)。講義主要由9個(gè)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成：實(shí)驗(yàn)1 金屬箔式應(yīng)變片：單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)2 金屬箔式應(yīng)變片：單臂半橋全橋性能比較及溫度影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2為應(yīng)變片實(shí)驗(yàn)。了解金屬箔式應(yīng)變片及單

2、臂電橋的工作原理和工作情況，驗(yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互關(guān)系。實(shí)驗(yàn)3 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)。了解差動(dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性。實(shí)驗(yàn)4 電渦流傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)。電渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定，了解電渦流傳感器的原理及工作性能，了解被測材料對電渦流傳感器特性的影響，了解電渦流傳感器的應(yīng)用方法。實(shí)驗(yàn)5 直流激勵(lì)時(shí)線性霍爾傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)。了解霍爾傳感器工作原理，了解霍爾傳感器在靜態(tài)測量中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)6 差動(dòng)變壓器測量位移特性實(shí)驗(yàn)。測試差動(dòng)變壓器的性能。了解差動(dòng)變壓器的工作原理和工作情況。 實(shí)驗(yàn)7 溫度源的溫度控制調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)8 溫度源的溫度控制、調(diào)節(jié)及Pt100鉑電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)。

3、實(shí)驗(yàn)9 K熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)7、實(shí)驗(yàn)8和實(shí)驗(yàn)9為熱電偶原理溫度測量實(shí)驗(yàn)。了解熱電偶工作原理及分度表的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)設(shè)備介紹 CSY3000系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用最新推出的模塊化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上采用的大部分傳感器雖然是教學(xué)傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學(xué)），但其結(jié)構(gòu)與線路是工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)。希望通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生加強(qiáng)對書本知識的理解，并在實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行過程中通過信號的拾取、轉(zhuǎn)換、分析。掌握作為一個(gè)科技工作者應(yīng)具有的基本的操作技能與動(dòng)手能力。一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成 CSY3000系列傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由主機(jī)箱、溫度源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、振動(dòng)源、傳感器、相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實(shí)驗(yàn)臺(tái)桌等組成。

4、1、主機(jī)箱：提供高穩(wěn)定的±15V、±5V、5V、±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）、2V24V（連續(xù)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源；直流恒流源06mA20mA可調(diào)；音頻信號源（音頻振蕩器）1KHz10KHz（連續(xù)可調(diào)）；低頻信號源（低頻振蕩器）1Hz30Hz（連續(xù)可調(diào)）；氣壓源020KPa（可調(diào)）；溫度（轉(zhuǎn)速）智能調(diào)節(jié)儀（開關(guān)置內(nèi)為溫度調(diào)節(jié)、置外為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)）；計(jì)算機(jī)通信口；主機(jī)箱面板上裝有電壓、電流、頻率轉(zhuǎn)速、氣壓、光照度數(shù)顯表；漏電保護(hù)開關(guān)等。其中，直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器都具有過載切斷保護(hù)功能，在排除接線錯(cuò)誤后重新開機(jī)一下才能恢復(fù)正常工作。 2、振動(dòng)源：振動(dòng)

5、臺(tái)振動(dòng)頻率1Hz30Hz可調(diào)（諧振頻率9Hz左右）。 轉(zhuǎn)動(dòng)源：手動(dòng)控制02400轉(zhuǎn)分；自動(dòng)控制3002400轉(zhuǎn)分。 溫度源：常溫150。 3、傳感器：基本型有電阻應(yīng)變式傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、差動(dòng)變壓器、電容式位移傳感器、霍爾式位移傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電轉(zhuǎn)速傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器（光電斷續(xù)器）、集成溫度傳感器、K型熱電偶、E型熱電偶、Pt100鉑電阻、Cu50銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器、光照度探頭、純白高亮發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池、反射式光電開關(guān)共二十六個(gè)（其中二個(gè)光源）。 增強(qiáng)型：基本型基礎(chǔ)上

6、可選配扭矩傳感器、超聲位移傳感器、PSD位置傳感器、CCD電荷耦合器件、光柵位移傳感器、紅外熱釋電傳感器、紅外夜視傳感器、指紋傳感器等。 4、實(shí)驗(yàn)?zāi)０澹夯拘陀袘?yīng)變式、壓力、差動(dòng)變壓器、電容式、霍爾式、壓電式、電渦流、光纖位移、溫度、移相相敏檢波低通濾波模板、光電器件(一)、光開關(guān)共十二塊模板。增強(qiáng)型增加與選配傳感器配套的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?。二、電路原?實(shí)驗(yàn)?zāi)０咫娐吩硪延∷⒃谀０宓拿姘迳希瑢?shí)驗(yàn)接線圖參見具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。三、使用方法 1、開機(jī)前將電壓表顯示選擇旋鈕打到2V檔；電流表顯示選擇旋鈕打到200mA檔；步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到±2V檔；其余旋鈕都打到中間位置。 2、將AC 220V

7、電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關(guān)，數(shù)顯表顯示0000，表示實(shí)驗(yàn)臺(tái)已接通電源。 3、做每個(gè)實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先閱讀實(shí)驗(yàn)講義，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均應(yīng)在斷開電源的狀態(tài)下按實(shí)驗(yàn)線路接好連接線（實(shí)驗(yàn)中用到可調(diào)直流電源時(shí)，應(yīng)在該電源調(diào)到實(shí)驗(yàn)值后再接到實(shí)驗(yàn)線路中），檢查無誤后方可接通電源。 4、合上調(diào)節(jié)儀（溫度開關(guān)）電源開關(guān)，調(diào)節(jié)儀的PV顯示測量值；SV顯示設(shè)定值。 5、合上氣源開關(guān)，氣泵有聲響，說明氣泵工作正常。四、注意事項(xiàng) 1、嚴(yán)禁用酒精、有機(jī)溶劑或其它具有腐蝕性溶液擦洗主機(jī)箱的面板和實(shí)驗(yàn)?zāi)０迕姘濉?2、請勿將主機(jī)箱的電源、信號源輸出端與地（）短接，因短接時(shí)間長易造成電路故障。 3、請勿將主機(jī)箱的±電源引入

8、實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍟r(shí)接錯(cuò)。 4、在更換接線時(shí)，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。 5、實(shí)驗(yàn)完畢后，請將傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸呕卦帯?6、實(shí)驗(yàn)接線時(shí)，要握住手柄插拔實(shí)驗(yàn)線，不能拉扯實(shí)驗(yàn)線。實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn) 每次課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以10分計(jì)，評分標(biāo)準(zhǔn)如下：1. 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告（2分） 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告完整，理論數(shù)據(jù)計(jì)算符合要求；能正確回答指導(dǎo)教師提出的相關(guān)問題（隨機(jī)進(jìn)行）。沒有做實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告的學(xué)生，缺席實(shí)驗(yàn)課，該次考核成績?yōu)?分計(jì)。2. 實(shí)驗(yàn)操作（4分） 實(shí)驗(yàn)操作方法正確（包括接線、儀器儀表使用、軟件操作等），能獨(dú)立排除實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的一般故障，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確，計(jì)4分（有問題酌情扣分）。實(shí)驗(yàn)過程中如果沒有按照實(shí)驗(yàn)要求而燒毀

9、或損壞設(shè)備、儀表，按學(xué)校設(shè)備管理的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行賠償。3. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告（4分） 內(nèi)容全面，字跡清晰工整，數(shù)據(jù)記錄、處理、計(jì)算及繪圖正確。對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的故障分析正確，計(jì)4分（有問題酌情扣分）。如果實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告有雷同均以0分計(jì)。實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片：應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能，并掌握應(yīng)變片測量電路。2. 實(shí)驗(yàn)原理 電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： R/R=K；式中：R/R為電阻絲的電阻相對變化值，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=L/L為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片是通過光刻

10、、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，用它來轉(zhuǎn)換被測部位的受力大小及狀態(tài)，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，U01=EK/4。（E為供橋電壓）。3. 需用器件與單元主機(jī)箱中的±2V至±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、數(shù)顯表萬用表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f明： 如圖1-1所示，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測量電路、差動(dòng)放大器組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)０嬷械腞1（傳感器的左下）、R2（傳感器的右下）、R3（傳感器的右上）

11、、R4（傳感器的左上）為稱重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒有文字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號是空的無實(shí)體，其中4個(gè)電阻符號組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋方便而設(shè)；R5、R6、R7是350固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口，做應(yīng)變片溫度影響實(shí)驗(yàn)時(shí)用。多芯插頭是振動(dòng)源的振動(dòng)梁上的應(yīng)變片輸入口，做應(yīng)變片測量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)用。圖1-1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖圖1-2 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍖?shí)物圖4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 將托盤安裝到傳感器上，如圖1-3所示。圖1-3 傳感器托盤安裝示意圖（2）測量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤上無重

12、物時(shí)，分別測量應(yīng)變片R1、R2、R3、R4的阻值。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測量R1、R2、R3、R4的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）圖1-4 測量應(yīng)變片的阻值示意圖（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)０嬷械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖1-5示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)解放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈）后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０娣糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖1-5 差動(dòng)放大器調(diào)零接線示意圖（4）應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1-6示意圖接線，將

13、±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼（盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1-1。圖1-6 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表1-1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量（g）0 電壓（mV）5. 數(shù)據(jù)處理a.靈敏度S=V/W（V輸出電壓變化量，W重量變化量）b.端基線性度。6. 思考與小結(jié)單臂電橋時(shí)，作為橋臂的電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1） 正（受拉）應(yīng)變片；（2）負(fù)（受拉）應(yīng)變片；（3）正、負(fù)應(yīng)變片都可以

14、。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片：單臂半橋全橋性能比較及溫度影響實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）和全橋的工作特點(diǎn)及性能。比較單臂、半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。了解溫度對應(yīng)變片測試系統(tǒng)的影響。2. 實(shí)驗(yàn)原理如圖2-1所示， （a）、（b）、（c）分別為單臂、半橋、全橋的測量電路。 （a）單臂 （b）半橋 （c）全橋 圖2-1 測量電路：應(yīng)變電橋（a）、U0UU (R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E （1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3）E設(shè)R1R2R3R4，且R1R11。U0(14)(R1R1)E所以電橋的電壓靈敏度:SU0(R1R1)k

15、E(14)E(b)、同理:U0(12)(R1R1)E S(12)E(C)、同理:U0(R1R1)E SE3. 需用器件與單元 主機(jī)箱中的±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼、加熱器（在實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，已粘帖在?yīng)變傳感器左下角底部）。4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)０嬷械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖2-2示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)解放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈）后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０娣糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯

16、示為零。圖2-2 差動(dòng)放大器調(diào)零接線示意圖（2） 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖2-3示意圖接線，將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼（盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表2-1。根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)作出曲線并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=V/W和線性誤差。圖2-3 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表2-1 應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量（g）0 電壓（mV）思考題1半橋測量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋

17、時(shí)，應(yīng)放在：A. 對邊 B. 鄰邊（）應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖2-4示意圖接線，將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼（盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表2-。根據(jù)表2-數(shù)據(jù)作出曲線（與曲線畫在同一坐標(biāo)系下）并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=V/W和線性誤差。圖2-4 應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表2- 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量（g）0 電壓（mV）思考題測量中，當(dāng)兩組對邊（、為對邊）電阻值相同

18、時(shí)，即，而2時(shí)，是否可以組成全橋：A 可以 B 不可以（4）應(yīng)變片的溫度影響實(shí)驗(yàn)：將200g砝碼放在托盤上，在數(shù)顯表上讀取記錄電壓值U1；將主機(jī)箱中直流穩(wěn)壓電源+5V、接于實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓募訜崞?5V、插孔上，數(shù)分鐘后待數(shù)顯表電壓基本穩(wěn)定后，記下讀數(shù)U2，U2-U1即為溫度變化的影響。計(jì)算這一溫度變化產(chǎn)生的相對誤差：4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二所得的單臂、半橋和全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)行分析比較，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證闡述理由。實(shí)驗(yàn)三 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。2. 實(shí)驗(yàn)原理利用電容CAd和其它結(jié)構(gòu)的關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇、A、d中

19、三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測谷物干燥度（變）、測位移（d變）和測量液位（A變）等多種電容傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動(dòng)結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，實(shí)驗(yàn)原理如圖3-1、2所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R；圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C=2pln(Rr)。圖中C1、C2是差動(dòng)連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生X位移時(shí)，電容量的變化量為C=C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)為常數(shù)，說明C與位移X成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖3-1 電容傳感器結(jié)構(gòu)圖3-2 電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)方塊圖3. 需用器件與單元：主

20、機(jī)箱、電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭。測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖3-3所示：測微頭組成測微頭由不可動(dòng)部分安裝套、軸套和可動(dòng)部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。圖3-3 測位頭組成與讀數(shù)圖測微頭讀數(shù)測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1格)，另一排是半毫米刻線(.格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(.格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動(dòng)微小位移.毫米，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、

21、可以估讀110分度，如圖甲讀數(shù)為.，不是.；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖乙已過零則讀.；如圖丙未過零，則不應(yīng)讀為，讀數(shù)應(yīng)為.。測微頭使用測微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到處(為了保留測桿軸向前、后位移的余量)，再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測微頭的安裝套(測微頭整體移動(dòng))使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置(視具體實(shí)驗(yàn)而定)時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭的微分筒時(shí)，被測體就會(huì)隨測桿而位移。4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 按圖3-4將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳喜?/p>

22、按圖示意接線(實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鼋又鳈C(jī)箱電壓表的)。（2） 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳圈)。（3）將主機(jī)箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關(guān)打到檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動(dòng)極板位置使電壓表顯示，再轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭(同一個(gè)方向)5圈，記錄此時(shí)的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動(dòng)測微頭1圈即=.位移讀取電壓表讀數(shù)(這樣轉(zhuǎn)10圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù))，將數(shù)據(jù)填入表3-1并作出實(shí)驗(yàn)曲線(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測微頭的回差)。（4） 根據(jù)表3-1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。圖3-4 電容傳感

23、器位移實(shí)驗(yàn)安裝、接線圖表3-1 電容傳感器位移與輸出電壓值X(mm) V(mv)5 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)靈敏度S=V/X（V輸出電壓變化量，X位移變化量）和非線性誤差，=最大誤差/量程×100%（量程為Vmax-Vmin）。6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差分析。數(shù)據(jù)處理示例：利用MatLAB處理數(shù)據(jù)并繪出曲線圖：代碼：曲線圖：實(shí)驗(yàn)四 電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?A) 了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。(B) 了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。(C) 了解電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中其位移特性與被測體的形狀和尺寸有關(guān)。2. 基本原理(A) 通過交變電流的線圈產(chǎn)生交變磁場，

24、當(dāng)金屬體處在交變磁場時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，金屬體內(nèi)產(chǎn)生電流，該電流在金屬體內(nèi)自行閉合，并呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流的大小與金屬導(dǎo)體的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、線圈激磁電流頻率及線圈與金屬體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。電渦流的產(chǎn)生必然要消耗一部分磁場能量，從而改變激磁線線圈阻抗，渦流傳感器就是基于這種渦流效應(yīng)制成的。電渦流工作在非接觸狀態(tài)(線圈與金屬體表面不接觸)，當(dāng)線圈與金屬體表面的距離以外的所有參數(shù)一定時(shí)可以進(jìn)行位移測量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?B) (C)寫實(shí)驗(yàn)原理B C(B)：(C)：3. 需用器件與單元主機(jī)箱、電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉㈦姕u流傳感器、測微頭、被測體(鐵、銅和鋁的被測圓盤)。4. 實(shí)驗(yàn)步驟A 位

25、移實(shí)驗(yàn)（1） 觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)平繞線圈。測微頭的讀數(shù)與使用可參閱實(shí)驗(yàn)三；根據(jù)圖4-1安裝測微頭、被測體、電渦流傳感器并接線。圖4-1 電渦流傳感器安裝、按線示意圖（2） 調(diào)節(jié)測微頭使被測體與傳感器端部接觸，將電壓表顯示選擇開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟主機(jī)箱電源開關(guān)，記下電壓表讀數(shù)，然后每隔0.1mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將?shù)據(jù)列入表4-1。表4-1電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）V(v)（3） 根據(jù)表4-1數(shù)據(jù)，畫出VX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測量時(shí)的最佳工作點(diǎn)(即曲線線性段的中點(diǎn))，實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。參照步驟A，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟B C

26、：B 說明被測體材質(zhì)對電渦流傳感器特性影響表4-2被測體為鋁圓片時(shí)的位移為輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）V(v)表4-3被測體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）V(v)根據(jù)表42和表43畫出實(shí)驗(yàn)曲線；分別比較A,B兩步所得結(jié)果并進(jìn)行小結(jié)。C 說明被測體面積大小對電渦流傳感器的特性影響表4-4不同尺寸時(shí)的被測體特性數(shù)據(jù)X（mm）被測體1被測體2根據(jù)表4-4數(shù)據(jù)畫出實(shí)驗(yàn)曲線。5. 思考題1、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關(guān)，如果需要測量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？2、用電渦流傳感器進(jìn)行非接觸位移測量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論小結(jié)電渦流傳感器測位移的方法實(shí)驗(yàn)五 直流激

27、勵(lì)時(shí)霍爾式傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。2. 基本原理根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢UHKHIB，當(dāng)霍爾元件處在梯度磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的電勢會(huì)發(fā)生變化，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行位移測量。3. 需用器件與單元主機(jī)箱、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。4. 實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 霍爾傳感器和測微頭的安裝。按示意圖5-1接線(實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵鰋t接主機(jī)箱電壓表的)，將主機(jī)箱上的電壓表量程(顯示選擇)開關(guān)打到V檔， 2-10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到4V檔。圖5-1 霍爾傳感器(直流激勵(lì))位移實(shí)驗(yàn)接線示意圖 （2）檢查接線無誤后，開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片處在兩磁鋼的中間位置，再調(diào)

28、節(jié)RW1使數(shù)顯表指示為零。 （3）順時(shí)針方向調(diào)節(jié)測微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為實(shí)驗(yàn)起始點(diǎn)；再反方向調(diào)節(jié)測微頭每增加0.1mm記下一個(gè)讀數(shù)（微分筒每小格0.01mm），做4位移，將讀數(shù)填入表5-1中。表5-1 位移與電壓關(guān)系表X（mm）V(mv) （4）作出VX曲線，計(jì)算不同測量范圍（1mm、2mm、4mm）時(shí)的靈敏度和非線性誤差（參照實(shí)驗(yàn)三）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。5. 思考題 本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？6. 實(shí)驗(yàn)小結(jié)歸納總結(jié)霍爾元件的誤差主要有哪幾種，各自的產(chǎn)生原因是什么。實(shí)驗(yàn)六 差動(dòng)變壓器測位移實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器測位移時(shí)的應(yīng)用方法2實(shí)驗(yàn)原理 差

29、動(dòng)變壓器在應(yīng)用時(shí)要想法消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢和死區(qū)，選用合適的測量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動(dòng)（位移）方向又可改善輸出特性，消除測量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖6-1 差動(dòng)變壓器測位移原理框圖3實(shí)驗(yàn)器件與單元 主機(jī)箱的2-10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、相移?相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；測微頭、雙蹤示波器。4實(shí)驗(yàn)步驟 （1）相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將2-10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到2V檔，再按圖6-2示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5

30、kHz，峰峰值Vp-P=5V(用示波器測量。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV在0.1mS-10S范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO；垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1-5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對地短接時(shí)移動(dòng)光跡線居中后再去測量波形。)。調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。關(guān)閉電源。6-2 相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖 （2）調(diào)整測微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上

31、的10mm刻度值對準(zhǔn)。按圖6-3安裝接線。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。6-3 差動(dòng)變壓器測位移組成、接線示意圖 （3）調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值Vp-P=2V（用示波器監(jiān)測）。 （4）松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動(dòng)變壓器銜鐵的位移方向移動(dòng)測微頭的安裝套（左右方向都可以），使差動(dòng)變壓器銜鐵明顯偏離L1初級線圈的中點(diǎn)位置，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在1V-50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測范圍）。再慢悠悠仔細(xì)移動(dòng)測微頭的安裝套，使相

32、敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使銜鐵處在L1初級線圈的中點(diǎn)位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。 （5）調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W1、RW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。 （6）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔X=0.2mm從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入表中：X(mm). -0.200.2 V(mV)0 （7） 根據(jù)表中數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線，并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=V/X與線性度及測量范圍。5. 思考題差動(dòng)變壓器輸出經(jīng)相敏檢波器檢波后是否消除了零點(diǎn)殘余電壓和死區(qū)？從實(shí)驗(yàn)曲線上能理解相敏檢波器的鑒相特性

33、嗎?6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 用差動(dòng)變壓器測量較高頻率的振幅，可以嗎？差動(dòng)變壓器測量頻率的上限受什么影響？實(shí)驗(yàn)七 溫度源的溫度控制調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解溫度控制的基本原理及熟悉溫度源的溫度調(diào)節(jié)過程，學(xué)會(huì)智能調(diào)節(jié)器和溫度源的使用（要求熟練掌握），為以后的溫度實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。2. 基本原理當(dāng)溫度源的溫度發(fā)生變化時(shí)溫度源中的Pt100熱電阻(溫度傳感器)的阻值發(fā)生變化，將電阻變化量作為溫度的反饋信號輸給智能調(diào)節(jié)儀，經(jīng)智能調(diào)節(jié)儀的電阻電壓轉(zhuǎn)換后與溫度設(shè)定值比較再進(jìn)行數(shù)字PID運(yùn)算輸出可控硅觸發(fā)信號(加熱)或繼電器觸發(fā)信號(冷卻)，使溫度源的溫度趨近溫度設(shè)定值。溫度控制原理框圖如圖71所示。圖7-1溫度控制原

34、理框圖3. 需用器件與單元主機(jī)箱中的智能調(diào)節(jié)器單元、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)0-24V直流穩(wěn)壓電源、溫度源、Pt100溫度傳感器。4. 實(shí)驗(yàn)步驟溫度源簡介：溫度源是一個(gè)小鐵箱子，內(nèi)部裝有加熱器和冷卻風(fēng)扇；加熱器上有二個(gè)測溫孔，加熱器的電源引線與外殼插座(外殼背面裝有保險(xiǎn)絲座和加熱電源插座)相連；冷卻風(fēng)扇電源為+24 DC，它的電源引線與外殼正面實(shí)驗(yàn)插孔相連。溫度源外殼正面裝有電源開關(guān)、指示燈和冷卻風(fēng)扇電源+24 DC插孔；頂面有二個(gè)溫度傳感器的引入孔，它們與內(nèi)部加熱器的測溫孔相對，其中一個(gè)為控制加熱器加熱的傳感器Pt100的插孔，另一個(gè)是溫度實(shí)驗(yàn)傳感器的插孔；背面有保險(xiǎn)絲座和加熱器電源插座。使用時(shí)將電源開關(guān)打

35、開(o為關(guān)，-為開)。溫度源設(shè)計(jì)溫度200。1、調(diào)節(jié)儀的簡介及調(diào)節(jié)儀的面板按鍵說明參閱講義最后附言。2、設(shè)置調(diào)節(jié)儀溫度控制參數(shù)：合上主機(jī)箱上的電源開關(guān)；再合上主機(jī)箱上的調(diào)節(jié)儀電源開關(guān)，儀表上電后，儀表的上顯示窗口(PV)顯示隨機(jī)數(shù)；下顯示窗口(SV)顯示控制給定值或交替閃爍顯示控制給定值和“orAL”。按SET鍵并保持約3秒鐘，即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。在參數(shù)設(shè)置狀態(tài)下按SET鍵，儀表將依次顯示各參數(shù)，例如上限報(bào)警值HIAL、參數(shù)鎖Loc等等，對于配置好并鎖上參數(shù)鎖的儀表，用、（A/M）等鍵可修改參數(shù)值。按（A/M）鍵并保持不放，可返回顯示上一參數(shù)。先按（A/M）鍵不放接著再按SET鍵可退出設(shè)置參數(shù)

36、狀態(tài)。如果沒有按鍵操作，約30秒鐘后會(huì)自動(dòng)退出設(shè)置參數(shù)狀態(tài)。如果參數(shù)被鎖上，則只能顯示被EP參數(shù)定義的參數(shù)（可由用戶定義的，工作現(xiàn)場經(jīng)常需要使用的參數(shù)及程序），而無法看到其它的參數(shù)。不過，至少能看到Loc參數(shù)顯示出來。具體設(shè)置溫度控制參數(shù)方法步驟如下：(1)、按SET鍵并保持約3秒鐘，儀表進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)；PV窗顯示HIAL(上限)，用、鍵可修改參數(shù)值，使SV窗顯示實(shí)驗(yàn)溫度(室溫)，如50。(2)、再按SET鍵，PV窗顯示LoAL(下限) ，用、鍵可修改參數(shù)值，使SV窗顯示(1)所設(shè)置的溫度值50。(3)、再按SET鍵，PV窗顯示dHAL(正偏差報(bào)警) ，長按鍵，使SV窗顯示9999(消除報(bào)警

37、功能)后釋放鍵。(4)、再按SET鍵，PV窗顯示dLAL(負(fù)偏差報(bào)警) ，長按鍵，使SV窗顯示9999(消除報(bào)警功能)后釋放鍵。(5)、再按SET鍵，PV窗顯示dF(回差、死區(qū)、滯環(huán)) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示0.1。(6)、再按SET鍵，PV窗顯示CtrL(控制方式) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示1。(7)、再按SET鍵，PV窗顯示M50(保持參數(shù)) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示300。(8)、再按SET鍵，PV窗顯示P(速率參數(shù)) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示350。(9)、再按SET鍵，PV窗顯示t(滯后時(shí)間) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示153。(10)、再按S

38、ET鍵，PV窗顯示Ct1(輸出周期) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示1。(11)、再按SET鍵，PV窗顯示Sn(輸入規(guī)格) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示21。(12)、再按SET鍵，PV窗顯示dIP(小數(shù)點(diǎn)位置) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示1。(13)、再按SET鍵，PV窗顯示dIL ，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)值。(14)、再按SET鍵，PV窗顯示dIH，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)值。(15)、再按SET鍵，PV窗顯示CJC(熱電偶冷端補(bǔ)償溫度) ，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)冷端補(bǔ)償溫度值。(16)、再按SET鍵，PV窗顯示SC(主輸入平移修正) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示00。(17

39、)、再按SET鍵，PV窗顯示oP1(輸出方式) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示2。(18)、再按SET鍵，PV窗顯示oPL(輸出下限) ，長按鍵，使SV窗顯示0后釋放鍵。(19)、再按SET鍵，PV窗顯示oPH(輸出上限) ，長按鍵，使SV窗顯示100釋放鍵(用、鍵修改參數(shù)值為100)。(20)、再按SET鍵，PV窗顯示CF(系統(tǒng)功能選擇) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示2。(21)、再按SET鍵，PV窗顯示bAud(通訊波特率報(bào)警定義) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示17。(22)、再按SET鍵，PV窗顯示Addr(通訊地址打印時(shí)間) ，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)值。(23)、再按SET鍵

40、，PV窗顯示dL(輸入數(shù)字濾波) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示1。(24)、再按SET鍵，PV窗顯示run(運(yùn)行狀態(tài)及上電信號處理) ，用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示2。(25)、再按SET鍵，PV窗顯示Loc(參數(shù)修改級別) ，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)值808。如果，SV窗不顯示808，則用、鍵修改參數(shù)值，使SV窗顯示808。(26)、再按SET鍵，PV窗顯示EP1(現(xiàn)場參數(shù)定義) ，不按鍵，SV窗顯示默認(rèn)值。(27)(33)、與(26)相同，重復(fù)按SET鍵七次。到此，調(diào)節(jié)儀的控制參數(shù)設(shè)置完成。3、關(guān)閉主機(jī)箱總電源開關(guān)，按圖72示意接線；將主機(jī)箱上的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕(224V)順時(shí)針轉(zhuǎn)到底(2

41、4)，將溫度源電源開關(guān)打開(o為關(guān)，-為開)。4、檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱總電源和調(diào)節(jié)儀電源，將調(diào)節(jié)儀的控制方式(控制對象)開關(guān)按到內(nèi)(溫度)位置；5、用、鍵修改溫度設(shè)定值，使SV窗顯示50.0。調(diào)節(jié)儀經(jīng)過幾次振蕩調(diào)節(jié)(要等待較長時(shí)間),溫度源會(huì)自動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡在50.0(調(diào)節(jié)儀的PV顯示窗在50.0左右波動(dòng))。6、按SET鍵并保持約3秒鐘，儀表進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)；PV窗顯示HIAL(上限)，用、鍵修改實(shí)驗(yàn)溫度值，使SV窗顯示實(shí)驗(yàn)溫度60(在原有的實(shí)驗(yàn)溫度值增加10)。7、再按SET鍵，PV窗顯示LoAL(下限) ，用、鍵修改實(shí)驗(yàn)溫度值，使SV窗顯示(6)所設(shè)置的溫度值60。8、先按（A/M）鍵不

42、放接著再按SET鍵退出設(shè)置參數(shù)狀態(tài)(或不按任何鍵，等待約30秒鐘后會(huì)自動(dòng)退出設(shè)置參數(shù)狀態(tài))；再用、鍵修改實(shí)驗(yàn)溫度設(shè)定值，使SV窗顯示實(shí)驗(yàn)溫度60.0(在原有的實(shí)驗(yàn)增加10)。調(diào)節(jié)儀進(jìn)入正常顯示自動(dòng)調(diào)節(jié)控制狀態(tài)，最終溫度源會(huì)在設(shè)定溫度值上達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。9、以后(溫度在大于等于室溫10，小于等于160范圍內(nèi))，每次改變溫度實(shí)驗(yàn)值都必須重復(fù)6、7、8實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。圖72 溫度源的溫度控制實(shí)驗(yàn)接線示意圖10、調(diào)節(jié)儀控制參數(shù)的自整定(AT)實(shí)驗(yàn)：設(shè)置某個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度值后(重復(fù)6、7、8步驟設(shè)置溫度值)，在儀表正常顯示狀態(tài)下，按（A/M）鍵并保持約2秒鐘，儀表AT指示燈點(diǎn)亮(前提CtrL=1，否則無法從面

43、板啟動(dòng)執(zhí)行自整定功能)，表明儀表已進(jìn)入自整定狀態(tài)(自整定時(shí)，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，約3次振蕩后，儀表內(nèi)部微處理器根據(jù)位式控制產(chǎn)生的振蕩，分析其周期、幅度及波型來自動(dòng)計(jì)算出M50、P、t等控制參數(shù))。等待自整定結(jié)束(等待較長時(shí)間，AT指示燈熄滅)并溫度源溫度已達(dá)到平衡時(shí)，按SET鍵并保持約3秒鐘，儀表進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)；按SET鍵查閱控制參數(shù)M50、P、t的值(溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)置控制參數(shù)即M50、P、t值的依據(jù))與以前設(shè)置的經(jīng)驗(yàn)控制參數(shù)值M50、P、t有否大的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉所有電源。5. 思考題 按SET鍵并保持約3秒鐘，即進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，只大范圍改變控制參數(shù)M50或P或t 的其中之一設(shè)置值(注：

44、其它任何參數(shù)的設(shè)置值不要改動(dòng))，進(jìn)行溫度控制調(diào)節(jié)，觀察PV窗測量值的變化過程，看能否達(dá)到控制平衡及控制誤差大小。這說明了什么問題?實(shí)驗(yàn)8 Pt100鉑電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解鉑熱電阻的測溫特性與應(yīng)用。2. 基本原理 利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，可以制成熱電阻，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用的熱電阻有鉑電阻(650以內(nèi))和銅電阻(150以內(nèi))。鉑電阻是將0.050.07的鉑絲繞在線圈骨架上封裝在玻璃或陶瓷管等保護(hù)管內(nèi)構(gòu)成。在0650以內(nèi)，它的電阻Rt與溫度t的關(guān)系為：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro系溫度為0時(shí)的電阻值(

45、本實(shí)驗(yàn)的鉑電阻Ro100)。A3.9684×103，B5.847×1072。鉑電阻一般是三線制，其中一端接一根引線另一端接二根引線，主要為遠(yuǎn)距離測量消除引線電阻對橋臂的影響(近距離可用二線制，導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)。)。實(shí)際測量時(shí)將鉑電阻隨溫度變化的阻值通過電橋轉(zhuǎn)換成電壓的變化量輸出，再經(jīng)放大器放大后直接用電壓表顯示。3. 需用器件與單元 主機(jī)箱、溫度源、Pt100熱電阻(二支)、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑷f用表。溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０搴喗椋簣D8-1中的溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迨怯扇\(yùn)放組成的差動(dòng)放大電路、調(diào)零電路、傳感器符號、傳感器信號轉(zhuǎn)換電路(電橋)及放大器工作電源引入插孔構(gòu)成；其中R2為放

46、大器的增益電位器，RW3為放大器電平移動(dòng)電位器；傳感器符號<接熱電偶(熱電偶或熱電偶)，雙圈符號接AD590集成溫度傳感器，Rt接熱電阻(Pt100鉑電阻或Cu50銅電阻)。4. 實(shí)驗(yàn)步驟（1） 用萬用表歐姆檔測出Pt100三根線中其中短接的二根線(同種顏色的線)設(shè)為1、2，另一根設(shè)為3，并測出它在室溫時(shí)的大致電阻值。（2） 在主機(jī)箱總電源、調(diào)節(jié)儀電源都關(guān)閉的狀態(tài)下，再根據(jù)圖8-1示意圖接線，溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯小?t)兩端接傳感器，這樣傳感器(Rt)與R3、R1、Rw1、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。圖8-1 Pt100鉑電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)接線示意圖（3） 放大器調(diào)零：將圖8

47、-1中的溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓姆糯笃鞯膬奢斎攵艘€(一根傳感器引線、另一根橋路輸出即Rw1活動(dòng)觸點(diǎn)輸出)暫時(shí)不要引入，而用導(dǎo)線直接將放大器的兩輸入端相連(短接)；將主機(jī)箱上的電壓表量程(顯示選擇)切換開關(guān)打到2檔，合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W2(逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底)增益電位器，使放大器增益最小；再調(diào)節(jié)RW3(調(diào)零電位器)使主機(jī)箱的電壓表顯示為。（4） 關(guān)閉主機(jī)箱電源開關(guān)，將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯蟹糯笃鞯妮斎攵艘€按圖8-1連接，檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。（5） 將主機(jī)箱上的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕(224V)順時(shí)針轉(zhuǎn)到底(24)，合上溫度源電源開關(guān)和調(diào)節(jié)儀電源開關(guān)，將調(diào)節(jié)儀控制方式(控制對象)

48、開關(guān)按到內(nèi)(溫度)位置；在常溫基礎(chǔ)上，可按t=5增加溫度并且小于160范圍內(nèi)設(shè)定溫度源溫度值(設(shè)定方法參閱實(shí)驗(yàn)七，重復(fù)6、7、8、9步驟)，待溫度源溫度動(dòng)態(tài)平衡時(shí)讀取主機(jī)箱電壓表的顯示值并填入表8-1。表8-1鉑電阻溫度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) t()V(mv)（6） 根據(jù)表28數(shù)據(jù)值畫出實(shí)驗(yàn)曲線并計(jì)算其非線性誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉所有電源。5. 思考題如何根據(jù)測溫范圍和精度要求選取熱電阻？6. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 根據(jù)實(shí)驗(yàn)七和實(shí)驗(yàn)八，對Pt100測溫過程進(jìn)行小結(jié)。實(shí)驗(yàn)9 K熱電偶測溫性能實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解熱電偶測溫原理及方法和應(yīng)用。2. 基本原理 熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應(yīng)。將A和B二種不同的導(dǎo)體首尾相連

49、組成閉合回路，如果二連接點(diǎn)溫度(T，T0)不同，則在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，形成熱電流，這就是熱電效應(yīng)。熱電偶就是將A和B二種不同的金屬材料一端焊接而成。A和B稱為熱電極，焊接的一端是接觸熱場的T端稱為工作端或測量端，也稱熱端；未焊接的一端(接引線)處在溫度T0稱為自由端或參考端，也稱冷端。T與T0的溫差愈大，熱電偶的輸出電動(dòng)勢愈大；溫差為時(shí)，熱電偶的輸出電動(dòng)勢為；因此，可以用測熱電動(dòng)勢大小衡量溫度的大小。國際上，將熱電偶的A、B熱電極材料不同分成若干分度號，如常用的(鎳鉻-鎳硅或鎳鋁)、(鎳鉻-康銅)、(銅-康銅)等等，并且有相應(yīng)的分度(見附錄)表即參考端溫度為時(shí)的測量端溫度與熱電動(dòng)勢的對應(yīng)

50、關(guān)系表；可以通過測量熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢值再查分度表得到相應(yīng)的溫度值。3. 需用器件與單元 主機(jī)箱、溫度源、Pt100熱電阻(溫度源溫度控制傳感器)、熱電偶(溫度特性實(shí)驗(yàn)傳感器)、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?代MV發(fā)生器)。4. 實(shí)驗(yàn)步驟熱電偶使用說明：熱電偶由、熱電極材料及直徑(偶絲直徑)決定其測溫范圍，如(鎳鉻-鎳硅或鎳鋁)熱電偶，偶絲直徑3.2mm時(shí)測溫范圍1200，本實(shí)驗(yàn)用的熱電偶偶絲直徑為0.5mm，測溫范圍800；(鎳鉻-康銅)， 偶絲直徑3.2mm時(shí)測溫范圍-200+750，實(shí)驗(yàn)用的熱電偶偶絲直徑為0.5mm，測溫范圍-200+350。由于溫度源溫度200，所以，所有

51、熱電偶實(shí)際測溫范圍200。從熱電偶的測溫原理可知，熱電偶測量的是測量端與參考端之間的溫度差，必須保證參考端溫度為時(shí)才能正確測量測量端的溫度，否則存在著參考端所處環(huán)境溫度值誤差。熱電偶的分度表(見附錄)是定義在熱電偶的參考端(冷端)為時(shí)熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢與熱電偶測量端(熱端)溫度值的對應(yīng)關(guān)系。熱電偶測溫時(shí)要對參考端(冷端)進(jìn)行修正(補(bǔ)償)，計(jì)算公式：E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0, t0)式中：E(t,t0)熱電偶測量端溫度為，參考端溫度為t0=時(shí)的熱電勢值； E(t,t0)熱電偶測量溫度，參考端溫度為t0不等于時(shí)的熱電勢值； E(t0,t0)熱電偶測量端溫度為t0，參考端溫度為t0

52、=時(shí)的熱電勢值。 例：用一支分度號為(鎳鉻-鎳硅)熱電偶測量溫度源的溫度，工作時(shí)的參考端溫度(室溫)t0=20，而測得熱電偶輸出的熱電勢(經(jīng)過放大器放大的信號，假設(shè)放大器的增益=10)32.7mv，則E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV，那么熱電偶測得溫度源的溫度是多少呢? 解：由附錄熱電偶分度表查得： E(t0,t0)=E(20,0)=0.798mV已測得 E(t,t0)=32.7mV/10=3.27mV 故 E(t,t0)=E(t,t0)+E(t0, t0)= 3.27mV+0.798mV=4.068mV熱電偶測量溫度源的溫度可以從分度表中查出，與4.068mV所對應(yīng)的溫度是1

53、00。 （1） 在主機(jī)箱總電源、調(diào)節(jié)儀電源、溫度源電源關(guān)閉的狀態(tài)下，按圖30A示意圖接線。圖8-1 K熱電偶溫度特性實(shí)驗(yàn)接線示意圖 （2） 調(diào)節(jié)溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯脑鲆?30倍：在圖8-1中溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系姆糯笃鞯亩斎攵艘€暫時(shí)不要接入。拿出應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?實(shí)驗(yàn)一的模板)，將應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系姆糯笃鬏斎攵讼噙B(短接)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?#177;15電源插孔與主機(jī)箱的±15電源相應(yīng)連接，合上主機(jī)箱電源開關(guān)(調(diào)節(jié)儀電源和溫度源電源關(guān)閉)后調(diào)節(jié)應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系碾娢黄鱎 W4(調(diào)零電位器)使放大器輸出一個(gè)較大的V信號，如20mV(可用電壓表2V檔測量)，再將這個(gè)20mV信號(Vi)輸給圖8-1中溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓姆糯笃鬏斎攵耍▎味溯斎耄荷隙?/p>