傳感器特性實驗市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

試驗No.1-4傳感器特征試驗建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)試驗課Ⅰ開課教師：李炎鋒、孫育英、謝靜超傳感器特性實驗第1頁

本試驗以玻璃水銀溫度計和熱電阻溫度計兩種傳感器為對象。

給二者均輸入階躍溫度信號，然后觀察、研究以了解它們在兩個穩(wěn)態(tài)之間動態(tài)過程，熟練掌握測得拖延τ和時間常數(shù)T試驗方法。一、實驗?zāi)總鞲衅魈匦詫嶒灥?頁二、試驗要求了解傳感器動態(tài)特征曲線特征；初步掌握傳感器在受到階躍擾動情況下，所測參數(shù)改變過程測量與統(tǒng)計；掌握計算機采集數(shù)據(jù)過程及采集結(jié)果分析方法。傳感器特性實驗第3頁三、試驗裝置與設(shè)備傳感器：玻璃水銀溫度計、熱電阻溫度計風(fēng)機盤管機組自動控制試驗裝置（以下列圖所表示）消耗性器材：冰塊、玻璃水銀溫度計、燒杯、試管輔助設(shè)備：冰箱（制冰用），保溫瓶（存放冰塊），塑料盆傳感器特性實驗第4頁風(fēng)機盤管機組自動控制試驗裝置傳感器特性實驗第5頁四、試驗原理當(dāng)測量溫度元件（傳感器）為熱電偶、熱電阻、或者溫度計，當(dāng)介質(zhì)溫度與熱電偶接點溫度不一樣時，熱量傳給熱電偶測量接點，傳熱過程中存在著熱阻，同時因為熱電偶測量材料有一定質(zhì)量，有蓄熱作用，故要經(jīng)過一段時間后熱電偶測量接點溫度才逐步靠近和到達介質(zhì)溫度。傳感器特性實驗第6頁四、試驗原理若被測介質(zhì)溫度為

，熱電偶接點溫度為

，經(jīng)過分析可知，無套熱電偶動態(tài)特征是一階微分方程

（2）

（1）傳感器特性實驗第7頁四、試驗原理式中：—無套熱電偶測量元件時間常數(shù)；

—熱電偶容量系數(shù)；—被測介質(zhì)對熱電偶放熱系數(shù)；—熱電偶傳熱表面積。上述方程即使以熱電偶為例推出動態(tài)特征方程，但一樣適合用于熱電阻以及試驗中用玻璃水銀溫度計。只是測量裝置輸出院士參數(shù)分別是電阻值改變以及水銀溫度計中液面高度改變，經(jīng)過一定對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換，顯示為溫度值改變。傳感器特性實驗第8頁五、試驗步驟5.1玻璃水銀溫度計動態(tài)性能測量1．取碎冰塊加水放在燒杯中，形成冰水混合物。取一根試管垂直放置于燒杯中，試管底部填少許海綿，放置3－4分鐘，在試管中形成溫度低溫環(huán)境。2．取一支玻璃溫度計（最小刻度要求0.5℃），將玻璃溫度計垂直插入試管中，注意水銀頭部分不要接觸試管壁。3．插入玻璃溫度計同時，開始計時和讀取溫度改變。注意統(tǒng)計延遲時間，初始階段讀數(shù)時間間隔要短，伴隨時間增加，讀數(shù)間隔適當(dāng)延長，直到溫度計溫度不再改變?yōu)橹埂＿@么就完成溫度從室溫到試管中低溫環(huán)境溫度飛降過程測量。傳感器特性實驗第9頁4．將溫度計從試管中拿出，拿出玻璃溫度計同時，開始計時和讀取溫度改變。初始階段讀數(shù)時間間隔要短，伴隨時間增加，讀數(shù)間隔適當(dāng)延長，直到溫度計溫度不再改變?yōu)橹?。這么就完成溫度從試管內(nèi)低溫環(huán)境到室溫環(huán)境溫度飛降過程測量。5．依據(jù)測得溫度值改變以及對應(yīng)時間，畫出玻璃水銀溫度計飛升和飛降曲線，分析動態(tài)特征。傳感器特性實驗第10頁五、試驗步驟5.2熱電阻溫度計動態(tài)性能測量1．試驗中所用熱電阻已經(jīng)與風(fēng)機盤管機組自動控制試驗裝置連接，溫度測量數(shù)據(jù)能夠直接由數(shù)據(jù)采集裝置測得并存入電腦硬盤中，同時試驗裝置面板顯示出溫度值。2．接通風(fēng)機盤管機組自動控制試驗裝置電源，運行電腦中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)置溫度采集間隔。3．取一支鉑電阻溫度計，將鉑電阻溫度計垂直插入試管中，注意鉑電阻頭部不要接觸試管壁。傳感器特性實驗第11頁4．

插入鉑電阻溫度計同時，開始計時和讀取溫度改變。直到溫度計溫度不再改變?yōu)橹?。這么就完成溫度從室溫到試管中低溫環(huán)境溫度飛降過程測量。5．將鉑電阻溫度從試管中拿出，拿出鉑電阻溫度計同時，開始計時和讀取溫度改變，直到溫度計溫度不再改變?yōu)橹?。這么就完成溫度從試管內(nèi)低溫環(huán)境到室溫環(huán)境溫度飛降過程測量。6．從電腦中拷貝所測得溫度值改變以及對應(yīng)時間，確定延遲時間

，并畫出鉑電阻溫度計飛升和飛降曲線，分析鉑電阻溫度計動態(tài)特征。傳感器特性實驗第12頁六、試驗注意事項1.試驗前，各小組要做好充分準(zhǔn)備，包含理論分析、試驗設(shè)計，并進行試驗實施可行性論證。在此基礎(chǔ)上，詳細制訂上試驗方案（計劃書）。2.該試驗完全為開放形式，試驗小組自由結(jié)合，每組人數(shù)超出3－4人，在測量前需要小組組員進行分工，確保在試驗中讀數(shù)和統(tǒng)計配合。3.水銀溫度計數(shù)據(jù)讀取必須按照玻璃溫度計讀數(shù)，防止人為讀數(shù)誤差。傳感器特性實驗第13頁七、試驗結(jié)果及要求1.本試驗以工程中廣泛使用玻璃水銀溫度計和熱電阻溫度計為對象。我們給二者均輸入階躍溫度信號，然后觀察、研究它們在兩個穩(wěn)態(tài)之間動態(tài)過程。要求測出拖延和時間常數(shù)。本試驗應(yīng)注意溫度計工作環(huán)境熱交換條件對動態(tài)特征有很大影響。2.畫出兩種傳感器溫度飛升和飛降曲線，觀察二者在兩穩(wěn)態(tài)間動態(tài)過程，比較二者差異，分析工作環(huán)境，制作材料及結(jié)構(gòu)對傳感器特征影響。3.將動態(tài)過程試驗飛升曲線與理論飛升曲線進比較、分析。傳感器特性實驗第14頁八、試驗匯報及思索題8.1試驗匯報內(nèi)容要求1．試驗原理。2．試驗裝置簡圖、試驗方案和測試方法。3．測試統(tǒng)計及計算結(jié)果。4．對試驗結(jié)果分析。5．說明自己經(jīng)過本試驗所發(fā)覺問題、處理問題和未能處理問題。6．寫出自己收獲和體會。傳感器特性實驗第15頁8.2試驗思索題1.為何試驗中將玻璃溫度計和鉑電阻溫度計插入放置于冰水混合物試管中而不是直接插入冰水混合物中來比較溫度飛升和飛降過程特征。2.分析兩種溫度計拖延和時間常數(shù)，依據(jù)時間常數(shù)定義分析兩種測量原件時間常數(shù)不一樣原因。3.對于同一個溫度測量裝置，注意飛升和飛降階段時間常數(shù)值區(qū)分，并簡明分析原因。依據(jù)對溫度測量裝置特征了解，提出工程中怎樣準(zhǔn)確測量溫度注意事項。傳感器特性實驗第16頁1．試驗原理。2．試驗裝置簡圖、試驗方案和測試方法。3．測試統(tǒng)計及計算結(jié)果。4．對試驗結(jié)果分析。5．說明自己經(jīng)過本試驗所發(fā)覺問題、處理問題和未能處理問題。6．寫出自