《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(四個(gè)實(shí)驗(yàn)).doc
實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng),單臂電橋工作原理和性能。
二、基本原理: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:
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R為電阻絲的電阻相對(duì)變化值,K為應(yīng)變靈敏系數(shù),ε=Δl/l為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片是通過(guò)光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件,用它來(lái)轉(zhuǎn)換被測(cè)部位的受力大小及狀態(tài),通過(guò)電橋原理完成電阻到電壓的比例變化,輸出電壓U0=EKε(E為供橋電壓),對(duì)單臂電橋而言,電橋輸出電壓,U01=EKε/4。(E為供橋電壓)。
三、器件與單元:應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0濉?yīng)變式傳感器、砝碼(每只約20g)、數(shù)顯表、15V電源、4V電源、萬(wàn)用表(自備)。
四、實(shí)驗(yàn)步驟:
1、根據(jù)圖(1-1),應(yīng)變式傳感器已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)變片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4標(biāo)志端。加熱絲也接于模板上,可用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量判別,R1=R2=R3=R4=350Ω,加熱絲阻值約為50Ω左右。
圖1-1 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖
2、實(shí)驗(yàn)?zāi)0宀顒?dòng)放大器調(diào)零,方法為:①接入模板電源15V(從主控箱引入),檢查無(wú)誤后,合上主控箱電源開(kāi)關(guān),將實(shí)驗(yàn)?zāi)0逶鲆嬲{(diào)節(jié)電位器Rw3順時(shí)針調(diào)節(jié)到大致中間位置,②將差放的正、負(fù)輸入端與地短接,輸出端與主控箱面板上數(shù)顯電壓表輸入端Vi相連,調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)0迳险{(diào)零電位器RW4,使數(shù)顯表顯示為零(數(shù)顯表的切換開(kāi)關(guān)打到2V檔),完畢關(guān)閉主控箱電源。
3、參考圖(1-2)接入傳感器,將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變片R1(即模板左上方的R1)接入電橋作為一個(gè)橋臂,它與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7在模塊內(nèi)已連接好),接好電橋調(diào)零電位器Rw1,接上橋路電源4V(從主控箱引入),檢查接線無(wú)誤后,合上主控箱電源開(kāi)關(guān),先粗調(diào)節(jié)Rw1,再細(xì)調(diào)RW4使數(shù)顯表顯示為零。
圖1-2 應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖
4、在傳感器托盤(pán)上放置一只砝碼,讀取數(shù)顯表數(shù)值,依次增加砝碼和減少砝碼并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表數(shù)值,記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表(1-1)。
表1-1:?jiǎn)伪蹨y(cè)量時(shí),輸出電壓與負(fù)載重量的關(guān)系:
重量(g)
電壓(mv)
增加砝碼
減少砝碼
5、根據(jù)表(1-1)計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S:S=ΔV/ΔW(ΔV為輸出電壓平均變化量;ΔW重量變化量),計(jì)算非線性誤差:δf1=Δm/yFS100%,式中Δm為輸出電壓值(多次測(cè)量時(shí)為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量:yFS為滿(mǎn)量程時(shí)電壓輸出平均值。
五、思考題:
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)(受壓)應(yīng)變片(3)正、負(fù)應(yīng)變片均可以。
實(shí)驗(yàn)十四 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。
二、基本原理:利用平板電容C=εA/d的關(guān)系,在ε(介電常數(shù))、A(極板面積)、d(極板距離)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),就可使電容的容量(C)發(fā)生變化,通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路,將電容的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量,則可以制成多種電容傳感器,如:①變?chǔ)诺臐穸入娙輦鞲衅?。②變d的電容式壓力傳感器。③變A的電容式位移傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用第③種電容傳感器,是一種圓筒形差動(dòng)變面積式電容傳感器。
圖4-1 電容式傳感器安裝示意圖
圖4-2 電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖
三、器件與單元:電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0濉y(cè)微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓電源。
四、實(shí)驗(yàn)步驟:
1、按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0迳稀?
2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0澹瑢?shí)驗(yàn)線路見(jiàn)圖4-1。
3、將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0宓妮敵龆薞01與數(shù)顯電壓表Vi相接,電壓表量程置2V檔,Rw調(diào)節(jié)到中間位置。
4、接入15V電源,將測(cè)微頭旋至10mm處,活動(dòng)桿與傳感器相吸合,調(diào)整測(cè)微頭的左右位置,使電壓表指示最小,并將測(cè)量支架頂部的鏍釘擰緊,旋動(dòng)測(cè)微頭,每間隔0.2mm記下輸出電壓值(V),填入表4-1。將測(cè)微頭回到10mm處,反向旋動(dòng)測(cè)微頭,重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。
表4-1電容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系
X(mm)
← -
20mm
→ +
V(mv)
最小
5、根據(jù)表4-1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的靈敏度S和非線性誤差δf,分析誤差來(lái)源。
五、思考題:
試設(shè)計(jì)一個(gè)利用ε的變化測(cè)谷物濕度的電容傳感器?能否敘述一下在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮哪些因素?
實(shí)驗(yàn)十六 直流激勵(lì)時(shí)接觸式霍爾位移傳感器特性實(shí)驗(yàn)
一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺轿灰苽鞲衅髟砼c應(yīng)用。
一、 基本原理:根據(jù)霍爾效應(yīng),霍爾電勢(shì)UH=KHIB,保持KH、I不變,若霍爾元件在梯度磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng),且B是線性均勻變化的,則霍爾電勢(shì)UH也將線性均勻變化,這樣就可以進(jìn)行位移測(cè)量。
二、 器件與單元:霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0?、線性霍爾位移傳感器、直流電,源4V、
15V、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。
四、實(shí)驗(yàn)步驟:
1、 將霍爾傳感器按圖5-1安裝?;魻杺鞲衅髋c實(shí)驗(yàn)?zāi)0宓倪B接按圖5-2進(jìn)行。①、③為電源4V,②、④為輸出,R1與④之間聯(lián)線可暫時(shí)不接。
圖5-1 霍爾傳感器安裝示意圖
2、 開(kāi)啟電源,接入15V電源,將測(cè)微頭旋至10mm處,左右移動(dòng)測(cè)微頭使霍爾片處在磁鋼中間位置,即數(shù)顯表電壓指示最小,擰緊測(cè)量架頂部的固定鏍釘,接入R1與④之間的聯(lián)線,調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯電壓表指示為零(數(shù)顯表置2V檔)。
圖5-2 霍爾位移傳感器 直流激勵(lì)實(shí)驗(yàn)接線圖
3、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭,每轉(zhuǎn)動(dòng)0.2mm或0.5mm記下數(shù)字電壓表讀數(shù),并將讀數(shù)填入表5-1,將測(cè)微頭回到10mm處,反向旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭,重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,填入表5-1。
表5-1:霍爾式位移傳感器位移量與輸出電壓的關(guān)系:
X(mm)
-←
10
→ +
V(mv)
0
作出V-X曲線,計(jì)算不同線性范圍時(shí)的靈敏度S和非線性誤差δ。
五、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?
實(shí)驗(yàn)三十五 熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn)
(請(qǐng)先仔細(xì)閱讀P39溫控儀表操作說(shuō)明)
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y(cè)量溫度的原理與應(yīng)用。
二、基本原理:將兩種不同的金屬絲組成回路,如果二種金屬絲的兩個(gè)接點(diǎn)有溫度差,在回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),這就是熱電效應(yīng),熱電偶就是利用這一原理制成的一種溫差測(cè)量傳感器,置于被測(cè)溫度場(chǎng)的接點(diǎn)稱(chēng)為工作端,另一接點(diǎn)稱(chēng)為冷端(也稱(chēng)自由端),冷端可以是室溫值也可以是經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的0℃、25℃的模擬溫度場(chǎng)。
三、需用器件與單元:K型、E型熱電偶、溫度源、溫度控制儀表、數(shù)顯單
元(2000型)或溫度控制測(cè)量?jī)x(9000型)。
四、實(shí)驗(yàn)步驟:
1、將熱電偶插到溫度源兩個(gè)傳感器插孔中任意一個(gè)插孔中,(K型、E型已裝在一個(gè)護(hù)套內(nèi)),K型熱電偶的自由端接到主控箱面板上溫控部分的Ek端,用它作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器,配合溫控儀表用于設(shè)定溫度,注意識(shí)別引線標(biāo)記,K型、E型及正極、負(fù)極不要接錯(cuò)。
2、將E型熱電偶的自由端接入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)0迳蠘?biāo)有熱電偶符號(hào)的a、b
孔上,作為被測(cè)傳感器用于實(shí)驗(yàn),按圖11-1接線,熱電偶自由端連線中帶紅色套
管或紅色斜線的一條為正端,接入“a”點(diǎn)。
3、將R5、R6端接地,RW2大約置中,打開(kāi)主控箱電源開(kāi)關(guān),將V02端與主控箱上
數(shù)顯電壓表Vi端相接,調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示零(電壓表置200mv檔),打開(kāi)主控箱
上溫儀控開(kāi)關(guān),設(shè)定儀表控制溫度值T=50℃,將溫度源的兩芯電源線插入主控箱溫控部分的220V輸出插座中。
4、去掉R5、R6接地線,將a、b端與放大器R5、R6相接,觀察溫控儀指示的溫度
值,當(dāng)溫度穩(wěn)定在50℃時(shí),記錄下電壓表讀數(shù)值。
5、重新設(shè)定溫度值為50℃+nΔt,建議Δt=5℃,n=1……10,每隔1n讀出數(shù)顯電壓表指示值與溫控儀指示的溫度值,并填入表11-1。
表11-1:
6、根據(jù)表11-1計(jì)算非線性誤差δ,靈敏度S。
7、將E型熱電偶的自由端連線從實(shí)驗(yàn)?zāi)0迳喜鹑ゲ⒔拥綌?shù)顯電壓表的輸入端
(Vi)直接讀取熱電勢(shì)值(電壓表置200mv檔),重復(fù)上述⑤過(guò)程,根據(jù)E型熱電偶分
度表查出溫度值(加熱源與室溫之間的溫差值)。
8、計(jì)算出加熱源的溫度,并與溫控儀的顯示值進(jìn)行比較,試分析誤差來(lái)源。
附:熱電偶分度表,請(qǐng)參閱實(shí)驗(yàn)軟件光盤(pán)中的熱電偶分度表內(nèi)容。
五、思考題:
熱電偶測(cè)量的是溫差值還是攝氏溫度值?
附溫控儀表操作說(shuō)明
1、通電前檢查接線正確無(wú)誤,感溫元件與儀表分度號(hào)一致,儀表通電
5秒內(nèi)顯示窗先顯示PV窗輸出代碼、SV窗先輸出代碼,后顯示PV窗量程上限、SV
量程下限,隨后即進(jìn)入工作狀態(tài),按SET鍵0.5秒SV顯示窗閃爍,此時(shí)可改變?cè)O(shè)定值,
再按SET鍵0.5秒確認(rèn),如需修改其它參數(shù),必須按住SET鍵大于3秒,即進(jìn)入B菜單,
可按要求逐一修改內(nèi)容(見(jiàn)操作流程表),修改完畢再按SET鍵0.5秒若干下, 退出B
菜單,如15秒內(nèi)無(wú)鍵按下(該窗內(nèi)新設(shè)置的數(shù)據(jù)無(wú)效)自動(dòng)進(jìn)入新的工作狀態(tài)。
2、在輸入信號(hào)大于量程上限時(shí),儀表顯示 ,在輸入信號(hào)小于量程下
限時(shí),儀表顯示 。
3、當(dāng)溫度控制效果不夠理想時(shí),可以人工或自整定來(lái)改變PID參數(shù)。操作方法如下:①人工修正:將儀表進(jìn)入B菜單至P窗,再用 鍵來(lái)修正P值,再按SET
鍵0.5S進(jìn)入I窗,I、D、T的修正方法同上,然后再按SET鍵0.5S若干下返回正常工作狀態(tài),即開(kāi)始新的PID參數(shù)。②自整定修正:將儀表進(jìn)入B菜ATU窗后選擇(1)(選
0時(shí)為不自整定),選好按SET鍵確認(rèn)后儀表即進(jìn)入自整定狀態(tài),同時(shí)AT燈亮,待自
整定完成AT燈閃時(shí)再按SET鍵2秒確認(rèn)后即按新的自整定PID參數(shù)工作。用自整修
正PID值時(shí)應(yīng)注意當(dāng)負(fù)載為多段串聯(lián)加熱方式(如擠出機(jī)械),其中某段進(jìn)入自整定
過(guò)程時(shí),應(yīng)注意保持前拍二段的溫度不變,否則會(huì)影響自整定效果。
4、PID參數(shù)的設(shè)置原則:P為比例帶(加熱側(cè)),如過(guò)沖大可加大比例帶。如希
升溫快可減小比例帶。I為積分時(shí)間,如溫度波動(dòng)較大則加長(zhǎng)積分,反之則減小積
分。一般來(lái)說(shuō)系統(tǒng)滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重,積分時(shí)間越長(zhǎng)。D為微分時(shí)間,一般取積分時(shí)
間的(1/5~1/4)。
5、PID控制與位式控制功能的切方法:若需把儀表切換成位式控制(常規(guī)儀表
出廠設(shè)置均為PID控制),正常工作狀態(tài)儀表按住SET鍵3S以上進(jìn)入B菜單后,再按
SET鍵0.5S若干下至P窗,把P設(shè)為0后按SET鍵若干下至T窗,把T設(shè)為1即進(jìn)入位式
控制,其控溫范圍(切換差)可通過(guò)改變dP值來(lái)實(shí)現(xiàn),位式控制時(shí)的dP值舉例:SV=
100℃時(shí),設(shè)dP=12.5℃,則實(shí)際輸出控制范圍為87.5~112.5℃。若需返回至PID控
制時(shí),把P、T、dP值還原即可。PID控制適用于高精度控溫場(chǎng)合,系統(tǒng)配置穩(wěn)定合
理可達(dá)1個(gè)字精度;位式控制適用于控制某一段范圍內(nèi)的溫度。
6、進(jìn)入C菜單的設(shè)置方法:(C菜單因儀表功能不同而有所不同; 非專(zhuān)業(yè)人士
及無(wú)特殊情況下請(qǐng)勿進(jìn)入C菜單)。先進(jìn)入B菜單的ATU窗后同時(shí)按住▲▼鍵0.5秒
至PV窗顯示L,可設(shè)置量程下限;再按SET鍵0.5秒,PV 窗顯示H,可設(shè)置量程上限; 按SET 0.5秒,PV窗顯示LP,LP=下沖限,常規(guī)值2~6;按SET 0.5秒,PV窗顯示L1,
在L1值內(nèi)無(wú)開(kāi)機(jī)及設(shè)定后默認(rèn)值,常規(guī)6~10;按SET 0.5秒,PV窗顯示HL,在SV窗
選1或0,(選1時(shí)=AL1=上限報(bào)警,若選0時(shí)=AL2=下限報(bào)警);按SET 0.5秒,PV窗
顯示A,在SV窗選1或0,選1時(shí)為絕對(duì)值報(bào)警(報(bào)警設(shè)定值=報(bào)警輸出值),選0時(shí)=偏差值報(bào)警(主控值報(bào)警設(shè)定值=報(bào)警輸出值);當(dāng)測(cè)量值低于下限報(bào)警輸出值時(shí)
ALM燈亮下限繼電器吸合,高于上限報(bào)警輸出值時(shí)ALM燈亮,上限繼電器吸合;再按
SET 0.5秒,PV窗顯示I,I常規(guī)3~內(nèi)大控制快;按SET 0.5秒,PV窗顯示E,E為抗干
擾等級(jí),0=常規(guī),1=加強(qiáng),按SET 0.5秒,PV窗顯示P,P(30-100%)為輸出最大
功率限制,按SET 0.5秒即進(jìn)入新的工作狀態(tài)。
7、若控溫失常請(qǐng)檢查儀表參數(shù)是否被誤修改,傳感器部分是否失效。按鍵不
起作用,請(qǐng)檢查L(zhǎng)CK鍵是否被鎖定。
8、操作流程表