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1、 传感器与检测技术实 验 指 导 书广东技术师范学院自动化学院 目 录实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验- 3 -实验二 金属箔式应变片半桥性能实验- 6 -实验三 金属箔式应变片全桥性能实验- 8 -实验四 直流全桥的应用电子秤实验- 10 -实验五 差动变压器的性能测定- 11 -实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿- 13 -实验七 激励频率对差动变压器特性的影响- 15 -实验八 压电式传感器测振动实验- 17 -实验九 电容式传感器的位移特性实验- 18 -实验十 热敏电阻的特性研究- 20 -实验十一 霍尔转速传感器测速实验- 22 -实验十二 光电转速传感器测速实验- 2
2、3 -附录1 实验箱温度控制简要原理- 24 -附录2 温度控制器使用说明- 24 -实验一 金属箔式应变片单臂电桥性能实验一、 实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、 基本原理金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。金属的电阻表达式为： （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长，横截面积相应减小，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变，故引起电阻值变化。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： （2） 式中的为电阻丝的轴向应变，用表示，常用单位（1=1）。若径向应变为，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用泊松比表示为
3、，因为=2（），则（2）式可以写成： （3）式（3）为“应变效应”的表达式。称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，受两个因素影响，一个是（1+），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是，是材料的电阻率随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则，对半导体，值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数=2左右。用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据（3）式
4、，可以得到被测对象的应变值，而根据应力应变关系： （4）式中 测试的应力； E材料弹性模量。可以测得应力值。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。三、 需用器件与单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元、砝码、智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）、15V电源、5V电源，传感器调理电路挂件。四、实验内容与步骤1应变片的安装位置如图1-1所示，应变式传感器已装在传感器实验箱（一）上，传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4，
5、可用万用表测量R1=R2=R3=R4=350。图1-1 应变式传感器安装示意图2把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）图1-2 应变式传感器单臂电桥实验接线图3按图1-2将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电
6、桥，（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源5V，如图1-2所示。检查接线无误后，合上直流稳压电源开关，调节Rw1，使直流电压表显示为零。4在砝码盘上放置一只砝码，待直流电压表数值显示稳定后，读取数显值，以后每次增加一个砝码并读取相应的测量值，直到200g砝码加完，记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表1-1单臂电桥输出电压与所加负载重量值重量(g)电压(mv) 5. 根据表1-1计算系统灵敏度（输出电压的变化量，重量变化量）和非线性误差f1=m/yFS 100 式中（多次测量时为平均值）为输出值与拟合直线的最大偏差：yFS 满量程输出平均值,此处为200g。五
7、、实验注意事项1不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2电桥的电压为5V，绝不可错接成15V，否则可能烧毁应变片。3“传感器调理电路”实验挂箱中有两组电源，位于“差动变压器实验”单元的电源负责对“差动变压器实验”单元、“应变片传感器实验”单元、“移相器”单元、“相敏检波”单元、“压电式传感器实验”单元和“低通滤波”单元供电，位于“电容式传感器实验”单元的电源只给本单元供电。注意：两组电源不要一起连接，否则对实验效果会有影响。六、思考题1单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 七、实验报告要求1记录实验数据，
8、并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲线。2从理论上分析产生非线性误差的原因。实验二 金属箔式应变片半桥性能实验一、实验目的1了解半桥的工作原理。2比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。二、基本原理把不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2。式中E为电桥供电电压。三、需用器件与单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件中应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、15V电源、5V电源。四、实验内容与步骤1把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验
9、台面板上的直流稳压电源开关，调节Rw3使之大致位于中间位置（Rw3为10圈电位器），再进行差动放大器调零，方法为：将差动放大器的正、负输入端与地短接，输出端Uo2接直流电压表，调节实验模板上调零电位器Rw4，使直流电压表显示为零，关闭直流稳压电源开关。（注意：当Rw3的位置一旦确定，就不能改变。）2根据图2-1接线。R1、R2为传感器实验箱（一）左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源5V，调节电桥调零电位器Rw1进行桥路调零，重复实验一中的步骤4、5，将实验数据记入表2-1，计算灵敏度，非线性误差。
10、若实验时显示数值不变化说明R1与R2两应变片受力状态相同。则应更换应变片。 图2-1 应变式传感器半桥实验接线图表2-1半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）五、实验注意事项1不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2电桥的电压为5V，绝不可错接成15V，否则可能烧毁应变片。六、思考题1半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。2桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。七、实验报告要求1记录实验数据，并绘制出单臂电桥时传感器的特性曲
11、线。2分析为什么半桥的输出灵敏度为什么比半桥时高了一倍，而且非线性误差也得到改善。实验三 金属箔式应变片全桥性能实验一、实验目的了解全桥测量电路的原理及优点。二、基本原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1R2R3R4，其变化值R1R2R3R4时，其桥路输出电压U03。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到明显改善。三、需用器件和单元传感器实验箱（一）中应变式传感器实验单元，传感器调理电路挂件、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、15V电源、5V电源。四、实验内容与步骤1根据图3-1接线，实验方法与实验二相同。将实验结果填入表
12、3-1；进行灵敏度和非线性误差计算。表3-1全桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）图3-1 应变式传感器全桥实验接线图 五、实验注意事项 1不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2电桥的电压为5V，绝不可错接成15V。六、思考题1全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R相同时，即R1R3，R2R4，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。图3-2 应变式传感器受拉时传感器周面展开图2某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。七、实验报告要求： 1根据所记录的数据绘制出全桥时传感
13、器的特性曲线。2比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，并从理论上加以分析比较，得出相应的结论。实验四 直流全桥的应用电子秤实验一、实验目的了解应变直流全桥的应用及电路的标定。二、基本原理电子秤实验原理与实验三相同，利用全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，电压量纲（V）改为重量量纲（g）即成为一台原始的电子秤。三、需用器件和单元传感器实验箱（二）中应变式传感器实验单元，应变式传感器实验模板、砝码、智能直流电压表（或虚拟直流电压表）、15V电源、5V电源。四、实验内容与步骤1按实验一中的步骤2，将差动放大器调零，按图3-1全桥接线，打开直流稳压电源开关，调节电桥平衡
14、电位器Rw1，使直流电压表显示为零。2将10只砝码全部置于传感器的托盘上，调节电位器Rw3（增益即满量程调节）使直流电压表显示为0.200V或-0.200V。3拿去托盘上的所有砝码，调节电位器Rw1（零位调节）使直流电压表显示为0.000V。4重复2、3步骤的标定过程，一直到精确为止，把电压量纲V改为重量量纲g，就可以称重，成为一台原始的电子秤。5把砝码依次放在托盘上，填入下表4-1。表4-1电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压(mv)6. 根据上表，计算误差与非线性误差。五、实验注意事项1不要在砝码盘上放置超过1kg的物体，否则容易损坏传感器。2电桥的电压为5V，绝不可错接成15V。六、
15、实验报告要求1记录实验数据，绘制传感器的特性曲线。2分析什么因素会导致电子秤的非线性误差增大，怎么消除，若要增加输出灵敏度，应采取哪些措施。实验五 差动变压器的性能测定一、实验目的1了解差动变压器的工作原理和特性。2了解三段式差动变压器的结构。二、基本原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。三、
16、需用器件与单元传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、差动变压器、信号源。四、实验内容与步骤1将差动变压器及测微头安装在传感器实验箱（一）的传感器支架上，将“差动式”传感器引线插头插入实验模板的插座中。2调节功率信号发生器，使之输出频率为4-5KHz、幅度为Vp-p=2V的正弦信号，并用示波器的CH1监视输出。3将功率信号发生器的功率输出端接“差动变压器实验”单元激励电压输入端，把“差动变压器实验”单元的输出端3、4接入示波器的CH2，同时接入交流毫伏表。3旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小，这时可以左右移动旋动测微头，假设其中一个方向为正位移，另一个方向为负位移，从
17、Vp-p最小开始旋动测微头，每0.2mm从交流毫伏表上读出输出电压Vp-p值，填入下表6-1，再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。 图6-1差动变压器连接示意图表6-1差动变压器位移X值与输出电压数据表V(mv) X(mm)4实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压的大小，根据表6-1画出Vop-pX曲线，作出量程为1mm、3mm灵敏度和非线性误差。五、实验注意事项1在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2模块上L2、
18、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。六、思考题1用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？ 2试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？七、实验报告要求1根据实验测得的数据，绘制出测微头左移和右移时传感器的特性曲线。2分析产生非线性误差的原因。实验六 差动变压器零点残余电压测定及补偿一、实验目的了解差动变压零点残余电压组成及其补偿方法。二、基本原理由于差动变压器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。在零点有一个最
19、小的输出电压，一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，如果零点残余电压过大，会使灵敏度下降，非线性误差增大，甚至造成放大器末级趋于饱和，致使仪器电路不能正常工作。造成零残电压的原因，总的来说，是两电感线圈的等效参数不对称造成的。包括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，二次级的不均匀、不一致，铁芯BH特性的非线性等。三、需用器件与单元信号源、测微头、差动变压器、传感器调理电路挂件、虚拟示波器、传感器实验箱（一）。四、实验内容与步骤 1将差动变压器及测微头安装在传感器实验箱（一）的传感器支架上，将“差动式”传感器引线插头插入实验模板的插座中。2调节功率信号发生器
20、，使之输出频率为4-5KHz、幅度为Vp-p=2V的正弦信号，并用示波器的CH1监视输出。3按图7-1接线，实验模板上R1 、C1 、RW1 、RW2为电桥单元中调平衡网络。 图7-1 零点残余电压补偿电路之一4将差动变压器实验单元的输出端Uo接入交流毫伏表，并接入示波器的CH2； 5把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关。6调整测微头，使差动放大器输出电压最小。5 依次调整Rw1、Rw2，使差动放大器输出电压降至最小。6 将示波器第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较，保存观察到的波形。7 测量差动变压器的零点
21、残余电压值（有效值）。（注：这时的零点残余电压是经放大后的零点残余电压）。五、实验注意事项1在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。图7-2 零点残余电压补偿电路之二六、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7-2所示的电路，请分析原理。七、实验报告要求 1分析产生零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。用哪些方法可以减小零点残余电压。2归纳总结前两种补偿电路的优缺点。实验七 激励频率对差动变压器特性的影响一
22、、实验目的了解激励频率对差动变压器输出的影响。二、基本原理差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式： 表示，式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、为激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若RP22LP2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当2LP2RP2时输出Uo与无关，当然过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。三、需用器件与单元传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、虚拟示波器、差动变压器、信号源、15V直流电源。四、实验步骤1将差动变压器及测微头安装在传感器实验箱（一）的传感器支架上，将“差
23、动式”传感器引线插头插入实验模板的插座中。2按图7-1连接好线。3调节功率信号发生器，使之输出频率为1KHz、幅度为Vp-p=2V的正弦信号，并用示波器的CH1监视输出。4移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节Rw1 、Rw2使输出变得更小。5将差动变压器实验单元的输出端Uo接入交流毫伏表，并接入示波器的CH2； 6旋动测微头，向左（或右）旋到离中心位置2.50mm处，有较大的输出。7改变激励频率为1KHZ9KHZ，保持幅值不变，将测试结果记入下表8-1中。表8-1不同激励频率时输出电压（峰峰值）的关系。f(Hz)1KHz2KHz3KHz4KHz5KHz6KHz7KHz8KHz9KHz
24、Vop-p(V)8作出幅频特性曲线。五、实验注意事项1在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。2模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。 3传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。六、思考题1提高激励频率有哪些优点？但是过高的激励频率又会带来哪些不利因素？应怎样确定激励频率。2若用差动变压器式传感器测量振动，测量的频率受什么限制？七、实验报告要求1根据实验所得的数据作出传感器的幅频特性曲线。2归纳总结正确选择激励信号的幅度和频率的特点。实验八 压电式传感器测振动实验一、实验目的了解压电式传感器测
25、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压电片等组成（观察实验用压电式加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元传感器实验箱（二）、传感器调理电路挂件、虚拟示波器。四、实验步骤1压电式传感器已安装于传感器实验箱（二）的振动台面上。2调节信号发生器，使之输出频率为10Hz左右，幅值为左右的正弦波信号，将信号发生器的功率输出端传感器实验箱（二）的低频输入端，用示波器监视其输出。3将压电式传感器的输出接入到传感器调理电路中的压电式传感器实验单元的两输入端，
26、将压电传感器实验单元输出端Uo接入后面的放大电路输入端Ui，再将放大电路的输出端Uo接入低通滤波器的输入端Ui，低通滤波器的输出端Uo接入示波器。4合上电源开关，调节信号发生器使振动台有明显的振动。5用虚拟示波器监测低通滤波器的输出。6调节信号发生器的频率，观察输出波形的变化。7用虚拟示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端的波形。五、注意事项1振动板的幅度不能太大，否则容易压碎里面的压电式传感器。2本振动板的共振频率大约为10Hz左右，所以应该在10Hz频率的附近做实验，振动板才能有比较明显的振动。六，思考题压电式传感器中采用电荷放大器有何优点，为什么电压灵敏度与电缆长度有关？而电荷
27、灵敏度却与电缆长度无关实验九 电容式传感器的位移特性实验一、实验目的了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理利用平板电容C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、S、d中三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）测微小位移（变d）和测量液位（变S）等多种电容传感器。变面积型电容传感器中，平板结构对极距特别敏感，测量精度受到影响，而圆柱形结构受极板径向变化的影响很小，且理论上具有很好的线性关系，（但实际由于边缘效应的影响，会引起极板间的电场分布不均，导致非线性问题仍然存在，且灵敏度下降，但比变极距型好得多。）成为实际中最常用的结构，其中线位移单组
28、式的电容量C在忽略边缘效应时为： （1）式中 外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度； 外圆筒内半径和内圆柱外半径。当两圆筒相对移动时，电容变化量为： （2） 于是，可得其静态灵敏度为： （3） 可见灵敏度与有关，越接近，灵敏度越高，虽然内外极筒原始覆盖长度与灵敏度无关，但不可太小，否则边缘效应将影响到传感器的线性。本实验为变面积式电容传感器，采用差动式圆柱形结构，因此可以很好的消除极距变化对测量精度的影响，并且可以减小非线性误差和增加传感器的灵敏度。三、需用器件与单元电容传感器、传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、直流稳压源。智能直流电压表（或虚拟仪表中直流电压表）四、实验步骤1将电容式传
29、感器装于传感器实验箱（一）的黑色支架上，将传感器引线插头插入传感器调理电路中电容式传感器实验单元的插孔中。2Rw调节到大概中间位置（Rw为10圈电位器），将“电容传感器实验”单元的输出端Uo接入直流电压表。3把直流稳压电源接入“传感器调理电路”实验挂箱，检查无误后，开启实验台面板上的直流稳压电源开关；4旋转测微头，改变电容传感器动极板的位置，每隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表10-1。表10-1 电容传感器位移与输出电压值X(mm)V(mv)5根据表10-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差。五、实验注意事项1传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。2做实验时，不要用手或其它物体
30、接触传感器，否则将会使线性变差。六、思考题1简述什么是电容式传感器的边缘效应，它会对传感器的性能带来哪些不利影响。2电容式传感器和电感式传感器相比，有哪些优缺点？图10-1电容传感器位移实验接线图七、实验报告要求1整理实验数据，根据所得的实验数据做出传感器的特性曲线，并利用最小二乘法做出拟合直线，计算该传感器的非线性误差。2根据实验结果，分析引起这些非线性的原因，并说明怎样提高传感器的线性度。实验十 热敏电阻的特性研究一、实验目的了解热敏电阻的特性与应用。二、基本原理热敏电阻是一种对热敏感的电阻元件，一般用半导体材料做成，可以分为负温度系数热敏电阻NTC（Negative Temperatur
31、e coefficient Thermistor）和正温度系数热敏电阻PTC（Positive Temperature Coefficient Thermistor），临界温度系数热敏电阻CTR（Critical Temperature Resistor）三种，本实验主要研究前两种，半导体热敏电阻的工作原理一般用量子跃迁观点进行分析。由于热运动（譬如温度升高），越来越多的载流子克服禁带（或电离能）引起导电，这种热跃迁使半导体载流子浓度和迁移发生变化，根据电阻率公式可知元件电阻值发生变化。NTC通常是一种氧化物的复合烧结体，特别适合于之间的温度测量，它的电阻值随着温度的升高而减小，其经验公式为：
32、，式中，R0是在25时或其他参考温度时的电阻，T0是热力学温度（K）B称为材料的特征温度，其值与温度有关，主要用于温度测量。PTC是由在BaTiO3和SrTiO3为主的成分中加入少量Y2O3和Mn2O3构成的烧结体。其特征曲线是随温度升高而阻值增大，开关型的PTC在居里点附近阻值发生突变，有斜率最大的区段，即电阻值突然迅速升高。PTC适用的温度范围为，主要用于过热保护及作温度开关。NTC和PTC的特征曲线如图所示： NTC、PTC电阻温度曲线图三、需用器件与单元 直流恒流源、传感器实验箱（一）、万用表。四、实验内容与步骤1将直流恒流源接入传感器实验箱（一）中的恒流输入端；2将温度控制器下面的P
33、t100输入和温控Pt100相连。3将温度控制器的SV窗口设置在，设置方法见附录2。然后每隔设置一次。 4用万用表测量温度模块上的NTC和PTC的输出，记下每次设置温度下的电阻值，将结果填入下表： NTC：t()Rt()RPTC：t()RT()R五、实验注意事项加热器温度不能加热到120以上，否则将可能损坏加热器。六、思考题若要用NTC测量温度，怎样将其线性化？画出它的线性化电路。七、实验报告要求1根据实验所得的数据绘制出NTC、PTC的特性曲线。2归纳总结NTC用作温度测量时应注意哪些问题，主要应用在什么场合，有哪些优缺点。实验十一 霍尔转速传感器测速实验一、实验目的了解霍尔转速传感器的应用
34、。二、基本原理 利用霍尔效应表达式：UH=KHIB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，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。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器，当转盘上的磁钢转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平。三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V，转动源224V、转动源电源、转速测量部分。四、实验步骤1霍尔转速传感器及转动源已经安装于传感器实验箱（二）上，其中霍尔转速传感器位于转动源的右边。2将+5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端。3将霍尔转速传感器的输出接入信号发生器的测频端
35、，在信号发生器的面板上按下外测按钮和滤波按钮。4将面板上的直流稳压电源调节到5V，接入传感器实验箱（二）上的转动电源端。5调节转动源的输入电压，使转盘的速度发生变化，观察频率计的频率变化。6调节转动源的输入电压，使转盘的转速发生变化，把界面切换到示波器状态，观察传感器输出波形的变化。五、注意事项1转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。2转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。3转动源的输入电压不可低于2V，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间也可能烧坏电机。六、思考题根据上面实验观察到的波形，分析为什么方波的高电平比低电平要宽。实验十二 光电转速传感器测速
36、实验一、实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。二、基本原理光电式转速转速传感器有反射型和透射型两种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源通过转盘上开的孔透射后由光电二极管接受转换成电信号，由于转盘上有相间的6个孔，转动时将获得与转速及孔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。三、需用器件与单元光电转速传感器、直流电源5V、转动源及224V直流电源、智能转速表。四、实验步骤1光电转速传感器已经安装在传感器实验箱（二）上。2将+5V直流源加于光电转速传感器的电源端。3将光电转速传感器的输出接到面板上的智能转速表。4将面板上的030V稳压电源调节到5V，
37、接入传感器实验箱（二）上的转动电源处。5调节转动源的输入电压，使转盘的速度发生变化，观察转速表上转速的变化。6调节转动源的输入电压，使转盘的转速发生变化，把界面切换到示波器状态，观察传感器输出波形的变化。五、注意事项1转动源的正负输入端不能接反，否则可能击穿电机里面的晶体管。2转动源的输入电压不可超过24V，否则容易烧毁电机。3转动源的输入电压不可低于2V，否则由于电机转矩不够大，不能带动转盘，长时间也可能烧坏电机。六、思考题 根据上面实验观察到的波形，分析为什么方波的高电平比低电平要宽。附录1 实验箱温度控制简要原理当总电源开关合上，并且温度控制器的开关也闭合时，如果温度控制器测得的温度低于
38、设定的温度值，那么温度控制器面板上ALM2灯亮（ALM2为一继电器的常开触点，恒流源是与这个常开触点串联的），内部继电器闭合，温度模块开始加热，加热电源为1A恒流源，当温度加热到略高与设定温度值时，ALM2灯灭，内部继电器断开，温度模块停止加热，但由于温度的惯性比较大，因此当温度模块停止加热后，仍有一定的向上的冲量。附录2 温度控制器使用说明1仪表通电显示窗先显示PV窗输出代码、SV窗输入代码，后显示PV窗量程上限、SV窗量程下限（N型显示PV窗Jd05、SV窗2003），随后即进入工作状态，其中PV显示的为测量的温度值，SV显示的为设定的温度值，当SV的值大于PV的值时ALM2灯亮，恒流源有
39、输出，当PV的值大于SV的值时，ALM1灯亮，恒流源无输出，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，如需要修改其他参数，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当输入信号大于量程上限时，仪表显示，当输入信号小于超出量程下限10%以上时，仪表仍显示，并切断主控输出；当输入信号略小于量程下限时，仪表显示。3当温度控制效果不够理想时，可以通过人工后自整定来改变PID参数。操作方法如下：人工修正：将仪表进入B菜单至
40、P窗，再用温度控制器下面的三个箭号键来修正P值，再按SET0.5S进入I窗，I、d、T的修正方法同上，然后再按SET键0.5S若干下返回正常工作状态，即开始新的PID参数。自整定修正：先把主控设定再实际使用值后实用值的80%左右，再将仪表进入B菜单至ATU窗后选择（1）选号按SET键确认后仪表即进入自整定状态，同时AT灯亮，带自整定完成AT灯灭仪表即按新的自整定PID参数工作。用自整定修正PID值时应该注意当负载为多段串联加热方式（如挤出机械），其中某段进入自整定过程时，应尽量保持相邻前后二段的温度不变，否则会影响自整定效果。4PID参数的设置原则：P比例带设定，一般取上过冲值的2倍，当温度有
41、规律波动（系统振荡）应增加比例带，当温度无规律漂动时，应减少比例带。I积分时间设定，当温度有规律波动时，应增加积分时间，当温度很长时间不能消除静差时应减少积分时间。D微分时间设定，一般取积分时间的1/51/4，微分时间的增加有助于减少系统的超调。5PID控制与位式控制功能的切换方法：若需把仪表切换成位式控制（常规仪表出厂设置为PID控制），正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）可通过该变dp值来实现，位式控制时的dp值举例：SV=时，设dp=，则实际输出控制范围为87
42、.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合，系统配置稳定合理可达到1个字精度；位式控制适用于控制某一段范围内的温度。6限制功能，如仪表为连续电流或电压控制及输出时为限幅；如仪表时断续通断式输出时为限制输出通断时间比例关系，也就是周期（T）内最长导通时间的百分比。7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各参数功能：面板功能：SET：功能键 PV：当前测量值 SV：主控设定值OUT：主控输出指示 ALM1：ALM1报警输出指示 ALM2：ALM2报警输出指示 AT：自整定指示 向左箭号：移位键 向下箭号：减键 向上箭号：参 数常 规设