實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗一、實驗目的：了解金屬箔式應變片的應變效應，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生機械變形時，其電阻值發生變化，這就是電阻應變效應，描述電阻應變效應的關系式為： R/R=K式中R/R為電阻絲的電阻相對變化值，K為應變靈敏系數，=l/l為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應變片是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，用它來轉換被測部位的受力大小及狀態，通過電橋原理完成電阻到電壓的比例變化，輸出電壓U0=EK（E為供橋電壓），對單臂電橋而言，電橋輸出電壓，U01=EK/4。（E為供橋電壓）。三、器件與單元：應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器、砝碼（每只約20g）、數顯表、15V電源、4V電源、萬用表(自備)。四、實驗步驟： 1、根據圖(1-1),應變式傳感器已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4標志端。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1=R2=R3=R4=350，加熱絲阻值約為50左右。圖1-1 應變式傳感器安裝示意圖 2、實驗模板差動放大器調零，方法為:接入模板電源15V(從主控箱引入)，檢查無誤后，合上主控箱電源開關，將實驗模板增益調節電位器Rw3順時針調節到大致中間位置，將差放的正、負輸入端與地短接，輸出端與主控箱面板上數顯電壓表輸入端Vi相連，調節實驗模板上調零電位器RW4，使數顯表顯示為零(數顯表的切換開關打到2V檔)，完畢關閉主控箱電源。 3、參考圖（1-2）接入傳感器，將應變式傳感器的其中一個應變片R1(即模板左上方的R1)接入電橋作為一個橋臂，它與R5、R6、R7接成直流電橋(R5、R6、R7在模塊內已連接好)，接好電橋調零電位器Rw1，接上橋路電源4V(從主控箱引入)，檢查接線無誤后，合上主控箱電源開關，先粗調節Rw1，再細調RW4使數顯表顯示為零。圖1-2 應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖 4、在傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和減少砝碼并讀取相應的數顯表數值，記下實驗結果填入表（1-1）。 表1-1：單臂測量時，輸出電壓與負載重量的關系：重量（g）電壓(mv)增加砝碼減少砝碼 5、根據表（1-1）計算系統靈敏度S：S=V/W(V為輸出電壓平均變化量；W重量變化量)，計算非線性誤差：f1=m/yFS100%，式中m為輸出電壓值(多次測量時為平均值)與擬合直線的最大電壓偏差量：yFS為滿量程時電壓輸出平均值。 五、思考題：單臂電橋時，作為橋臂的電阻應變片應選用：(1)正(受拉)應變片(2)負(受壓)應變片(3)正、負應變片均可以。實驗十四 電容式傳感器的位移實驗 一、實驗目的：了解電容式傳感器的結構及其特點。二、基本原理：利用平板電容C=A/d的關系,在（介電常數）、A（極板面積）、d（極板距離）三個參數中，保持二個參數不變，而只改變其中一個參數，就可使電容的容量(C)發生變化，通過相應的測量電路，將電容的變化量轉換成相應的電壓量,則可以制成多種電容傳感器，如：變的濕度電容傳感器。變d的電容式壓力傳感器。變A的電容式位移傳感器。本實驗采用第種電容傳感器,是一種圓筒形差動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 電容傳感器位移實驗接線圖 三、器件與單元：電容傳感器、電容傳感器實驗模板、測微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數顯單元、直流穩壓電源。 四、實驗步驟： 1、按圖3-1將電容傳感器裝于電容傳感器實驗模板上。 2、將電容傳感器連線插入電容傳感器實驗模板，實驗線路見圖4-1。 3、將電容傳感器實驗模板的輸出端V01與數顯電壓表Vi相接，電壓表量程置2V檔，Rw調節到中間位置。 4、接入15V電源，將測微頭旋至10mm處，活動桿與傳感器相吸合，調整測微頭的左右位置，使電壓表指示最小，并將測量支架頂部的鏍釘擰緊，旋動測微頭，每間隔0.2mm記下輸出電壓值(V)，填入表4-1。將測微頭回到10mm處，反向旋動測微頭，重復實驗過程。 表4-1電容式傳感器位移與輸出電壓的關系X(mm) -20mm +V(mv)最小 5、根據表4-1數據計算電容傳感器的靈敏度S和非線性誤差f，分析誤差來源。 五、思考題：試設計一個利用的變化測谷物濕度的電容傳感器？能否敘述一下在設計中應考慮哪些因素？實驗十六 直流激勵時接觸式霍爾位移傳感器特性實驗一、 實驗目的：了解霍爾式位移傳感器原理與應用。一、 基本原理：根據霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，保持KH、I不變，若霍爾元件在梯度磁場B中運動，且B是線性均勻變化的，則霍爾電勢UH也將線性均勻變化，這樣就可以進行位移測量。二、 器件與單元：霍爾傳感器實驗模板、線性霍爾位移傳感器、直流電,源4V、 15、測微頭、數顯單元。四、實驗步驟：1、 將霍爾傳感器按圖5-1安裝。霍爾傳感器與實驗模板的連接按圖5-2進行。、為電源4，、為輸出,R1與之間聯線可暫時不接。圖5-1 霍爾傳感器安裝示意圖2、 開啟電源，接入15V電源，將測微頭旋至10mm處，左右移動測微頭使霍爾片處在磁鋼中間位置，即數顯表電壓指示最小，擰緊測量架頂部的固定鏍釘,接入R1與之間的聯線，調節RW2使數顯電壓表指示為零（數顯表置2V檔）。圖5-2 霍爾位移傳感器 直流激勵實驗接線圖3、旋轉測微頭，每轉動0.2mm或0.5mm記下數字電壓表讀數，并將讀數填入表5-1，將測微頭回到10mm處，反向旋轉測微頭，重復實驗過程，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系：X(mm)10 V(mv)0 作出V-X曲線，計算不同線性范圍時的靈敏度S和非線性誤差。五、思考題： 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗三十五 熱電偶測溫性能實驗(請先仔細閱讀P39溫控儀表操作說明） 一、實驗目的：了解熱電偶測量溫度的原理與應用。 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接點有溫度差，在回路內就會產生熱電勢，這就是熱電效應，熱電偶就是利用這一原理制成的一種溫差測量傳感器，置于被測溫度場的接點稱為工作端，另一接點稱為冷端(也稱自由端)，冷端可以是室溫值也可以是經過補償后的0、25的模擬溫度場。 三、需用器件與單元：K型、E型熱電偶、溫度源、溫度控制儀表、數顯單元（2000型）或溫度控制測量儀（9000型）。 四、實驗步驟： 1、將熱電偶插到溫度源兩個傳感器插孔中任意一個插孔中，（K型、E型已裝在一個護套內），K型熱電偶的自由端接到主控箱面板上溫控部分的Ek端，用它作為標準傳感器，配合溫控儀表用于設定溫度，注意識別引線標記，K型、E型及正極、負極不要接錯。 2、將E型熱電偶的自由端接入溫度傳感器實驗模板上標有熱電偶符號的a、b孔上，作為被測傳感器用于實驗，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。 3、將R5、R6端接地，RW2大約置中，打開主控箱電源開關，將V02端與主控箱上數顯電壓表Vi端相接，調節Rw3使數顯表顯示零（電壓表置200mv檔），打開主控箱上溫儀控開關，設定儀表控制溫度值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，當溫度穩定在50時，記錄下電壓表讀數值。 5、重新設定溫度值為50+nt，建議t=5，n=110，每隔1n讀出數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、根據表11-1計算非線性誤差，靈敏度S。 7、將E型熱電偶的自由端連線從實驗模板上拆去并接到數顯電壓表的輸入端（Vi）直接讀取熱電勢值（電壓表置200mv檔），重復上述過程，根據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、計算出加熱源的溫度，并與溫控儀的顯示值進行比較，試分析誤差來源。 附：熱電偶分度表，請參閱實驗軟件光盤中的熱電偶分度表內容。 五、思考題：熱電偶測量的是溫差值還是攝氏溫度值？附溫控儀表操作說明 1、通電前檢查接線正確無誤，感溫元件與儀表分度號一致，儀表通電5秒內顯示窗先顯示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,隨后即進入工作狀態,按SET鍵0.5秒SV顯示窗閃爍,此時可改變設定值,再按SET鍵0.5秒確認,如需修改其它參數,必須按住SET鍵大于3秒,即進入B菜單,可按要求逐一修改內容(見操作流程表),修改完畢再按SET鍵0.5秒若干下, 退出B菜單,如15秒內無鍵按下(該窗內新設置的數據無效)自動進入新的工作狀態。 2、在輸入信號大于量程上限時,儀表顯示 ,在輸入信號小于量程下限時,儀表顯示 。 3、當溫度控制效果不夠理想時,可以人工或自整定來改變PID參數。操作方法如下：人工修正：將儀表進入B菜單至窗，再用 鍵來修正P值，再按SET鍵0.5S進入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，即開始新的PID參數。自整定修正：將儀表進入B菜ATU窗后選擇(1)(選0時為不自整定)，選好按SET鍵確認后儀表即進入自整定狀態，同時AT燈亮，待自整定完成AT燈閃時再按SET鍵2秒確認后即按新的自整定PID參數工作。用自整修正PID值時應注意當負載為多段串聯加熱方式(如擠出機械)，其中某段進入自整定過程時，應注意保持前拍二段的溫度不變,否則會影響自整定效果。 4、PID參數的設置原則:P為比例帶(加熱側),如過沖大可加大比例帶。如希升溫快可減小比例帶。I為積分時間，如溫度波動較大則加長積分，反之則減小積分。一般來說系統滯后現象越嚴重，積分時間越長。D為微分時間，一般取積分時間的(1/51/4)。 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(常規儀表出廠設置均為PID控制)，正常工作狀態儀表按住SET鍵3S以上進入B菜單后，再按SET鍵0.5S若干下至P窗,把P設為0后按SET鍵若干下至T窗，把T設為1即進入位式控制，其控溫范圍(切換差)可通過改變dP值來實現,位式控制時的dP值舉例：SV100時，設dP=12.5,則實際輸出控制范圍為87.5112.5。若需返回至PID控制時,把P、dP值還原即可。PID控制適用于高精度控溫場合,系統配置穩定合理可達1個字精度；位式控制適用于控制某一段范圍內的溫度。 6、進入C菜單的設置方法：(C菜單因儀表功能不同而有所不同; 非專業人士及無特殊情況下請勿進入C菜單)。先進入B菜單的ATU窗后同時按住鍵0.5秒至PV窗顯示L，可設置量程下限；再按SET鍵0.5秒，PV 窗顯示H,可設置量程上限; 按SET 0.5秒，PV窗顯示LP，LP=下沖限，常規值26；按SET 0.5秒，PV窗顯示L1，在L1值內無開機及設定后默認值,常規610；按SET 0.5秒，PV窗顯示HL，在SV窗選1或0，(選1時=AL1=上限報警，若選0時=AL2=下限報警）；按SET 0.5秒，PV窗顯示A，在SV窗選1或0，選1時為絕對值報警(報警設定值=報警輸出值)，選0時=偏差值報警(主控值報