傳感器與檢測技術(shù)

1、第一章 傳感器實驗儀使用說明 1.1 傳感器系統(tǒng)實驗箱的組成CSY-XS傳感器實驗箱平面圖如圖1.1所示：主要由機(jī)頭、主板、信號源、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC接口、軟件等各部分組成。圖1.1 CSY-XS傳感器實驗箱平面圖1、機(jī)頭 由應(yīng)變梁(含應(yīng)變片、PN結(jié)、NTC RT熱敏電阻、加熱器等)；振動源(振動臺)；升降調(diào)節(jié)桿；測微頭和傳感器的安裝架(靜態(tài)位移安裝架)；傳感器輸入插座；光纖座及溫度源等組成。2、主板部分主板部分有八大單元電路組成：智能調(diào)節(jié)儀單元；頻率電壓顯示(F/V表)單元；音頻振蕩器 （1KHz10KHz可調(diào)）和低振蕩器 (1Hz30Hz可調(diào))單元；直流穩(wěn)壓電源輸出單元(提供高穩(wěn)定的

2、15V、5V、4V、1.2V12V可調(diào)等)；數(shù)據(jù)采集和RS232 PC接口單元；傳感器的輸出口單元；轉(zhuǎn)動源單元；各種傳感器的調(diào)理電路單元。3、信號源溫度源150振動源 1Hz30Hz；轉(zhuǎn)動源 02400r/min4、傳感器：詳見1.2傳感器（共十九種傳感器）5、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件：詳見1.3 V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件6、實驗箱：供電：AC 220V 50Hz 功率0.2kW 實驗箱尺寸為515420185(mm)。1.2 傳感器表1.1 傳感器表序 號傳感器名稱量 程線 性備 注1電阻應(yīng)變式傳感器02001%3502擴(kuò)散硅壓力傳感器420kpa1%3差動變壓器42%5104電容式傳感器2

3、.53%5霍爾式位移傳感器23%6霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器2400轉(zhuǎn)/分0.5%7磁電式傳感器2400轉(zhuǎn)/分0.5%8壓電式傳感器9電渦流位移傳感器12%10光纖位移傳感器15%11光電轉(zhuǎn)速傳感器2400轉(zhuǎn)分0.5%12集成溫度傳感器常溫14 %13Pt100鉑電阻常溫154%三線制14K型熱電偶常溫154%15氣敏傳感器502000PPm對酒清敏感16濕敏傳感器1095%RH17PN結(jié)18NTC熱敏電阻2019E型熱電偶PAGE 1.3 V9.0數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件1.3.1數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件： V9.0版V9.0版數(shù)據(jù)采集卡是在原V8.0版基礎(chǔ)上的一個升級版本，針對目前市售的傳感器實驗系統(tǒng)所配的

4、采集卡動態(tài)范圍太小，分辨率和精度過低的缺點，V9.0版采用了工業(yè)級的解決方案，達(dá)到了很高的測量精度和動態(tài)范圍，接口部分采用RS-232/USB接口，方便用戶的實際使用。該采集卡能完全滿足實驗的要求。具體技術(shù)指標(biāo)如下：1、接口標(biāo)準(zhǔn)：RS-232/USB接口2、A/D：12位3、通道數(shù)：可以擴(kuò)展到8通道4、采樣：同步、異步5、觸發(fā)方式：軟觸發(fā)、硬觸發(fā)6、采樣頻率：100KHz(分檔可選)7、測量誤差：0.2mv8、測量量程：最大可達(dá)正負(fù)15V9、支持電壓、電流信號直接輸入，無需配備轉(zhuǎn)換器10、可以擴(kuò)充D/A通道 圖1.2 虛擬示波器界面11、環(huán)境：windows98/2000/xp12、軟件：配備

5、傳感器綜合實驗系統(tǒng)成套實驗軟件包及高聯(lián)虛擬儀器軟件包(如虛擬示波器，頻譜、失真度分析等)， 虛擬示波器界面如圖1.2所示。1.3.2 虛擬軟件：V9.0版本軟件是和V9.0采集卡配套使用，以RS-232/USB進(jìn)行通訊，采用RS-232/USB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，是一個高效、實時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該采集系統(tǒng)可單獨(dú)對外部信號進(jìn)行采集，也可和CSY9.0傳感器實驗儀軟件配合CSY系列傳感器實驗儀上進(jìn)行實驗操作。1.3.3 系統(tǒng)需求1.操作系統(tǒng)：Windows 98 SE/Me/2000/XP簡體中文版2.Intel Pentium 500MHz或AMD Athlon700MHz以上3.128Mb或以上內(nèi)存4.

6、400MB以上硬盤空間供軟件安裝和備份5.有RS-232/USB接口6.4倍速或以上的CD-ROM1.4 調(diào)節(jié)儀簡介主板中所裝的調(diào)節(jié)儀為人工智能調(diào)節(jié)儀，它具有測量顯示和模糊邏輯數(shù)字PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法?？梢匀f能輸入(通過設(shè)置輸入規(guī)格可變?yōu)闊犭娮?、熱電偶、線性電壓、線性電流等)，輸出有SSR觸發(fā)信號輸出和線性電流輸出(可設(shè)置為010mA或420mA線性電流)。其實它是一只萬能通用調(diào)節(jié)儀。1.4.1調(diào)節(jié)儀面板說明調(diào)節(jié)儀的面板上有PV測量顯示窗、SV給定顯示窗、3個指示燈窗和4個按鍵組成。如圖1.3所示。儀表上電后，上顯示窗口顯示測量值（PV），下顯示窗口顯示給定值（SV）。在基

7、本狀態(tài)下，SV窗口能用交替顯示的字符來表示系統(tǒng)某些狀態(tài)，如下：1、輸入的測量信號超出量程（因傳感器規(guī)格設(shè)置錯誤、輸入斷線或短路均可能引起）時，則閃動顯示：“orAL”。此時儀表將自動停止控制，并將輸出固定在參數(shù)outL定義的值上。2、有報警發(fā)生時，可分別顯示“ALM1”、“ALM2”、“Hy-1”或“Hy-2”儀表面板上的3個LED指示燈，其含義分別如下：OUT輸出指示燈：輸出指示燈在線性電流輸出時通過亮/暗變化反映輸出電流的大小，在時間比例方式輸出（繼電器、固態(tài)繼電器及可控硅過零觸發(fā)輸出）時，通過閃動時間比例反映輸出大小。ALM指示燈：當(dāng)ALM1上限設(shè)定值動作時點亮對應(yīng)的燈。AT燈：自整定工

8、作燈(兼手動指示燈)。 圖1.3 調(diào)節(jié)儀面板圖面板中：1、PV測量值顯示窗 2、SV給定值顯示窗 3、AT自整定燈(兼手動指示燈)4、ALM ALM1動作時點亮對應(yīng)的燈(上限動作、冷卻風(fēng)扇) 5、OUT調(diào)節(jié)控制輸出指示燈6、SET功能鍵 7、數(shù)據(jù)移位鍵(不禁止手動操作時兼手動自動切換) 8、數(shù)據(jù)減少鍵 9、數(shù)據(jù)增加鍵 1.4.2 功能及設(shè)置（一）內(nèi)部菜單 內(nèi)部菜單如圖1.4所示。（二）基本使用操作顯示切換：按SET鍵可以切換不同的顯示狀態(tài)。修改數(shù)據(jù)：如果參數(shù)鎖沒有鎖上，儀表下顯示窗顯示的數(shù)值數(shù)據(jù)均可通過按（A/M）、或鍵來修改。例如：需要設(shè)置給定值時，可將儀表切換到正常顯示狀態(tài)，即可通過按、或

9、鍵來修改給定值。儀表同時具備數(shù)據(jù)快速增減法和小數(shù)點移位法。按鍵減小數(shù)據(jù)，按鍵增加數(shù)據(jù)，可修改數(shù)值位的小數(shù)點同時閃動（如同光標(biāo)）。按住按鍵并保持不放，可以快速地增加/減少數(shù)值，并且速度會隨小數(shù)點會右移自動加快（3級速度）。而按鍵則可直接移動修改數(shù)據(jù)的位置(光標(biāo)),操作快捷。圖1.4 內(nèi)部菜單2、手動/自動切換：按SET鍵可直接查看自動控制輸出值(下排顯示器第一字顯示“A”，后面數(shù)據(jù)表示百分比輸出功率)。在不禁止手動操作時按（A/M）鍵，可以使儀表在自動及手動兩種狀態(tài)下進(jìn)行無擾動切換。手動時下排顯示器第一字顯示“M”，儀表處于手動狀態(tài)下，直接按鍵或鍵可增加及減少手動輸出值。通過對A-M參數(shù)設(shè)置（詳

10、見后文），也可使儀表不允許由面板按鍵操作來切換至手動狀態(tài)，以防止誤入手動狀態(tài)。3、設(shè)置參數(shù)：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)，例如上限報警值A(chǔ)LM1、參數(shù)鎖LocK等等，對于配置好并鎖上參數(shù)鎖的儀表，只出現(xiàn)操作工需要用到的參數(shù)（現(xiàn)場參數(shù)）。用、（A/M）等鍵可修改參數(shù)值。按（A/M）鍵并保持不放，再按鍵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)狀態(tài)。如果沒有按鍵操作，約30秒鐘后會自動退出設(shè)置參數(shù)狀態(tài)。如果參數(shù)被鎖上（后文介紹），則只能顯示被EP參數(shù)定義的現(xiàn)場參數(shù)（可由用戶定義的，工作現(xiàn)場經(jīng)常需要使用的參

11、數(shù)及程序），而無法看到其它的參數(shù)。不過，至少能看到LocK參數(shù)顯示出來。（三）自整定（AT）操作儀表初次使用時，可啟動自整定功能來協(xié)助確定I、P、d等控制參數(shù)。初次啟動自整定時，可將儀表切換到正常顯示狀態(tài)下，按（A/M）鍵并保持約2鈔鐘，此時下排顯示器交替顯示“At”字樣。自整定時，儀表執(zhí)行位式調(diào)節(jié)，約2-3次振蕩后自動計算出I、P、d等控制參數(shù)。如果在自整定過程中要提前放棄自整定，可再按（A/M）鍵并保持約2鈔鐘，使“At”字樣消失即可。視不同系統(tǒng)，自整定需要的時間可從數(shù)秒至數(shù)小時不等。儀表在自整定成功結(jié)束后，會將參數(shù)At設(shè)置為3（出廠時為1）或4，這樣今后無法從面板再按（A/M）鍵啟動自整

12、定，可以避免人為的誤操作再次啟動自整定。已啟動過一次自整定功能的儀表如果今后還要啟動自整定時，可以用將參數(shù)At設(shè)置為2的方法進(jìn)行啟動（參見后文“參數(shù)功能”說明）。系統(tǒng)在不同給定值下整定得出的參數(shù)值不完全相同，執(zhí)行自整定功能前，應(yīng)先將給定值設(shè)置在最常用值或是中間值上，如果系統(tǒng)是保溫性能好的電爐，給定值應(yīng)設(shè)置在系統(tǒng)使用的最大值上，再執(zhí)行啟動自整定的操作功能。參數(shù)t（控制周期）及Hy（回差）的設(shè)置，對自整定過程也有影響，一般來說，這2個參數(shù)的設(shè)定值越小，理論上自整定參數(shù)準(zhǔn)確度越高。但Hy值如果過小，則儀表可能因輸入波動而在給定值附近引起位式調(diào)節(jié)的誤動作，這樣反而可能整定出徹底錯誤的參數(shù)。推薦t=0-

13、2，Hy=0.3。手動自整定：由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)，其輸出將定位在由參數(shù)outL及outH定義的位置。在一些輸出不允許大幅度變化的場合，如某些執(zhí)行器采用調(diào)節(jié)閥的場合，常規(guī)的自整定并不適宜。對此儀表具有手動自整定模式。方法是先用手動方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，等手動調(diào)節(jié)基本穩(wěn)定后，再在手動狀態(tài)下啟動自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當(dāng)前手動值+10%及-10%的范圍而不是outL及outH定義的范圍，從而避免了生產(chǎn)現(xiàn)場不允許的閥門大幅度變化現(xiàn)象。此外，當(dāng)被控物理量響應(yīng)快速時，手動自整定方式能獲得更準(zhǔn)確的自整定結(jié)果。(四)參數(shù)功能說明儀表通過參數(shù)來定義儀表的輸入、輸出、報警及控制方式，儀表功能參數(shù)表如表1

14、.2所示。表1.2 儀表功能參數(shù)表參數(shù)代號參數(shù)含義說 明設(shè)置范圍ALM1上限報警 測量值大于ALM1+Hy值時儀表將產(chǎn)生上限報警。測量值小于ALM1-Hy值時，儀表將解除上限報警。設(shè)置ALM1到其最大值（9999）可避免產(chǎn)生報警作用。-1999-+9999或1ALM2下限報警 同上Hy-1正偏差報警 采用人工智能調(diào)節(jié)時，當(dāng)偏差（測量值PV減給定值SV）大于Hy-1+Hy時產(chǎn)生正偏差報警。當(dāng)偏差小于Hy-1-Hy時正偏差報警解除。設(shè)置Hy-1=9999（溫度實為999.9Hy-2負(fù)偏差報警 同上Hy 回差用于避免因測量輸入值波動而導(dǎo)致位式調(diào)節(jié)頻繁通斷或報警頻繁產(chǎn)生/解除。 例如：Hy參數(shù)對上限報

15、警控制的影響如下，假定上限報警參數(shù)ALM1為800，Hy參數(shù)為2.0 (1)儀表在正常狀態(tài),當(dāng)測量溫度值大于802時(ALM1+ Hy (2)儀表在上限報警狀態(tài)時,則當(dāng)測量溫度值小于798(ALM1-Hy 又如：儀表在采用位式調(diào)節(jié)或自整定時，假定給定值SV為700，Hy參數(shù)設(shè)置為0.5 （1）輸出在接通狀態(tài)時當(dāng)測量溫度值大于700.5時(SV+ Hy （2）輸出在關(guān)斷狀態(tài)時，則當(dāng)測量溫度小于699.5(SV- Hy 對采用位式調(diào)節(jié)而言，Hy值越大，通斷周期越長，控制精度越低。反之，Hy值越小，通斷周期越短，控制精度越高，但容易因輸入波動而產(chǎn)生誤動作，使繼電器或接觸器等機(jī)械開關(guān)壽命降低。 Hy參

16、數(shù)對人工智能調(diào)節(jié)沒有影響。但自整定參數(shù)時，由于也是位式調(diào)節(jié)，所以Hy會影響自整定結(jié)果，一般Hy值越小，自整定精度越高，但應(yīng)避免測量值因受干擾跳動造成誤動作。如果測量值數(shù)字跳動過大，應(yīng)先加大數(shù)字濾波參數(shù)FILt值，使得測量值跳動小于2-5個數(shù)字，然后可將Hy設(shè)置為等于測量值的瞬間跳動值為佳。At控制方式 At=1，采用人工智能調(diào)節(jié)/PID調(diào)節(jié)，該設(shè)置下，允許從面板啟動執(zhí)行自整定功能。 At=2，啟動自整定參數(shù)功能，自整定結(jié)束后會自動設(shè)置為3或4。 0-3I保持參數(shù) I、P、d、t等參數(shù)為人工智能調(diào)節(jié)算法的控制參數(shù)，對位式調(diào)節(jié)方式（AT=0時），這些參數(shù)不起作用。由于在工業(yè)控制中溫度的控制難度較大

17、，應(yīng)用也最廣泛，故以溫度為例介紹參數(shù)定義。 I定義為輸出值變化時，控制對象基本穩(wěn)定后測量值的差值。同一系統(tǒng)的I參數(shù)一般會隨測量值有所變化，應(yīng)取工作點附近為準(zhǔn)。 例如某電爐溫度控制，工作點為700，為找出最佳I值，假定輸出保持為50%時，電爐溫度最后穩(wěn)定在700左右，而55%輸出時，電爐溫度最后穩(wěn)定在 I=750-700=50.0() P速率參數(shù) P與每秒內(nèi)儀表輸出變化100%時測量值對應(yīng)變化的大小成反比，當(dāng)AT=1或3時，其數(shù)值定義如下： P=1000每秒測量值升高值（測量值單位是0.1 P=100010=100 P值類似PID調(diào)節(jié)器的比例帶,但變化相反,P值越大,比例、微分作用成正比增強(qiáng)，而

18、P值越小，比例、微分作用相應(yīng)減弱。P參數(shù)與積分作用無關(guān)。設(shè)置P=0相當(dāng)于P=0.5。1-9999d滯后時間 對于工業(yè)控制而言，被控系統(tǒng)的滯后效應(yīng)是影響控制效果的主要因素，系統(tǒng)滯后時間越大，要獲得理想的控制效果就越困難，滯后時間參數(shù)d是人工智能算法相對標(biāo)準(zhǔn)PID算法而引進(jìn)的新的重要參數(shù)，XMD808系列儀表能根據(jù)d參數(shù)來進(jìn)行一些模糊規(guī)則運(yùn)算，以便能較完善地解決超調(diào)現(xiàn)象及振蕩現(xiàn)象，同時使控制響應(yīng)速度最佳。 如果設(shè)置dt時，系統(tǒng)的微分作用被取消。0-2000秒t輸出周期 t參數(shù)值可在0.5-125秒(0表示0.5秒)之間設(shè)置,它反映儀表運(yùn)算調(diào)節(jié)的快慢。t值越大，比例作用增強(qiáng)，微分作用減弱。t值越小，

19、則比例作用減弱，微分作用增強(qiáng)。t值大于或等于5秒時，則微分作用被完全取消，系統(tǒng)成為比例或比例積分調(diào)節(jié)。t小于滯后時間的1/5時，其變化對控制影響較小，例如系統(tǒng)滯后時間D為100秒，則t設(shè)置為0.5或10秒的控制效果基本相同。 T 確定的原則如下：（1）用時間比例方式輸出時，如果采用SSR（固態(tài)繼電器）或可控硅作輸出執(zhí)行器件，控制周期可取短一些（一般為0.5-2秒），可提高控制精度。 （3）當(dāng)儀表輸出為線性電流或位置比例輸出（直接控制閥門電機(jī)正、反轉(zhuǎn)）時，t值小可使調(diào)節(jié)器輸出響應(yīng)較快，提高控制精度，但由此可能導(dǎo)致輸出電流變化頻繁。0-125秒Sn輸入規(guī)格 Sn用于選擇輸入規(guī)格，其數(shù)值對應(yīng)的輸入規(guī)

20、格如下：0-37 注：Sn =10時,采用外部分度號擴(kuò)展.Sn輸入規(guī)格Sn輸入規(guī)格0K1S2WRe3T4E5J6B7N8-9特殊熱電偶備用10用戶指定的擴(kuò)充輸入規(guī)格11-19特殊熱電偶備用20CU5021PT10022-25特殊熱電阻備用260-80歐電阻輸入270-400歐電阻輸入280-20mV電壓輸入290-100mV電壓輸入300-60mV電壓輸入310-1V(0-500mV)320.2-1V電壓輸入331-5V電壓輸入或4-20mA電流輸入340-5V電壓輸入35-20-+20mV(0-10V)36-100-+100mV或2-20V電壓輸入)37-5V-+5V(0-50V)dP小數(shù)點

21、位置 dP=0,顯示格式為0000，不顯示小數(shù)點。 dP=1，顯示格式為000.0,小數(shù)點在十位. dP=2,顯示格式為00.00,小數(shù)點在百位. dP=3,顯示格式為0.000,小數(shù)點在千位. dP=1,溫度顯示分辨率為0.1(1000以上自動轉(zhuǎn)為改變小數(shù)點位置參數(shù)的設(shè)置只影響顯示,對測量精度及控制精度均不產(chǎn)生影響.0-3P-SL輸入下限顯示值 用于定義線性輸入信號下限刻度值,對外給定、變送輸出顯示。 例如在采用壓力變送器將壓力（也可是溫度、流量、濕度等其他物理量）變換為標(biāo)準(zhǔn)的1-5V信號輸入（4-20mA信號也可外接250歐電阻予以變換）中。對于1V信號壓力為0，5V信號壓力為1mPa，希

22、望儀表顯示分辨率為0.001mPa.則參數(shù)設(shè)置如下: Sn=33(選擇1-5V線性電壓輸入) dP=3(小數(shù)點位置設(shè)置,采用0.000格式)P-SL=0.000(確定輸入下限1V時壓力顯示值) P-SH=1.000(確定輸入上限5V時壓力顯示值)-1999+9999或1P-SH 用于定義線性輸入信號上限刻度值,與P-SL配合使用.同上Pb主輸入平移修正Pb參數(shù)用于對輸入進(jìn)行平移修正.以補(bǔ)償傳感器信號本身的誤差,對于熱電偶信號而言,當(dāng)儀表冷端自動補(bǔ)償存在誤差時,也可利用Pb參數(shù)進(jìn)行修正。例如:假定輸入信號保持不變,Pb設(shè)置為0.0時,儀表測定溫度為500.0 ,則當(dāng)儀表Pb設(shè)置為10.0時,則儀

23、表顯示測定溫度為510.0-1999+40000.1oP-A輸出方式oP-A表示主輸出信號的方式,主輸出上安裝的模塊類型應(yīng)該相一致. oP-A=0,主輸出為時間比例輸出方式(用人工智能調(diào)節(jié))或位式方式(用位式調(diào)節(jié)),當(dāng)主模塊上安裝SSR電壓輸出或繼電器觸點開關(guān)（常開常閉）輸出，應(yīng)用此方式。oP-A=1,任意規(guī)格線性電流連續(xù)輸出,主輸出模塊上安裝線性電流輸出模塊 oP-A=2,時間比例輸出方式。0-2outL輸出下限 通常作為限制調(diào)節(jié)輸出最小值。0-110%outH輸出上限 限制調(diào)節(jié)輸出最大值。0-110%AL-P報警輸出定義AL-P參數(shù)用于定義ALM1、ALM2、Hy-1、Hy-2報警功能的輸

24、出位置，它由以下公式定義其功能： AL-P=A1+B2+C4+D8+E16A=0時上限報警由繼電器1輸出；A=1時上限報警由繼電器2輸出。 B=0時下限報警由繼電器1輸出；B=1時下限報警由繼電器2輸出。 C=0時正偏差報警由繼電器1輸出；C=1時由繼電器2輸出。 D=0時負(fù)偏差報警由繼電器1輸出；D=1時由繼電器2輸出。E=0時報警時在下顯示器交替顯示報警符號，如ALM1、ALM2等。例如：要求上限報警由報警2繼電器輸出，下限報警、正偏差報警及負(fù)偏差報警由報警1輸出，報警時在下顯示器不顯示報警符號，則由上得出：A=1、B=0、C=0、D=0、E=1，則應(yīng)設(shè)置參數(shù)AL-P=11+02+04+0

25、8+116=170-31CooL系統(tǒng)功能選擇CooL參數(shù)用于選擇部分系統(tǒng)功能： CooL=A1+B2 A=0，為反作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向減小如加熱控制； A=1，為正作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時，輸出趨向增大如致冷控制。 0-7Addr通訊地址 當(dāng)儀表安裝RS485通訊接口時,bAud設(shè)置范圍應(yīng)是300-19200之間),Addr參數(shù)用于定義儀表通訊地址,有效范圍是0-100。在同一條通訊線路上的儀表應(yīng)分別設(shè)置一個不同的Addr值以便相互區(qū)別。0-100bAud通訊波特率當(dāng)儀表具有通訊接口時，bAud 參數(shù)定義通訊波特率，可定義范圍是300-19200bit/s(19.2K).FILt

26、輸入數(shù)字濾波 儀表內(nèi)部具有一個取中間值濾波和一個一階積分?jǐn)?shù)字濾波系統(tǒng),取值濾波為3個連續(xù)值取中間值,積分濾波和電子線路中的阻容積分濾波效果相當(dāng)。當(dāng)因輸入干擾而導(dǎo)致數(shù)字出現(xiàn)跳動時,可采用數(shù)字濾波將其平滑。FILt設(shè)置范圍是0-20，0沒有任何濾波，1只有取中間值濾波，2-20同時有取中間值濾波和積分濾波。FILt越大，測量值越穩(wěn)定，但響應(yīng)也越慢。一般在測量受到較大干擾時，可逐步增大FILt值，調(diào)整使測量值瞬間跳動小于2-5個字。在實驗室對儀表進(jìn)行計量檢定時，則應(yīng)將FILt設(shè)置為0或1以提高響應(yīng)速度。0-20A-M運(yùn)行狀態(tài)A-M參數(shù)定義自動/手動工作狀態(tài)。 A-M =0，手動調(diào)節(jié)狀態(tài)。 A-M =

27、1，自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。A-M =2，自動調(diào)節(jié)狀態(tài)，并且禁止手動操作。不需要手動功能時，該功能可防止因誤操作而進(jìn)入手動狀態(tài)。通過RS485通訊接口控制儀表操作時，可通過修改A-M參數(shù)的方式用計算機(jī)（上位機(jī)）實現(xiàn)儀表的手動/自動切換操作。LocK參數(shù)修改級別 LocK=0,允許修改現(xiàn)場參數(shù)、給定值。 LocK=1，可顯示查看現(xiàn)場參數(shù)，不允許修改，但允許設(shè)置給定值。 LocK=2， LocK=808，可設(shè)置全部參數(shù)及給定值。注意:808是XMT808系列儀表的設(shè)置密碼，儀表使用時應(yīng)設(shè)置其它值以保持參數(shù)不被隨意修改。同時應(yīng)加強(qiáng)生產(chǎn)管理，避免隨意地操作儀表。如果LocK設(shè)置為其它值，其結(jié)果可能是以上結(jié)果之一

28、。 上鎖后（LocK=0）要返回重新設(shè)置全部參數(shù)，可將儀表斷電按住SET鍵通電，在儀表顯示LocK時松開SET鍵，將LocK設(shè)為808即可。在設(shè)置現(xiàn)場參數(shù)時將LocK參數(shù)設(shè)置為808，可臨時性開鎖，結(jié)束設(shè)置后LocK自動被設(shè)置為0，開鎖后在參數(shù)表中將LocK設(shè)置為808，則LocK將被保存為808，等于長久開鎖。0-9999EP1-EP8現(xiàn)場參數(shù)定義當(dāng)儀表的設(shè)置完成后，大多數(shù)參數(shù)將不再需要現(xiàn)場工人進(jìn)行設(shè)置。并且，現(xiàn)場操作工對許多參數(shù)也可能不理解，并且可能發(fā)生誤操作將參數(shù)設(shè)置為錯誤的數(shù)值而使得儀表無法正常工作。在參數(shù)表中EP1-EP8定義1-8個現(xiàn)場參數(shù)給現(xiàn)場操作工使用。其參數(shù)值是EP參數(shù)本身外

29、其它參數(shù)，如ALM1、ALM2等參數(shù)。當(dāng)LocK=0、1、2等值時，只有被定義到的參數(shù)才能被顯示，其它參數(shù)不能被顯示及修改。該功能可加快修改參數(shù)的速度，又能避免重要參數(shù)（如輸入、輸出參數(shù)）不被誤修改。 參數(shù)EP1-EP8最多可定義8個現(xiàn)場參數(shù)，如果現(xiàn)場參數(shù)小于8個（有時甚至沒有），應(yīng)將要用到的參數(shù)從EP1-EP8依次定義，沒用到的第一個參數(shù)定義為nonE。例如：某儀表現(xiàn)場常要修改ALM1（上限報警）、ALM2（下限報警）兩個參數(shù)，可將EP參數(shù)設(shè)置如下：Loc=0、EP1=ALM1、EP2=ALM2、EP3=nonE如果儀表調(diào)試完成后并不需要現(xiàn)場參數(shù)，此時可將EP1參數(shù)值設(shè)置為nonE。(五)部

30、分功能的補(bǔ)充說明任意規(guī)格線性電流輸出時（oP-A=1）輸出上限及輸出下限定義儀表的電流輸出規(guī)格，范圍在0-22mA之間任意設(shè)置。如0-10mA輸出則設(shè)置outL=0,outH=100(單位0.1mA)。4-20mA設(shè)置為outL=40,outH=200。也可定義成非標(biāo)準(zhǔn)的輸出，如2-8mA輸出，設(shè)置outL=20,outH=80等。注意設(shè)置outL必須小于outH才能有有效的輸出。2、時間比例輸出（oP-A=2；oP-A=0繼電器輸出或SSR電壓輸出）時間比例輸出是通過調(diào)整一個固定的時間內(nèi)繼電器在通斷比例（或SSR電壓輸出高低比例）等來實現(xiàn)輸出大小變化的。時間比例輸出可看成一個方波，其周期等于

31、控制周期t,輸出值大小正比于方波的占空比,其值從0%-100%可變。有特殊要求的用戶可用OutL及OutH來限制時間比例輸出值的范圍。例如：當(dāng)用戶需要將輸出限制在20-60%之間時，可設(shè)置outL=20，OutH=60即可。通常情況下，時間比例輸出時，設(shè)置outL=0，outH=100，則沒有輸出限制。注：當(dāng)oP-A=2時，無法使用報警輸出。(六) 智能調(diào)節(jié)儀控制溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速的快速操作指南給定目標(biāo)值設(shè)置：先按鍵，光標(biāo)在最末位閃爍，接著按、鍵設(shè)置給定值。如設(shè)定溫度控制目標(biāo)值40C等。進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置：按住SET鍵保持約3秒，儀器重新進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)，PV窗顯示參數(shù)代號如：ALM1等，按、鍵為調(diào)整參

32、數(shù)值鍵，使SV窗顯示要設(shè)定的參數(shù)值，如65C等。返回顯示上一參數(shù)的設(shè)置，先按（A/M）鍵保持不放，再按鍵可返回顯示上一參數(shù)。退出參數(shù)設(shè)置：先按（A/M）鍵不放接著再按SET鍵可退出參數(shù)設(shè)置狀態(tài)。處于溫度或速度顯示狀態(tài)。溫度控制儀表參數(shù)設(shè)置表 轉(zhuǎn)速控制儀表參數(shù)設(shè)置表參數(shù)含義設(shè)定值參數(shù)含義設(shè)定值A(chǔ)LM1上限報警60CALM1上限報警9999ALM2下限報警25CALM2下限報警-1999HY-1正偏差報警9999HY-1正偏差報警9999HY-2負(fù)偏差報警9999HY-2負(fù)偏差報警9999HY回差(死區(qū)、滯環(huán))00HY回差(死區(qū)、滯環(huán))0AT控制方式PID1AT控制方式PID1I保持參數(shù)(積分)3

33、00I保持參數(shù)(積分)5170P速率參數(shù)(比例)350P速率參數(shù)(比例)0D滯后時間(微分)153D滯后時間(微分)30t輸出周期1t輸出周期11Sn輸入規(guī)格/Pt10021Sn輸入規(guī)格/1-5v33dP小數(shù)點位置1dP小數(shù)點位置0P-SL輸入下限顯示值0P-SL輸入下限顯示值500P-SH輸入上限顯示值100P-SH輸入上限顯示值2500Pb主輸入平移修正0Pb主輸入平移修正0oP-A輸出方式/SSR0oP-A輸出方式/線性電流連續(xù)輸出1outL輸出下限0outL輸出下限0outH輸出上限100outH輸出上限100AL-P報警定義17AL-P報警定義17COOL系統(tǒng)功能選擇2COOL系統(tǒng)功

34、能選擇0Addr通訊地址/1-1001Addr通訊地址/1-1001bAud通訊波特率9600bAud通訊波特率9600FILT輸入數(shù)字濾波/取中間值1FILT輸入數(shù)字濾波/取中間值1A-M運(yùn)行狀態(tài)及上電信號處理2（自動控制）A-M運(yùn)行狀態(tài)及上電信號處理2（自動控制）Lock參數(shù)修改級別808Lock參數(shù)修改級別808EP1-EP8現(xiàn)場參數(shù)定義None不修改，按SET鍵8次EP1-EP8現(xiàn)場參數(shù)定義None不按SET鍵8次1.5 溫度源及溫度控制原理簡介1.5.1溫度源簡介溫度源是由加熱器和冷卻風(fēng)扇組成，裝在機(jī)頭頂板二個溫度源插孔的下方，溫度加熱源示意圖如圖1.5所示。頂板上的二個溫度源插孔與

35、內(nèi)部加熱器的測溫孔相對，其中一個是調(diào)節(jié)儀的工作傳感器Pt100的插孔，去控制溫度源的溫度；另一個是溫度實驗傳感器的插孔；使用溫度源時先將調(diào)節(jié)儀的工作傳感器Pt100接入并且控制選擇開關(guān)切換到溫度功能上，再將調(diào)節(jié)儀電源開關(guān)打開(o為關(guān)，-為開)。從安全性、經(jīng)濟(jì)性即具有高的性價比考慮，而且不影響學(xué)生掌握原理的前提下溫度源設(shè)計溫度120圖1.5 溫度加熱源示意圖1.5.2 溫度控制原理 溫度源的溫度控制原理框圖如圖1.6所示。當(dāng)溫度源的溫度發(fā)生變化時溫度源中的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)

36、行數(shù)字PID運(yùn)算輸出調(diào)壓模塊(或固態(tài)繼電器)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。圖1.6、 溫度控制原理框圖 傳感器與檢測技術(shù)實驗實驗指導(dǎo)書 第2章 傳感器與檢測技術(shù)實驗第二章 傳感器與檢測技術(shù)實驗 實驗一 應(yīng)變片單臂特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。二、基本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)，將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器，此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路進(jìn)

37、一步將電阻的改變轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號輸出。可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖11所示。(a) 絲式應(yīng)變片 (b) 箔式應(yīng)變片圖11應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時，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： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長度相對變化。2測量

38、電路 為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點。能較好地滿足各種應(yīng)變測量要求，因此在應(yīng)變測量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓或電流信號一般都采用雙臂或全橋工作。基本電路如圖12（a）、（b）、（c）所示。（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖12 應(yīng)變片測量電路（a） 單臂UoUU(R4

39、R4)(R4R4R3)R1(R1R2)E（R1R2）（R4R4）R1（R3R4R4）（R3R4R4）（R1R2）E設(shè)R1R2R3R4，且R4R4RR1，RRK。則Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE(b) 雙臂(半橋)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C) 全橋同理:Uo(RR)EKE3箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D 圖13 應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D圖中R1、R2、R3為350固定電阻，R4為應(yīng)變片； W1和r組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，供橋電源直流4V。橋路輸出電壓Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE 。三、需用器件與單元機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的

40、箔式應(yīng)變片、電橋、4V電源、差動放大器、F/V電壓表、砝碼；3位數(shù)顯萬用表。四、需用器件與單元介紹熟悉需用器件與單元在傳感器箱中機(jī)頭與主板的布置位置。1圖14為主板中的電橋單元。圖中： 菱形虛框為無實體的電橋模型(為實驗者組橋參考而設(shè)，無其它實際意義)。 R1=R2=R3=350是固定電阻，為組成單臂應(yīng)變和半橋應(yīng)變而配備的其它橋臂電阻。 W1電位器、r電阻為電橋直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，W2電位器、C電容為電橋交流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)。圖14 電橋單元2圖15為主板中的差動放大器單元。圖中左圖是原理圖。其中IC1-1 AD620是差動輸入的測量放大器(儀用放大器)；IC1-2為調(diào)零跟隨器。右圖為面板圖。圖15

41、 差動放大器原理與面板圖五、實驗步驟：1在應(yīng)變梁自然狀態(tài)（不受力）的情況下，用3位數(shù)顯萬用表2k電阻檔測量所有應(yīng)變片阻值；在應(yīng)變梁受力狀態(tài)（用手壓、提振動臺）的情況下，測應(yīng)變片阻值，觀察一下應(yīng)變片阻值變化情況(標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片縱向受力阻值有變化；標(biāo)有左右箭頭的2片應(yīng)變片橫向不受力阻值無變化，是溫度補(bǔ)償片)。如下圖16所示。圖16觀察應(yīng)變片阻值變化情況示意圖差動放大器調(diào)零點：按圖17示意接線（接4根線）。將FV表的量程切換開關(guān)切換到2V檔，合上實驗箱主電源開關(guān)，將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置，將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使電壓表顯

42、示電壓為零。差動放大器的零點調(diào)節(jié)完成，關(guān)閉主電源。拆去短接線。圖17 差放調(diào)零接線圖3應(yīng)變片單臂電橋特性實驗 將主板上傳感器輸出單元中的箔式應(yīng)變片(標(biāo)有上下箭頭的4片應(yīng)變片中任意一片為工作片)與電橋單元中R1、R2、R3組成電橋電路，電橋的一對角接4V直流電源，另一對角作為電橋的輸出接差動放大器的二輸入端，將W1電位器、r電阻直流調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)接入電橋中(W1電位器二固定端接電橋的4V電源端、W1的活動端r電阻接電橋的輸出端)，如圖18示意接線(粗細(xì)曲線為連接線,接13根線)。圖18 應(yīng)變片單臂電橋特性實驗接線示意圖 檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)，在機(jī)頭上應(yīng)變梁的振動臺無砝碼時調(diào)節(jié)電橋的直流調(diào)節(jié)

43、平衡網(wǎng)絡(luò)W1電位器，使電壓表顯示為0或接近0(有小的起始電壓也無所謂，不影響應(yīng)變片特性與實驗)。 在應(yīng)變梁的振動臺中心點上放置一只砝碼(20g只)，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，記下實驗數(shù)據(jù)填入表1。表1 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋電橋特性實驗數(shù)據(jù)重量(g)20406080100120140160180200單臂電壓(mV)半橋電壓(mV)全橋電壓(mV) 根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)靈敏度SV/W（V輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS 100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實驗完畢，關(guān)閉電源。六、

44、思考題1R轉(zhuǎn)換成V輸出用什么方法?2根據(jù)圖1-8機(jī)頭中應(yīng)變梁結(jié)構(gòu)，在振動臺放置砝碼后分析上、下梁片中應(yīng)變片的應(yīng)變方向(是拉?還是壓?)?實驗二 應(yīng)變片半橋特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片半橋特性實驗原理如圖21所示。不同受力方向的兩片應(yīng)變片（上、下二片梁的應(yīng)變片應(yīng)力方向不同）接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓Uo(12)(RR)E(12)KE 。圖21 應(yīng)變片半橋特性實驗原理圖三、需用器件與單元機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的箔式應(yīng)變片、電橋、4V電源、差動放大器、F/V電壓表、砝碼。四、實

45、驗步驟除實驗接線按圖22接線即電橋單元中R1、R2與相鄰的二片應(yīng)變片組成電橋電路外。實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理方法與實驗一完全相同。實驗完畢，關(guān)閉電源。（接12根線）圖22 應(yīng)變式傳感器半橋接線示意圖五、思考題半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)接在：（1）對邊?（2）鄰邊?為什么?實驗三 應(yīng)變片全橋特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片全橋特性實驗原理如圖31所示。應(yīng)變片全橋測量電路中，將受力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸

46、出電壓Uo(RR)EKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、需用器件和單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的箔式應(yīng)變片、電橋、4V電源、差動放大器、F/V電壓表、砝碼。四、實驗步驟：除實驗接線按圖32接線，四片應(yīng)變片組成電橋電路外。實驗步驟和實驗數(shù)據(jù)處理方法與實 驗一完全相同。實驗完畢，關(guān)閉電源。（接12根線）圖31應(yīng)變片全橋特性實驗原理圖圖32 應(yīng)變片全橋特性實驗接線示意圖五、思考題：應(yīng)變片組橋時應(yīng)注意什么問題?實驗四 應(yīng)變片單臂、半橋、全橋特性比較一、實驗?zāi)康模罕容^單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、基本原理：如圖4 （a）、（b

47、）、（c）為應(yīng)變片單臂、半橋和全橋測量電路原理圖。它們輸出電壓分別為：a）單臂UoUU(R4R4)(R4R4R3)R1(R1R2)E（R1R2）（R4R4）R1（R3R4R4）（R3R4R4）（R1R2）E設(shè)R1R2R3R4，且R4R4RR1，RRK。則Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C)、全橋同理:Uo(RR)EKE（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖4 應(yīng)變測量電路三、需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的箔式應(yīng)變片、電橋、4V電源、差動放大器、F/V電壓表、砝碼。四、實驗步驟：根據(jù)實驗一、二、

48、三所得的結(jié)果進(jìn)行單臂、半橋和全橋輸出的靈敏度和非線性度分析比較（注意：實驗一、二、三中的放大器增益必須相同）。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗五 應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用電子秤實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。二、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。數(shù)字電子秤實驗原理如圖51。本實驗只做放大器輸出Vo實驗，通過對電路的標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成為一臺原始電子秤。圖51 數(shù)字電子稱原理框圖三、需用器件與單元：機(jī)頭中的應(yīng)變梁、振動臺；主板中的箔式應(yīng)變片、電橋、4V電源、差動放大器、F/V電壓表、砝碼。四、實驗步驟：1差

49、動放大器調(diào)零點：按圖52示意接線。將FV表的量程切換開關(guān)切換到2V檔，合上實驗箱主電源開關(guān)，將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置，將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再逆向回轉(zhuǎn)半圈，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使數(shù)顯表顯示0.000V。差動放大器的零點調(diào)節(jié)完成，關(guān)閉主電源。圖52 差放調(diào)零接線圖2按圖53接線，檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)。在振動臺無砝碼時，調(diào)節(jié)電橋中的W1電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。將10只砝碼全部置于振動臺上（盡量放在中心點），調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.200V。（接14根線）圖53電子秤實驗接線示意圖3拿去振動臺上的

50、所有砝碼，如數(shù)顯電壓表不顯示0.000V則調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器，使數(shù)顯表顯示為0.000V。再將10只砝碼全部置于振動臺上（盡量放在中心點），調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器，使數(shù)顯表顯示為0.200V(2V檔測量)或0.200V。4重復(fù)3步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱V改為重量綱g，就可以稱重，成為一臺原始的電子秤。5把砝碼依次放在托盤上，并依次記錄重量和電壓數(shù)據(jù)填入下表5。6根據(jù)數(shù)據(jù)畫出實驗曲線，計算誤差與線性度。表5 電子稱實驗數(shù)據(jù)重量(g)020406080100120140160180200電壓(mV)7在振動臺上放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。實驗完畢，關(guān)閉電源。實

51、驗六 壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和標(biāo)定方法。二、基本原理：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器的工作機(jī)理是半導(dǎo)體應(yīng)變片的壓阻效應(yīng)，在半導(dǎo)體受力變形時會暫時改變晶體結(jié)構(gòu)的對稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象我們稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出多個半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵）組成電橋。在壓力（壓強(qiáng)）作用下彈性元件產(chǎn)生應(yīng)力，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜的電阻率產(chǎn)生很大變化，引起電阻的變化，經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。圖61為壓

52、阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理圖。圖61 壓阻式壓力傳感器壓力測量實驗原理三、需用器件與單元：機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架、壓阻式壓力傳感器、傳感器輸入插座、引壓膠管、銅三通、手捏氣泵、壓力表；主板中的FV表、+4V直流電源、壓阻、差動放大器。四、實驗步驟：1將壓阻式壓力傳感器安裝在機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架上，并連接好引壓膠管、壓力表和手捏氣泵等。如圖62所示，并松開手捏氣泵的單向閥。2在主板上按圖63接線（注意：壓阻的電源端VS與輸出端Vo不能接錯），將FV表量程切換開關(guān)切到2V檔。檢查接線無誤后合上實驗箱主電源開關(guān)，并將差動放大器的撥動開關(guān)撥到“開”位置。將差動放大器的增益電位器按順時針方向輕輕轉(zhuǎn)到底后再

53、逆向回轉(zhuǎn)半圈，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使電壓表顯示電壓為零。（接7根線）3鎖緊手捏氣泵的單向閥，仔細(xì)地反復(fù)手捏(注意：用力不要過大) 氣泵并同時觀察壓力表，壓力上升到4Kpa左右時調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器，使電壓表顯示為相應(yīng)的0.4V左右。再仔細(xì)地反復(fù)手捏氣泵壓力上升到20Kpa左右時調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器，使電壓表相應(yīng)顯示2.0V左右。4 仔細(xì)地慢悠悠松開手捏氣泵的單向閥，使壓力慢慢下降到4Kpa時鎖緊氣泵的單向閥，調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零電位器，使電壓表顯示為相應(yīng)的0.400V。再仔細(xì)地反復(fù)手捏氣泵壓力上升到20Kpa時調(diào)節(jié)差動放大器的增益電位器，使電壓表相應(yīng)顯示2.0V。5 重復(fù)步驟4過程，直

54、到認(rèn)為已足夠精度時調(diào)節(jié)手捏氣泵使壓力在420KPa之間變化，每上升1KPa氣壓分別讀取電壓表讀數(shù)，將數(shù)值列于表6。圖62 壓阻式壓力傳感器測壓實驗安裝圖圖63 壓阻式壓力傳感器測壓實驗接線圖 表6 壓阻式壓力傳感器測壓實驗數(shù)據(jù)P(KPa)4567891011121314151617181920Vo(p-p)6畫出實驗曲線計算本系統(tǒng)的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉所有電源。實驗七 差動變壓器的性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、基本原理：差動變壓器的工作原理類似變壓器的工作原理。差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖71所示，由一個一次繞組1和二個二次繞組2、3及一個銜鐵4組成。差動變壓

55、器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個二次繞組反向串接（同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當(dāng)差動變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖72所示。圖中U1為一次繞組激勵電壓；M1、M2分別為一次繞組與兩個二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個二次繞組的電感；R21、R22分別為兩個二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時，圖71差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意 圖72差動變壓器的等效電路圖兩個

56、二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同。由于兩個二次繞組反向串接，所以差動輸出電動勢為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組L21，這時互感M1大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L22一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。差動變壓器的輸出特性曲線如圖73所示.圖中E21、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應(yīng)電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏

57、離中心位置的距離。其中E2的實線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實際的輸出特性。Eo為零點殘余電動勢，這是由于差動變壓器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點殘余電動勢的存在，使得傳感器的輸出特性在零點附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。為了減小零點殘余電動勢可采取以下方法：圖73 差動變壓器輸出特性1盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。 3采用補(bǔ)償線路減小零點殘余電動勢。圖

58、74是其中典型的幾種減小零點殘余電動勢的補(bǔ)償電路。在差動變壓器的線圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整W1、W2時，可使零點殘余電動勢減小。(a) (b) (c)圖74 減小零點殘余電動勢電路三、需用器件與單元：機(jī)頭靜態(tài)位移安裝架、傳感器輸入插座、差動變壓器、測微頭、主板音頻振蕩器單元、電感單元（電感5-10左右）、虛擬雙線示波器。四、實驗步驟1將差動變壓器和測微頭安裝在機(jī)頭的靜態(tài)位移安裝架上，如下圖75，Li為初級線圈(一次線圈)；Lo1、Lo2為次級線圈(二次線圈)；號為同名端。差動變壓器的原理圖參閱圖72。2調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4KHz（可輸入到頻率表10K檔來監(jiān)測或示波器上讀出）

59、；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p2V（示波器第一通道監(jiān)測）。3. 按圖75示意接線，差動變壓器的原邊Li的激勵電壓(絕對不能用直流電壓激勵)必須從主板中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上主電源開關(guān)。（接7根線）圖75 差動變壓器性能實驗安裝、接線示意圖4差動變壓器的性能實驗：使用測微頭時，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可采用如下方法實驗：調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵

60、芯大約處在中間位置)時，擰緊緊固螺釘，再順時針方向轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒12圈，左位移6 mm，記錄此時的測微頭讀數(shù)和示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)值為實驗起點值。以后，反方向(逆時針方向) 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔X=0.5mm(可取25點值)即逆時針方向轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒1圈，右位移0.55根據(jù)表7數(shù)據(jù)畫出XVp-p曲線并回答差動變壓器的線性工作區(qū)和零點殘余電壓大小？實驗完畢，關(guān)閉電源。表7 差動變壓器性能實驗數(shù)據(jù)X(mm)6.05.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50.0Vp-p(mV)X(mm)-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5