現(xiàn)代檢測技術(shù)實驗

/現(xiàn)代(傳感器)檢測技術(shù)實驗實驗指導(dǎo)書目錄THSRZ-2型傳感器系統(tǒng)綜合實驗裝置簡介2、實驗一金屬箔式應(yīng)變片——電子秤實驗3、實驗二霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗4、實驗三光電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗5、實驗四E型熱電偶測溫實驗6、實驗五E型熱電偶冷端溫度補償實驗7、德普施可重組虛擬儀器檢測平臺裝置簡介實驗一直流全橋的應(yīng)用—稱重實驗實驗二光電開關(guān)的測速實驗實驗三鉑電阻溫度傳感器的特性及溫度測量實驗實驗四霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗西安交通大學(xué)自動化系2015.10THSRZ-2型傳感器系統(tǒng)綜合實驗裝置簡介一、概述“THSRZ-2型傳感器系統(tǒng)綜合實驗裝置”是將傳感器、檢測技術(shù)及計算機控制技術(shù)有機的結(jié)合，開發(fā)成功的新一代傳感器系統(tǒng)實驗設(shè)備。實驗裝置由主控臺、檢測源模塊、傳感器及調(diào)理（模塊）、數(shù)據(jù)采集卡組成。實驗一金屬箔式應(yīng)變片——電子秤實驗一、實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，直流全橋工作原理和性能，了解電路的定標(biāo)。二、實驗儀器：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、±15V、±4V電源、萬用表（自備）。三、實驗原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，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（1-1）式中為電阻絲電阻相對變化；為應(yīng)變靈敏系數(shù)；為電阻絲長度相對變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件。如圖1-1所示，將四個金屬箔應(yīng)變片分別貼在雙孔懸臂梁式彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。圖1-1雙孔懸臂梁式稱重傳感器結(jié)構(gòu)圖圖1-2全橋面板接線圖全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對邊，不同的接入鄰邊，如圖3-1，當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出Uo=（3-1）式中為電橋電源電壓。為電阻絲電阻相對變化；式3-1表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。電子稱實驗原理同全橋測量原理，通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺比較原始的電子稱。四、實驗內(nèi)容與步驟1．應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。2．差動放大器調(diào)零。從主控臺接入±15V電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw3調(diào)到增益最大位置（順時針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動）3．按圖1-2接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊。4．將10只砝碼置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器Rw3（滿量程時的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測量）。5．拿去托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V，若不為零，再次將差動放大器調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零（調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V）。6．重復(fù)4、5步驟，直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱Kg即可以稱重。5．將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結(jié)果，填入下表。6．去除砝碼，托盤上加一個未知的重物（不要超過1Kg），記錄電壓表的讀數(shù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，求出重物的重量。重量(g)2200x電壓(V)0.020.040.060.080.10.120.140.160.180.20.0397．實驗結(jié)束后，關(guān)閉實驗臺電源，整理好實驗設(shè)備。 五、實驗報告1．根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）；2．計算電橋的非線性誤差δf1=Δm/yF..S×100％。式中Δm為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yF·S為滿量程（200g）輸出平均值。3．全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2時，是否可以組成全橋？六、注意事項實驗所采用的彈性體為雙孔懸臂梁式稱重傳感器，量程為1kg，最大超程量為120％。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過大，以免造成應(yīng)變傳感器的損壞！實驗二霍爾傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柦M件的應(yīng)用——測量轉(zhuǎn)速。二、實驗儀器：霍爾傳感器、可調(diào)直流電源、轉(zhuǎn)動源、頻率/轉(zhuǎn)速表。三、實驗原理；利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH＝KHIB，當(dāng)被測圓盤上裝上N只磁性體時，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測出被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。四、實驗內(nèi)容與步驟1．安裝根據(jù)圖3-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。圖3-12．將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測轉(zhuǎn)速位置）。3．打開實驗臺電源，選擇不同電源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6）、16V（±8）、20V（±10）、24V驅(qū)動轉(zhuǎn)動源，可以觀察到轉(zhuǎn)動源轉(zhuǎn)速的變化，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后記錄相應(yīng)驅(qū)動電壓下得到的轉(zhuǎn)速值。也可用示波器觀測霍爾元件輸出的脈沖波形。電壓(V)+4V+6V+8V+10V12V16V20V24V轉(zhuǎn)速(rpm)3967951265033844000五、實驗報告1．分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。答：有磁場照射霍爾元件導(dǎo)通，沒有磁場照射霍爾元件截止，不斷的交替變化引起了脈沖的信號變化，所以霍爾測速時，所長生的波形也就是脈沖電，只是隨轉(zhuǎn)速的改變頻率發(fā)生了改變，頻率變化越快證明轉(zhuǎn)速越快。2．根據(jù)記錄的驅(qū)動電壓和轉(zhuǎn)速，作V-RPM曲線。實驗三光電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗實驗?zāi)康模毫私夤怆娹D(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法。實驗儀器：轉(zhuǎn)動源、光電傳感器、直流穩(wěn)壓電源、頻率/轉(zhuǎn)速表、示波器實驗原理：光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過轉(zhuǎn)盤上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)盤上有等間距的6個透射孔，轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。實驗內(nèi)容與步驟1．光電傳感器已安裝在轉(zhuǎn)動源上，如圖4-1所示。+5V電源接到三源板“光電”輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表的“f/n”。2．打開實驗臺電源開關(guān)，用不同的電源驅(qū)動轉(zhuǎn)動源轉(zhuǎn)動，記錄不同驅(qū)動電壓對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，填入下表，同時可通過示波器觀察光電傳感器的輸出波形。圖4-1驅(qū)動電壓V(V)4v6v8v10v12v16v20v24v轉(zhuǎn)速n(rpm)43713992五、實驗報告根據(jù)測的驅(qū)動電壓和轉(zhuǎn)速，作V-n曲線。并與霍爾傳感器測得的曲線比較。圖像比較結(jié)果：霍爾元件測速曲線幾乎和光電傳感器測速曲線重合。實驗四E型熱電偶測溫實驗一、實驗?zāi)康模毫私釫型熱電偶的特性與應(yīng)用二、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗?zāi)K。三、實驗原理：熱電偶傳感器的工作原理熱電偶是一種使用最多的溫度傳感器，它的原理是基于1821年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)，即兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A或B組成一個回路，其兩端相互連接，只要兩節(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，另一端溫度為T0，則回路中就有電流產(chǎn)生，見圖50-1（a），即回路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。圖5-1（a）圖5-1（b）兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合被稱為熱電偶。當(dāng)回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢ET，其極性和量值與回路中的熱電勢一致，見圖50-1（b），并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時，稱A為正極，B為負(fù)極。實驗表明，當(dāng)ET較小時，熱電勢ET與溫度差（T-T0）成正比，即ET=SAB（T-T0）（1）SAB為塞貝克系數(shù)，又稱為熱電勢率，它是熱電偶的最重要的特征量，其符號和大小取決于熱電極材料的相對特性。熱電偶的基本定律：（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路，不論導(dǎo)體的截面積和長度如何，也不論各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。（2）中間導(dǎo)體定律用兩種金屬導(dǎo)體A，B組成熱電偶測量時，在測溫回路中必須通過連接導(dǎo)線接入儀表測量溫差電勢EAB（T，T0），而這些導(dǎo)體材料和熱電偶導(dǎo)體A，B的材料往往并不相同。在這種引入了中間導(dǎo)體的情況下，回路中的溫差電勢是否發(fā)生變化呢？熱電偶中間導(dǎo)體定律指出：在熱電偶回路中，只要中間導(dǎo)體C兩端溫度相同，那么接入中間導(dǎo)體C對熱電偶回路總熱電勢EAB（T，T0）沒有影響。（3）中間溫度定律如圖49-2所示，熱電偶的兩個結(jié)點溫度為T1，T2時，熱電勢為EAB（T1，T2）；兩結(jié)點溫度為T2，T3時，熱電勢為EAB（T2，T3），那么當(dāng)兩結(jié)點溫度為T1，T3時的熱電勢則為EAB（T1，T2）+EAB（T2，T3）=EAB（T1，T3）（2）式（2）就是中間溫度定律的表達(dá)式。譬如：T1=100℃，T2=40℃，T3EAB（100，40）+EAB（40，0）=EAB（100，0）（3）圖5-2熱電偶的分度號熱電偶的分度號是其分度表的代號（一般用大寫字母S、R、B、K、E、J、T、N表示）。它是在熱電偶的參考端為0℃四、實驗內(nèi)容與步驟1．利用Pt100溫度控制調(diào)節(jié)儀將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入2．將±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗?zāi)K中。溫度傳感器實驗?zāi)K的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。3．將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。圖5-34．拿掉短路線，按圖5-3接線，并將E型熱電偶的兩根引線，熱端（紅色）接a，冷端（綠色）接b；記下模塊輸出Uo2的電壓值。5．改變溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至T（℃）455808590Uo2（V）0.080.0960.1120.1280.1460.1620.1790.1950.2130.2309511200.2470.2640.2820.2990.3150.333五、實驗報告1．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出UO2-T曲線，分析E型熱電偶的溫度特性曲線，計算其非線性誤差。2．根據(jù)中間溫度定律和E型熱電偶分度表，用平均值計算出差動放大器的放大倍數(shù)A。因T=50℃Eab(T,0)=3.047mv實驗結(jié)果輸出Uo2=0.091=96mv而Tn=19℃(室溫)Eab(Tn,0)=1.131mv又Eab(T,0)=Eab(T,Tn)+Eab(Tn,0)Eab(T,Tn)=Eab(T,0)-Eab(Tn,0)所以A=Uo2/Eab(T,Tn)=Uo2/(Eab(T,0)-Eab(Tn,0))=96/(3.047-1.131)=96/1.916=50.1附1：溫度調(diào)節(jié)儀附2：E型熱電偶分度表（分度號：K，單位：mV）溫度（℃）熱電動勢（mV）012345678900.0000.0590.1180.1760.2350.2950.3540.4130.4720.532100.5910.6510.7110.7700.8300.8900.9501.0111.0711.131201.1921.2521.3131.3731.4341.4951.5561.6171.6781.739301.8011.8621.9241.9852.0472.1092.1712.2332.2952.357402.4192.4822.5442.0572.6692.7322.7952.8582.9212.984503.0473.1103.1733.2373.3003.3643.4283.4913.5553.619603.6833.7483.8123.8763.9414.0054.0704.1344.1994.264704.3294.3944.4594.5244.5904.6554.7204.7864.8524.917804.9835.0475.1155.1815.2475.3145.3805.4465.5135.579905.6465.7135.7805.8465.9135.9816.0486.1156.1826.2501006.3176.3856.4526.5206.5886.6566.7246.7926.8606.9281106.9967.0647.1337.2017.2707.3397.4077.4767.5457.6141207.6837.7527.8217.8907.9608.0298.0998.1688.2388.3071308.3778.4478.5178.5878.6578.8278.8428.8678.9389.0081409.0789.1499.2209.2909.3619.4329.5039.5739.6149.7151509.7879.8589.92910.00010.07210.14310.21510.28610.3584.429附2:K型熱電偶分度表（分度號：K，單位：mV）溫度（℃）熱電動勢（mV）0123456789000.0390.0790.1190.1580.1980.2380.2770.3170.357100.3970.4370.4770.5170.5570.5970.6370.6770.7180.758200.7980.8580.8790.9190.9601.0001.0411.0811.1221.162301.2031.2441.2851.3251.366104071.44871.4801.5291.570401.6111.6521.6931.7341.7761.8171.8581.8991.9401.981502.0222.0642.1052.1462.1882.2292.2702.3122.3532.394602.4362.4772.5192.5602.6012.6432.6842.7262.7672.809702.8502.8922.9332.9753.0163.058301003.1413.1833.224803.2663.3073.3493.3903.4323.4733.5153.5563.5983.639903.6813.7223.7643.8053.8473.8883.9303.9714.0124.0541004.0954.1374.1784.2194.2614.3024.3434.3844.4264.4671104.5084.5494.6004.6324.6734.7144.7554.7964.8374.8781204.9194.9605.0015.0425.0835.1245.1615.2055.23405.2871305.3275.3685.4095.4505.1905.5315.5715.6125.6525.6931405.7335.7745.8145.8555.8955.9365.9766.0166.0576.0971506.1376.1776.2186.2586.2986.3386.3786.4196.4596.499實驗五熱電偶冷端溫度補償實驗一、實驗?zāi)康模毫私鉄犭娕祭涠藴囟妊a償?shù)脑砗头椒ǘ?、實驗儀器：智能調(diào)節(jié)儀、PT100、E型熱電偶、溫度源、溫度傳感器實驗?zāi)K三、實驗原理：熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校罕?、恒溫槽法和電橋自動補償法（圖6-1），電橋自動補償法常用，它是在熱電偶和測溫儀表之間接入一個直流電橋，稱冷端溫度補償器，補償器電橋在0℃時達(dá)到平衡（亦有20℃平衡）。當(dāng)熱電偶自由端溫度升高時(＞0℃)熱電偶回路電勢Uab下降，由于補償器中，PN呈負(fù)溫度系數(shù)，其正向壓降隨溫度升高而下降，促使Uab上升，其值正好補償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢，達(dá)到補償目的。四、實驗內(nèi)容與步驟圖6-21．選擇智能調(diào)節(jié)儀的“輸入選擇”為“Pt100”，將溫度傳感器PT100接入“PT100輸入”（同色的兩根接線端接蘭色，另一根接黑色插座），打開實驗臺總電源。并記下此時的實驗室溫度T22．將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入3．將±15V直流穩(wěn)壓電源接入溫度傳感器實驗?zāi)K中。溫度傳感器實驗?zāi)K的輸出Uo2接主控臺直流電壓表。4．將溫度傳感器模塊上差動放大器的輸入端Ui短接，調(diào)節(jié)Rw3到最大位置，再調(diào)節(jié)電位器Rw4使直流電壓表顯示為零。5．拿掉短路導(dǎo)線，按圖6-2接線，并將E型熱電偶的兩個引線分別接入模塊兩端（紅接a，藍(lán)接b）；調(diào)節(jié)Rw1使溫度傳感器輸出UO2電壓值為AE2。（A為差動放大器的放大倍數(shù)、E2為E型熱電偶500C時對應(yīng)輸出電勢）（0.096V）6．變溫度源的溫度，每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至T（℃）5808590Uo2（V）0.1110.1230.1440.1600.1780.1940.2110.2280.2469511200.2630.2810.2970.3140.3300.348五、實驗報告1．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，作出（UO2/A）-T曲線。并與分度表進行比較，分析電橋自動補償法的補償效果。7、德普施可重組虛擬儀器檢測平臺裝置簡介1）概述DRVI可重構(gòu)虛擬儀器實驗平臺是華中科技大學(xué)何嶺松教授項目組和深圳市德普施科技有限公司聯(lián)合開發(fā)出的一種自主知識產(chǎn)權(quán)的新型裝配架構(gòu)的虛擬儀器，其設(shè)計思想是按照汽車和PC機的裝配式生產(chǎn)模式，將計算機虛擬儀器測試系統(tǒng)分解為一個軟件裝配底盤和若干實現(xiàn)獨立功能的軟部件模塊。然后，根據(jù)測量任務(wù)需求，用軟體底盤把所需的軟部件模塊裝配起來，形成一個滿足特定需求的測試系統(tǒng)。當(dāng)測試任務(wù)發(fā)生變化時，對軟體底盤上裝配的軟部件模塊進行重新組合和裝配就可以快速調(diào)整為另一個新的測量系統(tǒng)。DRVI的主體為一個帶軟件控制線和數(shù)據(jù)線的軟主板，其上可插接軟儀表盤、軟信號發(fā)生器、軟信號處理電路、軟波形顯示芯片等軟件芯片組，并能與A/D卡、I/O卡等信號采集硬件進行組合與連接。直接在以軟件總線為基礎(chǔ)的面板上通過簡單的可視化插/拔軟件芯片和連線，就可以完成對儀器功能的裁減、重組和定制，快速搭建一個按應(yīng)用需求定制的虛擬儀器測量系統(tǒng)。圖1、虛擬儀器軟件總線結(jié)構(gòu)圖2）軟件運行安裝完成后在WINDOWS桌面上出現(xiàn)圖標(biāo)，在程序組中出現(xiàn)DRVI，雙擊該圖標(biāo)就可以啟動DRVI軟件。運行DRVI主程序，點擊DRVI快捷工具條上的"聯(lián)機注冊"圖標(biāo)，選擇其中的“DRVI采集儀主卡檢測”或“網(wǎng)絡(luò)在線注冊”進行軟件注冊。圖3、DRVI軟件運行界面3）插接軟件芯片DRVI通過在前面板上可視化插接虛擬儀器軟件芯片來搭構(gòu)虛擬儀器或測量實驗。插接軟件芯片的過程很簡單，從軟件芯片表中點擊需要的軟件芯片，將其添加到DRVI前面板上，然后在新插入的軟件芯片上壓下鼠標(biāo)不放，將其拖動到合適位置。重復(fù)上述步驟，插入其它軟件芯片。插接在DRVI前面板上的虛擬儀器軟件芯片的屏幕位置是可以移動和調(diào)整的，點擊快捷工具條中的“移動軟件芯片位置”圖標(biāo)，然后在待移動的軟件芯片上壓下鼠標(biāo)不放，就可以將其拖動到新位置，從而實現(xiàn)屏幕布局的調(diào)整。4）基于管道組件的裝配式虛擬儀器為提高軟件開發(fā)效率，許多大型應(yīng)用軟件開發(fā)中采用了基于軟件組件的開發(fā)方式。將組件用作軟件開發(fā)中的‘積木’，以搭積木的方式裝配軟件系統(tǒng)，縮短軟件開發(fā)周期，降低維護成本。該技術(shù)使應(yīng)用程序開發(fā)由“程序=主程序+子程序”演變?yōu)椤俺绦?構(gòu)件+構(gòu)件組裝”，程序開發(fā)重心從編寫代碼轉(zhuǎn)移到組件裝配。虛擬儀器組件的種類很多，組件接口形式隨組件的功能變化很大，給組件裝配接口的描述和裝配平臺的設(shè)計帶來較大困難。在深入研究的基礎(chǔ)上，我們針對虛擬儀器測量系統(tǒng)特點對組件化開發(fā)技術(shù)進行了簡化，提出一種簡明的用測量數(shù)據(jù)管線裝配的虛擬儀器模型?！瓐D7是基于管道組件的虛擬儀器軟件架構(gòu)管道(DRVI中解釋為數(shù)據(jù)線)是計算機進程間通信的一種方法。創(chuàng)建管道的進程稱為管道服務(wù)器，連接到管道的進程稱為管道客戶機。連接在管道兩端的進程可以通過管道傳遞數(shù)據(jù)，一個進程向管道中寫入數(shù)據(jù)后，另一進程就可以從管道的另一端將其讀取出來。管道組件是用管道功能作為輸入輸出接口的軟件模塊，模塊間用管道連接就可以形成一個管道組件鏈。每個管道組件接受前一組件的輸出作為輸入，一直到達(dá)管道的末端并產(chǎn)生最終輸出為止。基于管道組件的軟件開發(fā)將一個復(fù)雜的軟件系統(tǒng)分解成很多相對獨立的模塊和處理步驟，每個模塊和步驟只完成一項簡單任務(wù)。管道組件技術(shù)提高了程序的模塊化程度，簡化了程序的開發(fā)工作，用戶只需要很少的配置文件設(shè)置工作就可以快速集成應(yīng)用系統(tǒng)。管道組件具有自描述、自組織和自運行的特點，通過管道將標(biāo)準(zhǔn)化接口的管道組件連接在一起，它們就可以自動構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)，并在管道中數(shù)據(jù)流的驅(qū)動下運行。系統(tǒng)中個體管道組件的行為很簡單，從前一管道接收輸入命令進行工作，然后將處理結(jié)果從后一管道輸出；但簡單行為的個體管道組件通過管道集合在一起則可以對外體現(xiàn)出復(fù)雜的系統(tǒng)特征，也就是說可以構(gòu)造出不同的測量應(yīng)用。圖8內(nèi)嵌管道的組件模型輸入圖8內(nèi)嵌管道的組件模型輸入運算輸出<組件名><Describe>描述信息<組件名><Describe>描述信息</Describe><Positionvalue=”xxx”/><PipeInvalue=”xxx”/><PipeOutvalue=”xxx”/></組件名>圖9管道組件裝配描述管道組件裝配代碼作用就象DOS下的批處理文件一樣，裝配代碼解釋程序順序讀取XML格式裝配文檔中的管道組件裝配描述塊，提取連接參數(shù)，然后用管道對它們進行連接、組織和構(gòu)形，組件間通過管道自組織在一起，形成一個具有特定功能的測量系統(tǒng)。實驗一直流全橋的應(yīng)用—稱重實驗直流電橋原理在進行金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能實驗之前，我們有必要先來介紹一下直流電橋的相關(guān)知識。電橋電路有直流電橋和交流電橋兩種。電橋電路的主要指標(biāo)是橋路靈敏度、非線性和負(fù)載特性。下面具體討論有關(guān)直流電路和與之相關(guān)的這幾項指標(biāo)。平衡條件直流電橋的基本形式如圖1-1所示。，，，為電橋的橋臂電阻，為其負(fù)載（可以是測量儀表內(nèi)阻或其他負(fù)載）。當(dāng)→∞時，電橋的輸出電壓應(yīng)為當(dāng)電橋平衡時，=0，由上式可得到=或（1-1）圖1-1式（1-1）秤為電橋平衡條件。平衡電橋就是橋路中相鄰兩橋臂阻值之比應(yīng)相等，橋路相鄰兩臂阻值之比相等方可使流過負(fù)載電阻的電流為零。二、平衡狀態(tài)1.單臂直流電橋所謂單臂就是電橋中一橋臂為電阻式傳感器，且其電阻變化為，其它橋臂阻值固定不變，這時電橋輸出電壓≠0（此時電橋為開路狀態(tài)），則不平衡電橋輸出電壓為整理得：（1-2）設(shè)橋臂比n=，由于<<，分母中可忽略，輸出電壓便為這是理想情況，式（1-2）為實際輸出電壓，由此可求出電橋非線性誤差。實際的非線性特性曲線與理想線性曲線的偏差秤為絕對非線性誤差。則其相對線性誤差為：（1-3）由此可見，非線性誤差與電阻相對變化有關(guān)，當(dāng)較大時，就不可忽略誤差了。下面來看電橋電壓靈敏度。在式（1-2）中，忽略分母中項，并且考慮到起始平衡條件，從式（1-2）可以得到（1-4）電橋靈敏度的定義為（1-5）當(dāng)n=1時，可求得最大。也就是說，在電橋電壓E確定后，當(dāng)=，=時，電橋電壓靈敏度最高。此時可分別將式（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）化簡為（1-6）（1-7） （1-8） （1-9）由上面四式可知，當(dāng)電源電壓E和電阻相對變化一定時，電橋的輸出電壓，非線性誤差r，電壓靈敏度也是定值，與各橋臂阻值無關(guān)。2．差動直流電橋（半橋式）若圖1-1中支流電橋的相鄰兩臂為傳感器，即和為傳感器，并且其相應(yīng)變化為和，則該電橋輸出電壓≠0，當(dāng)=，=，=時，則得上式表明，與成線性關(guān)系，比單臂電橋輸出電壓提高一倍，差動電橋無非線性誤差，而且電壓靈敏度為比使用一只傳感器提高了一倍，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩?.雙差動直流電橋（全橋式）若圖1-1中直流電橋的四臂均為傳感器，則構(gòu)成全橋差動電路。若滿足===，則輸出電壓和靈敏度為由此可知，全橋式直流電橋是單臂直流電橋的輸出電壓和靈敏度的4倍，是半橋式直流電橋的輸出電壓和靈敏度的2倍。金屬箔式應(yīng)變片——單臂電橋性能實驗實驗?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：=式中為電阻絲電阻相對變化，為應(yīng)變靈敏系數(shù)，=為電阻絲長度相對變化，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，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化,電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)。對單臂電橋輸出電壓。圖1－2，圖1－3是壓力傳感器的測量電路，由兩個部分組成。前一部分是采用三個運放構(gòu)成的儀表放大電路，后面的反相比例放大電路將儀表放大器的輸出電壓進一步放大。R28是電橋的調(diào)零電阻，R42是整個放大電路的調(diào)零電阻，R29，R40調(diào)整運放增益。儀表放大器因為輸入阻抗高，共模抑制能力好而作為電橋的接口電路。其增益可用下式表示：圖1－2儀表放大電路原理圖

圖1－3反相比例放大電路原理圖三、需用器件與設(shè)備：1、開放式傳感器實驗箱；2、橋臂；3、砝碼；4、跳線；5、萬用表（自備）。四、實驗步驟：1、根據(jù)圖（1-4）所示，傳感器中各應(yīng)變片上的R1、R2、R3、R4接線顏色分別為黑色、藍(lán)色、紅色、白色，可用萬用表測量同一種顏色的兩端判別，R1=R2=R3=R4350Ω。圖1-4橋臂安裝示意圖2、根據(jù)儀表放大電路原理圖（圖1—2），先將電路板上的R25、R26、R27接入350Ω電阻，再將應(yīng)變式傳感器的其中一個應(yīng)變片R1接到電路板上的R24，那么一個應(yīng)變片R1與電路板上的R25、R26、R27構(gòu)成單臂直流電橋。檢查接線無誤后，接通電源。調(diào)節(jié)電位器R28（100R電位器），使IN0與IN1之間輸出的電壓為零，這一步非常重要。3、將儀表放大電路的輸出端接到反相比例放大電路的輸入端，用萬用表測反相比例放大電路的輸出端電壓。根據(jù)原理圖（圖1—3），調(diào)節(jié)R42（10K電位器）對放大電路調(diào)零，放置100g砝碼到橋臂托盤上，看電壓的變化量。如果電壓變化量非常小，那么調(diào)節(jié)電位器R29，改變放大電路的增益（放大倍數(shù)），使變化量在500mV左右。多次調(diào)零和調(diào)節(jié)增益，使電壓變化量達(dá)到自己預(yù)定的值。調(diào)好后R29，R40保持不變，方便跟后面的實驗數(shù)據(jù)進行比較。4、在托盤上放置砝碼，讀取反相比例放大電路輸出端電壓值，依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的電壓值。記下實驗結(jié)果填入表1-1中，關(guān)閉電源。 表1—1半橋測量時輸出電壓與對應(yīng)砝碼重量值5、根據(jù)表1—1，繪制電壓重量變化曲線圖。6、計算靈敏度S1=（輸出電壓變化量與重量變化量之比）。五、思考題單臂電橋時，作為橋臂電阻應(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

金屬箔式應(yīng)變片——半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模罕容^半橋與單臂電橋的不同性能，了解其特點。二、基本原理：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時，其橋路輸出電壓如下式：其測量電路同實驗一。三、需用器件與設(shè)備：同實驗一。四、實驗步驟：1、傳感器安裝同實驗一。2、電路板上的R25、R27接入350Ω電阻，將應(yīng)變式傳感器的紅色（或白色）線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R24，將黃色（或藍(lán)色）線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R26，那么應(yīng)變片R1，R4與電路板上的R25、R27接成差動直流電橋（半橋）。檢查接線無誤后，接通電源。調(diào)節(jié)電位器R28（100R電位器），使IN0與IN1之間輸出的電壓為零，這一步非常重要。3、注意R24應(yīng)和R26受力狀態(tài)相反，即傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。將儀表放大電路的輸出端接到反相比例放大電路的輸入端，用萬用表測反相比例放大電路的輸出端電壓。根據(jù)原理圖（圖1—3），調(diào)節(jié)R42（10K電位器）對放大電路調(diào)零。注意：調(diào)節(jié)增益已經(jīng)在實驗一調(diào)好，本實驗數(shù)據(jù)要與實驗一作比較，R29，R40必須保持不變。4、在托盤上放置砝碼，讀取反相比例放大電路輸出端電壓值，依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的電壓值。記下實驗結(jié)果填入表1-2中，關(guān)閉電源。表1-2半橋測量時輸出電壓與對應(yīng)砝碼重量值5、計算靈敏度S2=（輸出電壓變化量與重量變化量之比）并與實驗一數(shù)據(jù)S1進行比較，若實驗時無數(shù)值顯示說明R24與R26為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換一個應(yīng)變片。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)放在：（）（1）對邊（2）鄰邊。金屬箔式應(yīng)變片——全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私馊珮驕y量電路的優(yōu)點。二、基本原理：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)叄煌慕尤豚忂?，?yīng)變片初始阻值：=R1=R2=R3=R4，其變化值=△R1=△R2=△R3=△R4時，其橋路輸出電壓。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。測量電路同實驗一。三、需用器件與設(shè)備：同實驗一。四、實驗步驟：1、傳感器安裝同實驗一。2、將應(yīng)變式傳感器的紅色、白色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R24，R27，將黃色、藍(lán)色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R25、R26，構(gòu)成一個全橋電路。檢查接線無誤后，接通電源。調(diào)節(jié)電位器R28（100R電位器），使IN0與IN1之間輸出的電壓為零。3、將儀表放大電路的輸出端接到反相比例放大電路的輸入端，用萬用表測反相比例放大電路的輸出端電壓。根據(jù)原理圖（圖1—3），調(diào)節(jié)R42（10K電位器）對放大電路調(diào)零。注意：調(diào)節(jié)增益已經(jīng)在實驗一調(diào)好，本實驗數(shù)據(jù)要與實驗一作比較，R29，R40必須保持不變。實驗方法與實驗二相同。將實驗結(jié)果填入表1-3。表1-3全橋電路輸出電壓與加負(fù)載重量值。4、進行靈敏度計算并將結(jié)果跟實驗一實驗二的結(jié)果進行比較。五、思考題：全橋測量中，當(dāng)兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值相同時，而R1≠R2時，是否可以組成全橋：（）（1）可以（2）不可以。直流全橋的應(yīng)用——稱重實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變力傳感器的應(yīng)用及電路標(biāo)定。二、基本原理：電子秤實驗原理為實驗三，全橋測量原理，通過對電路調(diào)節(jié)使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，成為一臺原始電子秤。測量電路同實驗一。三、需用器件于單元：1．開放式傳感器實驗箱；2．橋臂；3．砝碼；4．跳線；5．萬用表（自備）；6.采集儀（另需采購）；7.DRVI軟件（另需采購）。四、實驗步驟：1、傳感器安裝同實驗一。2、將應(yīng)變式傳感器的紅色、白色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R24，R27，將黑色、藍(lán)色線連接的應(yīng)變片接入電路板上的R25、R26，構(gòu)成一個全橋電路。檢查接線無誤后，接通電源。調(diào)節(jié)電位器R28（100R電位器），使IN0與IN1之間輸出的電壓為零。3、將儀表放大電路的輸出端接到反相比例放大電路的輸入端，用萬用表測反相比例放大電路的輸出端電壓。根據(jù)原理圖（圖1—3），調(diào)節(jié)R42（10K電位器）對放大電路調(diào)零，放置100g砝碼到橋臂托盤上。調(diào)節(jié)電位器R29和電位器R40（反相比例放大電路的增益調(diào)節(jié)電位器），改變放大電路的增益（放大倍數(shù)），多次調(diào)零和調(diào)節(jié)增益使變化量為1000mV。4、在托盤上放置200g砝碼，讀取反相比例放大電路輸出端電壓值，依次增加砝碼并讀取相應(yīng)的電壓值。記下實驗結(jié)果填入表1-4中，關(guān)閉電源。驗證電壓能否反映重量的變化，那么一個簡易的電子稱就成功了！表1-45、重復(fù)步驟3，調(diào)節(jié)電位器R40，改變100g砝碼對應(yīng)的電壓變化量的值，比如200mV/100g，500mV/100g，2V/100g。充分理解各個電位器在電路中作用。6、交換R24，R26位置，再交換R25跟R27位置，重做實驗，看實驗結(jié)果有什么變化。思考原因。7、將反相比例放大電路輸出端接到信號輸出其中的一個端口上，然后用BNC接頭接到采集儀上，打開電腦里面的DIVR軟件中的腳本，進行稱重實驗。本步驟必須配合采集儀和DRVI軟件使用。提示：軟件使用方法參考“傳感器實驗箱DRVI實驗使用說明.doc”，里面有這個實驗的操作過程。 8、關(guān)閉電源，整理實驗儀器，填寫實驗報告。

實驗二光電開關(guān)的測速實驗一、實驗?zāi)康模毫私馔干涫焦怆婇_關(guān)的原理和應(yīng)用。二、基本原理：光電開關(guān)可以由一個光發(fā)射管和一個接收管組成。按圖5—1分析，接收管類似于一個光敏三極管，當(dāng)發(fā)射管和接收管之間無物體遮擋時，接收管導(dǎo)通，輸出低電平電壓。當(dāng)發(fā)射管和接收管之間有物體遮擋時，接收管截止，輸出高電平電壓?？梢岳霉怆婇_關(guān)的這種特性來進行零件計數(shù)等。三、需要的元件和設(shè)備：1.開放式傳感器實驗箱；2.直流電機組件；3.連接線若干；4. 萬用表（自備）；5．采集儀（另需采購）；6.DRVI軟件（另需采購）。四、實驗步驟：1、按圖5-1，在試驗箱上用連接線搭建好電路，仔細(xì)檢查連線，確保無誤；圖5－12、接通電源，用萬用表測量輸出的電壓Vout大小，然后用一厚紙片遮擋在發(fā)射管和接收管之間，測量輸出的電壓Vout大小，記錄兩次測量結(jié)果，驗證是否遮擋時候輸出的是低電平，而不遮擋時候輸?shù)氖歉唠娖剑?、裝上直流電機套件，使小飛輪遮擋在發(fā)射管和接收管之間。用手輕輕旋轉(zhuǎn)飛輪，測量輸出的電壓，當(dāng)飛輪上面的小孔通過光電開關(guān)時，輸出低電平，小孔轉(zhuǎn)過去后輸出高電平，如果電壓不是這樣變化的，調(diào)節(jié)飛輪的安裝位置；4、打開電機開關(guān)，電機帶動小飛輪旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)速度旋鈕，改變電機旋轉(zhuǎn)速度。5、將輸出信號Vout接到信號輸出的插孔上，通過BNC接頭，接到采集儀，打開電腦的DRVI軟件，觀察Vout波形。（這一步必須配置采集儀和DRVI軟件使用）提示：軟件使用方法參考“傳感器實驗箱DRVI實驗使用說明.doc”，里面有這個實驗的操作過程。6、在已知轉(zhuǎn)盤孔數(shù)的情況下，測得的傳感器輸出信號脈沖的頻率，就可以計算出直流電機的轉(zhuǎn)速。如小孔孔數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的結(jié)果再乘以60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60×f/N。7、接通電源，調(diào)節(jié)PWM進行轉(zhuǎn)速測量，觀察輸出波形，計算頻率和周期，轉(zhuǎn)速通過公式計算n=n=60×f/N得到結(jié)果。8、關(guān)閉電源，整理實驗儀器，填寫實驗報告。

實驗三、鉑電阻溫度傳感器的特性及溫度測量一、實驗?zāi)康模毫私忏K電阻的溫度特性與應(yīng)用，學(xué)會鉑電阻的電路處理測量溫度。二、基本原理：金屬鉑電阻的性能十分穩(wěn)定，在－260～＋630℃之間，鉑熱