《傳感與檢測(cè)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、傳感與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書潘云紅，王春茹，周延周編廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院2014年11月印刷7實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：溫度傳感器-熱電偶測(cè)溫實(shí)驗(yàn)及熱電偶標(biāo)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解熱電偶的結(jié)構(gòu)及測(cè)溫工作原理；2.掌握熱電偶校驗(yàn)的基本方法；3.學(xué)習(xí)如何定期檢驗(yàn)熱電偶誤差，判斷是否及格。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求觀察熱電偶，了解溫控電加熱器工作原理； 通過對(duì)K型熱電偶的測(cè)溫和校驗(yàn)，了解熱電偶的結(jié)構(gòu)及測(cè)溫工作原理；掌握熱電偶的校驗(yàn)的基本方法；學(xué)習(xí)如何定期檢驗(yàn)熱電偶誤差，判斷是否合格。三、實(shí)驗(yàn)原理：（1）由兩根不同質(zhì)的導(dǎo)體熔接而成的閉合回路叫做熱電回路，當(dāng)其兩端處于不同溫度時(shí)

2、則回路中產(chǎn)生一定的電流，這表明電路中有電勢(shì)產(chǎn)生，此電勢(shì)即為熱電勢(shì)。圖1-1 熱電偶測(cè)溫原理試驗(yàn)臺(tái)圖（1-1）中T為熱端，To為冷端，熱電勢(shì)（2）以K分度熱電偶作為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，來校準(zhǔn)E分度熱電偶。四、實(shí)驗(yàn)所需部件：K（也可選用其他分度號(hào)的熱電偶）、E分度熱電偶、溫控電加熱爐、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)字電壓表。五、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）觀察熱電偶結(jié)構(gòu)（可旋開熱電偶保護(hù)外套），了解溫控電加熱器工作原理。溫控器：作為熱源的溫度指示、控制、定溫之用。溫度調(diào)節(jié)方式為時(shí)間比例式，綠燈亮?xí)r表示繼電器吸合電爐加熱，紅燈亮?xí)r加熱爐斷電。溫度設(shè)定：撥動(dòng)開關(guān)撥向“設(shè)定”位，調(diào)節(jié)設(shè)定電位器，儀表顯示的溫度值隨之變化，調(diào)節(jié)至實(shí)驗(yàn)

3、所需的溫度時(shí)停止。然后將撥動(dòng)開關(guān)扳向“測(cè)量”側(cè)，接入熱電偶控制爐溫。（注：首次設(shè)定溫度不應(yīng)過高，以免熱慣性造成加熱爐溫度過沖）。（2）首先將溫度設(shè)定在50左右，打開加熱開關(guān)，（加熱電爐電源插頭插入主機(jī)加熱電源出插座），熱電偶插入電加熱爐內(nèi)，K分度熱電偶為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，冷端接“測(cè)試”端，E分度熱電偶接“溫控”端，注意熱電偶極性不能接反，而且不能斷偶，萬用表置毫伏檔，當(dāng)鈕子開關(guān)倒向“溫控”時(shí)測(cè)E分度熱電偶的熱電勢(shì)，待設(shè)定爐溫達(dá)到穩(wěn)定時(shí)用電壓表毫伏檔分別測(cè)試溫控（E）和測(cè)試（K）兩支熱電偶的熱電勢(shì)（直接用電壓表在熱電偶接線端測(cè)量，鈕子開關(guān)還是保持倒向“E”分度熱電偶方向）。每支熱電偶至少測(cè)兩次求平均值

4、，并將結(jié)果填入表1-1。（3）繼續(xù)將爐溫提高到70、90、110、130和150，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，觀察熱電偶的測(cè)溫性能，并將對(duì)應(yīng)結(jié)果填入下表。（4）因?yàn)闊犭娕祭涠藴囟炔粸?，則需對(duì)所測(cè)的熱電勢(shì)值進(jìn)行修正 E（T，To）=E(T,t1)+E(T1,T0)實(shí)際電動(dòng)勢(shì) 測(cè)量所得電勢(shì) 溫度修正電勢(shì)查閱熱電偶分度表，上述測(cè)量與計(jì)算結(jié)果對(duì)照。（5）校熱電偶熱電勢(shì)與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶溫度的絕對(duì)誤差為，相對(duì)誤差為。六、注意事項(xiàng)：1、加熱爐溫度請(qǐng)勿超過200，當(dāng)加熱開始，熱電偶一定要插入爐內(nèi)，否則爐溫會(huì)失控，同樣做其它溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)也需用熱電偶來控制加熱爐溫度。2、因?yàn)闇乜貎x表為E分度，加熱爐的溫度就必須由E分度熱電偶來控制

5、，E分度熱電偶必須接在面板的“溫控”端。所以當(dāng)鈕子開關(guān)倒向“測(cè)試”方接入K分度熱電偶時(shí)，數(shù)字溫度表顯示的溫度并非為加熱爐內(nèi)的溫度。七、思考題將平臺(tái)上的熱電偶轉(zhuǎn)換開關(guān)打向左邊，顯示的溫度值是否正確？為什么？表1-1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表熱電偶被測(cè)量溫度507090110130150標(biāo)準(zhǔn)熱電偶（K）第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量平均電勢(shì)修正電勢(shì)分度表溫度被校熱電偶（E）第1次測(cè)量第2次測(cè)量第3次測(cè)量平均電勢(shì)修正電勢(shì)分度表溫度兩偶溫度誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度： 實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：位移傳感器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：普通實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)(1) 光纖位移傳感器的測(cè)量 光纖傳感技術(shù)是適隨著光纖通信和集成

6、光學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來的新型傳感技術(shù)。一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釩SY2001B型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的使用方法，掌握光纖傳感器測(cè)量位移的基本原理，學(xué)會(huì)繪制輸入輸出特性曲線，掌握分析其線性度/靈敏度的方法。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求1學(xué)習(xí)光纖傳感器測(cè)量位移的基本原理，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K，進(jìn)行正確的連線。2通過改變位移輸入量，觀察輸出電壓的變化，并繪制輸入輸出特性曲線。3基于輸入輸出特性曲線，計(jì)算光纖傳感器的的靈敏度，并分析其線性度。三、 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料1. CSY2001B型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)(下稱主機(jī)) 1臺(tái)2 光纖轉(zhuǎn)換器 1個(gè)3. 光纖光電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K 1塊4. 示波器 1臺(tái)5. 螺旋測(cè)微儀 1

7、把6. 反射鏡片 1片四、 實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測(cè)試工作原理：本光纖傳感器為反射式, 光纖采用Y型結(jié)構(gòu),兩束多模光纖合并于一端組成光纖探頭,一束作為接收, 另一端作為光源發(fā)射, 近紅外二極管發(fā)出的近紅外光經(jīng)光源光纖照射至被測(cè)物,由被測(cè)物反射的光信號(hào)經(jīng)接收光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào), 反射光的強(qiáng)弱與反射物與光纖探頭的距離成一定的比例關(guān)系, 通過對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)就可得知位置量的變化。圖2-1 反射式光纖位移傳感器原理及接線1. 連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源線及光纖變換器探頭接口, 光纖探頭探頭裝上探頭支架,探頭垂直對(duì)準(zhǔn)反射片中央(鍍鉻圓鐵片), 螺旋測(cè)微儀裝上支架, 以帶動(dòng)反射鏡片位移。光電變換器V0

8、UT端接入主機(jī)電壓表的“數(shù)據(jù)采集入”。2. 開啟主機(jī)電源, 調(diào)節(jié)“光纖變換增益”為3V左右, 避免過強(qiáng)的背景光照射; 旋動(dòng)測(cè)微儀使探頭及緊貼反射鏡片(如兩表面不平行可稍許扳動(dòng)光纖探頭使兩平面吻合), 此時(shí)V0UT輸出0, 然后旋動(dòng)測(cè)微儀,使反射鏡片離開探頭, 每隔0.5mm記錄一數(shù)值于下表。Xmm00.51.01.52.02.53.03.54.0V3. 要觀察光纖傳感器輸出特性時(shí), 把示波器的探頭接在光纖位移傳感器的變換器V0UT端, 位移距離如再加大, 就能觀察到特性曲線的前坡與后坡。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 繪出實(shí)驗(yàn)接線圖,并簡(jiǎn)述光纖傳感器測(cè)量位移的工作原理。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出 V-X 曲線,分析線性較好的范圍。六、注意事項(xiàng)（1）光纖請(qǐng)勿成銳角曲折，以免造成內(nèi)部斷裂，端面尤要注意保護(hù)，否則會(huì)使光通量衰耗加大造成靈敏度下降。（2）每臺(tái)儀器的光電轉(zhuǎn)換器（包括光纖）與轉(zhuǎn)換電路都是單獨(dú)調(diào)配的，請(qǐng)注意與儀器編號(hào)配對(duì)使用。（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)注意增益調(diào)節(jié)，輸出最大信號(hào)以3V左右為宜，避免過強(qiáng)的背景光照射。七、思考題（1）為什么要分析線性較好的范圍？（2）光纖通信與測(cè)量