傳感器與檢測技術(shù)及

過程控制工程

實驗指導(dǎo)書

謝春利、韓志敏

大連民族學(xué)院

機(jī)電信息工程學(xué)院

2011年9月10日

實驗根本要求

1.每位學(xué)生必須按規(guī)定完成實驗課，因故不能參加實驗者，應(yīng)課前向指導(dǎo)教師請假（必須經(jīng)有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)）。

對所缺實驗要在期末考試規(guī)定時間內(nèi)補(bǔ)齊，缺實驗者不得參加期末考試。

2.每次實驗課前，必須作到預(yù)習(xí)，弄清實驗題目、目的、內(nèi)容、步驟和操作過程，及需記錄的參數(shù)等，認(rèn)

真做好預(yù)習(xí)報告。在實驗前，指導(dǎo)教師要檢查預(yù)習(xí)結(jié)果并接受進(jìn)行提問。對不寫預(yù)習(xí)報告，又答復(fù)不出

問題者，不準(zhǔn)做實驗。

3.每次實驗課前，學(xué)生須提前5分鐘進(jìn)入實驗室，找好坐位，檢查所需實驗設(shè)備，做好實驗前的準(zhǔn)備工作。

4.做實驗前，了解設(shè)備的原理和正確使用方法。在沒有弄懂儀器設(shè)冬的使用方法前，不得貿(mào)然使用，否則

因使用不當(dāng)造成儀器設(shè)備損壞的，根據(jù)大連民族學(xué)院《儀器設(shè)備損壞喪失處理暫行方法》規(guī)定進(jìn)行處理。

5.實驗室內(nèi)設(shè)備在實驗過程中不準(zhǔn)任意搬動和調(diào)換，非本次實驗所用儀器設(shè)備，未經(jīng)指導(dǎo)教師允許不得動

用。

6.要求每位學(xué)生在實驗過程中，要具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度、認(rèn)真、踏實、一絲不茍的科學(xué)作風(fēng)。堅持每次實

驗都要親自動手，不可“坐車”，實驗小組內(nèi)要輪流接線、操作和記錄等工作，無特殊原因，中途不得

退出實驗，否則本次實驗無效。

7.實驗中若接線、改接、拆線都必須在切斷電源的情況下進(jìn)行（包括平安電壓），線路連接完畢再送電。實

驗中，特別是設(shè)備剛投入運(yùn)行時，要隨時注意儀器設(shè)備的運(yùn)行情況，如發(fā)現(xiàn)有超量程、過熱、異味、冒

煙、火花等，應(yīng)立即斷電，并請指導(dǎo)老師檢查、處理。

8.實驗過程中，如出現(xiàn)事故，就馬上拉開電源開關(guān)，然后找指導(dǎo)教師和實驗技術(shù)人員，如實反映事故情況,

并分析原因和處理事故。如有損壞儀表和設(shè)備時，應(yīng)馬上提出，按有關(guān)規(guī)定處理。

9.每次實驗結(jié)束，指導(dǎo)教師要對實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行，要經(jīng)檢查并簽字，在教師確認(rèn)正確無誤后，學(xué)生方

可拆線。整理好實驗臺和周圍衛(wèi)生，填寫實驗登記簿前方可離開。

10.實驗課后，每位學(xué)生必須按實驗指導(dǎo)書的要求，獨(dú)立完成實驗報告，不得抄襲。

目錄

第一章CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀的使用說明.......................1

第二章SAC-JGK03過程控制實驗裝置使用說明.......................5

第一節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置系統(tǒng)組成..................5

第二節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置工藝流程說明.............7

第三節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置上位機(jī)操作說明............11

第四節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置系統(tǒng)維護(hù)..................16

第三章傳感器與檢測技術(shù)實驗...................................17

實驗一應(yīng)變傳感器的性能研究................................17

實驗二差動變送器性能測試..................................20

實驗三電容式傳感器性能測試................................22

實驗四霍爾式傳感器與應(yīng)用..................................24

實驗五溫度傳感器的性能及應(yīng)用..............................26

實驗六應(yīng)變測試系統(tǒng)的溫度效應(yīng)與補(bǔ)償........................28

實驗七液位變送器性能測試..................................30

實驗八壓力變送器性能測試..................................32

實驗九流量變送器性能測試..................................34

第四章過程控制工程試驗.......................................35

實驗一被控過程建模........................................36

實驗二單回路控制系統(tǒng)實驗..................................37

實驗三串級控制系統(tǒng)實驗....................................38

實驗四比值控制系統(tǒng)實臉....................................39

實驗五前饋控制系統(tǒng)實驗....................................40

實驗說明

L本實驗對應(yīng)的課程為檢測技術(shù)與儀表實驗：對應(yīng)的專業(yè)為自動化：木實驗是學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，對于培

養(yǎng)學(xué)生的接觸實踐起非常重要的作用。本課程的實驗教學(xué)目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生更好地掌握在

自動控制系統(tǒng)中廣泛使用的傳感涔、變送器和各類檢測儀表，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決問題的能力,

同時注意培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)和良好的實驗工慣，為今后工作打下良好的基礎(chǔ)。

2.實驗類別：專業(yè)必修課

3.實驗特點：理論和實踐緊密聯(lián)系，

第一章CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀的使用說明

CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀式用于檢測儀表類課程教學(xué)實驗的多功能教學(xué)儀器。其特點是集被測體、各種傳

感器、信號鼓勵源、處理電路和顯示器于一體，可以組成一個完整的測試系統(tǒng)。通過實驗指導(dǎo)書所提供的數(shù)十種

實驗舉例，能完成包含光、磁、電、溫度、位移、振動、轉(zhuǎn)速等內(nèi)容的測試實驗。通過這些實驗，實驗者可對各

種不同1勺傳感器及測量電路原理和組成有直觀的感性認(rèn)識，并可在本儀港上舉一反三開發(fā)出新的實驗內(nèi)容。

實驗儀主要有實驗工作臺、處理電路、信號與顯示電路三局部組成。

圖1-1CSY系列傳感器系統(tǒng)實驗儀

一、位于儀器頂部的實驗工作臺局部，左邊一幅平行式懸臂梁，梁上裝有應(yīng)變式、熱敏式、P-N結(jié)溫度式、

熱電式和壓電加速度五種傳感器。

應(yīng)變式：平行梁上梁的上外表對應(yīng)地貼有八片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號和表示。其中六片為金

屬箱式片（BIIF350）。橫向所貼的兩片為溫度補(bǔ)償片，用符號和衣示。片上標(biāo)有"RY”字樣的為半導(dǎo)

體式應(yīng)變片，靈敏系數(shù)130。

熱電式（熱電偶）：串接工作的兩個銅-康銅熱電偶分別裝在上、下梁外表，冷端溫度為環(huán)境溫度。分度表見

實驗指導(dǎo)書。

熱敏式：上梁外表裝有玻璃柱狀的半導(dǎo)體熱敏電阻MF-51,負(fù)溫度系數(shù)，25℃時阻值為8?10K。

P7結(jié)溫度式：根據(jù)半導(dǎo)體P-N結(jié)溫度特性所制成的具有良好線性范圍的溫度傳感器，敏感面為頂端.

壓電加速度式：位于懸臂梁右部，由PZT-5雙壓電晶片，銅質(zhì)量塊和壓簧組成，裝在透明外殼中。

實驗工作臺右邊是由裝于機(jī)內(nèi)的另一幅平行梁帶動的圓盤式工作臺。圓盤周圍一圈安裝有（依逆時針方向）

電感式（差動變壓器）、電容式、磁電式、霍爾式、電渦流式五種傳感淵。

電感式（差動變壓器）：由初級線圈L和兩個次級線圈1“繞制而成的空心線圈，圓柱形鐵氧體芯置于線圈中

間，測量范圍

電容式：由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍之3mm。

磁電式：由一組線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.4V/m/s。

霍爾式：半導(dǎo)體霍爾式置于兩個半環(huán)形永久磁鋼形成的梯度磁場中，線性范圍23mm,直流鼓勵電壓42V,

交流鼓勵信號WVP-P5V。

電渦流式：多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成的傳感器，線性范圍》lmm。

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光電式傳感器裝于電機(jī)側(cè)旁。

擴(kuò)散硅壓力傳感器與濕敏，氣敏傳感器可根據(jù)用戶需要選裝。

兩幅平行式懸臂梁頂端均裝有置于激振線圈內(nèi)的永久磁鋼，右邊圓盤式工作臺由“激振I”帶動，左邊平行

式懸臂梁由“激振II”帶動。

為進(jìn)行溫度實驗，左邊懸臂梁之間裝有電加熱器一組，工作時能獲得高于環(huán)境溫度30c左右的升溫。

以上傳感器以及加熱器、激振線圈的引線端均位于儀器下部面板最上端一排。

實驗工作臺上還裝有在左、右兩邊的支架上。

二、信號及顯示局部：位于儀器上部面板。

低頻振蕩器：1?30Hz輸出連續(xù)可調(diào)，W十值20V,最大輸出電流0.5A,明端插口可提供用作電流放天器。

K端3.5mm耳機(jī)插座靜合接點的正常接觸是保證低頻輸出的條件，無低頻信號輸出，則可能是靜合接點分開，如

遇此情況可翻開面板，調(diào)節(jié)修插口靜合接點接觸良好。

音頻振蕩器：0.4KHz?lOKHz輸出連續(xù)可調(diào),Vi1徜20V,18器、0°為反相輸出,Lv端最大功率輸出0.5A。

直流穩(wěn)壓電源：±15V,提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1A°±2V?±10V,檔

距2V,分五檔輸出，提供直流信號源，最大輸出電流1A。

數(shù)字式電壓/頻率表：3^位顯示，分2V、20V\2KHz、20KHz四檔，靈敏度之50mV,頻率顯示5KHz?20KHz。

2

指針式直流亳伏表：測量范圍50。01550mV.5mV三檔,精度2.5%。

三、處理電路：位于儀器下部面板

電橋：用于組成應(yīng)變電橋，面板上虛線所示電阻為虛設(shè)，僅為組橋提供插座。RI、R2、R3為350Q標(biāo)準(zhǔn)電

阻，M為直流調(diào)節(jié)電位器，W,為交流調(diào)節(jié)電位器。用電位器中心插頭串接口的防短路電阻，電位器中心抽頭串

接的為膈直電容。

差動放大器：增益可調(diào)比例直流放大靜，可接成同相、反相、差動結(jié)構(gòu)，增益170（）倍。

光電變換器：提供紅外發(fā)射、接收、穩(wěn)幅、交換，輸出模擬信號電壓與頻率交換信號。四芯航空插座上裝有

光電轉(zhuǎn)換裝置和兩根多模光纖（一根接收，一根反射）組成的光強(qiáng)行光纖傳感器。

電容變換器：由高頻振蕩器、放大和雙T電橋組成。

移相器：允許輸入電壓20\小，移相范圍±40”（隨頻率有所變化）。

相敏檢波器：極性反轉(zhuǎn)電路構(gòu)成，所需最小參考電壓0.5VM,允許最大輸入電壓20Vp

電荷放大器：電容反應(yīng)式放大器，用于放大壓電加速度傳感器輸出的電荷信號。

電壓放大器：增益5倍的高阻放大器。（僅CSY型實驗儀配置）

渦流變換器：變頻式調(diào)幅變換電路，傳感器線圈是三點式振蕩電路中的一個元件。

溫度變換器：根據(jù)輸入端熱敏電阻值及P-N結(jié)溫度傳感器信號變化輸出電壓信號相應(yīng)的變換電路。

低通濾波器：由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率35Hz左右。

本實驗臺各種傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)：

1、差動變壓器量程：25mm

2、電渦流位移傳感器量程：21nmi

3、霍爾式傳感器量程：Nlmm

4、電容式傳感器量程：22mm

5、熱電偶：銅一康銅

6、熱敏電阻溫度系數(shù)：負(fù)25℃阻值：10K

7、光纖傳感器：半圓分布、LED發(fā)光管

8、壓阻式壓力傳感器量程：lOKpa（差樂）供電：W6V

9、壓電加速度計：安裝共振頻率：210KHz

10、應(yīng)變式傳感器：箔式應(yīng)變片阻值：350歐

11、PN結(jié)溫度傳感器：靈敏度約-2.ImV/C

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12、差動放大器：放大倍數(shù)1?100倍可調(diào)

使用儀器時翻開電源開關(guān)，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常。儀器下部面板左下角處的開光控制處

理電路的±15V_L作電源，進(jìn)行實驗時請勿關(guān)掉，為保證儀器正常，作，嚴(yán)禁土15V電源間的相互短路，建議平

時將此兩插口封住。

指針式亳伏表工作前須對地短路調(diào)零，去抻短路線后指針有所偏轉(zhuǎn)是正?，F(xiàn)象，不影響測試。

請用戶注意，本儀器是實驗性儀器，各電路完成的實驗主要目的是對各傳感器測試電路作定性的驗證，而非

工程應(yīng)用型的傳感器定量測試。

各電路和傳感靜性能建議通過以下實驗檢查是否正常：

1.應(yīng)變片及差動放大器，進(jìn)行單愣、半橋和全橋?qū)嶒?，各?yīng)變片是否正常可用萬用表電阻檔在應(yīng)變片兩端

測量。各接線圖兩個節(jié)點間即為一實驗接插線，接插線可多根疊插，為保證接觸良好插入插空后請將插頭稍許旋

轉(zhuǎn)。

2.半導(dǎo)體應(yīng)變片，進(jìn)行半導(dǎo)體應(yīng)變片直流半橋?qū)嶒灐?/p>

3.熱電偶，接入差動放大器，翻開“加熱”開關(guān)，觀察隨溫度升高熱電勢的變化。

4.熱敏式，進(jìn)行“熱敏傳感器"，電熱器加熱升溫，觀察隨溫度升高“V」端讀出電壓變化情況，注意熱

敏電阻是負(fù)溫度系數(shù)。

5.P-N結(jié)溫度式，進(jìn)行P-N結(jié)溫度傳感器測溫實驗，注意電壓表2V檔顯示值為絕對溫度T。

6.進(jìn)行“移相器實驗"用雙蹤示波器觀察兩通道波形。

7.進(jìn)行“相敏檢波器實驗”，相敏檢波端口序數(shù)規(guī)律為從左至右，從上至下，其中4端為參考電壓輸入端。

8.進(jìn)行“電容式傳感器特性"實驗，當(dāng)振動原盤帶動動片上下移動時，電容變換器％,端電壓正負(fù)過零變化。

9.進(jìn)行“光纖傳感器一一位移測量"，光線探頭可安裝在原電渦流線圈的橫支架上固定，端而垂直亍鍍輅

反射片，旋動測微儀帶動反射片位置變化，從“V」端讀出電壓變化值。光電變換器“FJ端輸出頻率變化方波

信號。測頻率變化時可參照“光纖傳感器一一轉(zhuǎn)速測試"步驟進(jìn)行。

10.進(jìn)行光電式傳感器測速實驗，端V。輸出的是頻率信號。

11.將低頻振蕩器輸出信號送入低通漉波器輸入端、輸出端用示波器觀察，注意根據(jù)低通輸出幅值調(diào)節(jié)輸入

信號大小。

12.進(jìn)行“差動變壓滯性能”實驗，檢查電感式傳感器性能，實驗前要找出次級線圈同名端，次級所接示波

器為懸浮工作狀態(tài)。

13.進(jìn)行“霍爾式傳感器直流鼓勵特性"實驗，直流鼓勵信號絕對不能大于2V,否則一定會造成霍爾元件

損壞。

14.進(jìn)行“磁電式傳感器”實驗，磁電傳感器兩端接差動放大器輸入端，用示波器觀察輸出波形。

15.進(jìn)行“壓電加速度傳感器”實驗.此實驗與H術(shù)第2項內(nèi)容均為無定量要求.

16.進(jìn)行“電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定“實驗，接線參照圖，其中示波器觀察波形端口應(yīng)在渦流變換器的左上

方.，即接電渦流線圈處，右上端端口為輸出經(jīng)整流后的直流電壓。

17.進(jìn)行“擴(kuò)散軌壓力傳感器"實驗，注意MPX壓力傳感器為差壓輸出，故輸出信號有正負(fù)兩種。

18.進(jìn)行“氣敏傳感器特性”實驗，觀察輸出電壓變化。

19.進(jìn)行“濕敏傳感器特性"實驗，觀察輸出電壓變化。

20.如果儀器是帶微機(jī)接口和實驗軟件的，清參閱數(shù)據(jù)采集及幫助說明。數(shù)據(jù)采集卡已裝入儀器中，其中

A/D轉(zhuǎn)換是12位轉(zhuǎn)換器，最大容錯率1/2048（即0.05%）,所以建議在做小信號實驗（如應(yīng)變電橋單臂實驗）時

選用適宜的量程，（200mv）以正確選取信號。

儀器后部的RS232接口與計算機(jī)串行口相接，信號采集前請正確設(shè)置串口，否則計算機(jī)將收不到信號。

儀器工作時需良好的接地，以減小干擾信號，并盡量遠(yuǎn)離電磁干擾源。儀器的型號不同，傳感器種類不同，

則檢查工程也會有所不同。上述檢查及實驗?zāi)軌蛲瓿蓜t整臺儀器局部均為正常。

實驗時請非常注意實驗指導(dǎo)書中實驗內(nèi)容后的“重點事項”，要在確認(rèn)接線無誤的情況下開啟電源，耍盡量

防止電源短路情況的發(fā)生，實驗工作臺上各傳感器局部如位置不太正確可松動調(diào)節(jié)螺絲稍作調(diào)整，以按卜振動梁

松手，各局部能隨梁上下振動而無碰擦為宜。

附件中的稱重平臺是在實驗工作臺左邊的懸臂梁旁的測微頭去開后裝于頂端的永久磁鋼上方。實驗開始前請

檢查實驗連接線是否完好，以保證實驗順利進(jìn)行。

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本實驗儀需防塵，以保證實驗接觸良好，儀器正常工作溫度0C?40C。

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第二章SAC-JGK03過程控制實驗裝置使用說明

第一節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置系統(tǒng)組成

目前國內(nèi)的各大院校的過程控制實驗裝置大多是自己研制的，它們結(jié)構(gòu)較為簡單，僅能進(jìn)行簡單的實驗，已

經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代教育的要求。國內(nèi)廠家生產(chǎn)的一些實驗裝置檔次和價格都較高且難于講解使用，還有一些結(jié)

構(gòu)過于尚單，雖然價格較低，但使用功能較少。我們在廣泛研究市場的基礎(chǔ)上，巧妙靈活的設(shè)計了一種價格適中，

功能齊全，適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)的實驗臺。它不但涵蓋了大學(xué)本科過程控制方面的實驗內(nèi)容，方便學(xué)生動手實驗，同時

也可用于碩研和博研的各種實驗。其中有些設(shè)計在同類裝置中屬于首創(chuàng)，已申請專利。

一、系統(tǒng)組成

SAC-JGK03型過程控制實驗裝置包括被控對象和控制桌兩局部。被控對象由執(zhí)行器、變送器、上下人槽、

水箱、純滯后和管路有機(jī)地組成：控制集裝有控制器、數(shù)顯表、液晶顯示器等，控制器通過通訊電纜與上位機(jī)通

訊。被控對象的變送器信號和執(zhí)行器的供電分別通過屏蔽電纜線與控制桌連接的。示意圖如下：

以上為系統(tǒng)的示意圖。變送器信號包括2個液位變送器、2個流量變送器、1個溫度變送器和1個壓刀變送

器，這6個變送器均輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號；數(shù)顯表一共6塊，分別對6個變送器來的電流信號進(jìn)行數(shù)值的實時

顯示；控制器包括PLC主機(jī)和3個擴(kuò)展模塊，實現(xiàn)對被控對象中變送器信號的采集和輸出控制信號；純滯后裝置

是用2QM長的水管盤旋圍繞而成，完成流量的純滯后控制；執(zhí)行器包括2臺變頻器、2臺水泵、1個電動調(diào)節(jié)閥

和1個加熱器。具體見下面說明：

被控對象：兩水槽液位、水槽2的溫度、電機(jī)2出水壓力、水泵I和水泵2出水流量。

檢測裝置：兩個液位變送器，一個壓力變送器和一個溫度變送器，兩個電遠(yuǎn)傳玻璃轉(zhuǎn)子流量計。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：一個電動調(diào)節(jié)閥，兩個變頻器及兩臺水泵，一個固態(tài)繼電器（控制加熱器用）。

控制系統(tǒng):西門子小型PLC（S7-200CPU224主機(jī)、模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸入輸出模塊EM235和

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模擬量輸出模塊EM2321,?條編程通訊電纜），四個典型控制參數(shù)（液位、流量、壓力、溫度），可組成多種控

制實驗。

上位機(jī)：采用組態(tài)工6.0（帶看門狗），S7-200編程軟件。

二、系統(tǒng)特點

1、設(shè)計巧妙，充分應(yīng)用現(xiàn)有裝置，實現(xiàn)多種實驗

本裝置中有六個檢測單元、三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)和六個控制回路，可以方便的組合成多種控制實驗，可通過計算機(jī)

（用組態(tài)王軟件定義的各種變量與PLC通訊）對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。特別是木實驗裝置可組成耦合程度可調(diào)的雙輸入

雙輸出控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)截止閥的開度來調(diào)節(jié)耦合程度。

2、充分模擬工業(yè)控制現(xiàn)場，實驗效果很好

為了更好的模擬工業(yè)現(xiàn)場，本實驗裝置采用兩臺水泵，在單輸入單輸出控制回路中一臺水泵供水，另一臺水

泵可通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生有規(guī)律或無規(guī)律波動的干擾量。

3、實驗操作簡單、直觀

人機(jī)界面良好，計算機(jī)用立體畫面顯示被控對象的流程、實時趨勢曲線和數(shù)據(jù)報表等?？刂谱郎涎b有變頻

器BOP面板，六個智能顯示儀表，PLC控制單元和液晶顯示器。實驗者可以在面板上直接看到各參數(shù)變化情況，

實驗操作也更直觀。

4、可組成非線性系統(tǒng)

本實驗裝置有四個水槽，分上下兩組，上面一組水槽有三個，互相通過手調(diào)閥連接，其中的兩個水槽橫截面

積隨高度而變化（其中的?個上粗下細(xì)，另?個下粗上細(xì)）。這樣可組成兩組線性/非線性的液位控制系統(tǒng)，而且

可以在控制過程中改變水槽之間的連接狀態(tài)來改變被控對象的模型，可進(jìn)行非線性系統(tǒng)的控制，也檢驗控制算法

的魯棒性：下面一個水槽的后面裝著流量純滯后裝置，可實現(xiàn)流量的純滯后控制。

5、實驗裝置正面上下兩個水槽的正面裝有玻璃擋板，學(xué)生可直接觀測系統(tǒng)的進(jìn)水和出水情況。

具體工藝流程，請參看“SAC-JGK03過程控制實驗裝置工藝流程說明"一節(jié)。

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第二節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置工藝流程說明

一、工藝流程

上一節(jié)已經(jīng)對裝置做了簡單的介紹，這一節(jié)將著重介紹裝置的工作情況，請參考下列圖:

注：*帶箭頭的粗線表示實驗時水流方向。

*“閥？”表示的是手動閥，也就是普通的球閥，其標(biāo)號只為說明方便。

水泵1從水箱中抽水，經(jīng)過電動閥、流量計1、閥1和閥7分別給水槽1和水槽2供水：水泵2也從火箱中

抽水，通過閥12、流量計2、閥2和閥8分別給水槽1和水槽2供水。水槽1通過閥6可自己走水，水槽2也可

通過閥10自己走水，水槽1和水槽2通過閥5連接。

水槽1通過閥3和閥4各連接了一個非線性局部，其中左側(cè)的下細(xì)上粗，右側(cè)的下粗上細(xì)，通過調(diào)在閥3

和閥4的開度，可實現(xiàn)液位的非線性控制。實際制作時，我們將這兩局部非線性合在了一起做成一個水槽，其大

小形狀和水槽1一樣，只是在里面加了一個傾斜的擋板。水槽2的后面安裝了純滯后裝置串聯(lián)在流量計1的下面，

當(dāng)手調(diào)詞9關(guān)閉時，水泵1的出水經(jīng)過純滯后和流量計給水槽供水。

水槽1通過閥3和閥4各連接了一個非線性局部，其中左側(cè)的下細(xì)上粗，右側(cè)的下粗上細(xì)，通過調(diào)審閥3

和閥4的開度，可實現(xiàn)液位的非線性控制。實際制作時，我們將這兩局部非線性和在了一起做成一個水槽，其大

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小形狀和水槽1?樣，只是在里面加了一個傾斜的擋板。水槽2的后面安裝了純滯后裝置串聯(lián)在流量計1的下面,

當(dāng)手調(diào)徹9關(guān)閉時,水泵1的出水經(jīng)過純滯后和流量計給水槽供水。

兩個水泵由控制桌（上節(jié)中?提過）上的兩個變頻器分別控制，控制盟中的EM232的兩個模擬輸出（OHOV）

分別控制兩臺變頻器；電動閥由控制器口EM235的模擬輸出（4-20mA）控制；加熱罌采用PWM控制（PLC主機(jī)的

Q0.1）?

變送器安裝如下：水槽1裝有一個液位變送器（LT/01）,水槽2裝有一個溫度變送器（TT/01）和一人液位

變送器（LT/02）,水泵2出水口處裝有一個壓力變送器（PT/O】）和一個流量變送器（FT/02）,水泵1出入口處

裝有一個流量變送器（FT/01）o這些信號通過屏蔽電纜被送到數(shù)顯表和模擬量輸入模塊中（EM235和EM231）,原

理圖如下：

注：*本裝置使用的數(shù)顯表模擬量輸入口帶有24V電源輸出

*24V電源給變送器供電，AI模塊和數(shù)顯表采集的是變送器輸出的電流信號

加熱器的控制原理圖

本節(jié)最后，我們?yōu)槟峁┰敿?xì)的電氣原理圖

二、技術(shù)規(guī)格

1、技術(shù)條件

供電電源：單相三線220VAe±5%,50Hz

功耗：未加熱時最大1KW,加熱時最大2.5KW

環(huán)境溫度：0C?+50"C

相對濕度：95%無結(jié)露

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大氣壓：86?106KPa

工藝介質(zhì)：水

環(huán)境空氣：不含腐蝕性氣體

被控對象尺寸：1100X600X1890（長*寬*高）

控制集尺寸：890X590X1600（長*寬*高）

2、輸入規(guī)格:

熱電阻PtlOO：0700C對應(yīng)電流信號4?20mA（耨度±0.5%）

液位變送器：0?400mmHQ對應(yīng)電流信號4?20mA（精度±0.5%）

壓力變送器：0?0.06MPa對應(yīng)電流信號4?20mA（精度±0.5%）

流量變送器：100?1000L/H對應(yīng)電流信號4?20111A（精度±1.5%）

3、輸出規(guī)格

電動調(diào)節(jié)閥:電流輸入4?20mA對應(yīng)于閥開度0―100（死區(qū)W±L0%）

變頻器：0?50Hz對應(yīng)于水泵轉(zhuǎn)速。?3000r/min

4、接線要求

被控對象與控制桌之間由航空插頭對應(yīng)連接即可。

上位機(jī)按計算機(jī)系統(tǒng)要求接好電源即可。

被控對象供電時必須接地,220VAe的L,N相要接對。

附錄：電氣原理圖

開卻1

電氣原理圖-強(qiáng)電

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'220V

QO1IX0.1

MSSR

3.2——V

/明規(guī)

E儂_1報警燈1一1

K5溫控電源K7手/自動開關(guān)2K9普通開關(guān)2

K1總電源K3變頻器2

K2變頻器1K4控制電源K6手/自動開關(guān)1K8普通開關(guān)1

電氣原理圖-弱電

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第三節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置上位機(jī)操作說明

本套實驗裝置的上位機(jī)畫面，我公司采用組態(tài)王6.0,總圖如下:

在上位機(jī)畫面中，有流程圖、實時趨勢曲線、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)報表、歷史趨勢曲線、回路選擇、實時趨勢曲

線2幾種畫而，還設(shè)有打印功能（通過點擊按鈕選擇）。下而分別對各個畫而做詳細(xì)介紹，進(jìn)入組態(tài)王運(yùn)行環(huán)境

后，出現(xiàn)的就是上圖，點擊“回路選擇”按鈕后，出現(xiàn)卜列圖：

“回路選擇"畫面的功能就是選擇要做的某個實驗，每個實驗都對應(yīng)一個選擇點，選中某個實驗后，點擊右

側(cè)的“確定按鈕，系統(tǒng)就自動彈出此實驗的流程圖。根據(jù)提供的流程圖，熟悉此實驗的原理和流程。了解了此實

驗的原理和流程后，再點擊”參數(shù)設(shè)定"畫面，如下列圖

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“參數(shù)設(shè)定”畫面的作用是設(shè)定P1D參數(shù)值、設(shè)定值、正反作用、和手動控制器的值、采樣時間等。F面對

“參數(shù)設(shè)定”畫面中的一些符號進(jìn)行說明：

調(diào)節(jié)PK）參數(shù)說明：

1001

Mn=*en+*en+MX+TD*en-en-i

PT（

注：*在上式中100/P=Kc,1/T,=K）,Tu=心其中跖，K1,KD相當(dāng)于通常的PID參數(shù)。因此，上位機(jī)

“參數(shù)設(shè)定”畫面中，P值越大，比例作用越弱；「值越大，積分作用越弱，TD值越大，微分作用

越強(qiáng)。

*各參數(shù)范圍：P：1-99999；TI：1—99999；TD：0-99999

符號說明：

ACT：正反作用，N為負(fù)反應(yīng)（默認(rèn)），P為正反應(yīng)。

AM：手自動，A為自動，M為手動，C為串級位。

MV：執(zhí)行器的輸出，范圍為0至100。手動時可直接寫數(shù)值，自動時顯示PID輸出值

PV：測量值

SV：設(shè)定值

TS：采樣周期，每5秒采樣一次。

各回路參數(shù)范圍:LTOKPV=LT0kSV：0~400（單位為亳米）

LT02、PV=LT02、SV：0~400（單位為亳米）

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PTOKPV=PTO1>SV：0~600（對應(yīng)0~0.06MPa）

TTO1、PV=TT0USV：O"1OO（單位為攝氏度）

FT01、PV=FTOkSV：100^1000（單位為L/h）

FT02、PV=FT02>SV：100^1000（單位為L/h）

MV：0^100（對應(yīng)變頻器是0~50Hz或電動閥0100開度）

注：*手動調(diào)節(jié)時，每個回路的SV值跟蹤PV值，實現(xiàn)手動到自動切換的無擾動

經(jīng)過對以上兩幅圖的比較可以看出，帶有無擾動的曲線看上去更加直觀。

“實時趨勢曲線”的功能就是對被控對象上的6個參數(shù)進(jìn)行上位機(jī)的實時曲線顯示。實時趨勢曲線共有2

個畫面，每個畫面包括4個顯示控件，其中一個畫面的4個控件分別顯示液位1、液位2、流量1和流量2,另

一個顯示液位1、液位2、壓力和溫度。下面是其中一個畫面：

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俎宓王開發(fā)系既HDD

文件［口翁強(qiáng)口】拌列QJIfltU明庫&】畫面比］鋁助［田

每個控件顯示一個被控量的PV值、SV值和MV值。控件的橫坐標(biāo)是時間；縱坐標(biāo)是PV值、SV值和陽值的

百分比，而且用不同的顏色表示：PV用紅色線表示，SV用綠色線表示，那用藍(lán)色線表示。畫面左上角有一個PV

值顯示，分別顯示此畫面中4個量的PV值?！皩崟r趨勢曲線”中的每個控件只有在顯示后才能開始記錄數(shù)據(jù)，

所以，在準(zhǔn)備做實驗前，請先點擊“實時趨勢曲線1、2”。

“歷史趨勢曲線”的主要功能是可讀取歷史曲線（最長8天）。歷史趨勢曲線不但能進(jìn)行被控對象上6個參

數(shù)PV值的實時顯示，還可以對過去時間控制過的量的PV值進(jìn)行讀取?！皻v史趨勢曲線"見下列圖：

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qia方王運(yùn)行發(fā)統(tǒng)

田面謔相

“數(shù)據(jù)報表”的功能是對某段時間內(nèi)的6個被控參數(shù)的PV值、SV值以及PID設(shè)定值進(jìn)行讀取，讀取的時間

間隔可任意設(shè)定。數(shù)據(jù)報表是一定時間內(nèi)，按照一定的時間間隔對被控量有關(guān)參數(shù)的數(shù)值顯示。記錄好了相關(guān)參

數(shù)，再結(jié)合歷史趨勢曲線。就可對做過的某個或多個實驗進(jìn)行合理的分析。“數(shù)據(jù)報表"畫面見下列圖:

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第四節(jié)SAC-JGK03過程控制實驗裝置系統(tǒng)維護(hù)

裝置每年應(yīng)進(jìn)行一次計量檢定，如果儀表誤差超出范圍，通常都是環(huán)境及振動沖擊所導(dǎo)致，可

對儀表校驗來解決問題。裝置可提供產(chǎn)品出廠日起6個月的免費(fèi)維修，如果是用戶使用不當(dāng)造成的

損壞，或已超過保修期，則適當(dāng)收取維修費(fèi)用。

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第三章傳感器與檢測技術(shù)實驗

實驗一應(yīng)變傳感器的性能研究

一、實驗類型：驗證性實驗。

二、實驗?zāi)康?/p>

1.觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。

2.測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。

3.驗證單臂、半橋、全橋測量電橋的輸出關(guān)系，比較不同橋路的功能。

三、實驗內(nèi)容

1.設(shè)計并實現(xiàn)應(yīng)變傳感器的測試橋路。

2.測量單臂、半橋、全橋測量電橋的輸出，記錄數(shù)據(jù)、繪制關(guān)系曲線，并分析之。

四、實驗原理

1.本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。

應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體外表，當(dāng)測件受刀發(fā)生

形變，應(yīng)變片的敏感棚隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。

電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在

橋臂四個電阻RI、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為AR1/RKAR2/R2、AR3/R3、AR4/R4,當(dāng)使用

AO9AO

一個應(yīng)變片時，^/?=—；當(dāng)二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有2夫二二2—：用四個應(yīng)變片組成二個差

RR

動對工作，且Rl=R2=R3=R4=R,YR=--。

JR

由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。

2.單臂、半橋和全橋的工農(nóng)分別為AR"、2AR/R、4AR/Ro根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出

電壓近似等于1/4?石電橋靈敏度K〃=V//ZXR/R,于是對應(yīng)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為

1/4E、1/2E和E。由此可知，當(dāng)E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。

五、實驗要求

熟悉CSY系統(tǒng)傳感器實驗系統(tǒng)。能自行設(shè)計實現(xiàn)應(yīng)變式傳感器的測量橋路。掌握應(yīng)變式傳感器的各種測量電

路的性能。

六、實驗儀器設(shè)備

直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、應(yīng)變式傳感器（電阻應(yīng)變片）、電壓表。

七、預(yù)習(xí)要求

實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，

方可進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗。

八、實驗步驟

1.設(shè)定旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，電壓表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。

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2.將差動放大器調(diào)零。方法：用實驗線將差放的正負(fù)輸入端與地端連接在一起，增益設(shè)置在最大位置，然

后將輸出端接到電壓表的輸入插口，翻開主、副電源，調(diào)整差放的調(diào)零旋鈕使表頭指示為0。

3.根據(jù)圖17的電路結(jié)構(gòu)，利用電橋單元上的接線插孔和調(diào)零網(wǎng)絡(luò)連接好測量線路（差動放大器接成同相

或反相均可）。圖中R4為工作應(yīng)變片，明為可調(diào)電位器，r為調(diào)平衡電阻，電源由直流穩(wěn)壓電源提供。

4.將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)整電橋平衡電位器，使表頭指零（需預(yù)熱幾

分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）。

5.旋動測為頭、帶動懸臂梁分別作向上和向F的運(yùn)動，以水平狀態(tài)下愉出電壓為零。向上和向下移動各5nm1,

測微頭每移動0.5mm,記錄一個差動放大器輸出電壓值，將測得數(shù)值填入下表：

位移

X(mm)

電壓

V(mV)

6.保持放大器增益不變，將R3換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)整電橋平衡電位器,

使表頭指零。然后重復(fù)第5步操作，同樣測出讀數(shù)，填入下表：

位移

X(mm)

電壓

V(mV)

7.保持差動放大器增益不變，將Rl，R2兩個電阻換成另兩片工作片，接成一個直流全橋，通過電橋立衡電

位器調(diào)好零點。重復(fù)第5步操作，將讀出數(shù)據(jù)填入下表：

位移

X(mm)

電壓

V(mV)

8.在同一坐標(biāo)紙上描出WT曲線，比較三種接法的靈敏度5=二。

AX

九、實驗報告要求

1.按表格要求記錄實驗數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，繪制關(guān)系曲線。

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2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果和關(guān)系曲線，對傳感器的性能進(jìn)行分析。

十、思考題

1.根據(jù)實際測試的數(shù)據(jù)與理論上推導(dǎo)的公式相比較，結(jié)論如何？

2.對橋路測量線路有何特別的要求？為什么？

重點事項：

(1)在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉，以免損壞應(yīng)變片。

(2)在實驗過程中如果發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過我，應(yīng)將量程擴(kuò)大或?qū)⒉罘旁鲆鏈p小。

(3)直流穩(wěn)壓電源不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。

(4)接全橋時請注意區(qū)別各應(yīng)變片的工作狀態(tài)方向，保證R1與R3工作狀態(tài)相同，R2與R4工作狀態(tài)相同。

(5)在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。

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實驗二差動變壓器性能測試

一、實臉類型：驗證性實驗。

二、實驗?zāi)康?/p>

1.了解差動變壓器的原理及工作情況。

2.通過實驗驗證差動變壓器的根本特性。

3.了解如何用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)線路對剩余電壓進(jìn)行補(bǔ)償。

三、實驗內(nèi)容

1.從音頻振蕩器輸出頻率信弓送給差動變壓器，用示波器讀出次級輸出電壓。

2.設(shè)計減少零殘電壓的電路并實現(xiàn)。

2.繪制關(guān)系曲線，并分析結(jié)果。

四、實驗原理

差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈作為差動變壓器鼓勵用，相當(dāng)三?變壓

器的原邊，次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反向串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁

路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖2-1。

圖1

零殘電壓中主要包含兩種波形成分：

I.基波分是C這是由于差動變壓器二個次級繞組因材料或T藝差異造成等效電路參數(shù)（M、I.、R）不同,線

圈中的銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得鼓勵電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。

2.高次諧波。主要是由導(dǎo)磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，是鼓勵電流與磁

通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)出非正弦波的電動勢。

減少零殘電壓的方法有：⑴從設(shè)計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對稱。⑵采用相敏檢波電路。⑶選用

補(bǔ)償電路。

五、實驗要求

熟悉CSY系統(tǒng)傳感器實驗系統(tǒng)。建立差動變壓器性能測試電路，零殘電壓補(bǔ)償電路，記錄數(shù)據(jù)，繪制相關(guān)曲

線，并分析之。

六、實驗儀器設(shè)備

差動變壓器、音頻振蕩器、測微頭、示波器、電橋、差動放大器。

七、預(yù)習(xí)要求

實撿前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后,

方可進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗。

八、實驗步驟

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1.設(shè)定有關(guān)旋鈕初始位置：音頻振蕩器4KHz,雙線示波器第?通道靈敏度500mV/cm,第二通道靈敏度

20mV/cm,觸發(fā)選擇打到第?通道。

2.按圖1接線，音頻振蕩轄必須從LV接出。

3.調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，使音頻LV信號輸入到初級線圈的電壓為2Vp-p。

4.旋動測微頭，從示波器上讀出次級輸出電壓Vp-p值填入下表：

位移nun

電壓mV

讀出過程中應(yīng)注意初、次級波形的相位關(guān)系：當(dāng)鐵芯從上至下時?，相位由________相變?yōu)開_______相。

5.仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭使次級的差動輸出電壓為最小，必要時應(yīng)將通道二的靈敏度打到較高檔，如0.2V/cm,這

個最小電壓叫做,可以看出它與輸入電壓的相位差約為__________,因此是

__________正交分量。

6.根據(jù)所得結(jié)果，畫出（Vop-p-X）曲線，指出線線工作范圍，求出靈敏度：

S二絲

AX

九、實驗報告要求

1.記錄差動變壓器位移值和次級線圈輸出的電壓值，繪制關(guān)系曲線，并分析之。

2.分析零殘電壓的產(chǎn)生原因及補(bǔ)償方法，分析補(bǔ)償效果產(chǎn)生的原因？

十、思考題

如果用直流電壓表來讀數(shù)，需增加哪些測量單元，測量線路該如何？

重點事項：

（1）差動變壓器的鼓勵源必須從音頻振蕩器的電流輸出口（LV插口）輸出。

（2）差動變壓器的兩個次級線圈必須接成差動形式（即同名端相連。這可通過信號相位有否變化判別之）。

（3）差動變壓器與示波器的連線應(yīng)盡量短一些，以免引入干擾。

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實驗三電容式傳感器性能測試

一、實臉類型：驗證性實驗。

二、實驗?zāi)康?/p>

掌握電容式傳感器的工作原理和測量方法.

三、實驗內(nèi)容

建立電容式傳感器性能測試電路，并移動電容動片，記錄差動電容檢測電路輸出的電壓值。作出關(guān)系曲線，

并分析之。

四、實驗原理

電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當(dāng)安裝于振動臺

上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動電容。如

將上層定片與動片形成的電容定為Cxi，下層定片與動片形成的電容定為Cm，當(dāng)將CXI和接入電橋作為相

鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動臺的位移有關(guān)。

五、實驗要求

了解差動變面積式電容傳感器的原理及特性。

六、實驗儀器設(shè)備

電容傳感器、電容變換器、差動放人器、低通濾波器、低頻振蕩器、測微儀。

七、預(yù)習(xí)要求

實撿前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，

方可進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗。

八、實驗步驟

1.按圖3-1接線，電容變換器和差動放大器的增益適中。

2.裝上測微儀，帶動振動臺位移，使電容動片位于兩靜片中，此時差動放大器輸出為零。

3.以此為起點，向上和向下位移動片，每次0.5mm,直至動片與一組靜片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并作

出V-X曲線，求得靈敏度。

X(mm)

V(mV)

X(mm)

V(mV)

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4.低頻振蕩器輸出接“激振1”端，移開測微頭，適當(dāng)調(diào)節(jié)頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不矢真，

用示波器觀察波形。

5.斷開測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。

九、實驗報告要求

1.記錄電容動片上下移動時電壓表的讀數(shù)，并作出v-x曲線

2.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線進(jìn)行結(jié)果分析。

十、思考題

分析示波器輸出曲線的產(chǎn)生原因。

重點事項

1.電容動片與兩定片之間的距離必須相等，必要時可稍作調(diào)整.位移和振動時均不可有擦片現(xiàn)象，否則會

造成輸出信號突變。

2.如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進(jìn)一步減小。

3.由于懸臂梁彈性恢復(fù)滯后，雖然測微儀回到開始刻度，但差放輸出電壓并不回零，此時可反方向旋動測

微儀，使輸出電壓過零后再回到初始位置，反復(fù)幾次，差放電壓即到零，然后進(jìn)行負(fù)方向?qū)嶒灐?/p>

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實驗四霍爾式傳感器與應(yīng)用

一、實臉類型：驗證性實驗。

二、實驗?zāi)康?/p>

了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性；學(xué)會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試。

三、實驗內(nèi)容

建立霍爾式傳感器性能測試電路，使霍爾元件位于梯度磁場中，進(jìn)行上下移動，記錄測試電路輸出電壓，并

求出靈敏度及線性。

四、實驗原理

霍爾傳感器是由兩個半圓形永久磁鋅組成梯度磁場，位于梯度磁場中的霍爾元件一一霍爾片通過底座連結(jié)在

振動臺上。當(dāng)霍爾片通以恒定的電流時，霍爾元件就有電壓輸出，改變振動臺的位置，霍爾片就在梯度磁場中匕

下移動，輸出的霍爾電勢V值取決于其在磁場中的位移量Y.所以由霍爾電勢的大小便可獲得振動臺的靜位移。

五、實驗要求

熟悉霍爾傳感器的性能，搭建測試后路，并對結(jié)果進(jìn)行分析。

六、實驗儀器設(shè)備

霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、電壓表、直流穩(wěn)壓表、測微頭。

七、預(yù)習(xí)要求

實驗前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實驗內(nèi)容及實驗?zāi)康?，須持實驗預(yù)習(xí)報告后，

方可進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗。

八、實驗步驟

1.設(shè)定旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置2V檔，直流穩(wěn)壓電源置2V檔（注意：鼓

勵電壓必須W±2V,否則霍爾片易損壞！）。

2.開啟電源，按實驗一的方法對差動放大器調(diào)零。

3.Wo,r為直流平衡網(wǎng)絡(luò)中的電橋單元，如圖47所示“接好線路，差動增益適中.

4.裝好測微頭。即將測微頭與振動臺面連在一起。

5.調(diào)整機(jī)使電壓表指示為零。

6.上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.5mm讀?個數(shù)，上下各移動3.5mm。將讀數(shù)填入下表：

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X(mm)

V(mv)

X(mm)

V(mv)

作出V-X曲線指出線性范圍，求出靈敏度。

可見，本實驗測出的實際上是磁場的分布情況，它的線性越好，位移測量的線性度也越好，它們的變化越

陡，位移測量的靈敏度也就越大。

九、實驗報告要求

記錄實驗數(shù)據(jù)，繪制關(guān)系曲線，分析結(jié)果。

十、思考題