东北电力大学：检测技术及仪表实验指导书

自动化系测控实验室实验项目指导（任务）书刘彦臣关硕赵君二00三年8月前言测控实验室是具有三十多年历史的专业实验室，多年来，一直承担着跨学科、跨专业的多项实验教学和科研任务，是自动化专业、热能动力专业学生接受实践教学环节的重要基地，是他们成长的摇篮。为了更好的适应教学改革和发展的需要，解放学生的思维理念，改变传统的定时、定点、定步骤、定方法的实验模式，给学生充分的自主性，使学生能更好的理解和掌握所学的知识，提高学生的实际动手能力，克服教学与实际脱节，学生能动性和创造性得不到充分发挥的矛盾，我们通过对原有设备和实验教学体系的合理调整，采用模块式、目标化的开放式管理方法，让学生以一种全新的方式设计和完成实验，给学生以更大的自主空间，使得他们始终了解学科前沿动态，毕业后能更轻松的面对市场。改革旧有的实验教学模式和管理方法，是当前实验教学改革的重要环节。新的实验模式我们将给学生提供更加广阔的时间和空间，使学生的能动性和创造性得到充分的发挥。应该是内容上“点、线、面”相结合，方法上以教师提出问题、实验室提供条件、学生独立设计、联合验收实验结果的思路，以课堂提出问题、课下分析问题、实验解决问题的方法，为学生提供一个独立分析问题和解决问题的环境，创造一个用实验验证理论、用实验说明问题的工程思维方法。在新的实验模式中我们将结合教材内容，对原有实验内容和方法进行改进。力求实验内容多以综合、设计性实验为主，只在每门课上课前以课题的形式给出实验目的、实验所要达到的各项指标以及实验要求和所能提供的硬件资源，不预先设定实验方法，不规定实验步骤，不限定实验室时间，让学生结合教材内容自行设计合理的方法，在课程结束之前给出最终结果，变“教”学生为“指导”学生实验，以提高学生解决实际问题的能力。在实验教学管理上，我们将实行目标化的管理手段。改变以往学生实验条块分割，分步考察的形式，在学生实验时，不限定学生实验的方法和步骤，重点考察方案和结果，考察各项指标的完成情况。实验指导采取辅导与检查相结合，任课教师与实验室教师相结合，及时发现问题，及时进行解决。实验室实行全天开放，采取预约时间、预约内容等方式，化整为零，变传统的集中式实验成“自由式实验”。结合这种模式，本科生逐步实行导师制管理手段。这本教材就是在这种思路的指导下编写的，我们将通过对设备的模块式划分，为学生提供以新型传感器技术为基础的智能检测与信息处理平台，形成以顺序、变频和拖动控制为基础的多种控制系统，最终成为以本专业为依托的跨专业、跨学科实习、实验教学基地，可以使得设备的功能搭配更加合理，联系更加紧密，更有利于学生将所学的知识串通起来，以便更好地消化与吸收，使他们养成精心设计、细心观察、认真分析和科学总结的严谨作风。由于时间仓促，加上思维方式的限制，书中难免会有很多缺点和不足之处，希望多提宝贵意见，以便在今后的实践中进一步改进和完善。自动化系测控实验室开放式实验室管理办法为了做好实验室的开放和管理工作，有效利用实验室的硬件资源，以便更好地为教学和科研服务，特制定开放性实验室的管理办法如下：1．实验室开放时间：每周一至周五上午8点-11点，下午14点-16点30分。2．开放实验室可实行预约时间、预订设备进行实验。3．开放后、实验室的实验项目采取学生自由选择的实验方式，实验室不限定实验时间，但必须在规定的截止时间内完成。4．实验实行目标化的管理手段，对学生提出技术要求和具体指标，由学生进行实验方案设计和实现。5．实验成绩按照实验的系统设计、调试和实验报告几项指标综合评定的办法给出。6．学生在实验中应严格遵守实验室各项规章制度，来去实验室要随时按实验记录本要求进行严格登记。7．实验学生要爱护实验室的硬件设备，严格按操作程序使用各种实验设备，如发生损坏设备情况，应查明原因，妥善处理。因人为原因造成的损害设备现象要及时赔偿。8．实验室内严禁学生吸烟和大声喧哗，严禁做与实验和实践教学环节无关的内容。目录第一部分测量仪表………………………………………………………………（4）第一章实验要求…………………………………………………………………（4）第二章CSY-998B传感器实验仪功能简介………………………………………（4）第三章实验项目…………………………………………………………………（8）实验项目一金属泊式应变片--单臂电桥测量位移时主要技术参数的测定………………………………………………………………（8）实验项目二金属泊式应变片--单臂、半桥、全桥测量位移时的性能比较……（10）实验项目三应变片的温度效应及补偿…………………………………………（13）实验项目四热电偶测温的原理、现象及性能分析………………………………（19）实验项目五用差动变压器测位移（静态）时信号的处理和主要技术参数的测定…………………………………………………………（24）实验项目六电涡流式传感器的主要技术指标（静态）测定及被测体材料对电涡流传感器特性的影响……………………………………………………（26）实验项目七霍尔式传感器的特性—直流激励、主要技术指标的标定及其应用………………………………………………………（27）实验项目八差动变面积式电容传感测位移时主要技术参数的测定及它的静态特性…………………………………………………（29）实验项目九半导体压阻式压力传感器测位移时主要技术指标的测定实验……（30）实验项目十光纤位移传感器（静态）测位移时主要参数的测定及其应用………（30）第二部分计算机控制系统…………………………………………………………（31）第一章实验要求…………………………………………………………………（32）第二章DVCC二合一微机实验系统简介…………………………………………（33）第三章实验项目……………………………………………………………………（35）实验项目一A/D转换器0809的应用………………………………………………（36）实验项目二D/A转换器0832的应用………………………………………………（36）实验项目三并行口8255A的应用…………………………………………………（37）实验项目四定时/计数器8253A的应用…………………………………………（38）实验项目五中断控制器8259A的应用……………………………………………（39）实验项目六小直流电机调速控制实验……………………………………………（40）实验项目七步进电机转动控制实验………………………………………………（41）实验项目八继电器开合控制实验…………………………………………………（42）实验项目九使用8250A的串行通信实验…………………………………………（42）第三章附录……………………………………………………………………（55）附录一、电路的原理……………………………………………………………（55）附录二、传感器安装示意图及面板示意图………………………………………（56）附录三、《微机数据采集系统软件说明》…………………………………………（56）附录四、部分问题提示……………………………………………………………（62）第一部分测量仪表第一章实验要求1．测量仪表课共有实验项目10个，根据所学内容自动化专业选作4-5个项目，热能动力专业选做3-4个项目。2．实验不限定具体时间，由学生根据自己计划灵活选择，但必须在本门课程考试之前完成。3．实验成绩实行“目标化”管理。根据设计思路和解决问题的能力和实验报告综合给定成绩。实验成绩占课程总成绩的10%-15%4.实验报告按以下要求完成：（1）实验目的（2）实验要求（3）实验技术指标（4）对传感器等的工作原理进行分析，设计信号处理电路（5）记录、分析测试数据绘制必要的变化曲线（6）给出主要技术指标。注：每个实验项目的主要技术指标标定要规范。如量程范围：0-3mm测量精度：x%F·S输出：0-XV·DC（7）根据实验结果分析应用场合第二章CSY-998B传感器实验仪功能简介一、CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、梁自由端的磁钢）、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式差压传感器。显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V-±10V5档位调节）、F/V数字显示表（可作为电压表和频率表）、数字是温度表、±15V不可调稳压电源。实验主面板上传感器符号单元：所有传感器的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、低通滤波器、涡流变换器、电感变换器等单元组成。二、主要技术参数、性能及说明＜一＞传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过测微头可做静态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双染结构端部有较好的线性位移。传感器：1．应变式传感器箔式应变征阻值：350Ω、应变系数：22．热电偶直流电阻：10Ω左右由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。3．差动变压器量程：≥5mm直流电阻：5Ω-10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。。4．电涡流位移传感器量程：≥2mm直流电阻：1Ω-2Ω多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。5．霍尔式传感器量程：≥±2mm直流电阻：激励源端口800Ω-1.5KΩ；输出端口300Ω-500Ω日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中6．磁电式传感器尺寸：φ0.21×1000直流电阻：30Ω-40Ω由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s7．电容式传感器量程：≥±2mm由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。8．半导体压阻式压力传感器量程：10Kpa（差压）供电：≤6V直流电阻：Vs+—Vs-端350Ω-450ΩVo+—Vo-端3KΩ–3.5KΩ美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器，具有温度自补偿功能，先进的X型工作片（带温补）。9．光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围≥2mm。红外线发射、接收、直流电阻：500Ω-2.5kΩ2×60股丫形、半圆分布。10．PN结温度传感器利用半导体P-N结良好的线性温度-电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/℃。11．热敏电阻半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25℃时为10KΩ。＜二＞、信号及变换1．电桥：用于组成直流或交流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2．差动放大器通频带0～10kHz可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。3．电容变换器由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4．电压放大器增益约为5倍同相输入通频带0～10KHz5．低通滤波器由RC滤波器组成无源滤波网络。6．涡流变换器输出电压≥|2|V（探头离开被测物）变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件7．光电变换座由红外发射、接收组成。8．电感变换器集检波、移项、放大为一体，输出≥1V＜三＞、二套显示仪表1．数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围0—2V、0—20V，频率范围3Hz—2KHz、10Hz—20KHz，灵敏度≥50mV。2．数字式温度表（0-100℃）。＜四＞、电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的温升。＜五＞测速电机一组由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光纤传感器配合进行测速实验。＜六＞二组稳压电稳直流±15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。±2V—±10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。＜七＞计算机联接与处理数据采集卡：十二