测试技术与传感器实验报告

测试技术与传感器实验报告班级：学号：姓名：任课老师：年月日实验一：静压力传感器标定系统一、实验原理：压力传感器输入—输出之间的工作特性，总是存在着非线性、滞后和不重复性，对于线性传感器（如压力传感器）而言，就希望找出一条直线使它落在传感器每次测量时实际呈现的标准曲线内，并相对各条曲线上的最大偏离值与该直线的偏差为最小，来作为标定工作直线。标定工作线可以用直线方程ykxb表示。对压力传感器进行静态标定，就是通过实验建立压力传感器输入量与输出量之间的关系，得到实际工作曲线，然后，找出一条直线ykxb使它落在实际工作曲线内，由于方程中的x和y是传感器经测量得到的实验数据，因此一般采用平均斜率法或最小二乘法求取拟合直线。本实验通过最小二乘法求取拟合直线，并通过标定曲线得到其精度。即常用静态特性：工作特性直线、满量程输出、非线性度、迟滞误差和重复性。二、准备实验：1)调节活塞式压力计底座四个调节旋钮，使整个活塞式压力计呈水平状态如图6所示；2)松开活塞筒缩紧手柄，将活塞系统从前方绕水平轴转动，使飞轮在水平转轴上方且活塞在垂直位置锁紧，调整活塞系统底座下部滚花螺母，使活塞筒上的水平仪气泡居于中间位置，如图6，并紧固调水平处的滚花螺母；图6调节好，已水平3)被标定三个压力传感器接在截止阀上（参见下图7），打开截止阀、进气调速阀、进油阀，关闭进气阀和排气阀，将微调器的调节阀门旋出15mm左右位置；4)打开空气压缩机，待空气压缩机压力达到0.4MPa时，关闭压气机。因为对于最大量程为0.25MPa的活塞式压力计，压力必须小于等于0.4MPa。5)打开采集控制柜开关，检查串口连接情况。双击桌面的“压力传感器静态标定”软件，进入测试系统，如图7所示。图7压力传感器标定系统6)新建实验单击工具栏“新建”按钮或者菜单栏“系统”下拉菜单中“新建实验”，在弹出的对话框中，输入学生姓名、学号和指导老师等信息后，点击登录即可开始做实验，如图8所示。图8新建实验7)采集周期设定点击操作选项中采集周期设定按钮，弹出如图9的对话框，键入2-20之间任意一采集周期值，以2为例，意为每2秒采集一次。本实验对每一个压力点进行5次采样，然后取其平均值。图9采样时间设定三、开始实验：1)在活塞系统上加所测压力点砝码；2)缓慢打开进气阀门，使压力升至被校压力点附近，使活塞升起，并顺时针缓慢地转动飞轮以带动活塞，关闭进气阀，用微调器使活塞滚花螺母在工作位置指示线重合；3)调至重合以后，点击菜单栏开始按钮或者操作按钮下开始按钮，弹出图10所示的标定点确定对话框，选择实验次数、行程、标准压力参数值；实验次数共分3轮，每一轮分别包括正、反行程，实验的标准压力参数值分别为0MPa、0.05MPa、0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa、0.25MPa六个数值，通过活塞式压力计的增添砝码来实现。选择好参数后，点击确定，可以开始该点的标定实验。图10标定点的确定选择好操作面板上实验次数、标准压力、正反行程后，系统开始了采集数据。点击数据按钮，可以看到图11所表示的数据对话框。可以直观的看到当前实验信息，包括轮次、行程、标准压力、压力传感器1、压力传感器2和压力传感器3的当前数据等。对每个压力点每次采样5次。完成采集后，弹出如图12对话框。观察数据，若确认数据无误的点击“是”，否则点击“否”，重新做上一步实验。图11数据采集图12确认实验结果4)标定不同压力点时，在承重杆上加砝码，重复调节步骤1）~3）即可。四、完成实验：在完成全部实验后，点击“计算拟合”按钮，可以得到图13所示的有关性能指标计算结果的具体值，包括线性度中系数k和b的值、满量程、非线性、迟滞和重复性等。注意：要完成所有压力点的三次循环实验后才能点击计算拟合。图13性能指标、拟合直线1)实验过程中，若想查看实时曲线，可点击“曲线”按钮，可以得到图14所示的曲线窗口，其中包括压力传感器1、压力传感器2、压力传感器3的实时曲线。图14曲线图2)若想查看flash动画，点击工具栏上的“动画”按钮，可以观看系统的flash动画图，如图15所示。图15flash动画3)如要查看历史数据，点击菜单上的“查询”按钮即可。检索数据可分别按时间、学号或实验人员进行数据检索。如下图16所示。图16数据查询此外，在此页面中还可完成如下操作：“数据显示”、“报表查看”、“导到Excel”、“删除记录”、“返回”等操作。a)曲线显示查看基本数据后，点击“数据显示”即可查看基本数据的曲线和拟合曲线，参见图17。图17历史数据曲线显示b)报表查看在图16的对话框中，在查看到详细数据后，然后再选择查看报表，就可以查看该记录的实验报表。实验报表参见图18。图18实验报表c)导出Excel即将数据以EXCEL的形式导出并保存。在图18中选择要导出的数据记录，然后按下界面上面的“导入Excel”按键，系统会弹出如下图21所示对话框，在“文件名”处输入要保存的文件名，按确定即可，每次保存一条记录的数据。如果选择2条或者2条以上，系统会多次弹出下面的对话框，输入文件名按确定，依次导出选中的数据。图19EXCEL导入对话框d)删除记录选择要删除的数据记录，然后点击控制面板上的“删除记录”按钮，系统会弹出数据删除警告，点击是，则数据记录将被永久删除，并且无法恢复该数据；如图20所示。图20删除数据记录五、注意事项：①空气压缩机压力达到0.4MPa时，必须关闭压气机。②加砝码后一定要先调节阀门使滚花螺母与工作指示线重合后才可以让计算机开始进行数据采集，否则采集到的数据为无效数据；③在砝码加至0.25Mpa（测量上限），并完成正行程数据采集，要开始反行程实验时，要对装置加抖动，具体做法是微开放气阀门，再充气，微调阀门使滚花螺母重新与工作指示线重合，此时可开始反行程的数据采集；④做反行程实验时，不用充气，只需放气，注意切勿放气过量，避免出现回调现象；⑤因为活塞筒中的油有粘滞作用，在调滚花螺母与工作指示线重合过程中，容易出现放气或充气了以后螺母无升降，此时可以适当转动飞轮托盘再调节。实验二：热电阻热电偶校验实验一、实验目的1.了解热电阻和热电偶温度计的测温原理2.学会热电偶温度计的制作与校正方法3.了解二线制、三线制和四线制热电阻温度测量的原理4.掌握电位差计的原理和使用方法5.了解数据自动采集的原理6.应用误差分析理论于测温结果分析。二、实验原理1.热电阻(1)热电阻原理热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用镍、锰和铑等材料制造热电阻。常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0—630.74℃以内，电阻Rt与温度t的关系为：Rt=R0(1+At+Bt2)R0系温度为0℃时的电阻，铂电阻内部引线方式有两线制，三线制，和四线制三种，两线制中引线电阻对测量的影响最大，用于测温精度不高的场合，三线制可以减小热电阻与测量仪之间连接导线的电阻因环境温度变化所引起的测量误差。四线制可以完全消除引线电阻对测量的影响，用与高精度温度检测。(2)热电阻的校验热电阻的校验一般在实验室中进行，除标准铂电阻温度计需要作三定点，（水三相点，水沸点和锌凝固点）校验外，实验室和工业用的铂或铜电阻温度计的校验方法有采用比较法两种校验方法。比较法是将标准水银温度计或标准铂电阻温度计与被校电阻温度计一起插入恒温水浴中，在需要的或规定的几个稳定温度下读取标准温度计和被校验温度计的示值并进行比较，其偏差不超过最大允许偏差。(3)热电阻的类型1）普通型热电阻。从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。2）铠装热电阻。铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ2--φ8mm。与普通型热电阻相比，它有下列优点：①体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；②机械性能好、耐振，抗冲击；③能弯曲，便于安装④使用寿命长。3）端面热电阻。端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，紧贴在温度计端面。它与一般轴向热电阻相比，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。4）隔爆型热电阻。隔爆型热电阻通过特殊结构的接线盒，把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于Bla--B3c级区内具有爆炸危险场所的温度测量。2.热电偶(1)热电偶原理将两种不同材质的金属导线连接成闭合回路，如果两接点的温度不同，由于金属的热电效应，在回路中就会产生一个与温差有关的电动势，称为温差电势。在回路中串接一毫伏表，就能粗略地测出温差电势值。如图1：图1热电偶原理温差电势的大小只与两个接点的温差有关，与导线的长短粗细和导线本身的温度分布无关。这样一对导线的组合就称热电偶温度计。简称热电偶。实验表明，在一定温度范围，温差电势E与两接点的温度T0,T存在着函数关系E=F(T0,T),如果一个接点T0（通常指冷端）的温度保持不变，则温差电势就只与另一个接点T（通常指热端）的温度有关，即E=F(T)，当测得温差电势后，即可求出另一个接点（热端）的温度。为了增加温差电势，提高测量精度，可将几个热电偶串联成热电堆，如图2：热端（测量点）冷端（参考点）图2热电偶示意图(2)热电偶的标定将热电偶做为温度计，必须先将热电偶的温差电势与温度值T之间的关系进行标定。一般不用内插式计算，而是用实验方法，用表格或T-E（或E-T）特性曲线形式表示。标定方法，一般采用：1）固定点法，即测量已知沸点或熔点温度的标准物质在沸点或熔点时的温差电势值。2）标准热电偶法，将待标热电偶与标准热电偶一起置于恒温介质中，逐点改变恒温介质的温度，待热电偶处于热平衡状态下测出每一点的温差电势。热电偶的T-E特性曲线如下图3：图3热电偶T-E特性曲线(3)热电偶的分类电位差计热电偶的种类繁多，各有其优缺点。可根据不同的用途选择不同型号的热电偶。目前我国已经标准化的常用商品热电偶，有以下几种热电偶分类型号新分度号旧分度号使用温度℃长期短期铁-康铜/ＪTK400800镍铬-镍硅WREUKEU-210001300铜-康铜WRCKTCK600800三、实验装置该实验装置主要由恒温水浴、电位差计、热电偶、热电阻、冰点仪、数据采集装置和标准玻璃温度计等组成。恒温水浴上具有搅拌、加热与温度控制装置，可根据要求将温度稳定在设定值附近。采用标准玻璃温度计测量的温度作为标准温度，用于校准热电偶和热电阻。可以采用手动与自动采集方式进行采集。数据采集仪1－3#通道用于采集热电偶电势，4－7#通道用于采集热电阻电势，其中4＃通道用于连接二线制热电阻，5#通过用于连接二线制热电阻，6，7#通道用于连接三线制热电阻通道。如下图4：图4热电阻与热电偶校验原理与接线图为了实验的方便，对热电偶的三个通道做了规定，在正面板的左侧向右，依次为J、T、K型热电偶，二线制，四线制、三线制热电阻。四、实验内容1).了解热电阻测温原理，练习热电阻二三四线制接法；2).做出被校热电阻与标准温度计之间的曲线关系，通过查标准热电阻温度与阻值关系进行分析；3).了解热电偶的测温原理、温度补偿方法，练习热电偶连线与测温；4).做出被校热电偶温度与电势曲线，通过查标准热电偶与电势关系进行分析；5).练习电位差计测量电势方法，了解校验实验台自动采集原理。五、操作步骤1).恒温水浴内加好水，冰瓶内放入冰水混合物。2).将热电阻与热电偶按上图4所示连好，其中热电偶冷端放入冰瓶，并保证热电偶连线在冰瓶内10分钟以上。检查热电阻、热电偶的高温探头是否都浸在恒温水浴里。热电偶和热电阻高温探头头部要在同一水平面，以使两者温度尽可能一致。（注意：待需要