1、自动检测技术实验指导书张彦生 刘远红 姜寅令 编写 董长义 主审东北石油大学2010-5-31自动检测技术实验指导书目 录实验一 压力仪表的使用及校验 1实验二 温度仪表的使用及校验 4实验三 差压变送器的使用特点及调校 6实验四 流量检测技术及仪表调校 8实验五 金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较 10实验六 差动变压器特性及应用 13实验七 差动螺线管电感式传感器特性 19实验八 差动变面积式电容传感器特性 20实验九 压电加速度传感器特性及应用 22实验十 磁电式传感器特性 25实验十一 霍尔式传感器特性 26实验十二 热敏电阻测温特性 28实验十三 光纤位移传感器特性及应用 29附：
2、CSY 998 型传感器系统实验仪使用说明 .32自动检测技术实验指导书1实验一 压力仪表的使用及校验实验性质：验证性实验实验目的1、熟悉压力表的基本结构和原理；2、了解杠杆、齿轮传动的基本原理，并掌握改变传动比方法；3、学会正确使用活塞式压力计检验压力表方法及对比法校验压力表；4、掌握相对误差、绝对误差变差、精度等基本概念。实验设备1、压力变送器一台；2、活塞压力计一台(含砝码)，如图 1。图 1-1 活塞压力计原理图自动检测技术实验指导书2实验步骤1、将压力变送器安装于压力校验泵上。2、将 24V 电源及标准电流表连接至压力变送器。3、检查校验泵油杯内油面高度，并将油泵手柄逆时针旋转退到（
3、70%-80%）处，关闭油杯阀门，即可对变送器加压，并对不同量程选用标准砝码。4、反复几次上、下行标定，调节变送器的零点与量程，并记录0、25% 、50%、75% 、100% 点的电流值与压力值相对应。实验报告1、压力仪表在使用中的注意事项，如：量程范围、使用环境、不同被测介质传感器安装方法。2、通过校验记录数据给出被校仪表的误差值及精度等级。表 1-1 压力校验数据记录表标准仪表 被校仪表 绝对误差 绝对变差序号单位： 上行 下行 上行 下行1234567自动检测技术实验指导书3注释：绝对误差= 标 准 值仪 表 指 示 值 -折合误差=最大绝对误差/仪表量程100%对于 1.0 级的表折合
4、误差应1.0%变差= /量程100%下 行 读 数上 行 读 数 -max上行：由低至高给仪表施加测量参数下行：由高至低给仪表施加测量参数自动检测技术实验指导书4实验二 温度仪表的使用及校验实验性质：验证性实验实验目的通过实验使学生对工业生产过程参数温度的测量及仪表的校验、使用有全面的了解。实验设备用实验室现有的设备标准电流表、标准电阻箱、恒温水槽对工业仪表温度变送器进行校验。实验步骤1、将温度变送器连接在 24V 电源上，并在电路中串接标准电流表。2、将变送器传感器拆除，用三线制方法连接标准电阻箱，对变送器进行上、下限校验。3、反复几次上、下行校验，记录量程的不同点：0、25%、50% 、7
5、5%、100%点的电流值。如实验条件允许，可将拆除的传感器连接到变送器上，进行恒温水槽温度联调，用标准温度仪表进行在线标定。自动检测技术实验指导书5提交实验报告1、温度仪表在使用中的注意事项，如：量程范围、使用环境、不同被测介质传感器安装方法。2、通过校验记录数据给出被校仪表的误差值及精度等级。表 2-1 温度校验数据记录表标准仪表 被校仪表 绝对误差 绝对变差序号单位： 上行 下行 上行 下行12345678自动检测技术实验指导书6实验三 差压变送器的使用特点及调校实验性质：验证性实验实验目的通过实验掌握差压变送器在不同被测介质、不同温度范围的使用特点及调校。实验设备用实验室现有设备材料：三
6、阀组、气泵、压力定值器、标准压力表、差压变送器、24V 电源及标准电流表连成回路。实验步骤1.将三阀组连接到差压变送器上，差压变送器连接 24V 电源，并在线路中串接电流表。同时将三阀组的连通阀打开。2.将气泵压力出口管线连接到 2 个高精度压力定值器，将定值器出口连至差压变送器的高压口 H、低压口 L，并调整定值器，使两出口压力相等，并不超过差压变送器最大单向工作压力值。3.将三阀组连接两阀室的阀门先打开，调整变送器的零点，使电流表指示为4ma。再关闭连通阀，调整正压室的定值器，使正、负压室的差压为量程值，调整量程使电流表指示 20ma。自动检测技术实验指导书74.反复升降压差，记录 0、2
7、5%、50% 、75%、100% 点的上、下行电流值。实验报告1.差压变送器的调整步骤；2.三阀组的使用方法（阀门的开关顺序） ；3.根据记录的数据给出差压变送器的精度等级及误差；4.举例说明差压变送器在工业生产中的应用。注：（1）法兰式差压变送器经常应用于液位测量。由于罐体的加工精度不同及被测液体的比重不同，仪表需实际安装后方能标定。（2）传统仪表很难做到在线标定，标定设备很难带入工程现场，现代智能仪表将在线标定变得非常简单。法拉式差压变送器的量程标定过程如下：（一）放出介质，按零点调整按钮，仪表输出 4mA 电流，则仪表零点调整结束；（二）加入介质至上限，按量程按钮，仪表输出 20mA 电
8、流，仪表量程调整结束。自动检测技术实验指导书8实验四 流量检测技术及仪表调校实验性质：验证性实验实验目的了解流量仪表的应用范围、分类及标定方法。实验设备利用实验室现有电磁流量计、涡街流量计，对流量计的使用、调校及特点做进一步了解。实验步骤1、将标准流量计与被测流量计串联安装于同一流量系统中。2、打开流量系统调节阀门，使被测介质按被标定流量计量程的上、下限分别流过流量计。对于模拟仪表，按标准流量计的读数校准被测表的零点 4ma，量程上限 20ma；对于数字仪表，按标准流量计的标准流量计算被测表的脉冲个数，从而换算出被测表的脉冲当量。3、反复多次做上行、下行标定，并记录测得的数据。实验报告自动检测
9、技术实验指导书91、根据被测介质不同气体、液体（油、水） ，说明选用流量计的方法。2、简述常用流量计的校验方法（一种） 。3、流量计的使用注意事项（介质的清洁、腐蚀性、黏度、 ） 。4、通过记录数据分析给出仪表的精度等级。注：流量计是计量仪表，由国家认可的具备合格资质的组织负责流量计标定，且标定设备要求精度高、种类全（造价数百万至上千万） 。所以一般使用部门不做校验。自动检测技术实验指导书10实验五 金属应变片：单臂、半桥、全桥功能比较实验性质：验证性实验实验目的：1、观察了解金属应用片的结构和粘贴方式；2、测试悬臂梁变形的应变输出；3、验证单臂、半桥、全桥测量电桥的输出关系，比较不同桥路的功
10、能。实验设备：直流稳压电源、差动放大器、电桥、应变式传感器（电阻应变片） 、电压表。实验原理：应变片是一种能将试件上的应变变化转换成电阻变化的传感元件。使用应变片时，将其贴于测试件表面上。当测试件受力变形时，应变片也随之产生形变，相应的电阻值将发生变化，通过测量电路最终将其转换为电压或电流的变化，测出应变片的灵敏度。测量电桥是将被测非电量转换成电压或电流的一种常用的方法。实验步骤：1、设定旋钮的初始位置：直流稳压电源打到2V 档，电压表打到 2V 档，差动放大器增益打到最大。自动检测技术实验指导书112、将差动放大器调零。方法：用实验线将差放的正负输入端与地端连接在一起，增益设置在最大位置，然
11、后将输出端接到电压表的输入插口，打开主、副电源，调整差放的调零旋钮使表头指示为 0。3、根据图 1 的电路结构，利用电桥单元上的接线插孔和调零网络连接好测量线路（差动放大器接成同相或反相均可） 。图中 R4 为工作应变片，W1 为可调电位器，r 为调平衡电阻。电源由直流稳压电源提供。电 压表 4 V 4 VW 1rR 1R 2 R 3R 4+-差 放图 1图 5-1 测量线路4、将直流稳压电源打到4V 档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器，使表头指零(需预热几分钟表头才能稳定下来)。5、加上砝码，每加一个读数，将测得数值填入下表：重量W(g)电压V(mV)6、保持放大器增益不变，将
12、R3 换为与 R4 工作状态相反的另一应变片，形成半桥，调整电桥平衡电位器，使表头指零。然后依次加上砝码，同样测出读数，填入下表：重量W(g)自动检测技术实验指导书12电压V(mV)7、保持差动放大器增益不变，将 R1，R2 两个电阻换成另两片工作片，接成一个直流全桥，通过电桥平衡电位器调好零点。依次加上砝码，将读出数据填入下表：重量W(g)电压V(mV)8、在同一坐标纸上描出 W-V 曲线，比较三种接法的灵敏度 S？。问题：1、根据实际测试的数据与理论上推导的公式相比较，结论如何？2、对桥路测量线路有何特别的要求？为什么？注意事项：1、在更换应变片时应将电源关闭，以免损坏应变片。2、在实验过
13、程中如果发现电压表发生过载，应将量程扩大或将差放增益减小。3、直流稳压电源不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。4、接全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向，保证 R1 与 R3 工作状态相同，R2 与 R4 工作状态相同。5、在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。自动检测技术实验指导书13自动检测技术实验指导书14实验六 差动变压器特性及应用实验性质：综合性实验实验目的：1、了解差动变压器的原理及工作情况。2、了解如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。3、了解差动变压器的实际应用。实验仪器：音频振荡器、测微头、双线示波器、电桥、差动变压器、差动放大器、移相器、
14、相敏检波器、低通滤波器、电压表、低频振荡器、激振器。实验步骤：一、差动变压器性能检测1、设定有关旋钮初始位置：音频振荡器 4KHz，双线示波器第一通道灵敏度 500mV/cm，第二通道灵敏度 20mV/cm，触发选择打到第一通道。2、按图 1 接线，音频振荡器必须从 LV 接出。3、调整音频振荡器幅度旋钮，使音频 LV 信号输入到初级线圈的电压为2Vp-p。自动检测技术实验指导书15图1音频振荡器4 K H z接第一通道接第二通道图 6-1 差动变压器性能检测连接线路4、旋动测微头，从示波器上读出次级输出电压 Vp-p 值填入下表：位移mm电压 mV读数过程中应注意初、次级波形的相位关系：当铁
15、芯从上至下时，相位由_相变为_相。5、仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到较高档，如 0.2V/cm,这个最小电压叫做 ，可以看出它与输入电压的相位差约为_，因此是_正交分量。6、根据所得结果，画出(Vop-pX)曲线，指出线线工作范围，求出灵敏度：VSX注意事项：（1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电流输出口(LV 插口) 输出。（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连。这可通过信号相位有否变化判别之) 。（3）差动变压器与示波器的连线应尽量短一些，以免引入干扰。 自动检测技术实验指导书16二、差动变压器零点残余电压的补偿1、设定有
16、关旋钮的初始位置：音频振荡器 4KHz，双线示波器第一通道灵敏度 500mV/cm，第二通道灵敏度 1V/cm，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。2、观察差动变压器的结构。按图 2 接线，音频振荡必须从 LV 插口输出，w1、w2、r 、c 为电桥单元中调平衡网络。接第一通道音频振荡器4 K H zV p - p2 V接第二通道rcW 1 W 2图 2图 6-2 差动变压器零点残余电压的补偿实验连接线路 13、利用示波器，观察示波器第一通道的读数，调整音频振荡器的辐度旋钮，使其输出为 2 伏峰-峰值。4、调整测微头，观察示波器第二通道的读数，使差动放大器输出电压最小。5、依次调整
17、 w1 和 w2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头。6、将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比较。经过补偿后的残余电压波形为一_波形，这说明波形中有_分量。注意事项：自动检测技术实验指导书17（1）由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端转换为单端输出。（2）音频信号必须从 LV 插口引出。（3）本实验也可用图 3 所示线路，试解释原因。接第一通道4 K H zV p - p 2 V接第二通道图 3crW 1 W 2音频振荡器L V图 6-3 差动变压器零点残余电压的补偿实验连接线路 2三、差
18、动变压器在振动测量中的应用1、设定有关旋钮的初始位置：音频振荡器 4KHz，差动放大器增益适中。2、按图 4 接线，并调整好有关部分。自动检测技术实验指导书18图 6-4 差动变压器在振动测量中的应用实验连接线路3、利用示波器，使音频振荡器的输出为峰-峰值 1.5V。4、将激振器接通，适当旋动幅度旋钮。5、保持低频振荡器的幅度不变，改变低频振荡器的频率，用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入下表：f (Hz) 3 4 5 6 7 8 10 12 20 30Vp-p(V)根据实验结果作出梁的振幅-频率特征曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。注意事
19、项：适当选择低频激振电压，以免梁在自振频率附近振幅过大。问题：如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？自动检测技术实验指导书19自动检测技术实验指导书20实验七 差动螺线管电感式传感器特性实验性质：设计性实验实验目的：通过该实验进一步掌握差动式测量电路的使用方法和螺线管电感式传感器的特性。实验要求：1、参考差动变压器的实验原理，设计一个差动螺线管电感式传感器的测量线路，并进行位移测量。2、写出实验原理、实验步骤，对实验结果进行列表、分析、计算，画出其XV 曲线。3、从理论和实际测试系统两个方面找出产生误差的原因。4、在进行具体实验操作前先拟定实验方案，经实验指导教师审核通过
20、后方能进入实验室操作。可供实验设备：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低频滤波器、电压表、测微头、示波器。自动检测技术实验指导书21实验八 差动变面积式电容传感器特性实验性质：验证性实验实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及特性。实验设备：电容传感器、差动放大器、低通滤波器、V/F 表、激振器、示波器。实验步骤：1、差动放大器调零，按图 1 接线。图 1V电容放 大器V0图 8-1 连接线路2、差动放大器增益旋钮置中间，V/F 表打到 2V，调节测微头，使输出为零。3、旋动测微头，每次 0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直自动检测技术实验指导书22至电容动片
21、与上(或下)静片覆盖面积最大为止。X(mm)V(mV)退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下 X(mm)及V(mV)值。4、计算系统灵敏度 并作出 V-X 曲线。VSXX(mm)V(mV)5、断开测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。自动检测技术实验指导书23实验九 压电加速度传感器特性及应用实验性质：验证性实验实验目的：了解压电加速度传感器的原理、结构及应用。实验设备：低频振荡器、电压放大器、低通滤波器、涡流传感器、涡流变换器、单芯屏蔽线、加速度计、双线示波器。实验步骤：1、观察装于双平行梁上的压电加速度计的结构，它主要由压电陶瓷片及惯性质量块组成。2、将压
22、电加速度计的输出屏蔽线引到电压放大器的输入端，然后将电压放大器输出接到低通滤波器的输入端。3、接通激振器。4、开启电源，适当调节低频振荡器的幅度，不宜过大。5、用示波器的两个通道同时观察电压放大器与低通滤波器的输出波形。6、改变频率，观察输出波形的变化。7、用手轻击试验台，观察输出波形的变化。可见敲击时输出波形会产生“毛刺” ，试解释原因。8、关闭电源，按图 1 安装好电涡流传感器，将原接于电压放大器输出端的示波器通道接到涡流变换器的输出端。将低频振荡器的频率打到 520Hz 范围内。自动检测技术实验指导书24涡流变换器图1接电涡流变换器的地 端电涡流传感器图 9-1 涡流传感器安装示意图9、
23、开启电源，同时观察压电加速度计的输出和涡流传感器的输出，注意它们的相位关系。可见两者相位差约为 ，为什么？问题：为什么电压放大器与压电加速度计的接线必须用屏蔽线，否则会产生什么问题？注意：（1）双平行梁振动时应无碰撞现象，否则将严重影响输出波形。必要时可松开梁的固定端，小心调整一个位置。（2）低频振荡器的幅度应适当，避免失真。（3）屏蔽线的屏蔽层应接地。（4）由于压电式传感器制作困难，动态范围可能与电涡流式传感器不统一，可由其它传感器如电容式传感器来观察相位差。电容式传感器的输出波形不经过低通虽然不太光滑，但不影响观察效果。自动检测技术实验指导书25自动检测技术实验指导书26实验十 磁电式传感
24、器特性实验性质：验证性实验实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能。实验设备：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器。实验步骤：1、观察磁电式传感器的结构。2、将磁电式传感器接到差动放大器的两输入端，适当旋转增益旋钮。接通激振器，观察差动放大器的输出波形。3、安装调整好电涡流传感器，接好变换电路，用示波器同时观察磁电式和电涡流传感器的输出波形，注意其相位差。4、拆除所有接线，将 330Hz 的低频信号引入磁电式传感器，观察梁的变化。注意：差动放大器增益不要打得太大，以免超出其放大线性范围。自动检测技术实验指导书27实验十一 霍尔式传感器特性实验性质：验证性实验实验目的：了解霍尔式传感器的原理及特
25、性。实验设备：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电压表、直流稳压表、测微头。实验步骤：1、设定旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置 2V 档，直流稳压电源置 2V 档（注意：激励电压必须2V，否则霍尔片易损坏！） 。2、开启电源，按实验一的方法对差动放大器调零。3、W1、r 为直流平衡网络中的电桥单元，如图 1 所示。接好线路，差动增益适中。图 1V 2 V 2 VrW 1图 10-1 连接线路4、装好测微头。即将测微头与振动台面连在一起。自动检测技术实验指导书285、调整 W1 使电压表指示为零。6、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每 0.2mm 读一个数，从15.00mm 到 5.00mm 左右为止。将读数填入下表：X(mm)V(v)X(mm)V(v)作出 VX 曲线指出线性范围，求出灵敏度。可见，本实验测出的实际上是磁场的分布情况，它的线性越好，位移测量的线性度也越好，它们的变化越陡，位移测量的灵敏度也就越大。注意事项：（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。（3）激励电压不能增大，以免损坏霍尔片(4V 就有可能损坏霍尔片 )。
