《检测技术及仪器》实验指导书2012

∆y ∆uO ∆w （∆uO
输出电压变化量，∆w重量变化量） ；计算线性误差，δF = yFS × 100%（∆y为输 出值(多次测量时取平均值)与拟合直线的最大偏差；yFS满量程输出平均值） 。 5.2 全桥测量中， 当两组对边电阻值R相同时， 即R1 = R3、 R2 = R4。 若R1 ≠ R2
图 1.2
金属箔应变片 弹性体 支柱 限程螺丝 模板
应变式传感器安装示意图
将实验模板调节增益电位器RW3顺时针调节大致到中间位置，将±15V电源及 地从主控箱接入模板， 检查无误后， 合上主控箱电源开关， 进行差动放大器调零。 4.2 单臂电桥实验
将其中一个应变片R（ 接入电桥作为一个桥臂与R5、 R6、R7 l 模板左上方的Rl）
电源、±4V电源。
图 1.1
应变式传感器实验模板
4
实验步骤
托盘
图 1.2 是一应变转 换支架， 四个箔式电阻应 变片分别贴于弹性支架 上下两面， 并将箔式应变 片电阻引接在模板上的 左上方R1、R2、R3、R4， 其 阻 值 为 R1 = R2 = R3 = R4 = 350Ω，加热丝也接于模 板上，加热丝阻值为50Ω。 4.1 差动放大器调零
∆R ∆l l 为电阻丝
应变片接入电桥的邻边，受力后在邻边桥路的两个箔式应变片的电阻阻值，变化 大小相等、方向相反，使电桥输出的灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出 电压为： 1 UO2 = 2EKε 2.4 全桥由全部箔式电阻组成，将受力性质相同的两个应变片接入电桥对
边，不同的两个应变接入邻边，桥路的输出电压为： UO4 = EKε 其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 3 实验设备与器件 应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、砝码盘、电压数显表、±15V
∆uO ∆t （∆uO输出电压变
化量，∆t温度变化量） ；及其非线性误差。 5.2 如何根据测温范围和精度要求选用热电阻？
实验三
热电偶测温系统结构与特性实验
1
实验目的
了解热电偶测量温度的性能与应用范围，热电偶冷端温度补偿原理与方法。 2 基本原理
当两种不同的金属组成闭合回路，并分别置于 t 和 t0 端，且两处温度不同 t > t0，则形成回路电流，有热电势产生，这就是热电效应。温度高的接点就是工 作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。 热电偶冷端温度补偿法有：冰浴法，使冷端温度保持恒定（0℃补偿法） 、补 偿导线法、冷端温度修正法和电桥自动补偿法。 电桥法是在热电偶和测温仪表之间接入一直流电桥，称冷端温度补偿器，补 偿器在 0℃时达到平衡（亦有 20℃平衡的） 。当热电偶自由端温度升高时（>0℃） 热电偶回路电势 uab 下降，由于补偿器中，PN 结呈负温度系数，其正向压降随温 度升高而下降，促使 uab 上升，其值正好补偿热电偶因自由端温度升高而降低的 电势，达到补偿目的。
表 1.1 重量(g) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
4.3
半桥实验
保持差动放大器的放大倍数，根据图 1.4 接线。R1、R2为实验模板左上方的 箔式电阻（注意R1与R2受力状态是相反的） ，即电桥相邻边中两应变片电阻受力 相反（一片受拉、一片受压） 。接入±4V桥路电源，调节电桥调零电位器RWl进行 桥路调零，接下来同实验步骤 4.2。实验时，若无数值显示说明R1与R2为相同受 力状态应变片，应进行更换。
实验一
金属应变片信号的不平衡电桥变换电路特性实验
1
实验目的
了解金属箔式电阻应变片的应变效应，掌握单臂电桥、半桥、全桥工作原理 和性能。 2 2.1 基本原理 电阻应变效应：电阻丝受外力作用，产生机械形变，其电阻阻值也产
生变化，描述电阻应变效应的关系式为： ∆R R = Kε 式中： R 为电阻丝电阻的相对变化，K为电阻应变灵敏系数，ε = 长度相对变化。 金属箔式电阻应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它 可转换成被测部位受力状态变化，使用常规电阻和箔式电阻应变片，可组成单臂 电桥、半桥、全桥；通过电桥，完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反 映了相应的受力状态。 2.2 压为： 1 UO1 ≈ 4EKε 2.3 半桥是由两个常规电阻、两个箔式电阻应变片组成的，两个箔式电阻 单臂电桥是由三个常规电阻和一个箔式电阻应变片组成的，其输出电
于温度设定。 4.3 将Pt100铂电阻引线接入Rt端的 a、b 上。Pt100三根线中，其中两根线
为铂电阻的一端。 采用三线制的第一对称接法将Pt100接入电桥， 这样Rt、 R3和Rl、 RWl、R4并联组成单臂电桥，见图 2.2。
图 2.2
热电阻测温特性实验
4.4
在端点 a 与地之间加直流源 4V，合上主控箱电源开关，调 RW1 使 Vi
无误后，合上主控箱电源开关，进行差动放大器调零。
图 2.2
温度传感器实验模板
4.2
将 K 型热电偶插入到热源孔，将自由端按极性正确接至主控板上，用
于温度设定。注意：K 型热电偶与 E 型热电偶封装在同一个探头内，E 型热电偶 是实验用热电偶。
图 3.3
热电器输入端（图 3.3） ，首先不要将热电
接成直流电桥（R5、R6、R7在模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器RW1，从主 控箱上接入桥路电源上±4V，如图 1.3 所示。检查接线无误后，合上主控箱电源 开关。调节RW1，使输出电压在电压表显示为零。
图 1.3
应变式传感器单臂电桥实验接线图
首先读取初值，然后在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，逐次增加 砝码并读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。同样地，逐次减少砝码并读取 相应的数显表值，直到没有砝码。实验进行两次，记下实验结果填入表 1.1。
图 1.4
应变式传感器半桥实验接线图
实验进行两次，并将实验数据记入表 1.2。
表 1.2 重量(g) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
4.4
全桥实验
保持差动放大器的放大倍数，根据图 1.5 接线，实验方法同前。
图 4.3
压阻式压力传感器接线图
4.2
差动放大器调零
将实验模板调节增益电位器RW1顺时针调节大致到满度的 1/3 位置，将±15V 电源及地从主控箱接入模板，检查无误后，合上主控箱电源开关，进行差动放大 器调零。 4.3 逆时针旋转流量计的调气阀的旋钮，使流量计处于开通状态。合上主
图 1.5
应变式传感器全桥实验接线图
实验进行两次，并将实验结果填入表 1.3。
表 1.3 重量(g) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 加载电压(mV) 卸载电压(mV) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
5 5.1
思考题 根据表 1.1~1.3 分别计算单臂桥、 半桥、 全桥系统灵敏度， S=
器 4 端加补偿器电源+5V， 3 端接地， 使冷端补偿器工作， 读取数显表上数据 V2。 4.6 5 5.1 5.2 实验结束后将温度控制器温度设定为零，关闭电源开关。 思考题 作出温度与输出电势值的曲线图，计算非线性误差。 通过温度传感器的两个实验，你对热电阻、热电偶温度传感器的使用
范围有何认识？ 5.3 比较 V1、V2 二个数据，其差值代表什么含义？
利用导体电阻随温度变化的特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度 系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。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 + αt + βt2)， 其 中 R0 是 温 度 为 0 °C 时 的 电 阻 。 本 实 验 R0 = 100 Ω ， α = 3.9684×10−2 °C−1 ， β = −5.847×10−7 °C−2，铂电阻使用三引线，其中一端接二根引线，主要为消除引 线电阻对测量的影响。 3 需用器件与单元
时，是否可以组成全桥，请说明为什么？ 5.3 如果同时使用四只应变片构成半桥测量电路，应如何连接电桥？请画
出电桥，并分析这样构成的半桥与 4.3 中连接的半桥有什么不同？（从灵敏度、 非线性特性、电桥功耗等方面分析）
实验二
三线制金属热电阻信号变换电路特性实验
1
实验目的
了解热电阻的特性与应用。 2 基本原理
检测技术及仪器
实 验 指 导 书
北京化工大学 信息科学与技术学院 2012 年 4 月
目
录
实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 附录一 附录二 附录三 附录四
金属应变片信号的不平衡电桥变换电路特性实验 三线制金属热电阻信号变换电路特性实验 热电偶测温系统结构与特性实验 压阻式压力检测元件信号变换及量程调整实验 工业用两线制差压变送器的调校实验 自动精确液位测量系统（综合性） 实验台介绍 放大器调零方法 温度控制仪操作方法 热电阻与热电偶分度表
压力源，流量计（见主控箱） 、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实 验模板、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。
图 4.1
压力传感器实验模板
4 4.1
实验步骤 主控箱内有气源部分：空气压缩机、贮气箱（见图 4.2） ，主控箱外有
气体流量计。将三通连接管的硬管一端插入主控箱上的气源快速插座孔中（注意
偶探头插入热源孔，稳定后记录室温输出值。然后将热电偶探头插入热源孔，调 节温度至最近的 5℃整倍数温度。 4.4 调节 RW2 使放大器增益最小， 按 Δt = 5℃逐次设定温度， 待输出稳定后
记录输出值，并记入表 3.1。
表 3.1 t(℃) uO(mV) 室温 热电偶热电势与温度值