实验一 传感器综合实验

实验一 传感器综合实验Ⅰ

（一）． 霍尔传感器的直流激励特性实验

一、实验目的： 了解霍尔传感器的直流激励特性。 二、实验内容：

给霍尔传感器通以直流电源，经差动放大器放大，当测微头随振动台上、下移动时，就有霍尔电势输出，从而可以测出霍尔传感器在直流激励下的输出特性。

三、实验原理：

由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔元件（霍尔片）通过底座连接在振动台上。当霍尔片通以恒定电流时，将输出霍尔电势。改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，霍尔电势V值大小与其在磁场中的位移量X有关。 四、实验要求

1、按图4接线，插接线插接要牢靠。

2、直流激励电压为±2V，不能任意加大，否则将损坏霍尔片。 五、实验装置：

1．传感器系统实验仪 CSY型 2．通用示波器 COS5020B 3．系统微机 4．消耗材料

霍尔片(专用)

插接线(专用)

1个 10根 1台 1台 1台

图1 霍尔传感器实验接线图

六、实验步骤：

1．按图4接线，使霍尔片位于梯度磁场中间位置，差放调零。

2．上、下移动振动台并调节差放增益与电桥WD电位器，使得电压表双向指示基本对称且趋近最大。

3．将测微头与振动台吸合，并调节霍尔片使之处于梯度磁场的中间位置。 4．用测微头驱动霍尔片输入位移量X, 每次变化0.5mm，量程为：-3mm ? +3mm，读取相应的输出电压值，填入表4中。 七、实验数据及处理：

1．整理实验数据，作出V-X曲线,求出灵敏度及线性区 2．给出位移测量系统的适宜量程

表4 实验数据

X(mm) -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 V(v) 3.80 3.60 3.26 2.77 2.14 1.32 0 -1.18 -2.38

1.5 -3.59 2 2.5 3 -4.89 -6.10 -7.19

1．整理实验数据，作出V-X曲线,求出灵敏度及线性区 V=-1.95231X+0.64923 ,灵敏度为1.95v/mm 如图。线性区为（-2，2） 2．给出位移测量系统的适宜量程 事宜量程为（-2，2），单位为mm

1

（二）．电涡流传感器的静态特性实验

一、实验目的：本实验旨在说明电涡流传感器在静态测量中的应用。 二、实验内容：

电涡流式传感器由一平面线圈与安装在与其平行的工作平台上之被测金属片组成。当线圈中通以交变电流后，被测金属片上产生电涡流，涡流大小不同，线圈阻抗Z被影响的程度也不同；阻抗变化经涡流变换成电压输出e，当金属板的电阻率、导磁率、厚度、温度等参数固定时，输出电压值是线圈到金属板表面的垂直距离X的单值函数，其关系曲线如图5所示。

图2 电涡流式传感器的输出电压与位移关系曲线

三、实验要求：

1．依照图6接线，插接线插接牢固； 2．调整传感器使其起始位置处于线性段位置； 3．传感器探头对准金属测片。 四、实验装置：

1．传感器系统实验仪 CSY型 2．通用示波器 COS5020B 3．系统微机

2

1台 1台 1台

4．消耗材料

插接线(专用) 五、实验步骤：

1．按图6接线，差放输出接电压表20V档。

10根

图3 电涡流式传感器实验接线图

2．妥善安装传感器，使探头对准圆形被测导体金属片

3．调整传感器的安装位置，使之与被测金属片之间处于最佳初始工作点。 4．利用电桥单元上的WD，对系统输出电压调零。构成W-V电子称重系统。 5．在工作台的适宜位置上逐一加装砝码，记下相应的重量W(g)和电压V(v)值填入表6中（最终砝码个数以W-V曲线明显超出线性区为准）

6．取下砝码，放上一未知重量物体，记录输出电压以便在实验数据处理时获得此物体的大致重量。

表6 实验数据

W(g) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 V（v） 0 0.17 0.33 0.49 0.66 0.82 0.99 1.16 1.32 1.48

W(g) 100 110 120 130 140 150 V（v） 1.65 1.78 1.94 2.10 2.25 2.41

未知物体的系统输出：2.33V; 未知物体的重量：154.96g

3

六、实验数据及处理：

1．根据实验数据作出V-W曲线，计算出相应的系统灵敏度 答:V-W图

V=0.0160X+0.0207 ,灵敏度为0.0160v/g

2．分别给出位移测量系统与称重系统的适宜量程 答：如图，称重系统的适宜量程(0,110) 3．根据标定曲线计算出未知重量的重物的重量

答：未知物体的电压为2.5V，W=（2.5-0.0207）/0.016=154.96g,则其重量大约为154.96g

4

实验二、传感器综合实验Ⅱ

（一）光纤传感器在位移测量中的应用

一、实验目的：了解光纤传感器在位移测量中的应用。 二、实验内容：

光纤传感器是利用光纤对光的传播作用，即由光纤信息传输回路与光检测元件组成测量系统的CSY系列传感器系统综合实验仪，该仪器光纤采用Y型结构，如图14所示。

图14 光纤位移传感器工作原理 图15 光纤位移传感器X-V关系曲线 通过光源光纤的传输，光射到被测物体时，由于入射光的散射作用被反射体反射进入接收光纤的光强减弱了，输出的光强与反射体(即被测物体)与光纤探头的距离ΔX有关，光电转换器将接收到的光能转换为电压信号在一定范围内，其输出电压与位移是线性关系，曲线如图15所示（ΔX<2时）。

这种传感器已被用于非接触式微小位移量和表面粗糙度测量等方面。 三、实验要求：

1．光纤传感器接线要牢靠。 2．光纤勿折成锐角曲折。

3．光纤不可互换，光纤传感器与综合试验仪相互对号配合使用。 四、实验装置： 同实验一 五、实验步骤：

1．将光纤探头转向置于测速电机转盘的上方，并调整探头高度使探头距转盘

顶面2～3mm，光纤探头以对准转盘边缘内侧3～5mm处为宜。

2．光纤探头接光电变换器，输出Fo端接电压\\频率表2KHZ档。开启电机开

5

关，使转盘旋转起来。

3．在转盘的有效转速范围内选用高，中，低三种不同的转速，用频率表读出

光电变换器的输出频率f。

六、实验数据及处理：

1．依据光电变换器的输出频率f计算转盘转速 (转/分)

频率（Hz） 转速（转/分） 20 840 50 1200 74 2250 6

实验三 热电偶的校验

一、实验目的：

1．熟悉热电偶的原理、结构，掌握工业用热电偶的检定方法，并能对检定结果进行误差分析。

2．学会使用UJ-36型电位差计，了解电位差计的基本原理，能正确使用。 二、实验内容：

常用的热电偶检定方法是比较法，所谓比较法是将被校热电偶与比它高一级的标准热电偶直接比较进行分度的方法，此法—次可同时分度几支热电偶。其具体方法是：把被检定的热电偶和标准热电偶的测量端捆扎在一起，放在管式电路中高温恒温区内，为保证温度场的均匀，可先将热电偶的测量端放入有孔镍块的孔中，然后再一起放入管式电炉内。进行分度的温度点—般选在整百度点。在比较法中常用双极法、同名极法和微差法。 (一)双极法：

将标准热电偶和被校热电偶捆扎或分别放入镍块孔中置于管式电炉瓷管的中心部位，用低阻电位差计分别测出标准热电偶和被校热电偶在恒温下各分度点的热电势，然后进行计算，求出分度偏差，再求出修正值。 偏差公式：?t?t'?t 式中：

t'——被校热电偶在某分度点的热电势(参考端为0度)读数的算术平均值从 分度表中查得的相应温度，t——标准热电偶在同一分度点的热电势(参考端为0度)读数的算术平均值经修正后(对分度表修正)从分度表中查得的相应温度。

?t--温度偏差值

修正值=-?t

［例：］在1000℃温度点上，被校K型热电偶的热电势为40．595mv，它的冷端温度为20℃，采用二等标准铂铑—铂热电偶测得的电势为9．587mv，它的冷端温度为0℃，标准热电偶在1000℃时对分度表上的修正值?e修＝－0.023mv，求被检K型热电偶在1000℃时的偏差值和修正值。 (1)标准热电偶修正后的热电势及对应温度：

7

E=E偶+?e修=9.587+(-0.023)=9.564

从S型分度表中查得9.564mv相当于998℃；从K型分度表上查得E(20，0)=0.798mv,故被校型热电偶当参考端为0℃时的热电势为： E(1000，0)=E(1000，20)+E(20,0)=40.595+0.798=41.393mv

再从K型表中查得41.393mv相当于t'＝1003℃，于是该分度点的偏差为：

?t?t'?t?1003?998?5℃

而修正值为??t??5℃。

当被校热电偶与标准热电偶型号相同，且参考端温度相同时(为零度或被校 正到零度)，可将被检热电偶与标准热电偶的热电势相减，即为分度偏差值。

?e?E被－E标

式中?e-分度偏差(热电势值)；E被—被校热电偶在某分度点的热电势 (参考端为0度)读数的算术平均值；E标—标准热电偶同—分度点的热电势(参考 端为0度)读数的算术平均值。对于各类型标准热电偶的热电势值考虑到它们的传递误差，应对于各自的标准分度表加以修正。 (二)同名极法(单极法)(略)

(三)微差法：(略) 三、实验要求

1．参考端恒温器内温度为(0±0.1)℃。

2．管式电炉长度为600mm，加热管内径约为Φ40mm。 3．为保证管式炉温场符合检定要求，炉中心置一镍块。 4．具有高质量热电偶测量端焊接设备。 四、实验装置

管式电炉 电位差计（UJ36）

1台 1台

1支 1支

标准热电偶 (K型代用)

被校热电偶 K型 消耗材料

8

水瓶 电池 1号 基层电池 9V

1个 8节

2节

医用胶布 黑胶布 五、实验步骤：

实验采用三级标准NiCr—NiSi热电偶热电偶检定未知NiCr—NiAl热电偶，检定方法可用双极法。以下仅以双极法为例说明检定步骤：

(1)把装好绝缘瓷管的标准及被校热电偶热端插入镍块的孔中，然后一起放入管式电炉炉膛中心处，用石棉绳将炉口封闭。

(2)把热电偶与铜导线连接好，套上保护塑料管置于装有变压器油的试管中，将试管放入冰点恒温器内。

(3)如图将电源及UJ—36直流电位差计接好，控温仪开关置于关闭位置，电流调整旋钮逆时针旋到头（部分控温仪没有此旋钮，不用管它），检查电路连接是否正确，并请老师检查后接通电源，调整控温仪设定值为校验点温度，慢慢调动电流调整旋钮，开始时电流可以适当加大，炉温接近设定值时可适当减小电流有利于缩短稳定时间，使炉温升至检定温度保温。

(4)炉温达到检定温度时，应保持炉温恒定(在5分钟内温度波动变化不大于1～2℃,观察标准热电偶的毫伏值)。

(5)测定标准热电偶的热电势和被检热电偶的热电势，测量的顺序为：标-被-被-标，测量两个循环，最后取算术平均值作为标准或被检热电偶在该点的热电 势值。

(6)检定K型热电偶使用400℃；600℃；800℃三个温度点进行检定。依据为 JJG351-96，见表8：

表8

热电偶名称 镍铬—镍硅 热电极直径(mm） 检定点温度℃ 0．8 400 600 700 0．5· 0．8 1．0 400 600 800 1．2 1．5 2．0 2．5 400 600 800 1000 9

? ? ? 3．2 ? ? ? 400 600 800 1000(1200) ? ? ?

图16 实验接线图

六、实验数据处理：

1．实验数据按照标-被-被-标顺序采取，每一校验点读数不少于2次，测量时读数应迅速准确，时间间隔应相近，测量时管式炉温度变化不大于±0.25℃。

400℃ 600℃ 800℃ 标准/V 16.288 24.718 33.088 被测/V 16.294 24.740 32.968 被测/V 16.292 24.714 33.052 标准/V 16.287 24.708 32.960 要求：对K型(Φ0.5mm)热电偶而言，检验点为三个，分别为400℃；600℃;800℃依据JJG351—96。

2．对实验结果进行数据处理，计算被检热电偶的误差值、修正值，最后确定被检热电偶是否合格。

(1)在400℃检定点上，标准热电偶在400℃时对分度表上修正?e修＝0.027mv，则标准K型热电偶修正后的热电势及对应温度： E标=E偶+

?e修(16.288?16.287)=?0.027?16.31 mV

2从K型分度表中查得16.31mv相当于498℃，则t=498℃

被校K型热电偶测得的热电势及对应温度：

10

E被=?16.294?16.292?/2?16.293 mV

从K型分度表中查得16.293mv相当于497.5℃，则t=497.5℃。 于是该分度点的偏差为： ?t?t'?t?497.5?497??0.5℃

而修正值为??t?0.5℃

'(2)在600℃检定点上，标准热电偶在600℃时对分度表上修正值

?e修＝0.015mv，则标准K型热电偶修正后的热电势及对应温度：

E标=E偶+

?e修(24.718?24.708.)=?0.015?24.728 mV

2从K型分度表中查得24.728mv相当于596℃，则t=596℃

被校K型热电偶测得的热电势及对应温度： E被=?24.740?24.714?/2?24.727 mV

从K型分度表中查得24.727mv相当于606℃，则t=595.5℃。 于是该分度点的偏差为： ?t?t'?t?595.5?596??0.5℃ 而修正值为?'?t?0.5℃

(3) 在800℃检定点上，标准热电偶在800℃时对分度表上修正值

?e修＝0.015mv，则标准K型热电偶修正后的热电势及对应温度：

E标=E偶+

?e修(33.088?32.960)=?0.015?33.039 mV

2从K型分度表中查得33.039mv相当于795.5℃，则t=795.5℃。

被校K型热电偶测得的热电势及对应温度： E被=?33.038?32.952?/2?32.995 mV

从K型分度表中查得32.995mv相当于794℃，则t=794℃。 于是该分度点的偏差为： ?t?t'?t?794?795.5??1.5℃

而修正值为??t?1.5℃ 此热电偶合格

附：对于K型热电偶的热电动势(在规定的温度范围内，参考温度为0℃时)允许误差，以温度数值表示时应符合表9的规定：

' 11

表9

热电偶名称 分度号 等 级 Ⅰ 镍铬·镍硅(铝) K Ⅱ

标准热电偶的修正值（?E修） 毫伏

1＃ 2＃ 3＃ 4＃ 5＃ 6＃ 7＃

3．试分析造成热电偶检定误差的原因及消除方法。

答：造成热电偶检定误差的原因可能有： （1）、炉温不够恒定，变动太大导致测量值不同，消除方法为炉温达到检定温度时，应确保炉温恒定才进行检定(在5分钟内温度波动变化不大于1～2℃,观察标准热电偶的毫伏值)。 （2）、冷端温度不为零度。消除方法为检定前要确保冰点恒温器内存在冰水混合物，这样可确保冷端温度为零度。 （3）、直流电位差计忘记调零。消除方法为使用电位差计前先进行调零。

4．提出本实验存在的问题及改进意见。

答：可以通过增加检定点数目来提高热电偶校验准确性。

400 0.077 500 0.069 600 0.065 700 0.046 800 0.023 900 0.031 0.022 1000 0.029 0.025 —40～1300 测量温度范围(℃) —40～1100 允 差 ±1．5℃或±0.4％t ±2.5℃或±0.75％t -0.053 -0.054 -0.055 -0.020 0.015 -0.063 -0.052 -0.045 -0.044 -0.045 -0.037 -0.033 0.027 0.026 0.015 0.020 0.015 0.012 0.010 -0.053 -0.034 -0.015 -0.060 -0.055 -0.065 -0.044 0.037 0.017 0.036 0.021 0.035 0.025 0.010 0.015 -0.035 -0.041 -0.049 -0.005 -0.017 -0.024 12

七、思考题

1．Ⅱ等级标准热电偶的传递误差是多少?

答：热电偶的基本工作原理是：两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路，当接合点的温度不同时，回路中就会发生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势，热电偶就是利用这种原理进行温度丈量的。

2．热电偶输出毫伏数的大小与热电偶自身的性质(长短、粗细、材质、线上材质的均匀程度)的关系如何?

答：当热电偶的材质均匀时，其输出与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材质和两端温差有关。热电偶的输出与其材质有直接关系。热电偶的输出亦与其材质均匀程度有关，若材质不均匀，则在温场下会产生局部热电势，影响其输出。

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实验四 数字温度指示仪的校验

一、实验目的

随着微电子技术的发展，国产XMZ/T系列数字显示/调节仪表日趋完善，它己在自动化测量及控制领域占有重要地位，日渐取代了传统的XCZ/T系列动圈式显示/调节仪表。数字表可以方便地与国内外各型一次仪表、传感器、变送器配套，不仅可以实现电动、气动工业自动化系统的测量及控制。而且可以借助仪表输出的标准信号直接实现计算机管理。 本实验依据JJG617—89数字温度指示仪计量检定规定，并结合实验教学的实际情况，要求同学亲自实施国产XMZ/T系列数字显示/调节仪表的基本技术参数校验。 二、实验内容

仪表的校验过程原则上依据“中华人民共和国国家计量检定规定JJG617—89”， 同时考虑到现有设备条件及学时等情况， 共实施以下6项检定：

1．超范围(超出量程的10％)时有无过载符号指示

2．外观检查(目测和耳听)

仪表外形结构完好，仪表名称、型号、规格、测量范围、制造厂家、出厂编号、制造年月等均应有明确的标记。仪表倾斜时内部不应有零件松动的响声

3．通电检查 ①显示能力检查：

接通电源后，按下列程序改变输入信号。观察每位数字的变化：

O O O O——O O ×× O O××——O O ×× O O××——O O ×× O×××——O O ×× O×××——××××

仪表应无叠字，亮度均匀，没有不亮、缺笔现象。 ②符号检查

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输入零以下相应的电信号，仪表应出现“-”的极性符号，输入超出上限信号，

超载红灯亮。

③调整上、下限温度值

本仪表上下限为0—1100℃。通过分档开关和相应电位器调整之。

4．基本误差的检定

本实验采用直流毫伏发生器模拟热电偶，在标准数字电压表的监测下向被检仪表提供标准热电势输入。 由于XMT—121内置冷端温度自动补偿电路，因此必须按图17接线以满足其工作条件并避免引入误差。

图17 具有冷端温度自动补偿的仪表校验原理图

限于教学实验条件，本实验改用UJ36a直流电位差计替代直流毫伏发生器与标准数字电压表。

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[检定方法1] 寻找转换点法：

用增大(上行程)和减小(下行程)输入电势的方法，找出被检仪表在被检温度点前后发生显示转换时的两个输入电势值， 并按照热电偶E-T关系求出两个输入电势各自对应的标称温度（转换点）。上行程与下行程各测量一次，取被检温度点与4个转换点之差绝对值最大者作为该检点的基本误差。

图18所示为100℃和400℃两个转换点的寻找过程。

图18 100℃ 和400℃ 的检定图示

增大(或减小)输入量时，当指示值接近被检点时应缓慢改变输入量，直至找

''到A1A2A1'A2四个转换点为止。A1A2A1'A2均应换算成温度值。

图18中 被检点为100℃时的基本误差

100－99.1＝0.9℃

被检点400℃时的基本误差为

400－400.8＝－0.8℃

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[检定方法2] 输入被检点标称电量法：

根据JJG617—89中附录2规定，XMT—121可采用以下方法检定：

以增加(或减小)的方向，分别向仪表输入被检点温度所对应的标称电势值，并读取仪表的相应显示值，以该显示值与被检点温度之差的绝对值最大者作为被检点的基本误差。用同样的方法重复两次，取两次中的基本误差最大者作为仪表在该被检温度的基本误差。

5．稳定度检验

①指示值的波动(波动量)

仪表经预热后，输入信号，使仪表显示值稳定在量程的80％处，在10分钟内显示不允许有间隔单位计数顺序的跳动，读取波动范围?t，以波动量。

②短时间零点漂移

仪表预热后输入0℃所对应的电量值，读取此值为to，以后每隔10分钟测量一次(测量值ti为10分钟之内五次仪表读数的平均值)，历时1小时，取ti与to之差绝对值最大的值作为该仪表短时间零点漂移量。(因时间关系，只做20分钟)。

③连续运行

给仪表一个量程80％的信号，连续运行24小时后，其基本误差和分辨力(在仪表量程的20％和80％附近)仍能符合要求。(此项检定内容因课时原因仅由指导教师介绍)。

6．分辨力的检定

分辨力与基本误差的检定同时进行。按照寻找转换点法，上行程时转换点

?t作为该仪表的2A1A2点对应的输入电势值之差△A即为该检验点的上行程的分辨力(mV)。下行程

'时转换点A1'与A2点对应的输入电势值之差△A’即为该检验点的下行程的分辨力

(mV)。将各被检温度点的分辨力换算成相应温度值后，其中最大者与被检仪表的标称分辨力之差即为该仪表的分辨力误差。

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三、实验要求

1．标准仪表需预热15分钟以上 2．检定点一般不应少于五点

3．被检仪表的预热一般不应少于30分钟

4．当室温偏离20℃时，标准电池应进行修正（见附录），标准电池不得倒置，更不允许短路。

5．冰筒应测温，偏离0℃时应予以修正。

6．检定标准设备的误差应小于被检仪表允许误差的1／5，对于0.1级的被检仪表应小于其允许误差的1／3。 7．环境温度应为20±5℃ 8．相对湿度应为45％～75％。

9．操作UJ31时，调整微读数盘应缓慢、连续、不得使用空挡位置。 10．

四、实验装置

1、低阻电位差计 UJ36 0.1级

1台 1个 1台

仪表需接通220V电源，接线要牢靠，不要短路，注意用电安全。

2、冰瓶 3、数字温度指示仪0.5级 XMT-121 4．K型热电偶正，负热极（替代补偿导线）

五、实验步骤

按照实验内容1-6项分别顺序进行。

各1根

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六、实验数据处理 1、基本误差的计算

具有参考端自动补偿的仪表，按下式计算：

?A?Ad?(As?e) (1)

?i??A (2) ?A()ti?t 输入被检点电量法检定时：

?i?td?[ts?e] (3) ?A()t20?t 式中：

?A—用电量值表示的基本误差(mV) ?i—换算成温度值的基本误差(℃) Ad—被检点温度对应的标称电量值(mV) As—检定时标淮仪器的示值(mV) (?A)ti—被检点的电量值—温度变化率(mv／℃) ?t e—补偿导线修正值(本实验中此值为零)

e—补偿导线修正值所对应的修正温度(℃) ?A()?tt20 td—仪表指示的温度值(℃)

ts—标准仪器输入的电量值所对应的被检温度值(℃)

2、分辨力的计算

?A?|A1?A2| (4)

'?A'?|A1'?A2| (5)

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?t??A (6) ?A()ti?t?A'?t? (7)

?A()ti?t' 式中：

?A—上行程的分辨力(mV) ?A'—下行程的分辨力(mV)

?t—换算成温度值的上行程的分辨力(℃) ?t'—换算成温度值的下行程的分辨力(℃)

' A1A2A1'A2—分别表示转换点在标准仪器上读得的各点电量值(mV)

3、换算和数据化整

电量值换算成温度值按公式(3)计算，?A的数据只能保留一位不可靠数字，

?i按四舍五入的原则化整到末位数与分辨力相一致，?t、?t'应四舍五入的原则

化整到比分辨力精确一位。判断仪表是否超过允许基本误差时应以化整后的数据为准。

七、实验报告要求

依据检定顺序分别做出实验报告，数据填入附录3和附录4，认真填写，并计算出被检仪表的基本误差和分辨力误差。根据计算结果判定仪表是否合格。

20

八．实验参考资料与数据纪录标准格式

附表4-1

饱和标准电池在各个温度下的电动势实际值Et与20℃电动势值E20的差值?Et

?Et?Et?E20 （微伏）

温度℃ －10 0 10 20 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 334 314 39 －429 －1040 10 346 297 0 －484 －1108 69 116 158 196 229 258 283 346 354 359 361 360 357 351 297 277 255 231 204 175 144 0 －41 －84 －128 －174 －222 －271 －484 －541 －599 －658 －719 －781 －844 304 321 341 329 111 76 －322 －375 －908 －974 标准电池在t℃的电动势Et为：

Et?E20??Et

附表4-2

K型热电偶热电动势允许误差表

(K型) (mv) 测量端温度 热电动势标(℃) 准值 100 4.096 200 8.138 300 12.209 400 16.397 500 20.644 600 24.905 700 29.129 800 33.275 900 37.326 1000 41.276 1100 45.119 1200 48.838 1300 52.410 I 级 II 级 允许误差 热电动势范围 允许误差 热电动势范围 ±0.062 4.034～4.158 ±0.103 3.993～4.199 ±0.060 8.078～8.198 ±0.100 8.038～8.238 ±0.062 12.147～12.271 ±0.104 12.105～12.313 ±0.068 16.329～16.465 ±0.127 16.270～16.524 ±0.085 20.559～20.729 ±0.160 20.484～20.804 ±0.102 24.803～25.007 ±0.191 24.714～25.096 ±0.117 29.012～29.246 ±0.220 28.909～29.349 ±0.131 33.144～33.406 ±0.246 33.029～33.521 ±0.144 37.182～37.470 ±0.270 37.056～37.596 ±0.156 41.120～41.432 ±0.292 40.984～41.568 ±0.167 44.952～45.286 ±0.312 44.807～45.431 ±0.328 48.510～49.166 ±0.340 52.070～52.750 21

附表4-3

S、K、N、E、J型热电偶整百度点微分热电动势表

μV/℃ 热电动势 分 度 温度（℃） 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 分 度 号 K 40.00 41.37 39.97 41.45 42.24 42.63 42.51 41.90 41.00 40.00 38.98 37.85 36.49 34.93 N - 29.64 32.99 35.42 37.13 38.27 38.96 39.26 39.26 39.04 38.61 37.98 37.19 36.01 E 60.50 67.52 74.03 77.91 80.06 80.93 80.66 79.65 78.43 76.83 75.16 J 51.50 54.36 55.51 55.35 55.15 55.99 58.49 62.15 64.63 62.44 59.26 57.84 57.24 S 6.00 7.34 8.46 9.13 9.57 9.90 10.21 10.53 10.87 11.21 11.54 11.84 12.03 12.13 22

数字温度指示仪检定记录格式(寻找转换点法)：

检验员 李曙丹 型号 XMT-121 分度号 K 测量范围 0-1100度 准确度等级 0.5 分辨力 1度 制造厂 北京宏瑞德电子仪器厂 出厂编号 200009024

检定用标准设备 UJ36a型直流电位差计 室温 14.5度 相对湿度 24% Ⅰ Ⅱ 仪表对应电显示误 差 输入标准量值 转换输入标准值 分辨力(mV) 分辨力(mV) 值 值 点 MV mV mV mV ''A1?A2 A1'?A2A1?A2 A1'?A2℃ (℃) (℃) (℃) Ω Ω Ω Ω 100 4.096 A1 3.885 0.057 0.028 0.211 A2 3.942 3.858 3.886 12.063 11.985 12.043 20.424 20.339 20.395 28.768 28.717 28.739 37.021 36.926 36.954 44.712 44.662 44.682 0.154 0.238 0.21 0.188 0.146 0.224 0.166 0.273 0.22 0.305 0.243 0.388 0.361 0.412 0.39 0.358 0.305 0.4 0.372 0.442 0.407 0.457 0.437 A1' ' A2300 12.209 A1 A2 12.021 0.147 0.058 A1' ' A2500 20.644 A1 A2 20.391 0.033 0.056 A1' ' A2700 29.129 A1 A2 28.741 0.027 0.022 A1' ' A2900 37.326 A1 A2 36.968 0.053 0.028 A1' ' A21100 45.119 A1 A2 44.677 0.035 0.020 A1' ' A2A1 A2 A1' ' A2外观 合格 通电检查 合格 允许基本误差 0.5 实际最大误差 0.457

显示值的波动量 0.5度 最大分辨力误差 1度

23

数据处理

（一）100℃：

基本误差：?A = 4.096－3.858 = 0.238 mV,

?A??A????t??ti = 0.238 = 5.75 ℃ ?i =

0.0414分辨力：?A =

A1?A2 = 0.057mV ； ?A =

'A'1?A'2 = 0.028 mV

?A??A????t??ti = 0.057 =1.38 ℃ （上行程） ?t =

0.0414?A'??A???'?t?ti = 0.028 =0.68 ℃ （下行程）

?t = ?0.04137（二）300℃：

基本误差：?A = 12.209－11.985 =0.224 mV,

?A??A????t??ti = 0.303 = 7.31℃ ?i =

0.04145分辨力：?A =

A1?A2 = 0.042 mV ； ?A =

'A'1?A'2 = 0.038 mV

?A??A????t?ti = 0.042 = 1.01℃ （上行程） ?t = ?0.04145?A'??A???'?t?ti = 0.038 = 0.92℃ （下行程）

?t = ?0.04145（三）500℃： 基本误差：?A = 20.644－20.339 = 0.305 mV,

?i = 分辨力：?A =

?A??A????t??ti =

0.305 =7.21 ℃

0.0426'A1?A2 = 0.147 mV ； ?A =

24

A'1?A'2 = 0.058 mV

?A??A????t?ti = 0.147 =3.52 ℃ （上行程） ?t = ?0.0426?A'??A???'?t?ti = 0.058 =1.43 ℃ （下行程）

?t = ?0.0426（四）700℃：

基本误差：?A = 29.129－28.717 = 0.412 mV,

?A??A????t?ti = 0.412 = 9.8℃ ?i = ?0.0419分辨力：?A =

A1?A2 =0.027 mV ； ?A =

'A'1?A'2 = 0.022 mV

?A??A????t?ti = 0.027 = 0.64 ℃ （上行程） ?t = ?0.0419?A'??A???'?t?ti = 0.022 =0.53 ℃ （下行程）

?t = ?0.0419（五）900℃：

基本误差：?A = 37.326－36.926 = 0.4 mV,

?A??A????t?ti = 0.4 = 10 ℃

?i = ?0.0400分辨力：?A =

A1?A2 = 0.053 mV ； ?A =

'A'1?A'2 = 0.028 mV

?A??A????t??ti = 0.053 = 1.33℃ （上行程） ?t =

0.0400?A'??A???'?t?ti = 0.028 = 0.70℃ （下行程）

?t = ?0.0400

25

（六）1100℃：

基本误差：?A = 45.119－44.662= 0.457 mV,

?A??A????t??ti = 0.457 = 12.06℃ ?i =

0.0379 分辨力： ?A =

A1?A2 = 0.035 mV ； ?A =

'A'1?A'2 = 0.02 mV

?A??A????t??ti = 0.02 = 0.53℃ （上行程） ?t =

0.0379?A'??A???'?t?ti = 0.040 = 1.06℃ （下行程）

?t = ?0.03785所以，此仪器为不合格仪器。

数字温度指示仪检定记录格式(输入被检点标称电量值法)：

检验员 李曙丹 型号 XMT-121 分度号 K 测量范围 0-1100度 准确度等级 0.5 分辨力 1度 制造厂 北京宏瑞德电子仪器厂 出厂编号 200009024

检定用标准设备 UJ36a型直流电位差计 室温 16.5度 相对湿度 54% 被检点温度 ℃ 200 400 600 800 1000 相对应的标准器读数 MV Ω 行程 上 下 上 下 上 下 上 下 上 下 上 Ⅰ 显示值 ℃ 205 205 405 405 608 608 808 808 1010 1010 Ⅱ 显示值 ℃ 205 205 405 405 608 608 808 808 1010 1010 误差 0.025 0.0125 0.0133 0.01 0.01 外观 合格 通电检查 合格 允许基本误差 5.5 实际最大误差 显示值的波动量 0.5度 最大分辨力误差 3.52

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实验五 压力表检验

Experiment5: The rectifieation a pressure gauge

实验学时：8 实验类型：验证型 前修课程名称：材料工程测试技术 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的

了解常用压力表的校验方法： 二、实验内容：

YU型活塞式压力计主要用于校验精度等级低于0.25级的压力表，压力表使用温度在l0～30℃，相对湿度不大于80％的使用环境。压力计是应用静压平衡原理的计量仪器，是依靠活塞上的专用砝码重量(G’)作用在活塞面积(S)上所产生的压力(P)与液压容器内所产生的压力相平衡来确定被校验仪表的压力大小，即P＝G／S。实验用压力计及组成如图19所示，YU-6型压力计的测量范围是0.04～0.6MPa，活塞名义面积为lcm2。

图19 YU型压力计结构尺寸图

27

三、实验要求：

1、压力计要求处于水平位置。 2、要求压力计油液充满，油路畅通。

3、开/闭压力计上各阀门、装卸砝码、加压/减压等动作必须轻柔。 四、实验装置：

活塞式压力计 YU—6 消耗性器材：

变压器油 纸巾

五、实验步骤：

1．调节螺钉(11)，校准水平，使水泡(12)位于中心位置。 2．打开油阀(3)，左旋手轮(10)，使压力泵(13)的油缸充满油液。 3．关闭油杯油阀(3)，打开针阀(2)(15)，右旋手轮(10)，产生初压，使承重

底盘(7)升起，直到与定位指示筒的墨线刻度相齐为准。

4．增加砝码产生检验压力、并调整压力泵手轮保持承重底盘维持在墨线位置

不变化，操作时，使承重底盘以逆时针缓慢旋转（转速0.5?2转/秒之间） 6．每加一个砝码记下一个读数，将结果填入表11中。

7．降压，左旋轮，逐步取下砝码，每取下一个砝码记录一个压力值。以上升

压和降压各做三次求平均值。

8．打开油杯油阀(3)，右旋手轮，使压力泵(13)油缸内的油液回流油杯后关

闭油杯油阀(3)，切勿用力过猛。

六、实验数据及处理：

表11 实验记录

序号 起始位置 1 2 3 4 5 6

1台

作用压力 (MPa) 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 升程显示(MPa) 降程显示(MPa) 0.0386 0.0490 0.0591 0.0690 0.0789 0.0890 0.0986 28

平均值 0.0385 0.04875 0.05885 0.0686 0.0787 0.0887 0.0992 0.0384 0.0485 0.0586 0.0682 0.0785 0.0884 0.0998

1．根据实验数据取得被校验压力表在0.04?0.1MPa范围内的最大绝对误差。

答：?Pmax?0.07?0.0682?1.8?10?3MPa 2．计算被校验压力表的最大满度相对误差 答：??九、思考题：

1．影响压力表精度的因素有哪些?

答：温度，液体可能热胀冷缩。仪器的密封性，漏油会引起试验误差。人为

操作，是否满足水平放置，读数偏差。 2．为什么砝码要求专用。

答：因为每个压力表所用弹性元件的模量是有微小差别的，在制造时都是以各自配对的砝码来校准的，所以在使用时也只有用配套的砝码才能保证其精度和准确性，若混用则会产生相对较大的误差。

?Pmax?100%?1.8% Pm 29

实验六、炉温控制实验

Experiment6

The experimentation furnace temperature control system

实验学时：14 实验类型：设计型 前修课程名称：材料工程测试技术 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的：

在实际生产中，对炉温加以控制是时常遇到的事情，对象滞后程度不同，负荷变化的大小以及炉温高低，给我们提供了选择控温仪表的根据。通过本实验了解不同仪表的控温系统整体校验的方法。着重了解PID调节系统的特性。学生通过自行试验设计，并自行实施，—方面可提高学生学习的积极性，动手能力增强，更重要的是对所学的知识得以巩固和提高。 二、实验设计内容：

1．自行设计系统控温准确度； 2．选用控温仪表和检测仪表； 3．选择热电偶； 4．设计接线图；

5．设计校验点及个数(一般不少于三点)； 6．设计实验步骤；

7．选择冷端模式。 三、实验要求：

1．对象滞后很大且负荷变化也很大； 2．控制质量要求较高控温应达到；

3．温度在1000℃以下。 四、实验装置：

管式电炉

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1台

电位差计 UJ36（或UJ31） 光点检流计 ACl5／4 万用表 W47 热电偶 K型 消耗材料

1台 1台 1台 若干

冰瓶 导线

剥线钳、电笔、改锥 五、实验步骤：自行设计 1、温度为400度

1个

2、用PID法测炉温，从350度时，每隔5秒记录一次炉温，直至炉温稳定到2分钟内，炉温变化为?5oC时，停止记录。将数据输入电脑中，画图。 3.用位控制法测炉温，与PID法间隔5分中后，每隔5秒记录一次炉温，直至为两个周期，停止实验，将数据输入电脑中，画图。

六、实验数据及处理 （1）、PID法测炉温

31

（2）位控制

七、思考题：

1．如果你选用位式控制模式可否达到控温要求?

答：位式控制模式为非线性控制，通过输入-输出反馈来实现，由实验曲线可知，如果采用位式控制时，其在目标温度上下波动非常大，灵敏度和稳定性均比较差，故不能实现我们所需的温度控制。

2．试比较位式和PID调节两种控温方式的特点及效果。

答：位式控制属于非线性控制系统，控制的物理量只有：开关、通断、有无之差别，通过反馈来进行控制。

PID控制系统属于线性控制系统，控制的物理量是：大小、多少、高低、快慢。PID控制还可以做到无静差。

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实验感想

在做测试技术的实验前,我以为不会难做,直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还不如不做.

通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.

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