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测试技术实验报告
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测试技术实验报告
班级：
机械工程学院14级机械电子工程1班
姓名：
屈昭磊
学号1400412002
实验一温度传感器及温度控制实验（AD590）
一、实验目的
1、熟悉半导体型温度传感器AD590的基本性能。
2、应用AD590实现对温度的检测和简单控制。
二、实验所用单元
温度传感器、温度传感器转换电路板、温度控制电路板、玻璃管水银温度计、直流稳压电源、低压交流电源、数字电压表、位移台架。
三、实验原理及电路
1、温度传感器电路如图26-1所示。
AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I0，比例因子为1μA/K。
通过运算放大器实现电流运算
，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO。
通过调节电位器RP1和RP2，可以使UO在被测温度范围内具有合适数值。
例如被测温度范围为0～100℃，则可在0℃时，调节RP1使UO为0V；在100℃时，调节RP2使UO为5V，这样被测温度每变化1℃对应UO变化50mV。
图26-1温度传感器实验原理图
在本实验中，由于0℃和100℃这两个温度不便得到，因此温度/电压的标定采用理论值推算的方法。
在0℃下AD590的电流理论值为273.2μA，要使输出电压UO为0V，则I0与I1相等：
，那么
100℃下AD590的电流理论值为373.2μA，此时要使UO为5V，则：
，那么
2、如果将转换电路的输出电压连接到加热及温度控制电路中（图26-2）的电压比较器，通过继电器控制保温盒电热元件的通电或断电，这样根据电压比较器调温端的基准电压大小，就能使保温盒内的温度保持在某一数值范围内。
图26-2加热及温度控制电路图
四、实验步骤
1、固定好位移台架，将温度传感器置于位移台架上，将水银温度计插入温度传感器上方的小孔内，轻靠在温度传感器上。
2、在此实验中，我们用输出电压UO反映实测温度，用温度计作为校核标准。
根据上述理论推算方法，在温度传感器转换电路板上，调整好RP1和RP2的阻值。
3、按照图26-1和图26-2接线，将实验箱（台）面板、转换电路板和温度传感器小板上的有关点相连，另外连接E点和Q点，将面板上数字电压表置于20V档，转换电路板上K2打在B2（低温）侧。
4、接通电源（加热电源开关K1断开），经过几分钟，等待电路工作稳定，此时实验系统所测量的温度为室温t。
细调RP1使输出电压UO与室温相对应，其数值的关系为
。
5、调节电位器RP4，使温度给定电压为2V，即表示设定温度为40℃，接通加热电源开关，观察升温过程。
在升温过程中，由于温度计的热惯性比AD590小，因此温度计指示值要慢于UO的变化。
此时转换电路板上的红色指示灯VD1灭，继电器J断开，传感器小板上的绿色指示灯亮，表示处于加热过程。
当UO达到2V时，继电器J吸合，断开加热电源，但温度仍会继续稍有上升，然后下降。
当UO降到2V左右时，继电器J断开，接通加热电源，温度仍会继续稍有下降，然后上升。
经过几次这样的循环，温度变化范围会稳定下来。
如果温度计的平均指示值小于40℃，应适当减小RP2的阻值，反之则要增加。
调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近40℃。
6、调节RP4，使给定电压为2.5V，设定温度为50℃，重复上一步骤。
5、实物连线
六、实验报告
1、实验内容中所采用的调节方法：
先调节室温下的RP1，再调节40℃下的RP2，如果不考虑其它因素，这种方法是否是最合适的？
为什么？
答:
这种方法不是最合适的，因为如果温度计的平均指示值小于40℃，应适当减小RP2的阻值，反之则要增加。
调整RP2，使温度计的平均指示值尽量接近40℃。
因此，调节完室温下的RP1后，不应直接调节40℃下的RP2。
2、说明本实验中的温度控制原理，这种控制方法有什么优缺点？
答:
（1）优点：
AD590能把温度信号转变为与绝对温度值成正比的电流信号I0，比例因子为1μA/K。
通过运算放大器实现电流运算
，在运算放大器输出端得到与温度成线性关系的电压UO，比较直观明了，观察现象明显。
（2）缺点：
人为误差较大，不确定因素较多。
七、实验心得
通过这次实验，对于半导体型温度传感器AD590的基本性能以及应用AD590实现对温度的检测和简单控制等有了一个详细的了解，在今后的学习中，应该增强自身的动手实践能力，将理论与实践相结合，才能达到学以致用的效果。
实验二K型热电偶的温度控制实验
一、实验目的
了解K型热电偶的特性与应用。
二、实验所用单元
加热室、K型热电偶（温度控制用）、K型热电偶（测量用）、温度控制单位、热电偶、热电阻传感器转换板、数字电压表、万用表（自备）
三、实验原理及电路
当两种不同的金属组成回路，如二个接点处的温度不同，在回路中就会产生热电势，这就是热电效应。
温度高的接点称为工作端，置于被测温度场，温度低的接点称为冷端（或自由端），冷端的温度为恒温，一般为室温或补偿后的0℃或25℃。
热电偶实验原理图如图27-1所示。
K型热电偶接至差动放大器的输入端，经放大后输出电压由数字电压表显示。
图27-1K型热电偶温度控制实验原理图
四、实验步骤
1、仔细阅读附录中的“温度控制仪表操作说明”，学会基本参数设定。
2、将温度控制用的热电偶插入加热室的一个传感器安置孔中，热电偶自由端引线插入实验台面板中的标准值输入端，红线为正极。
3、将加热源～16V输出的两根电源线与加热室面板上的输入相连。
4、将转换电路板E、G两端短接并接地，接通电源，调节RP3使OUT2为零，然后断开E、G之间的短接线。
5、按照图27-1进行接线，测量用的K型热电偶放入加热室的另一个插孔中，两根引出线接至电路板上E、G两端，注意引出线带红色套管或红色线的为正极，接至E端，黑色线接至G端。
6、设定温度控制仪的给定值为50℃，接通加热开关，等待温度稳定时，调节Rw2使数字电压表指示值为K型热电偶50℃下分度值的100倍，以便读数（K型热电偶50℃时的分度值为2.022mV），重新设定温度给定值为52℃，等待温度稳定时记录下数字电压表读数，重复进行以上步骤，温度给定值每次增加2℃，将实验结果记入下表中。
表27-1
t（℃）
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
UO2（mV）
2.022
2.042
2.060
2.082
2.100
2.121
2.140
2.162
2.184
2.202
5、实物连线图
六、实验报告
根据表27-1的实验结果，画出K型热电偶的特性曲线
实验三电阻式传感器的单臂电桥性能实验
一、实验目的
1、了解电阻应变式传感器的基本机构与使用方法
2、掌握电阻式应变式传感器放大电路的调试方法
3、掌握单臂电桥电路的工作原理和性能
二、实验所用单元
电阻应变式传感器、调零电桥、差动放大器板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架
三、实验原理及电路
1、电阻丝在外力作用下发生形变时，其阻值发生变化，这就是电阻应变效应，其关系为：
△R/R=K∑，△R为电阻丝变化值，K为应变灵敏系数，∑为电阻丝长度的相对变化量△L/L.通过测量电路将电阻变化转换为电流或电压输出。
2、电阻应变式传感如图1-1所示。
传感器的主要部分是上、下两个悬臂梁，四个电阻应变篇贴在梁的根部，可组成单臂、单桥与全桥电路，最大测量范围为正负3mm。
3、电阻应变式传感的单臂电桥电路如图1-2所示，图中R1、R2、R3为固定，R为电阻应变式片，输出电压Uo=EK∑，E为电桥转换系数。
四、实验步骤
1、固顶好位移台架，将电阻应变式传感器至于位移台架上，调节测微器使其指示15mm左右。
将测微器装入位移台架上部的开口处，旋转测微器测杆使其与电阻应变式传感器的测杆适度旋紧，然后调节两个滚花螺母使电阻应变式传感上的两个悬梁处于水平状态，两个滚花螺母固定在开口处上下两侧。
2、将试验箱（试验台内部已连接）面板上的正负15V和地端，用导线接到差动放大器上；将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（试验台为增益旋钮）逆时针旋到终端位置。
3、用导线将差动放大器的正负数入端连接，再将其输出端接到数字电压表的输入端；按下面板上电压量程转换开关的20V挡按键（试验台为电压量程拨到20V档）；接通电源开关，旋动放大器的调零电位器RP2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后换到2v量程，旋动调零继电器RP2旋钮使电压表指示为零；此后调零继电器RP2旋钮不再调节，根据试验适当调节增益电位器RP1。
4、按图1-2接线R1、R2、R3（电阻传感器部分固定电阻）与一个的应变片构成单臂电桥形式。
5、调节平衡电位器RP，使数字电压表指示接近于零，然后旋动测微器使电压表指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。
分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值Uo记入表中。
表1-1
X（mm）
-2.0
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
Uo（mV）
-0.034
-0.026
-0.021
-0.016
-0.011
0
0.002
0.007
0.012
0.012
0.09
5、实验连线图
六、实验报告
1、根据表1-1中的实验数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f（X）如下：
2、不能。
输入电压的大小取决于电阻丝的长度
3、
（1）因为电阻应变式传感为非线性系统，其输入、输出关系均为非线性，他们都将导致测量结果的非线性误差
（2）仪器不精准，部分电路接触不良
七、实验结果分析
受环境的影响，实验过程中会产生误差。
通过改实验使动手能力增强，并且能够分析误差产生和各种问题的原因。
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