传感器特性实验

1、实验实验No.1-4No.1-4传感器特性实验建筑环境与设备工程专业实验课建筑环境与设备工程专业实验课开课教师：李炎锋、孙育英、谢静超开课教师：李炎锋、孙育英、谢静超 本实验以本实验以玻璃水银温度计玻璃水银温度计和和热电热电阻温度计阻温度计两种传感器为对象两种传感器为对象。 给两者均输入阶跃温度信号，然给两者均输入阶跃温度信号，然后观察、研究以了解它们在两个稳后观察、研究以了解它们在两个稳态之间的动态过程，熟练掌握测得态之间的动态过程，熟练掌握测得迟延迟延和和时间常数时间常数T T的实验方法。的实验方法。一一 、实验目的、实验目的二、实验要求二、实验要求u了解传感器的动态特性曲线特征；了解传感

2、器的动态特性曲线特征；u初步掌握传感器在受到阶跃扰动情况下，初步掌握传感器在受到阶跃扰动情况下， 所测参数变化过程的测量与记录；所测参数变化过程的测量与记录；u掌握计算机采集数据过程及采集结果的分析掌握计算机采集数据过程及采集结果的分析方法。方法。三、实验装置与设备三、实验装置与设备传感器：传感器：玻璃水银温度计、热电阻温度计玻璃水银温度计、热电阻温度计风机盘管机组自动控制实验装置风机盘管机组自动控制实验装置（如下图（如下图所示）所示）消耗性器材：消耗性器材：冰块、玻璃水银温度计、烧冰块、玻璃水银温度计、烧杯、试管杯、试管辅助设备：辅助设备： 冰箱（制冰用），冰箱（制冰用）， 保温瓶保温瓶（存

3、放冰块），塑料盆（存放冰块），塑料盆风机盘管机组自动控制实验装置风机盘管机组自动控制实验装置四、实验原理四、实验原理当测量温度元件（传感器）为热电偶、热电阻、当测量温度元件（传感器）为热电偶、热电阻、或者温度计，当介质温度与热电偶接点温度不或者温度计，当介质温度与热电偶接点温度不同时，热量传给热电偶的测量接点，同时，热量传给热电偶的测量接点，传热过程传热过程中存在着热阻，同时由于热电偶测量材料有一中存在着热阻，同时由于热电偶测量材料有一定质量，有蓄热作用，定质量，有蓄热作用，故要经过一段时间后热故要经过一段时间后热电偶测量接点的温度才逐渐接近和达到介质温电偶测量接点的温度才逐渐接近和达到介质温

4、度。度。四、实验原理四、实验原理若被测介质的温度为若被测介质的温度为 ，热电偶接点的温度为，热电偶接点的温度为 ，通过分析可知，无套热电偶的动态特性是一阶微分方通过分析可知，无套热电偶的动态特性是一阶微分方程程iiFdtdCidtdFCiudtdT （2） （1）四、实验原理四、实验原理式中：式中： 无套热电偶测量元件的时间常数；无套热电偶测量元件的时间常数； 热电偶的容量系数；热电偶的容量系数； 被测介质对热电偶的放热系数；被测介质对热电偶的放热系数； 热电偶的传热表面积。热电偶的传热表面积。uTCF上述方程虽然以热电偶为例推出动态特性方程，但上述方程虽然以热电偶为例推出动态特性方程，但同样

5、适用于热电阻以及实验中用的玻璃水银温度计。同样适用于热电阻以及实验中用的玻璃水银温度计。只是测量装置的输出院士参数分别是电阻值变化以只是测量装置的输出院士参数分别是电阻值变化以及水银温度计中液面高度的变化，经过一定的对应及水银温度计中液面高度的变化，经过一定的对应关系转换，显示为温度值的变化。关系转换，显示为温度值的变化。五、实验步骤五、实验步骤5.1 玻璃水银温度计动态性能测量玻璃水银温度计动态性能测量1取碎冰块加水放在烧杯中，形成冰水混合物。取一根试管垂直放置于烧杯中，试管底部填少许海绵，放置34分钟，在试管中形成温度的低温环境。2取一支玻璃温度计（最小刻度要求0.5），将玻璃温度计垂直插

6、入试管中，注意水银头部分不要接触试管壁。3插入玻璃温度计同时，开始计时和读取温度变化。注意记录延迟时间，初始阶段读数时间间隔要短，随着时间增加，读数间隔适当延长，直到温度计温度不再变化为止。这样就完成温度从室温到试管中低温环境的温度飞降过程测量。4将温度计从试管中拿出，拿出玻璃温度计同时，开始计时和读取温度变化。初始阶段读数时间间隔要短，随着时间增加，读数间隔适当延长，直到温度计温度不再变化为止。这样就完成温度从试管内低温环境到室温环境温度飞降过程测量。5根据测得温度值变化以及对应的时间，画出玻璃水银温度计的飞升和飞降曲线，分析动态特性。五、实验步骤五、实验步骤5.2 热电阻温度计动态性能测量

7、热电阻温度计动态性能测量1试验中所用热电阻已经与风机盘管机组自动控制实验装置连接，温度测量数据可以直接由数据采集装置测得并存入电脑硬盘中，同时实验装置面板显示出温度值。2接通风机盘管机组自动控制实验装置的电源，运行电脑中的数据采集系统，设置温度采集间隔。3取一支铂电阻温度计，将铂电阻温度计垂直插入试管中，注意铂电阻头部不要接触试管壁。4 插入铂电阻温度计同时，开始计时和读取温度变化。直到温度计温度不再变化为止。这样就完成温度从室温到试管中低温环境的温度飞降过程测量。5将铂电阻温度从试管中拿出，拿出铂电阻温度计同时，开始计时和读取温度变化，直到温度计温度不再变化为止。这样就完成温度从试管内低温环

8、境到室温环境温度飞降过程测量。6从电脑中拷贝所测得温度值变化以及对应的时间，确定延迟时间 ，并画出铂电阻温度计的飞升和飞降曲线，分析铂电阻温度计的动态特性。六、实验注意事项六、实验注意事项1. 实验前，各小组要做好充分准备，包括理论分析、试验设计，并进行试验实施的可行性论证。在此基础上，详细制定上实验方案（计划书）。2. 该实验完全为开放形式，实验小组自由结合，每组人数超过34人，在测量前需要小组成员进行分工，保证在试验中读数和记录的配合。3. 水银温度计数据读取必须按照玻璃温度计的读数， 避免人为读数误差。七、实验成果及要求七、实验成果及要求1. 本实验以工程中广泛使用的玻璃水银温度计和热电

9、阻温度计为对象。我们给两者均输入阶跃温度信号，然后观察、研究它们在两个稳态之间的动态过程。要求测出迟延和时间常数。本实验应注意温度计工作环境的热交换条件对动态特性有很大影响。2. 画出两种传感器的温度飞升和飞降曲线，观察二者在两稳态间的动态过程，比较二者的差异，分析工作环境，制作材料及构造对传感器特性的影响。 3. 将动态过程的实验飞升曲线与理论飞升曲线进比较、分析。八、实验报告及思考题八、实验报告及思考题8.1 实验报告内容要求实验报告内容要求1 实验原理。2 实验装置简图、实验方案和测试方法。3 测试记录及计算结果。4 对实验结果的分析。5 说明自己通过本实验所发现的问题、解决 的问题和未

10、能解决的问题。6 写出自己的收获和体会。8.2 实验思考题实验思考题1. 为什么实验中将玻璃温度计和铂电阻温度计插入放置于冰水混合物的试管中而不是直接插入冰水混合物中来比较温度飞升和飞降过程特性。 2. 分析两种温度计的迟延和时间常数，根据时间常数定义分析两种测量原件时间常数不同原因。3. 对于同一种温度测量装置，注意飞升和飞降阶段时间常数值的区别，并简要分析原因。根据对温度测量装置特性的理解，提出工程中如何准确测量温度的注意事项。1 1 实验原理。实验原理。2 2 实验装置简图、实验方案和测试方法实验装置简图、实验方案和测试方法。3 3 测试记录及计算结果。测试记录及计算结果。4 4 对实验结果的分析。对实验结果的分析。5 5 说明自己通过本实验所发现的问题、解决的问说明自己通过本实验所发现的问题、解决的问 题和未能解决的问题。题和未能解决的问题。6 6 写出自己的