传感器与检测技术及过程控制工程实验指导书

1、PAGE PAGE 51传感器与检检测技术及及过程控制工工程实验指导书书谢春利、韩韩志敏大连民族学学院机电信息工工程学院2011年年9月100日实验基本要要求1. 每位位学生必须须按规定完完成实验课课，因故不不能参加实实验者，应应课前向指指导教师请请假（必须须经有关领领导批准）。对所缺实实验要在期期末考试规规定时间内内补齐，缺缺实验者不不得参加期期末考试。每次实验课课前，必须须作到预习习，弄清实实验题目、目的、内内容、步骤骤和操作过过程，及需需记录的参参数等，认认真做好预预习报告。在实验前前，指导教教师要检查查预习结果果并接受进进行提问。对不写预预习报告，又又回答不出出问题者，不不准做实验验。

2、每次实验课课前，学生生须提前55分钟进入入实验室，找找好坐位，检检查所需实实验设备，做做好实验前前的准备工工作。做实验前，了了解设备的的原理和正正确使用方方法。在没没有弄懂仪仪器设备的的使用方法法前，不得得贸然使用用，否则因因使用不当当造成仪器器设备损坏坏的，根据据大连民族族学院仪仪器设备损损坏丢失处处理暂行办办法规定定进行处理理。实验室内设设备在实验验过程中不不准任意搬搬动和调换换，非本次次实验所用用仪器设备备，未经指指导教师允允许不得动动用。要求每位学学生在实验验过程中，要要具有严谨谨的学习态态度、认真真、踏实、一丝不苟苟的科学作作风。坚持持每次实验验都要亲自自动手，不不可“坐车”，实验小

3、小组内要轮轮流接线、操作和记记录等工作作，无特殊殊原因，中中途不得退退出实验，否否则本次实实验无效。实验中若接接线、改接接、拆线都都必须在切切断电源的的情况下进进行（包括括安全电压压），线路路连接完毕毕再送电。实验中，特特别是设备备刚投入运运行时，要要随时注意意仪器设备备的运行情情况，如发发现有超量量程、过热热、异味、冒烟、火火花等，应应立即断电电，并请指指导老师检检查、处理理。实验过程中中，如出现现事故，就就马上拉开开电源开关关，然后找找指导教师师和实验技技术人员，如如实反映事事故情况，并并分析原因因和处理事事故。如有有损坏仪表表和设备时时，应马上上提出，按按有关规定定处理。每次实验结结束，

4、指导导教师要对对实验数据据和结果进进行，要经经检查并签签字，在教教师确认正正确无误后后，学生方方可拆线。整理好实实验台和周周围卫生，填填写实验登登记簿后方方可离开。实验课后，每每位学生必必须按实验验指导书的的要求，独独立完成实实验报告，不不得抄袭。目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc153253033 第一章 CCSY系列列传感器系系统实验仪仪的使用说说明 PAGEREF _Toc153253033 h 1 HYPERLINK l _Toc153253034 第二章 SSAC-JJGK033过程控制制实验装置置使用说明明 PAGEREF _Toc1532530

5、34 h 6 HYPERLINK l _Toc153253035 第一节 SSAC-JJGK 003过程控控制实验装装置系统组组成 PAGEREF _Toc153253035 h 6 HYPERLINK l _Toc153253036 第二节 SSAC-JJGK 003过程控控制实验装装置工艺流流程说明 PAGEREF _Toc153253036 h 9 HYPERLINK l _Toc153253037 第三节 SSAC-JJGK033过程控制制实验装置置上位机操操作说明 PAGEREF _Toc153253037 h 14 HYPERLINK l _Toc153253038 第四节 SSA

6、C-JJGK033过程控制制实验装置置系统维护护 PAGEREF _Toc153253038 h 20 HYPERLINK l _Toc153253039 第三章 传传感器与检检测技术实实验 PAGEREF _Toc153253039 h 21 HYPERLINK l _Toc153253040 实验一 应应变传感器器的性能研研究 PAGEREF _Toc153253040 h 21 HYPERLINK l _Toc153253041 实验二 差差动变送器器性能测试试 PAGEREF _Toc153253041 h 25 HYPERLINK l _Toc153253042 实验三 电电容式传感

7、感器性能测测试 PAGEREF _Toc153253042 h 28 HYPERLINK l _Toc153253043 实验四 霍霍尔式传感感器与应用用 PAGEREF _Toc153253043 h 30 HYPERLINK l _Toc153253044 实验五 温温度传感器器的性能及及应用 PAGEREF _Toc153253044 h 32 HYPERLINK l _Toc153253045 实验六 应应变测试系系统的温度度效应与补补偿 PAGEREF _Toc153253045 h 34 HYPERLINK l _Toc153253046 实验七 液液位变送器器性能测试试 PAGE

8、REF _Toc153253046 h 36 HYPERLINK l _Toc153253047 实验八 压压力变送器器性能测试试 PAGEREF _Toc153253047 h 38 HYPERLINK l _Toc153253048 实验九 流流量变送器器性能测试试 PAGEREF _Toc153253048 h 40 HYPERLINK l _Toc153253049 第四章 过过程控制工工程试验 PAGEREF _Toc153253049 h 42 HYPERLINK l _Toc153253050 实验一 被被控过程建建模 PAGEREF _Toc153253050 h 43 HYP

9、ERLINK l _Toc153253051 实验二 单单回路控制制系统实验验 PAGEREF _Toc153253051 h 45 HYPERLINK l _Toc153253052 实验三 串串级控制系系统实验 PAGEREF _Toc153253052 h 46 HYPERLINK l _Toc153253053 实验四 比比值控制系系统实验 PAGEREF _Toc153253053 h 47 HYPERLINK l _Toc153253054 实验五 前前馈控制系系统实验 PAGEREF _Toc153253054 h 48实验说明1.本实验验对应的课课程为检测测技术与仪仪表实验；对

10、应的专专业为自动动化；本实实验是学生生的专业基基础课程，对对于培养学学生的接触触实践起非非常重要的的作用。本本课程的实实验教学目目的是通过过本课程的的学习，使使学生更好好地掌握在在自动控制制系统中广广泛使用的的传感器、变送器和和各类检测测仪表，进进一步加强强学生独立立分析、解解决问题的的能力，同同时注意培培养学生实实事求是、严肃认真真的科学作作风和良好好的实验习习惯，为今今后工作打打下良好的的基础。2.实验类类别：专业业必修课3.实验特特点：理论论和实践紧紧密联系。第一章 CCSY系列列传感器系系统实验仪仪的使用说说明CSY系列列传感器系系统实验仪仪式用于检检测仪表类类课程教学学实验的多多功能

11、教学学仪器。其其特点是集集被测体、各种种传感器、信号激励励源、处理理电路和显显示器于一一体，可以以组成一个个完整的测测试系统。通过实验验指导书所所提供的数数十种实验验举例，能能完成包含含光、磁、电、温度度、位移、振动、转转速等内容容的测试实实验。通过过这些实验验，实验者者可对各种种不同的传传感器及测测量电路原原理和组成成有直观的的感性认识识，并可在在本仪器上上举一反三三开发出新新的实验内内容。实验仪主要要有实验工工作台、处处理电路、信号与显显示电路三三部分组成成。图1-1 CSY系系列传感器器系统实验验仪一、位于仪仪器顶部的的实验工作作台部分，左左边一幅平平行式悬臂臂梁，梁上上装有应变变式、热

12、敏敏式、P-N结温度度式、热电电式和压电电加速度五五种传感器器。应变式：平平行梁上梁梁的上表面面对应地贴贴有八片应应变片，受受力工作片片分别用 符号 和 表表示。其中中六片为金金属箔式片片（BHFF-3500）。横向向所贴的两两片为温度度补偿片，用用符号 和 表示。片片上标有“BY”字字样的为半半导体式应应变片，灵灵敏系数1130。热电式（热热电偶）：串接工作作的两个铜铜-康铜热热电偶分别别装在上、下梁表面面，冷端温度为环环境温度。分度表见见实验指导导书。热敏式：上上梁表面装装有玻璃柱柱状的半导导体热敏电电阻MF-51，负负温度系数数，25时阻值为为810K。P-N结温温度式：根根据半导体体P

13、-N结结温度特性性所制成的的具有良好好线性范围围的温度传传感器，敏敏感面为顶顶端。压电加速度度式：位于于悬臂梁右右部，由PPZT-55双压电晶晶片，铜质质量块和压簧组组成，装在在透明外壳壳中。实验工作台台右边是由由装于机内内的另一幅幅平行梁带带动的圆盘盘式工作台台。圆盘周周围一圈安安装有（依依逆时针方方向）电感感式（差动动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式式五种传感感器。电感式（差差动变压器器）：由初初级线圈LLi和两个次次级线圈LLo绕制而成成的空心线线圈，圆柱柱形铁氧体体芯置于线线圈中间，测测量范围10mmm。电容式：由由装于圆盘盘上的一组组动片和装装于支架上上的两组定定片组成平平

14、行变面积积式差动电电容，线性性范围3mmm。磁电式：由由一组线圈圈和动铁（永永久磁钢）组组成，灵敏敏度0.44V/m/s。霍尔式：半半导体霍尔尔式置于两两个半环形形永久磁钢钢形成的梯梯度磁场中中，线性范范围3mmm，直流激激励电压22V，交流流激励信号号VP-P5VV。电涡流式：多股漆包包线绕制的的扁平线圈圈与金属涡涡流片组成成的传感器器，线性范范围1mmm。光电式传感感器装于电电机侧旁。扩散硅压力力传感器与与湿敏，气气敏传感器器可根据用用户需要选选装。两幅平行式式悬臂梁顶顶端均装有有置于激振振线圈内的的永久磁钢钢，右边圆圆盘式工作作台由“激激振 = 1 * ROMAN I”带动，左左边平行式

15、式悬臂梁由由“激振 = 2 * ROMAN III”带动动。为进行温度度实验，左左边悬臂梁梁之间装有有电加热器器一组，工工作时能获获得高于环环境温度330左右右的升温。以上传感器器以及加热热器、激振振线圈的引引线端均位位于仪器下部面面板最上端端一排。实验工作台台上还装有有在左、右右两边的支支架上。二、信号及及显示部分分：位于仪仪器上部面面板。低频振荡器器：1330Hz输输出连续可可调，VPP-P值220V，最最大输出电电流0.55A，Vi端插口可可提供用作作电流放大大器。Vii端3.5mmm耳机插插座静合接接点的正常常接触是保证低频输输出的条件件，无低频频信号输出出，则可能能是静合接接点分开，

16、如如遇此情况况可打开面面板，调节节Vi插口静合合接点接触触良好。音频振荡器器：0.44KHz10KHHz输出连连续可调，VVP-P值220V，1180o、0o为反相输输出，Lvv端最大功功率输出00.5A。直流稳压电电源：115V，提提供仪器电电路工作电电源和温度度实验时的的加热电源源，最大输输出1A。22V110V，档档距2V，分分五档输出出，提供直直流信号源源，最大输输出电流11A。数字式电压压/频率表表：位显示示，分2VV、20VV、2KHHz、200KHz四四档，灵敏敏度50mmV，频率率显示5KKHz220KHzz。指针式直流流毫伏表：测量范围围500mmV、500mV、55mV三档

17、档，精度22.5%。三、处理电电路：位于于仪器下部部面板电桥：用于于组成应变变电桥，面面板上虚线线所示电阻阻为虚设，仅仅为组桥提提供插座。R1、RR2、R33为3500标准电电阻，WDD为直流调调节电位器器，WA为交流调调节电位器器。WD电位器中中心插头串串接口的防防短路电阻阻，WA电位器中中心抽头串串接的为隔隔直电容。差动放大器器：增益可可调比例直直流放大器器，可接成成同相、反反相、差动动结构，增增益1-1100倍。光电变换器器：提供红红外发射、接收、稳稳幅、交换换，输出模模拟信号电电压与频率率交换信号号。四芯航航空插座上上装有光电电转换装置置和两根多多模光纤（一一根接收，一一根反射）组组成

18、的光强强行光纤传传感器。电容变换器器：由高频频振荡器、放大和双双T电桥组组成。移相器：允允许输入电电压20VVP-P，移移相范围40o（随频率率有所变化化）。相敏检波器器：极性反反转电路构构成，所需需最小参考考电压0.5VP-P，允许许最大输入入电压200 VP-P。电荷放大器器：电容反反馈式放大大器，用于于放大压电电加速度传传感器输出出的电荷信信号。电压放大器器：增益55倍的高阻阻放大器。（仅CSSY型实验验仪配置）涡流变换器器：变频式式调幅变换换电路，传传感器线圈圈是三点式式振荡电路路中的一个个元件。温度变换器器：根据输输入端热敏敏电阻值及及P-N结结温度传感感器信号变变化输出电电压信号相

19、相应的变换换电路。低通滤波器器：由500Hz陷波器和RRC滤波器器组成，转转折频率335Hz左左右。本实验台各各种传感器器的主要技技术指标：差动变压器器量程：5mm电涡流位移移传感器量量程：11mm霍尔式传感感器量程：1mmm电容式传感感器量程：2mmm热电偶：铜铜康铜热敏电阻温度系数数：负25阻值值：10KK光纤传感器器：半圆分分布、LEED发光管管压阻式压力力传感器量量程：100Kpa（差差压）供供电：66V压电加速度度计：安安装共振频频率：110KHzz10、应变变式传感器器：箔式应应变片阻值值：3500欧11、PNN结温度传传感器：灵灵敏度约2.1mmV/12、差动动放大器：放大倍数数

20、11000倍可调调使用仪器时时打开电源源开关，检检查交、直直流信号源源及显示仪仪表是否正正常。仪器器下部面板板左下角处处的开光控控制处理电电路的115V工作作电源，进进行实验时时请勿关掉掉，为保证证仪器正常常工作，严严禁155V电源间间的相互短短路，建议议平时将此此两插口封封住。指针式毫伏伏表工作前前须对地短短路调零，去去掉短路线线后指针有有所偏转是是正常现象象，不影响响测试。请用户注意意，本仪器器是实验性性仪器，各各电路完成成的实验主主要目的是是对各传感感器测试电电路作定性性的验证，而而非工程应应用型的传传感器定量量测试。各电路和传传感器性能能建议通过过以下实验验检查是否否正常：1. 应变变

21、片及差动动放大器，进进行单臂、半桥和全全桥实验，各各应变片是是否正常可可用万用表表电阻档在在应变片两两端测量。各接线图图两个节点点间即为一一实验接插插线，接插插线可多根根叠插，为为保证接触触良好插入入插空后请请将插头稍稍许旋转。2. 半导导体应变片片，进行半半导体应变变片直流半半桥实验。3. 热电电偶，接入入差动放大大器，打开开“加热”开关，观观察随温度度升高热电电势的变化化。4. 热敏敏式，进行行“热敏传传感器”，电电热器加热热升温，观观察随温度度升高“VV0”端读出电电压变化情情况，注意意热敏电阻阻是负温度系系数。5. P-N结温度度式，进行行P-N结结温度传感感器测温实实验，注意意电压表

22、22V档显示示值为绝对对温度T。6. 进行行“移相器器实验”用用双踪示波波器观察两两通道波形形。7. 进行行“相敏检检波器实验验”，相敏敏检波端口口序数规律律为从左至至右，从上上至下，其其中4端为为参考电压压输入端。8. 进行行“电容式式传感器特特性”实验验，当振动动原盘带动动动片上下下移动时，电电容变换器器V0端电压正正负过零变变化。9. 进行行“光纤传传感器位移移测量”，光光线探头可可安装在原原电涡流线线圈的横支支架上固定定，端面垂垂直于镀铬铬反射片，旋旋动测微仪仪带动反射射片位置变变化，从“V0”端读出电电压变化值值。光电变变换器“FF0”端输出频频率变化方方波信号。测频率变变化时可参参

23、照“光纤纤传感器转转速测试”步骤进行行。10. 进进行光电式式传感器测测速实验，端端V0输出的是是频率信号号。11. 将将低频振荡荡器输出信信号送入低低通滤波器器输入端、输出端用用示波器观观察，注意意根据低通通输出幅值值调节输入入信号大小小。12. 进进行“差动动变压器性性能”实验验，检查电电感式传感感器性能，实实验前要找找出次级线线圈同名端端，次级所所接示波器器为悬浮工工作状态。13. 进进行“霍尔尔式传感器器直流激励励特性”实实验，直流流激励信号号绝对不能能大于2VV，否则一一定会造成成霍尔元件件损坏。14. 进进行“磁电电式传感器器”实验，磁磁电传感器器两端接差差动放大器器输入端，用用示

24、波器观观察输出波波形。15. 进进行“压电电加速度传传感器”实实验，此实实验与上述述第2项内内容均为无无定量要求求。16. 进进行“电涡涡流传感器器的静态标标定”实验验，接线参参照图，其其中示波器器观察波形形端口应在在涡流变换换器的左上上方，即接接电涡流线线圈处，右右上端端口口为输出经经整流后的的直流电压压。17. 进进行“扩散散轨压力传传感器”实实验，注意意MPX压压力传感器器为差压输输出，故输输出信号有有正负两种种。18. 进进行“气敏敏传感器特特性”实验验，观察输输出电压变变化。19. 进进行“湿敏敏传感器特特性”实验验，观察输输出电压变变化。20. 如如果仪器是是带微机接接口和实验验软

25、件的，请请参阅数据据采集及帮帮助说明。数据采集集卡已装入入仪器中，其其中A/DD转换是112位转换换器，最大大容错率11/20448（即00.05%），所以以建议在做做小信号实实验（如应应变电桥单单臂实验）时时选用合适适的量程，（2200mvv）以正确确选取信号号。仪器后部的的RS2332接口与与计算机串串行口相接接，信号采采集前请正正确设置串串口，否则则计算机将将收不到信信号。仪器工作时时需良好的的接地，以以减小干扰扰信号，并并尽量远离离电磁干扰扰源。仪器器的型号不不同，传感感器种类不不同，则检检查项目也也会有所不不同。上述述检查及实实验能够完完成则整台台仪器部分分均为正常常。实验时请非非常

26、注意实实验指导书书中实验内内容后的“注意事项项”，要在在确认接线线无误的情情况下开启启电源，要要尽量避免免电源短路路情况的发发生，实验验工作台上上各传感器器部分如位位置不太正正确可松动动调节螺丝丝稍作调整整，以按下下振动梁松松手，各部部分能随梁梁上下振动动而无碰擦擦为宜。附件中的称称重平台是是在实验工工作台左边边的悬臂梁梁旁的测微微头去开后后装于顶端端的永久磁磁钢上方。实验开始始前请检查查实验连接接线是否完完好，以保保证实验顺顺利进行。本实验仪需需防尘，以以保证实验验接触良好好，仪器正正常工作温温度040。第二章 SSAC-JJGK033过程控制制实验装置置使用说明明第一节 SSAC-JJGK

27、 003过程控控制实验装装置系统组组成目前国内的的各大院校校的过程控控制实验装装置大多是是自己研制制的，它们们结构较为为简单，仅仅能进行简简单的实验验，已经远远远满足不不了现代教教育的要求求。国内厂厂家生产的的一些实验验装置档次次和价格都都较高且难难于讲解使使用，还有有一些结构构过于简单单，虽然价价格较低，但但使用功能能较少。我我们在广泛泛研究市场场的基础上上，巧妙灵灵活的设计计了一种价价格适中，功功能齐全，适适应现代教教学的实验验台。它不不但涵盖了了大学本科科过程控制制方面的实实验内容，方方便学生动动手实验，同同时也可用用于硕研和和博研的各各种实验。其中有些些设计在同同类装置中中属于首创创，

28、已申请请专利。一、系统组组成SAC-JJGK 003型过程程控制实验验装置包括括被控对象象和控制桌桌两部分。被控对象象由执行器器、变送器器、上下水水槽、水箱箱、纯滞后后和管路有有机地组成成；控制桌桌装有控制制器、数显显表、液晶晶显示器等等，控制器器通过通讯讯电缆与上上位机通讯讯。被控对对象的变送送器信号和和执行器的的供电分别别通过屏蔽蔽电缆线与与控制桌连连接的。示示意图如下下：被控对象 变送器信号控制桌 上位机屏蔽电缆通讯电缆屏蔽电缆 以上为系统统的示意图图。变送器器信号包括括2个液位位变送器、2个流量量变送器、1个温度度变送器和和1个压力力变送器，这这6个变送送器均输出出4-200mA标准准

29、信号；数数显表一共共6块，分分别对6个个变送器来来的电流信信号进行数数值的实时时显示；控控制器包括括PLC主主机和3个个扩展模块块，实现对对被控对象象中变送器器信号的采采集和输出出控制信号号；纯滞后后装置是用用20M长的的水管盘旋旋围绕而成成，完成流流量的纯滞滞后控制；执行器包包括2台变变频器、22台水泵、1个电动动调节阀和和1个加热热器。具体体见下面说说明：被控对象：两水槽液液位、水槽槽2的温度度、电机22出水压力力、水泵11和水泵22出水流量量。检测装置：两个液位位变送器，一一个压力变变送器和一一个温度变变送器，两两个电远传传玻璃转子子流量计。执行机构：一个电动动调节阀，两两个变频器器及两

30、台水水泵, 一一个固态继继电器（控控制加热器器用）。 控制系统：西门子小小型PLCC（S7-200 CPU2224主机机、模拟量量输入模块块EM2331、模拟拟量输入输出出模块EMM235和和模拟量输输出模块EEM23221，一条条编程通讯讯电缆），四四个典型控控制参数（液液位、流量量、压力、温度），可可组成多种种控制实验验。上位机：采采用组态王王6.0（带带看门狗），SS7-2000编程软软件。二、系统特特点 11、设计巧巧妙，充分分应用现有有装置，实实现多种实实验本装置中有有六个检测测单元、三三个执行机机构和六个个控制回路路，可以方方便的组合合成多种控控制实验，可通过计算机（用组态王软件定

31、义的各种变量与PLC通讯）对系统进行监控。特别是本实验装置可组成耦合程度可调的双输入双输出控制系统，通过调节截止阀的开度来调节耦合程度。2、充分模模拟工业控控制现场，实实验效果很很好为了更好的的模拟工业业现场，本本实验装置置采用两台台水泵, 在单输入入单输出控控制回路中中一台水泵泵供水，另另一台水泵泵可通过变变频器调节节转速而产产生有规律律或无规律律波动的干干扰量。3、实验操操作简单、直观人机界面良良好，计算算机用立体体画面显示示被控对象象的流程、实时趋势势曲线和数数据报表等等。控制桌桌上装有变变频器BOOP面板，六六个智能显显示仪表，PPLC控制制单元和液液晶显示器器。实验者者可以在面面板上

32、直接接看到各参参数变化情情况，实验验操作也更更直观。4、可组成成非线性系系统本实验装置置有四个水水槽，分上上下两组，上上面一组水水槽有三个个，互相通通过手调阀阀连接，其其中的两个个水槽横截截面积随高高度而变化化（其中的的一个上粗粗下细，另另一个下粗粗上细）。这样可组组成两组线线性/非线线性的液位位控制系统统，而且可可以在控制制过程中改改变水槽之之间的连接接状态来改改变被控对对象的模型型，可进行行非线性系系统的控制制，也检验验控制算法法的鲁棒性性；下面一一个水槽的的后面装着着流量纯滞滞后装置，可可实现流量量的纯滞后后控制。5、实验装装置正面上上下两个水水槽的正面面装有玻璃璃挡板，学学生可直接接观

33、测系统统的进水和和出水情况况。具体工艺流流程，请参参看“SAAC-JGGK 033过程控制制实验装置置”工艺流流程说明”一节。第二节 SSAC-JJGK 003过程控控制实验装装置工艺流流程说明一、工艺流流程上一节已经经对装置做做了简单的的介绍，这这一节将着着重介绍装装置的工作作情况，请请参考下图图： 水 箱FT/01水槽1水槽2FT/02纯滞后阀1阀4阀2LT/01阀8阀7220阀10阀12水泵2水泵1阀9阀11 水泵1PT/01LT/02阀3阀5阀6被控对象示意图压力表1压力表2 注： * 带箭头头的粗线表表示实验时时水流方向向。*“阀？”表示的是是手动阀，也也就是普通通的球阀，其其标号只

34、为为说明方便便。水泵1从水水箱中抽水水，经过电电动阀、流流量计1、阀1和阀阀7分别给给水槽1和和水槽2供供水；水泵泵2也从水水箱中抽水水，通过阀阀12、流流量计2、阀2和阀阀8分别给给水槽1和和水槽2供供水。水槽槽1通过阀阀6可自己己走水，水水槽2也可可通过阀110自己走走水，水槽槽1和水槽槽2通过阀阀5连接。水槽1通过过阀3和阀阀4各连接接了一个非非线性部分分，其中左左侧的下细细上粗，右右侧的下粗粗上细，通通过调节阀阀3和阀44的开度，可可实现液位位的非线性性控制。实实际制作时时，我们将将这两部分分非线性合合在了一起起做成一个个水槽，其其大小形状状和水槽11一样，只只是在里面面加了一个个倾斜

35、的挡挡板。水槽槽2的后面面安装了纯纯滞后装置置串联在流流量计1的的下面，当当手调阀99关闭时，水水泵1的出出水经过纯纯滞后和流流量计给水水槽供水。水槽1通过过阀3和阀阀4各连接接了一个非非线性部分分，其中左左侧的下细细上粗，右右侧的下粗粗上细，通通过调节阀阀3和阀44的开度，可可实现液位位的非线性性控制。实实际制作时时，我们将将这两部分分非线性和和在了一起起做成一个个水槽，其其大小形状状和水槽11一样，只只是在里面面加了一个个倾斜的挡挡板。水槽槽2的后面面安装了纯纯滞后装置置串联在流流量计1的的下面，当当手调阀99关闭时，水水泵1的出出水经过纯纯滞后和流流量计给水水槽供水。两个水泵由由控制桌（

36、上上节中一提提过）上的的两个变频频器分别控控制，控制制器中的EEM2322的两个模模拟输出（00-10VV）分别控控制两台变变频器；电电动阀由控控制器中EEM2355的模拟输输出（4-20mAA）控制；加热器采采用PWMM控制（PPLC主机机的Q0.1）。变送器安装装如下：水水槽1装有有一个液位位变送器（LLT/011），水槽槽2装有一一个温度变变送器（TTT/011）和一个个液位变送送器（LTT/02），水水泵2出水水口处装有有一个压力力变送器（PPT/011）和一个个流量变送送器（FTT/02），水水泵1出水水口处装有有一个流量量变送器（FFT/011）。这些些信号通过过屏蔽电缆缆被送到数

37、数显表和模模拟量输入入模块中（EEM2355和EM2231），原原理图如下下： 数显表AI模块变送器24V+24V-+- 注： * 本装装置使用的的数显表模模拟量输入入口带有224V电源源输出* 224V电源源给变送器器供电，AAI模块和和数显表采采集的是变变送器输出出的电流信信号IN+ OUT+固态继电器IN- OUT-加热器220VQ0.1M加热器的控控制原理图图 本节最后，我我们为您提提供详细的的电气原理理图二、技术规规格1、技术条条件供电电源： 单相相三线 2220VAAC5%，50HHz功耗： 未加热时时最大1KKW，加热热时最大22.5KWW环境温度： 0+500相对湿度： 955

38、% 无结结露大气压： 8861006KPaa工艺介质： 水环境空气： 不含含腐蚀性气气体被控对象尺尺寸： 11000600018990（长*宽*高）控制桌尺寸寸： 8900590016000（长*宽*高）2、输入规规格：热电阻Ptt100 ：01100 对应电电流信号 4200mA（精精度0.5%）液位变送器器：04400mmmH2O 对应电流流信号 4420mmA（精度度0.55%）压力变送器器：000.06MMPa 对应应电流信号号 4220mA（精精度0.5%）流量变送器器: 100010000L/H 对对应电流信信号 420mAA（精度1.5%）3、输出规规格电动调节阀阀：电流输输入4

39、220mA 对应于阀阀开度0100（死死区11.0%）变频器： 0500Hz 对对应于水泵泵转速 030000r/min4、接线要要求被控对象与与控制桌之之间由航空空插头对应应连接即可可。上位机按计计算机系统统要求接好好电源即可可。被控对象供供电时必须须接地，2220VAAC的L，NN相要接对对。附录：电气气原理图电气原理图图-强电电气原理图图-弱电第三节 SSAC-JJGK033过程控制制实验装置置上位机操操作说明本套实验装装置的上位位机画面，我我公司采用用组态王66.0，总总图如下：在上位机画画面中，有有流程图、实时趋势势曲线、参参数设定、数据报表表、历史趋趋势曲线、回路选择择、实时趋趋势

40、曲线22几种画面面，还设有有打印功能能（通过点点击按钮选选择）。下下面分别对对各个画面面做详细介介绍，进入入组态王运运行环境后后，出现的的就是上图图，点击“回路选择择”按钮后后，出现下下图：“回路选择择”画面的的功能就是是选择要做做的某个实实验，每个个实验都对对应一个选选择点，选选中某个实实验后，点点击右侧的的“确定按按钮，系统统就自动弹弹出此实验验的流程图图。根据提提供的流程程图，熟悉悉此实验的的原理和流流程。了解解了此实验验的原理和和流程后，再再点击”参参数设定“画面，如如下图“参数设定定”画面的的作用是设设定PIDD参数值、设定值、正反作用用、和手动动控制器的的值、采样样时间等。下面对“

41、参数设定定”画面中中的一些符符号进行说说明：调节PIDD参数说明明： 1000 1Mn = * en + * enn + MX + TD * enen-11 P TI注： * 在在上式中1100/PP = KKC , 11/TI = KKI , TTD = KKD其中KC , KKI , KKD 相当于于通常的PPID参数数。因此，上上位机“参参数设定”画面中，PP值越大，比比例作用越越弱；TII值越大，积积分作用越越弱，TDD 值越大大，微分作作用越强。* 各各参数范围围：P： 1999999 ；TI：1999999；TD：00999999符号说明：ACT：正正反作用，NN为负反馈馈（默认）

42、，PP为正反馈馈。AM：手自自动，A为为自动，MM为手动，为串级位位。 MV：执行器的的输出，范范围为0至至100。手动时可可直接写数数值，自动动时显示PPID输出出值 PV：测量值 SV：设定值 TS：采样周期期，每5秒秒采样一次次。各回路参数数范围：LLT01、PV=LLT01、SV：004000（单位为为毫米） LLT02、PV=LLT02、SV：004000（单位为为毫米） PPT01、PV=PPT01、SV：006000（对应000.006MPaa） TTT01、PV=TTT01、SV：001000（单位为为摄氏度） FFT01、PV=FFT01、SV：110011000（单单位为L

43、/h） FFT02、PV=FFT02、SV：110011000（单单位为L/h） MMV：0100（对对应变频器器是0550Hz或或电动阀001000开度）注：* 手手动调节时时，每个回回路的SVV值跟踪PPV值，实实现手动到到自动切换换的无扰动动自动手动手动时SV不跟踪PVPVSVPVSS SV跟踪PVSV手动自动手动时SV跟踪PVPV 经过对以上上两幅图的的比较可以以看出，带带有无扰动动的曲线看看上去更加加直观。“实时趋势势曲线”的的功能就是是对被控对对象上的66个参数进进行上位机机的实时曲曲线显示。实时趋势势曲线共有有2个画面面，每个画画面包括44个显示控控件，其中中一个画面面的4个控控

44、件分别显显示液位11、液位22、流量11和流量22，另一个个显示液位位1、液位位2、压力力和温度。下面是其其中一个画画面：每个控件显显示一个被被控量的PPV值、SSV值和MMV值。控控件的横坐坐标是时间间；纵坐标标是PV值值、SV值值和MV值值的百分比比，而且用用不同的颜颜色表示：PV用红红色线表示示，SV用用绿色线表表示，MVV用蓝色线线表示。画画面左上角角有一个PPV值显示示，分别显显示此画面面中4个量量的PV值值。“实时时趋势曲线线”中的每每个控件只只有在显示示后才能开开始记录数数据，所以以，在准备备做实验前前，请先点点击“实时时趋势曲线线1、2”。“历史趋势势曲线”的的主要功能能是可读

45、取取历史曲线线（最长88天）。历历史趋势曲曲线不但能能进行被控控对象上66个参数PPV值的实实时显示，还还可以对过过去时间控控制过的量量的PV值值进行读取取。“历史史趋势曲线线”见下图图：“数据报表表”的功能能是对某段段时间内的的6个被控控参数的PPV值、SSV值以及及PID设设定值进行行读取，读读取的时间间间隔可任任意设定。数据报表表是一定时时间内，按按照一定的的时间间隔隔对被控量量有关参数数的数值显显示。记录录好了相关关参数，再再结合历史史趋势曲线线。就可对对做过的某某个或多个个实验进行行合理的分分析。“数数据报表”画面见下下图：第四节 SSAC-JJGK033过程控制制实验装置置系统维护

46、护装置每年应应进行一次次计量检定定，如果仪仪表误差超超出范围，通通常都是环环境及振动动冲击所导导致，可对对仪表校验验来解决问问题。装置置可提供产产品出厂日日起6个月月的免费维维修，如果果是用户使使用不当造造成的损坏坏，或已超超过保修期期，则适当当收取维修修费用。第三章 传传感器与检测技术术实验实验一 应应变传感器器的性能研研究一、实验类类型：验证证性实验。二、实验目目的1. 观察察了解箔式式应变片的的结构及粘粘贴方式。2. 测试试应变梁变变形的应变变输出。3. 验证证单臂、半半桥、全桥桥测量电桥桥的输出关关系，比较较不同桥路路的功能。三、实验内内容1. 设计计并实现应应变传感器器的测试桥桥路。

47、2. 测量量单臂、半半桥、全桥桥测量电桥桥的输出，记记录数据、绘制关系系曲线，并并分析之。四、实验原原理1. 本实实验说明箔箔式应变片片及单臂直直流电桥的的原理和工工作情况。应变片是最最常用的测测力传感元元件。当用用应变片测测试时，应应变片要牢牢固地粘贴贴在测试体体表面，当当测件受力力发生形变变，应变片片的敏感栅栅随同变形形，其电阻阻值也随之之发生相应应的变化。通过测量量电路，转转换成电信信号输出显显示。电桥电路是是最常用的的非电量电电测电路中中的一种，当当电桥平衡衡时，桥路路对臂电阻阻乘积相等等，电桥输输出为零，在在桥臂四个个电阻R11、R2、R3、RR4中，电电阻的相对对变化率分分别为RR

48、1/R11、R22/R2、R3/ R3、R4/R4，当当使用一个个应变片时时，；当二二个应变片片组成差动动状态工作作，则有；用四个应应变片组成成二个差动动对工作，且且R1= R2 = R3 = R44 = RR，。由此可知，单单臂，半桥桥，全桥电电路的灵敏敏度依次增增大。2. 已知知单臂、半半桥和全桥桥的分别为为R/RR、2RR/R、44R/ R。根据据戴维南定定理可以得得出测试电电桥的输出出电压近似似等于，电电桥灵敏度度，于是对对应于单臂臂、半桥和和全桥的电电压灵敏度度分别为11/4E、1/2EE和E。由由此可知，当当E和电阻阻相对变化化一定时，电电桥及电压压灵敏度与与各桥臂阻阻值的大小小无

49、关。五、实验要要求 熟熟悉CSYY系统传感感器实验系系统。能自自行设计实实现应变式式传感器的的测量桥路路。掌握应应变式传感感器的各种种测量电路路的性能。六、实验仪仪器设备直流稳压电电源、差动动放大器、电桥、应应变式传感感器（电阻阻应变片）、电压表。七、预习要要求实验前学生生必须自学学有关仪器器设备的使使用方法及及工作原理理，明确实实验内容及及实验目的的，须持实实验预习报报告后，方方可进入实实验室进行行实验。八、实验步步骤1. 设定定旋钮的初初始位置：直流稳压压电源打到到2V档档，电压表表打到2VV档，差动动放大器增增益打到最最大。2. 将差差动放大器器调零。方方法：用实实验线将差差放的正负负输

50、入端与与地端连接接在一起，增增益设置在在最大位置置，然后将将输出端接接到电压表表的输入插插口，打开开主、副电电源，调整整差放的调调零旋钮使使表头指示示为0。3. 根据据图1-1的电电路结构，利利用电桥单单元上的接接线插孔和和调零网络络连接好测测量线路（差差动放大器器接成同相相或反相均均可）。图图中R4为为工作应变变片，WDD为可调电电位器，rr为调平衡衡电阻。电电源由直流流稳压电源源提供。图1-14. 将直直流稳压电电源打到4V档。选择适当当的放大增增益，然后后调整电桥桥平衡电位位器，使表表头指零(需预热几几分钟表头头才能稳定定下来)。5. 旋动动测为头、带动悬臂臂梁分别作作向上和向向下的运动

51、动，以水平平状态下输输出电压为为零。向上上和向下移移动各5mmm，测微微头每移动动0.5mmm，记录一个个差动放大大器输出电电压值，将将测得数值值填入下表表：位 移X(mm)电压V(mmV)6. 保持持放大器增增益不变，将将R3换为为与R4工工作状态相相反的另一一应变片，形形成半桥，调调整电桥平平衡电位器器，使表头头指零。然然后重复第第5步操作作，同样测出出读数，填填入下表：位 移X(mm)电压V(mmV)7. 保持持差动放大大器增益不不变，将RR1，R22两个电阻阻换成另两两片工作片片，接成一一个直流全全桥，通过过电桥平衡衡电位器调调好零点。重复第55步操作，将将读出数据据填入下表表：位 移

52、X(mm)电压V(mmV)8. 在同同一坐标纸纸上描出WW-V曲线线，比较三三种接法的的灵敏度。九、实验报报告要求1. 按表表格要求记记录实验数数据，并进进行数据处处理，绘制制关系曲线线。2. 根据据实验数据据处理结果果和关系曲曲线，对传传感器的性性能进行分分析。十、思考题题1. 根据据实际测试试的数据与与理论上推推导的公式式相比较，结结论如何？2. 对桥桥路测量线线路有何特特别的要求求？为什么么？注意事项：(1)在更更换应变片片时应将电电源关闭，以以免损坏应应变片。(2)在实实验过程中中如果发现现电压表发发生过载，应应将量程扩扩大或将差差放增益减减小。(3)直流流稳压电源源不能打的的过大，以

53、以免损坏应应变片或造造成严重自自热效应。(4)接全全桥时请注注意区别各各应变片的的工作状态态方向，保保证R1与与R3工作作状态相同同，R2与与R4工作作状态相同同。(5)在本本实验中只只能将放大大器接成差差动形式，否否则系统不不能正常工工作。实验二 差差动变压器性能测测试一、实验类类型：验证证性实验。二、实验目目的1. 了解解差动变压压器的原理理及工作情情况。2. 通过过实验验证证差动变压压器的基本本特性。3. 了解解如何用适适当的网络络线路对残残余电压进进行补偿。三、实验内内容1. 从音音频振荡器器输出频率率信号送给给差动变压压器，用示示波器读出出次级输出出电压。2. 设计计减少零残残电压的

54、电电路并实现现。2. 绘制制关系曲线线，并分析析结果。四、实验原原理差动变压器器由衔铁、初级线圈圈、次级线线圈和线圈圈骨架等组组成。初级级线圈作为为差动变压压器激励用用，相当于于变压器的的原边，次次级线圈由由两个结构构尺寸和参参数相同的的线圈反向向串接而成成，相当于于变压器的的副边。差差动变压器器是开磁路路，工作是是建立在互互感基础上上的。其原原理及输出出特性见图图2-1。图2-1零残电压中中主要包含含两种波形形成分：1. 基波波分量。这这是由于差差动变压器器二个次级级绕组因材材料或工艺艺差异造成成等效电路路参数（MM、L、RR）不同，线线圈中的铜铜损电阻及及导磁材料料的铁损，线线圈中线间间电

55、容的存存在，都使使得激励电电流与所产产生的磁通通不同相。2. 高次次谐波。主主要是由导导磁材料磁磁化曲线非非线性引起起，由于磁磁滞损耗和和铁磁饱和和的影响，是是激励电流流与磁通波波形不一致致，产生了了非正弦波波（主要是是三次谐波波）磁通，从从而在二次次绕组中感感应出非正正弦波的电电动势。减少零残电电压的办法法有： = 1 * GB2 从设计和和工艺制作作上尽量保保证线路和和磁路的对对称。 = 2 * GB2 采用相敏敏检波电路路。 = 3 * GB2 选用补偿偿电路。五、实验要要求熟悉CSYY系统传感感器实验系系统。建立立差动变压压器性能测测试电路，零零残电压补补偿电路，记记录数据，绘绘制相关

56、曲曲线，并分分析之。六、实验仪仪器设备差动变压器器、音频振振荡器、测测微头、示示波器、电电桥、差动动放大器。七、预习要要求实验前学生生必须自学学有关仪器器设备的使使用方法及及工作原理理，明确实实验内容及及实验目的的，须持实实验预习报报告后，方方可进入实实验室进行行实验。八、实验步步骤 11. 设定定有关旋钮钮初始位置置：音频振振荡器4KKHz，双双线示波器器第一通道道灵敏度5500mVV/cm，第第二通道灵灵敏度200mV/ccm，触发发选择打到到第一通道道。2. 按图图1接线，音音频振荡器器必须从LLV接出。3. 调整整音频振荡荡器幅度旋旋钮，使音音频LV信信号输入到到初级线圈圈的电压为为2

57、Vp-p。4. 旋动动测微头，从从示波器上上读出次级级输出电压压Vp-pp值填入下下表：位移mm电压mV读出过程中中应注意初初、次级波波形的相位位关系：当当铁芯从上上至下时，相相位由_相变变为_相。5. 仔细细调节测微微头使次级级的差动输输出电压为为最小，必必要时应将将通道二的的灵敏度打打到较高档档，如0.2V/ccm,这个个最小电压压叫做，可可以看出它它与输入电电压的相位位差约为_，因此此是_正正交分量。6. 根据据所得结果果，画出(Vop-pX)曲线，指指出线线工工作范围，求求出灵敏度度： 九、实验报报告要求1. 记录录差动变压压器位移值值和次级线线圈输出的的电压值，绘绘制关系曲曲线，并分

58、分析之。2. 分析析零残电压压的产生原原因及补偿偿办法，分分析补偿效效果产生的的原因？十、思考题题如果用直流流电压表来来读数，需需增加哪些些测量单元元，测量线线路该如何何？注意事项：（1）差动动变压器的的激励源必必须从音频频振荡器的的电流输出出口(LVV插口)输输出。（2）差动动变压器的的两个次级级线圈必须须接成差动动形式(即即同名端相相连。这可可通过信号号相位有否否变化判别别之)。（3）差动动变压器与与示波器的的连线应尽尽量短一些些，以免引引入干扰。 实验三 电电容式传感感器性能测测试一、实验类类型：验证证性实验。二、实验目目的掌握电容式式传感器的的工作原理理和测量方方法.三、实验内内容 建

59、建立电容式式传感器性性能测试电电路，并移移动电容动动片，记录录差动电容容检测电路路输出的电电压值。作作出关系曲曲线，并分分析之。四、实验原原理电容式传感感器有多种种形式，本本仪器中是是差动变面面积式。传传感器由两两组定片和和一组动片片组成。当当安装于振振动台上的的动片上、下改变位位置，与两两组静片之之间的重叠叠面积发生生变化，极极间电容也也发生相应应变化，成成为差动电电容。如将将上层定片片与动片形形成的电容容定为，下下层定片与与动片形成成的电容定定为，当将将和接入电桥桥作为相邻邻两臂时，桥桥路的输出出电压与电电容量的变变化有关，即即与振动台台的位移有有关。五、实验要要求了解差动变变面积式电电容

60、传感器器的原理及及特性。六、实验仪仪器设备电容传感器器、电容变变换器、差差动放大器器、低通滤滤波器、低低频振荡器器、测微仪仪。七、预习要要求实验前学生生必须自学学有关仪器器设备的使使用方法及及工作原理理，明确实实验内容及及实验目的的，须持实实验预习报报告后，方方可进入实实验室进行行实验。八、实验步步骤1. 按图图3-1接接线，电容容变换器和和差动放大大器的增益益适中。图3-12. 装上上测微仪，带带动振动台台位移，使使电容动片片位于两静静片中，此此时差动放放大器输出出为零。3. 以此此为起点，向向上和向下下位移动片片，每次00.5mmm，直至动动片与一组组静片全部部重合为止止。记录数数据，并作