《安全监测与监控技术》实验教学大纲

《安全监测与监控技术》实验教学大纲实验课程编码：XXXX学时：6适用专业：安全工程先修课程：《安全监测技术》考核方式：理论课成绩与实验成绩、平时成绩结合，实验不单独考试。一、实验课程的性质与任务任务：安全检测与监控技术是借助于仪器、传感器、探测设备等对生产过程中某些物理量的连续监视或点检，对生产系统和作业环境中危险与有毒因素、危害程度、范围及动态变化等进行监测与监控的一门专业主干课程。本课程主要讲授安全监测与监控技术的基本知识和基本技能，包括有关参量的现代检测方法、 非电量电测转换原理、测量电路设计、数据处理和误差分析及相关传感器工作原理等内容， 为安全管理决策和安全技术有效实施提供可靠而准确的信息，是预防和防止灾害发生的重要技术。通过本课程学习，学生应具有一定的安全监测与监控系统方面的基本知识和基本技能，掌握安全检测与监控系统的相关原理及分析方法，掌握非电量电测转换原理、数据处理和误差分析，熟悉常用传感器的构造、工作原理与应用及各类监测监控系统；了解现场的安全监测监控施工和设计；掌握各种常用安全检测仪表的使用，熟悉有毒有害、可燃性、爆炸性气体及温度的检测方法，应用安全检测与监控技术为安全管理提供依据。性质：《安全监测与监控技术》课程的必修实验。二、实验项目实验一金属箔式应变片性能（2学时）（一）实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。（二）实验设备：1．直流稳压电源——本实验将开关打到±4V档2．电桥3．信号处理电路——差动放大器，将增益旋到最大值4．双平行振动梁和测微头5．一片应变片6．F/V表——本实验将开关打到2V档（三）实验电路图及其电路解读:.电路原理图.电路解读本实验R1、R2及R3为阻值相等的精密电阻，阻值为350欧，Rx为应变片也为350欧，应变系数为：2,它们按图构成一个电桥，r和w组成电桥平衡，当Rx受外力作用发生形变，而引起 Rx的阻值发生变化，引起2端和11端的电压发生差值，这个差值送入差动放大器进行放大，直流电压表读数。（四）实验步骤：.了解所需单元、部件、在实验台上的所在位置，观摩梁上应变片， 应变片为棕色衬底箔式结构小方箔片。上下两片梁的外表面各贴二片受力应变片， 测微头在双平行梁前面的支柱上可以上、下、前、后、左、右调节。.将差动放大器调零：用连线将差动放大器的同相输入端反相输入端与地短接。.根据1图接线，R1和R2及R3为电桥单元的固定电阻， Rx=R4应变片，将直流稳压电源的，接入电路， F/V表量20V档，调节W1,使F/V表显示为零（粗调），然后将F/V表量于20V档，再调W1使F/V表显示为零（细调）。.将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再动到测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。.往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。建议每旋动测微头一周即△X=0.5mm记下一个数值填入表：位移(mm)电压(mV).据所得结果计算灵敏度S=AV/AX（式中△X为梁的自由端位移变化， 4V为相应F/V表显示的电压相应变化）。.实验完毕，关闭电源，所有旋钮到初始位置。注意事项：.上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记，让学生组桥容易。.做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。实验二热电偶原理及现象（2学时）（一）实验目的：了解热电偶的原理及现象（二）实验设备：15V不可调直流稳压电源放动放大器一一调增益最大F/V表一一开关打到2V档加热器热电偶水银温度计（三）本实验在电子应用中的作用：热电偶在电子应用工程和工业上大量使用，常用作测温探头用，尤其在高温炉中。（四）实验的原理图：（五）实验步骤：.热电偶原理：二种不同的导体互相焊接成闭合回路时， 当二个接点温度不同时，回路中就会有产生电流，这一现象称谓热电偶效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同的导体的这种组合称为热电偶。.了解热电偶在实验台上的位置及符号，本实验所配的热电偶是由铜 -康铜组成简易热电偶，分度号为T,它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里（不可见到） 。.按图7接线。开启电源，调节差动放大器的调零旋钮，使 F/V表显示为零，并记录温度计的室温。.将-15V直流电源接入加热器一端，加热器号一端接电源，，观察F/V表显示数值变化，待温度值稳定不变时记录 F/V表显示的读数E。.用温度计测出下梁表面加热处的温度 t记录下来，（注意：温度计的测温头只要触及热电偶处附近的梁体即可)。.热电偶的热电势与温度之间的关系：Eab(t,t0)=Eab(t,tn)+Eab(tn,t0)t热电涡的热端(工作端或称测温端)温度。tn热电涡的冷端(自由端即热电势输出端)温度也就是室温。t00c(1)热端温度为t冷端温度为室温时热电势： Eab(t,tn)=(f/v显示表E)/100,100为差去放大器倍数。(2)热端温度为室温，冷端温度为 0C,铜-康铜的热电势：Eab(tn,t0)查以下所附的热电涡自由端为0c时的热电势与温度的关系，即铜 -康铜热电涡分度表，得到室温(温度计测得)的热功当量电势。(3)计算：热端温度为t,冷端温度为0c的热电势：Eab(t,t0)根据计算结果，查分度得到温度to附表：铜-康铜的热电偶分度。分度号：T工作端温度C012345678热 电 动势(mv)-10-0.383-0.421-0.459-0.496-0.534-0.571-0.608-0.646-0.6830-0.000-0.039-0.077-0.116-0.154-0.0193-0.231-0.269-0.3070-0.0000.0390.0780.1470.1560.1950.2340.2730.312100.3910.4300.4700.5100.5490.5890.6290.6690.709200.7890.8300.8700.9110.9510.9921.0321.0731.114301.1961.2371.2791.3201.3611.4031.4441.4861.528401.6111.6531.6951.7381.7801.8221.8651.9071.950502.0352.0782.1212.1642.2072.2502.2942.3372.380602.4672.5112.5552.5992.6432.6872.7312.7752.819702.9082.9532.9973.0423.0873.1313.1763.2213.266803.3573.4023.4473.4833.5383.5843.6303.6763.721903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1981004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.668用本实验台的电压比较器控制器设计一份控制器的电路并实验之。实验三相敏检波器实验(2学时)(一)实验目的：了解相敏检波器原理及工作情况。(二)实验设备：.相敏检波器实验电路单元.移相器实验单元.音频振荡器一一约4KHZ,幅度最小(逆时计到底).双踪示波器.低通滤波器.F/V表——量程20K.相关的直流稳压电源，土2V档（三）本实验在电子应用中的作用：相敏检波器又称同步检波器，为使检波电路具有判别相位和选频的能力，在通讯设备需采用相敏检波器电路。（四）实验的原理图：2V+2V-1图8-1直流稳压电源（2V（五）实验步骤： ' '.了解相敏检波器的低通滤波器在实验台的位置 （因低通作为单元电路，所以用表示）.根据图8-1的电路连线，音频信号线 0。输出至相敏检波器的输入端 ①，把直流稳压电源+2V输出至相敏检波器的参考输入端 ⑤，将示波器CH1、CH2两探头线分别接到相敏检波器输入端 ①输出端③，组成一个测量电路。.调整示波器，开启电源，调整音频信号源的幅度旋钮，示波器输出电压为 4Vp-p,观察输入和输出的相位和幅值关系，并记录于下面坐标。.改变参考电压的极性（除去直流稳压电源 +2V与相敏检波器参考输入端 的连线，将-2V输出至相敏检波器的 端，观察输入和输出的相位和幅值勤的关系）由此可结论：当参考电压主“+”时，输出和输入相，当参考电压主“-”时,输出和输入相，此电路的放大倍数为倍。.关闭电源，根据图8-2重新接线，将音频信号源的 0。端输出端与相敏检波器的输入端①和②相连，把示波器的两根输入线分别接到相敏检波器的①和③ 端，将相敏检波器的输出端③同时与低通滤波器的输入端连起来， 将低通滤波器的输出阻端与直流电压表连起来，组成一个测量电路（此时F/V表置于20V档）。

图-8-2i.开启电源，调整音频信号源的输出幅度同时记录电压表的计数，填入下表:Vip-p0.5V1V2V4V8V16VV02.关闭电源，根据8-3的电路接线，将音频信号源的 00端输出端至敏检波器的输入端①；将180。输出到相敏检波器的输入端①，将移相器的接到相敏检波器的输出端②，示波器的两根输入阻抗线分别接至相敏检波器的输入阻抗端①和输出端③，将相敏检波器输出端③同时与低通滤波器输入端连接起来， 将低通滤波器的输出端与直流电压表F/V连接起来组成一测量电路。180° 移相器相敏检波器 示波器图3-38-3.开启电源，转动移相器上的移相电位器 W,观察示波器的显示波形及电压表的读数，使得输出最大。4.调整音频信号的输出幅度，同时记录电压表的读数如下Vip-p0.5V1V2V4V8V16VV0思考：.根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么（即参考端输入波形的相位作用） 。.当指数检波器的输入与开关信号同相时， 输出是什么极性的什么时候波形， 电压表的读数是否是最大值？实验四差动变压器（互感式）的性能（ 2学时）（选作）（一）实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。（二）所需单元与部件：.音频振荡器 4、差动变压器.测微头 5、振动平台.示波器 6、电源（三）有关旋钮的初始位置：.音频振荡器在4KHZ~8KHZ之间。.双踪示波器第一通道灵敏度 500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div;（四）实验步骤：.按图10接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来,组成一个测量电路。.开启电源，将示波器探头CH1和CH2分别接至差动变压器的输出端和输入端，观察差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号， 使其Vp-p=2V（调节音频振荡器的幅度钮）.转动测微头使微头与振动平台吸合，再向上转动测微头 5mm,使振动平台往上位移；.往下旋动测微头，使振动平台产生位移，每位移0.2mm,用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值并填入下表。根据所得数据计算灵敏度 S,S=AV/AX（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化）作出V/X关系曲线。X(mm)54.84.60.20-0.2-4.8-5V(mv)思考：根据实验结果，指出线性范围；当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时， 双踪晃示波器的波形相位会发生怎样的变化。三、实验报告要求验证性实验报告内容应包括：一，实验目的；二、实验设备；三、实验原理；四、实验内容和步骤；五、实验数据处理及数据分析；六、问题讨论。综合及设计性实验报告内容应包括:一、实验目的；二、实验仪器；三、设计要求及主要技术指标；四、设计原理；五、设计流程及设计图等；六、