测试技术实验报告.docx
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测试技术实验报告
一、交流全桥的应用——电子秤实验
一、实验目的：
本实验说明交流激励的金属箔式应变电桥的实际应用。
二、实验内容：
本实验说明交流电的四臂应变电桥的原理和实际应用情况，在相敏检波器中整形电路的作用下将输入的正弦波正转换成方波。
交流电桥比直流电桥有更高的灵敏度。
当阻容网络rc不变时，相移将随输入信号的频率而变化，增大相角可以进一步提高灵敏度。
三、实验要求：
1．电桥接入5khz交流。
2．组桥应注意接成差动式，即相邻电阻的受力方向相反。
四、实验装置：
1．传感器系统实验仪csy型10台
2．通用示波器cos5020b10台
3．七喜电脑8台
4．消耗材料
霍尔片（专用）1个
插接线（专用）10个
基层电池（9v）10个
五、实验步骤：
1．按图3接线，组成全桥，音频和差放幅度旋钮适当，以毫伏表在50mv档时用手提压梁时毫伏表指针满档为宜。
图3接线图
2．在悬臂梁顶端磁钢上放好称重平台，在梁处于水平状态时调整电桥的调平衡电位器wd和wa，使系统输出为零。
3．在称重平台上逐步加上砝码进行标定，并将结果填入表3。
表3实验数据
4．取走砝码，在平台上加一未知重量的重物，记下电压表读数。
六、实验数据及处理：
在称重平台上每加—个砝码w，记下—个输出v值，对电子称进行标定。
用方格纸画出w――v曲线，根据标定曲线计算出未知-重量重物的重量。
回归方程为v=0.044w-0.06,当v=1.16时，w=27.73g.
二、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4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
灵敏度:
s=1.88mm
拟合直线方程为：
v=-1.88x
由图像得，当x在（-1.94，0.86）之间时，图像具有线性。
当x〉0.86或x<-1.94时，图像失去线性。
其线性区间为（-1.94,0.86）单位：
mm
2．给出位移测量系统的适宜量程
霍尔传感器在线性区内测量有效，适宜量成为：
（-1.94,0.86）单位：
mm
表4实验数据
v-x图像
三、光纤传感器在转速测量中的应用
一、实验目的：
了解结构型光纤传感器在转速测量中的应用。
二、实验内容：
实验原理基本同于光纤传感器在移测量中的应用（a）。
当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化时，光电变换器输出电量也发生相应的变化，经v／f电路变换成方波频率信号输出，这样，就可以根据方波频率信号计算出反射面转动物体的转速。
三、实验要求：
1．光纤探头要保持与转盘平行，切不可相擦，以免使光纤受损。
2．实验时应避免强光直射转盘上面，以免造成测量误差。
3．实验开始前，转动电机开关应置于“关”一侧，以保证稳压电源正常工作。
四、实验装置：
1．传感器系统实验仪csy型10台
2．通用示波器cos5020b10台
3．七喜电脑8台
4．消耗材料
霍尔片（专用）1个
插接线（专用）10个
基层电池（9v）10个
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
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）实验中观测的3个输
出频率分别为23hz、34hz、47hz
转速公式：
n=
p0×602输出频率-转速关系
四、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XX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
0.023mv，求被温度为0℃，标准热电偶在1000℃时对分度表上的修正值?
e修＝－
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：
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
水瓶
电池1号1个8节基层电池9v2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
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℃。
2．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。
七、实验报告要求
1．做好实验预习，预习报告经老师检查后方可参加实验。
2．认真记录实验结果。
3．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。
标准热电偶的修正值（?
e修）毫伏
解：
（1）在400℃检定点上，标准热电偶在400℃时对分度表上修正值
?
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?
?
16.361?
16.382?
?
0.027?
16.398mv
2
从k型分度表中查得16.398mv相当于394℃，则t=394℃。
被校k型热电偶测得的热电势及对应温度：
e被?
?
16.341?
16.358?
?
16.350mv
2
从k型分度表中查得16.350mv相当于396℃，则t?
=396℃。
于是该分度点的偏差为：
?
t?
t?
?
t?
396?
394?
6?
c
而修正值为?
?
t?
?
6?
c
（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?
?
24.881?
24.888?
?
0.015?
24.901mv
2
从k型分度表中查得24.901mv相当于590℃，则t=590℃。
被校k型热电偶测得的热电势及对应温度：
e被?
?
24.871?
24.834?
?
24.853mv
2
从k型分度表中查得24.853mv相当于594℃，则t?
=594℃。
于是该分度点的偏差为：
?
t?
t?
?
t?
594?
590?
4?
c
而修正值为?
?
t?
?
4?
c
（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?
?
32.423?
32.330?
?
0.015?
32.397mv
2
从k型分度表中查得32.887mv相当于791℃，则t=791℃。
被校k型热电偶测得的热电势及对应温度：
e被?
?
33.322?
33.330?
?
33.326mv
2从k型分度表中查得33.326mv相当于796℃，则t?
=796℃。
于是该分度点的偏差为：
?
t?
t?
?
t?
796?
791?
5?
c
而修正值为?
?
t?
?
5?
c
对于ⅱ等级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）允许误差为?
2.5℃，而由前面三个检定点测得的偏差热电偶不合格。
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：
表9
均超过此范围，故被检
4．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。
5．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。
八、思考题
1．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：
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。
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。
图16实验接线图
五、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：
oooo——oo××oo××——oo××oo××——oo××o×××——oo××o×××——××××
仪表应无叠字，亮度均匀，没有不亮、缺笔现象。
②符号检查
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。
[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18100℃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a1a2a1a2四个转换点为止。
a1a2a1a2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℃
[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
?
t
作为该仪表的2
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
a1a2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。
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．
仪表需接通220v电源，接线要牢靠，不要短路，注意用电安全。
四、实验装置
1、低阻电位差计uj360.1级
2、冰瓶3、数字温度指示仪0.5级xmt-1214．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。
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（?
a
（2）?
t
）ti输入被检点电量法检定时：
?
i?
td?
[ts?
e
（?
a]（3）?
t
）t20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
?
t
）ti—被检点的电量值—温度变化率（mv／℃）e—补偿导线修正值（本实验中此值为零）
e（?
a—补偿导线修正值所对应的修正温度（℃）?
t）t20
1台1个
1台
各1根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）
?
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（℃）
a1a2a1a2—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。
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）
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
附表4-3
s、k、n、e、j型热电偶整XX点微分热电动势表
数字温度指示仪检定记录格式（寻找转换点法）：
检验员王巧荣型号xtm-121数显表分度号k测量范围0℃-1100℃
准确度等级0.5分辨力制造厂北京宏瑞德电子仪表厂出厂编号200009023
外观合格通电检查合格允许基本误差5.5℃实际最大误差0.172显示值的波动量短时间零点漂移0.000最大分辨力误差
当仪表显示值为700℃时，误差最大。
基本误差：
?
a?
29.129?
28.957?
0.172mv,?
i?
?
a0.172
?
?
4.11?
c0.04190?
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t?
ti
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分辨力：
700℃:
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a1?
a2?
0.038mv;?
a?
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a1?
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0.044mv
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a0.038
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0.91?
c（上行程）0.04190?
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a?
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0.044
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1.05?
c（下行程）
0.04190?
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结论：
由于此数字温度指示仪的最大误差点不超过了允许的5.5，故为合格仪器。
数字温度指示仪检定记录格式（输入被检点标称电量值法）：
检验员王巧荣型号xtm-121数显表分度号k测量
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