测试技术实验分析.docx
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测试技术实验分析
能源与动力测试技术
实验报告
专业班级：
能动1402
学生姓名：
王鑫
学号：
K201410204275
中南大学能源学院
能源自动化与信息所
2016年9月
实验一 热电偶校验及其静态特性测试实验
组号______同组成员_______________________成绩__________
实验时间__________指导教师（签名）___________
一、实验目的
1、掌握热电偶测温原理和温度测量系统组成，学习热电偶测温技术，提高学生的实验技能和动手能力；
2、掌握电位差计的工作原理及使用方法；
3、了解模拟式显示仪表及数字式显示仪表校验方法,从而能较全面的了解与使用显示仪表；
4、掌握工业热电偶比较式校验的实验方法；
5、掌握热电偶的静态特性测试方法及数据处理技术。
二、实验仪器及设备
1、标准镍铬硅-镍硅镁热电偶（分度号Ｎ）型号：
WRN-111支
附标准偶检定证书一份
2、被检镍铬-镍硅热电偶（分度号K）2支
3、UJ33a型直流电位差计，0.05级1台
4、精密数字测温仪XMTA-1001台
5、热电偶自动校准仪：
型号CST40061台
7、交流电压表，0～250V1台
8、水银温度计，0～100℃1支
9、调压变压器（自耦式，（2～5）KVA）1台
三、预习填空
1、工业热电偶的检定实验中，热电偶需定期校验的原因使用中的热电偶由于长期受高温作用和介质的侵蚀，其热电特性会发生变化，为了保证测温的准确和可靠，故必须进行定期检定。
工业热电偶的检定实验中，校验的基本方法是比较法。
工业热电偶的检定及其静态特性测试实验目的是是为了保证热电偶的测量准确度。
工业热电偶比较法的检定实验所测得的热电势反映的是冷端温度和工作端温度下的温差电势。
2、常用热电偶的分度号有S、K、E，其中测温范围较大的是K,精度较高的是S。
热电偶测温时必须保证参比端温度恒定。
3、热电偶补偿导线的作用是起到延长热电极，使热偶的冷端移到控制室的仪表端子上的作用。
生产过程中较多采用的参比端温度补偿方法是把参比端放在电加热的恒温器中，使其维持在某一恒定的温度。
4、分度号为N的热电偶电极材料正、负极分别是镍铬硅和镍硅镁，N型热电偶的使用温度范围为-20~1300℃。
四、热电偶性能测试
1、实验数据
分别使电炉温度在200℃，300℃，400℃，500℃等检定点时，按照先测标准热电偶“第一次读数”——被校热电偶读数——标准热电偶然“第二次读数”的顺序，测出标准电偶、被校热电偶在这几个检定点温度下的电势值和标准偶的前后二次读数，并将结果一一记入表1中。
表1实验数据记录表
检定温度（℃）
200
300
400
500
对应名义值（mV）（查表）
5.913
9.341
12.974
16.748
实验用标准偶证书给出值
（冷端为0℃）
热电势（mV）
5.864
9.288
12.915
16.672
修正值（mV）
0.049
0.053
0.059
0.076
检定记录数据
标准偶
冷端温度
℃
40.2
48
57.2
65.1
mV
0.05
1.24
1.54
1.76
第一次读数mV
6.07
8.86
12.42
15.08
第二次读数mV
6.14
8.92
12.48
15.36
被检偶
读数（mV）
7.99
11.46
15.38
18.71
冷端温度
℃
40.2
48
57.2
65.1
mV
0.05
1.24
1.54
1.76
整理后数据
标准偶
第一次读数修正为0℃时值（mV）
6.12
10.1
13.96
16.84
第二次读数修正为0℃时值（mV）
6.19
10.16
14.02
17.12
两次平均值（mV）
6.155
10.13
13.99
16.98
平均值经修正后的值（mV）
6.204
10.183
14.049
16.988
炉内实际温度（℃）
208.8
323.6
428.8
506.3
被检偶冷端修正为0℃时的值（mV）
8.04
12.7
16.92
20.47
被检偶的偏差（mV）
0.45
0.44
0.45
0.44
被检偶允许偏差（mV）
.0.063
0.101
0.137
0.162
检定结果
不合格
不合格
不合格
不合格
*由表1中查出允许偏差（0℃），再按照不同的检定点温度由附录
中的热电势率表（
℃）折算。
2、实验装置示意图
实验主要设备如图1所示，画出实验接线图。
图1实验原理接线图
3、实验结论与分析
被检热电偶的偏差超过允许偏差，故被检热电偶不合格。
导致被检热电偶不合格的原因可能是：
冷端温度不恒定。
由热电偶温度-热电势图可知，热电偶与热电势基本成线性关系，而且被检偶的偏差基本不变。
可能由于冷端温度示值不准确，导致热电偶温度特性向下平移了一段距离。
五、思考题
1）简述工业热电偶校验与分度的意义，并分析产生误差的原因？
答：
使用中的热电偶由于长期受高温作用和介质的侵蚀，其热电特性会发生变化，为了保证测温的准确和可靠，故必须进行定期检定。
对于检定合格的标准热电偶要给出分度公式，工业热电偶只需要检定是否合格，如果能给出工业热电偶的分度公式，就能在生产实践中进行有效的补偿工作，使热电偶的测温示值更可靠。
2）工业热电偶校验实验中，设置冰瓶的目的和作用？
答：
设置冰瓶的目的是进行冷端补偿，冰水混合物可使冷端温度稳定地维持在0℃。
3）实验过程中，实验用电阻炉炉内温度是如何保证稳定的？
答：
电阻炉的温度先由热电偶温度传感器检测并转换成微弱的电压信号，温度变送器将此弱信号进行非线性校正及电压放大后，由单片机内部A/D转换器将其转换成数字量。
此数字量经数字滤波、误差校正、标度变换、线性拟合、查表等处理后，与温度设定值比较，根据偏差的大小，提供给控制算法进行运算，最后输出移相控制脉冲，放大后出发可控硅导通（即控制电阻炉平均功率），达到稳定电炉温度的目的。
4）试分析如何通过实验的方法，获得同时校验多只热电偶？
答：
将需要校验的热电偶和标准热电偶捆扎在一起，通过转换开关将标准热电偶与被检热电偶分别切换到与直流电位差计接通的位置，读取各自的热电势测量值，读值顺序为：
标准→被检1→被检2→被检3→…→被检2→被检1→标准，然后进行相应的数据处理。
5）通过实验，你认为在用双极比较法检定热电偶时需要注意那些问题？
答：
（1）标准热电偶应套上高铝保护管，与套好高铝绝缘瓷珠的被检热电偶用细铬丝捆扎成圆形一束，其直径不大于20mm，以防标准热电偶被污染。
（2）被检热电偶的测量端应围绕标准热电偶的测量端均匀分布，并处于垂直标准热电偶的同一截面上，以保证标准热电偶和被检热电偶在同一温度场内。
（3）将捆扎成束的热电偶装入管式炉内时，热电偶的测量端应处于管式炉的最高温度区中心，标准热电偶与管式炉中心线位置一致。
（4）管式炉炉口沿热电偶束周围，用绝缘耐火材料密封，以防散热，影响检定精度。
（5）对较长的热电偶，不要弯曲过大，以免损坏电极晶格，产生误差。
（6）对新热电偶在外观检查合格后，在检定前，应在最高检定点温度下，退火2小时后，随炉冷却至250℃以下，然后检定，以消除在焊接、拉制过程中产生的误差。
6）常用的测温线路有哪几种？
简要说明。
答：
（1）反向串联，测量两点的温度差；
（2）正向串联，测量三点温度和；
（3）并联，求多点平均温度；
实验二温度变送器调校与测温系统实验
组号______同组成员_______________________成绩__________
实验时间__________指导教师（签名）___________
一、实验目的
以K分度和Pt100温度变送为研究对象，了解其工作原理、基本结构，掌握其调校方法，以便正确使用温度变送器。
选用K分度热电偶或Pt100热电阻，配温度变送器和XMT808型数字式显示仪表组成测温系统，完成温度测量、变送和显示。
二、实验仪器及设备
1）热电偶温度变送器型号SBWR-K，量程0~1100℃，精度0.5级，输出：
4~20mA
2）热电阻温度变送器WP-201TR20-Pt100，量程-200~650℃，输出：
4~20mA
3）UJ33A型直流电位差计一台，0.05级；1台
4）精密电阻箱一台；
5）XMT808型数字式显示仪表一台，0.5级；
6）毫安电流表一台，量程：
0~30mA；
7）水银温度计一支，0~100℃；
8）补偿导线、铜导线若干。
三、预习填空
1.温度变送器的作用是将温度变量转换为可传送的标准化输出信号。
电动III型温度变送器输出信号是4~20mA直流电流。
2.变送器零点调整的含义是使变送器的测量起始点为零。
零点迁移的含义是把测量的起始点由零迁移到某一数值（正值为正迁移，负为负迁移）。
量程调整的含义是使变送器的输出信号上限值ymax与测量范围的上限值xmax相对应。
3.在调校电动温度变送器时，一般可用精密的电阻箱输入一个标准电阻信号，或可用毫伏发生器输入一个标准电势信号。
四、实验装置示意图
热电偶、热电阻与温度变送器调校主要设备如图1、2所示，分别画出实验装置接线图。
图1热电偶温度变送器调校实验接线图
图2热电阻温度变送器调校实验接线图
五、数据记录
表1温度变送器校验数据记录
被检表名称热电偶温度变送器型号SBWR-K分度号K
量程范围0~1100℃精确度0.5级
标准表名称直流电位差计型号UJ33A型精确度0.05级
输入信号
输出电流
（mA）
实测值（mA）
误差
量程%
mV
上
行
下
行
绝对（mA）
相对（mA）
变差
（%）
上行
下行
上行
下行
0
0
0.012
4
3.8
0
-0.2
0
-0.05
-1.25
10
4.509
5.573
6
6
0
0
0
0
0
20
8.940
11.141
8
8
0
0
0
0
0
30
13.457
16.789
10
10
0
0
0
0
0
40
18.091
22.610
12
12
0
0
0
0
0
50
22.776
28.516
14
14
0
0
0
0
0
60
27.447
33.971
16
16
0
0
0
0
0
70
32.041
39.952
18
18.2
0
0.2
0
0.01
+1.25
80
36.524
47.812
20
20
0
0
0
0
0
90
100
六、结论与分析
热电偶温度变送器出产时精度为0.5级，而变差超过了热电偶的精度等级，现在的精度等级是1.5级，经检验，被校表不合格。
导致被校不合格的原因有：
（1）直流电位差计的误差；
（2）电测仪表的误差（数字电压表）；（3）直流稳压电源的影响；（4）I／V变换电阻的精度影响；（5）对于读数误差可忽略不计。
七、思考题
1）热电偶与温度变送器和二次仪表配套使用主要设备如图3、4所示，请分别画出测温实验线路图。
图3热电偶与温度变送器和二次仪表接线图
图4热电偶与温度变送器连接输出1~5V接线图
2）热电阻测温时为什么要采用三导线接法？
请画出图5所示热电阻配温度变送器测温时线路图。
图5热电阻与温度变送器和二次仪表接线图
答：
三线制接法可以消除引线电阻及引线电阻由于环境温度变化所带来的误差。
实验三压力传感器的调校和性能测试实验
组号______同组成员_______________________成绩__________
实验时间__________指导教师（签名）___________
一、实验目的
1、了解二线制、四线制压力变送器的工作原理，压力变送器现常使用的有两种：
一是Ⅱ型的四线制（两根电源220V，两根信号0--10mA）；二是两线制智能变送器，两根导线既是电源（24V）线又是信号（4--20mA）线，把相应量程的电流表串入信号回路中，注意极性别接反了。
2、熟悉压力变送器的主要技术指标、调校的方法，变送器出厂前已根据用户需求，量程、精度均已调到最佳状况，一般不需校验。
但以下情况需重新校验：
1）运输途中出现跌落、强烈震颠和碰撞。
2）存放期超过一年。
3）长期运行后，若出现大于精度范围内的误差。
4）使用单位的例行检验。
通过该实验，应能掌握压力变送器的调零、调量程及性能测试的基本操作。
这对差压变送器使用和管理都具有十分重要的意义。
3、掌握数字显示仪表组态方法和步骤。
4、正确掌握实验常用标准仪表的使用，常用仪表的接线
二、实验仪器及设备
序号
仪表名称
测量范围与精度
备注
1
压力变送器（被校表）
0～600KPa，输出４~20mA,
0.5级，过载压力：
1MPa
供电电压：
17.5～36VDC
WIDEPLUS-KIASIGIF2D5上润精密仪器有限公司
2
标准表
（数字压力表）
0~1.6MPa±0.05%FS
型号：
ConST218
北京康斯特仪表科技
３
压力信号源
（台式气压泵）
压力范围：
（-0.095~6）MPa
调节细度：
10Pa传压介质：
空气
型号：
ConST161A
４
弹簧管压力表（被校表）
0~1MKPa±0.05%FS
５
电流表
0~30mA
精密电流表
6
24V稳压电源
24V.DC±10%
7
标准电阻
250Ω（或50Ω）±0.01%
8
数字显示表
XMT808
三、预习填空
1、霍尔压力传感器是根据霍尔效应来测量压力，霍尔片主要材料是半导体。
2、常用压力弹性元件有膜片、波纹管和弹簧管。
3、压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。
4、应变效应是指当电阻体受外力作用时，电阻体的长度l、截面积S或电阻率ρ会发生变化，即其阻值也会发生变化。
四、实验装置示意图
压力传感器性能调校实验装置如图1所示，画出实验接线图。
图1压力传感器实验接线图
五、数据记录
压力传感器性能调校数据记录见表1。
表1压力传感器调校数据记录表
测量点
（kPa）
标准值
（单位）
测试值
精度
正（正行程）
负（负行程）
外观
0
4.00
4.00
4.00
接地影响
100
6.67
6.72
6.72
密封性
200
9.33
9.40
9.40
300
12
12.00
12.00
400
14.66
14.72
14.70
500
17.33
17.40
17.40
600
20
日期
湿度
湿度
湿度
校验者
检验者
测量的各点与理论值之差不能大于允许误差，回差值也不能超过允许误差。
表2量程调整数据记录表
测量点
（kPa）
标准值
（mA）
测试值
精度
正
负
外观
0
4.00
4.00
4.00
接地影响
100
7.20
7.20
7.24
密封性
200
10.40
10.40
10.42
300
13.60
13.60
13.56
400
16.80
16.80
16.80
500
20.00
20.00
20.00
日期
湿度
湿度
湿度
校验者
检验者
六、结论与分析
绘制测试压力变送器的特性曲线
七、思考练习
1、分析压力传感器的现场校验该如何进行？
采用对比试验，测定0kpa，100kpa…….这样的压力下的实际输出电流值，与理论上4~20mA的偏差是否在误差允许范围，以达到校验的目的
2、压力变送器配数字显示仪表进行压力检测与显示主要设备如图3所示，试画出压力变送器与数字显示仪表测量压力的接线图示意。
图3压力变送器检测与显示主要设备图
3、请简述如何将压力变送器的输出信号送到计算机中；压力变送器配数字显示仪表和计算机的主要设备如图4所示，请选择合理的设备，画出将压力变送器信号送计算机接线示意图。
图4压力变送器配数字显示仪表和计算机的主要设备
实验四数字温度显示仪表的示值检定与测温系统实验
组号______同组成员_______________________成绩__________
实验时间__________指导教师（签名）___________
一、实验目的
以XMT808型数字式显示仪表为研究对象，了解其工作原理、基本结构，掌握数字温度显示仪表的示值检定方法和组态方法，以便正确使用操作数字式显示仪表。
掌握数字显示仪表与热电偶、热电阻配套测温线路。
二、实验仪器及设备
1、XMT808型数字式显示仪表一台，0.5级；
2、UJ33a型直流电位差计一台，0.05级；
或UJ33D-2型数字电位差计1台
3、水银温度计一支，0~100℃。
4、K分度热电偶一支；
5、Pt100热电阻一支；
6、补偿导线、铜导线若干。
三、预习填空
1、数字显示仪表主要由前置放大、显示装置和模数转换三大部分组成。
2、A/D转换的作用是将模拟信号转换为数字信号。
3、数字显示仪表的显示通常有、和三种形式。
4、新型显示仪表通常是指记录技术和控制技术大类型，以微型处理器为核心，具有信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制等功能。
5、右图
所示的数字式温度计分辨力为0.1，若该仪表的精度为1.0级，则最大绝对误差为2。
仪表的分辨率为0.00005。
６、数字仪表的4位半表达的数字是199.9。
四、实验装置示意图
请分别画出配热电偶校验数字显示仪表和配热电阻校验数字数字显示仪表实验的接线原理图。
配热电偶实验的接线图
配热电偶实验的接线图
五、实验数据
数字式显示仪表校验记录数据见表1，热电偶与数字显示仪表和手动电子电位差计测温数据见表2。
表1数字式温度显示仪校验记录表
被检表型号XMT808分度号Pt100
量程范围-200--600精确度+-%0.2
标准表型号UJ33a精确度+-0.5%FS+-1
-100
0
100
200
300
400
500
600
摄氏度
测量值
60.2
100.2
138.2
176
212
247
281
313.6
欧姆
标称值
60.26
100.00
138.51
175.86
212.05
247.09
280.98
313.71
欧姆
基本误差
0.06
0.2
0.09
0.14
0.05
0.09
0.02
0.11
欧姆
原表允许的最大误差：
0.002*600=1.2
实际测得最大误差为0.2<1.2所以检测仪表合格。
六、结论与分析
被检表合格，精度符合要求。
七、讨论与思考
1、数字式显示仪与模拟式显示仪比较，具有哪些特点？
答：
数字仪表的准确度高、测量速度快、读数方便、输入阻抗高。
有些数字仪表还具有自动量程切换、编码输出、通过接口电路与其他仪表或计算机联结等功能。
数字仪表不用指针指示，没有读数视差和估读误差，但存在末位半个字的显示误差
2、数字式显示仪表校验为何不存在“上行”、“下行”校验问题？
答：
在模拟式显示仪表中存在机械惯性，机械零件传动间隙等误差。
3、用热电阻Pt100是否可以对数字式温度显示仪表进行校正？
在实验室如何进行校正？
请进行简单说明，并画出数字显示仪表用Pt100校验的实验装置连接图。
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