【正文】 V(V) 由表11－1數(shù)據(jù)計(jì)算在此范圍內(nèi)集成溫度傳感器的非線性誤差。五、 實(shí)驗(yàn)步驟（PID控制）增強(qiáng)型溫度控制儀XMTD7611H、PID溫度調(diào)節(jié)控制儀使用說(shuō)明如下：接通電源后，顯示窗即顯示被控對(duì)象的測(cè)量值。此時(shí)按“ ”鍵三秒鐘，使面板上的“設(shè)定項(xiàng)目指示”圖表中第一個(gè)指示燈“控制”點(diǎn)亮，這時(shí)顯示窗顯示“控制”設(shè)定值，按“∧”或“∨”鍵“控制”設(shè)定值符合您需要，再按一下“ ”鍵即轉(zhuǎn)入下一設(shè)定項(xiàng)目……，最后切換至“設(shè)定項(xiàng)目指示“燈全熄（顯示窗顯示測(cè)量值），完成一個(gè)設(shè)定循環(huán)，儀表即可投入使用。該P(yáng)ID調(diào)節(jié)儀表，推薦的比例帶P為5，積分I為180，微分D為0、修正值出廠時(shí)，設(shè)置為“0”，讀請(qǐng)勿輕易變動(dòng)比值，以免將精確的儀表修正成不精確。圖11－3 XMTD7611H面板圖圖11－4 XMTD76溫控儀控溫原理圖 將加熱器的220V電源插頭插入主控箱面板上的電源加熱插座上。 在溫度控制儀表面板上按“ ”鍵三秒鐘，控制點(diǎn)亮，按“∧”鍵使（初始時(shí)跳動(dòng)慢，按長(zhǎng)時(shí)上升很快），設(shè)定控制溫度t=40℃，再按“ ”鍵，超限點(diǎn)亮，按加數(shù)鍵“∧”和減數(shù)鍵“∨” ，℃，再依次按“ ”鍵，修正為0，比例為P＝5，積分為180，微分為0均已設(shè)置好，可不必改動(dòng)。 將集成溫度傳感器加熱端置于加熱器插孔中，尾部接線接實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有雙圈符號(hào)的a、b端，見(jiàn)圖11－1。棕色線為正端接實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腶 端。加直流源2V，另一端蘭色線接b端，信號(hào)直接從b端輸出。與運(yùn)放ICIC2輸入端相接。 用連接線將Vo2端接入數(shù)顯表單元上Vi 端，電壓量程撥至2V檔。 合上加熱源開關(guān)，待溫度顯示在40℃時(shí)，讀取數(shù)顯表上示值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟2的將控制溫度設(shè)定值增加5度，依次推進(jìn)，記取相應(yīng)的數(shù)顯值，記入表11－1，可讀取10個(gè)數(shù)值。表11－1t(℃)V(mv)六、 思考題：大家知道在一定的電流模式下PN結(jié)的正向電壓與溫度之間具有較好的線性關(guān)系，因此就有溫敏二極管，你若有興趣可以利用開關(guān)二極管或其它溫敏二極管在50℃－100℃之間，作溫度特性，然后與集成溫度傳感器相同區(qū)間的溫度特性進(jìn)行比較，從線性看溫度傳感器線性優(yōu)于溫敏二極管，請(qǐng)闡明理由。實(shí)驗(yàn) 熱電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娮璧奶匦耘c應(yīng)用。二、 基本原理：利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測(cè)量時(shí)，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉑電阻和銅電阻、鉑電阻在0－℃以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為： Rt=Ro(1+At+Bt2)Ro系溫度為0℃時(shí)的電阻。本實(shí)驗(yàn)Ro＝100℃。A＝10－2／℃，B＝－10－7／℃2，鉑電阻現(xiàn)是三線連接，其中一端接二根引線主要為消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響。 三、 需用器件與單元：加熱源、K型熱電偶、Pt100熱電阻、溫度控制單元、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)顯單元、萬(wàn)用表。四、 實(shí)驗(yàn)步驟： 將Pt100鉑電阻三根線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍢?biāo)Rt的a、b和R6端上，用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)出Pt100三根線中其中短接的二根線接b端和R5端。這樣Rt與RRRwR4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。Rw1中心活動(dòng)點(diǎn)與R5相接。 在端點(diǎn)a與地之間加直流源6V，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)RW1使電橋平衡，橋路輸出端b和中心活動(dòng)點(diǎn)之間在室溫下輸出為零。 加177。15V運(yùn)放電源，調(diào)RW3使UO2＝0，接上數(shù)顯單元，撥2V電壓顯示檔，使數(shù)顯為零。 在常溫基礎(chǔ)上，將設(shè)定溫度值可按Δt=5℃讀取數(shù)顯表值。將結(jié)果填入下表11－2。關(guān)閉電源主控箱電源開關(guān)。表11－2鉑電阻熱電勢(shì)與溫度值 t(℃)V(mv)圖11－5 熱電阻測(cè)溫特性實(shí)驗(yàn) 根據(jù)表11－2值計(jì)算其非線性誤差。五、 思考題：如何根據(jù)測(cè)溫范圍和精度要求選用熱電阻？實(shí)驗(yàn)三十七 熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y(cè)量溫度的性能與應(yīng)用范圍。二、 基本原理：當(dāng)兩種不同的金屬組成回路，產(chǎn)生的二個(gè)接點(diǎn)有溫度差，會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點(diǎn)就是工作端，將其置于被測(cè)溫度場(chǎng)配以相應(yīng)電路就可間接測(cè)得被測(cè)溫度值。三、 需用器件與單元：熱電偶、K型、E型、加熱源、溫度控制儀、數(shù)顯單元。四、 實(shí)驗(yàn)步驟： 將K型熱電偶插入到主控板上用于溫度設(shè)定。 將E型熱電偶插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有熱電偶符號(hào)的a、b孔上，熱電偶自由端連線中帶紅色套管或紅色斜線的一條為正端。將a、b端與RR6相接。 設(shè)定溫度值t＝40℃。將RR6短路接地，接入177。15V電源，打開主控箱電源開關(guān)調(diào)節(jié)RW3使UO2為零（見(jiàn)圖11－5），將UO2與數(shù)顯表單元上的Ui相接。調(diào)RW3 使數(shù)顯表顯示零位，主控箱上電壓波段開關(guān)撥到2V檔。 去掉RR6短路接線，將a、b端與放大器RR6相接，調(diào)RW2，將信號(hào)放大到比分度值大10倍的毫伏值。 在40℃到150℃之間設(shè)定Δt＝5℃。讀出數(shù)顯表頭輸出電勢(shì)與溫度值，并記入表11－3。表11－3 E型熱電偶熱電勢(shì)與溫度數(shù)據(jù)t(℃)V(mv) 根據(jù)表11－3計(jì)算非線性誤差。附：分度表測(cè)量元件溫度℃－500501001502003004005006008001200140016001800熱電 偶E0K0熱電阻Cu5050Pt100100五、 思考題： 通過(guò)溫度傳感器的三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)銓?duì)各類溫度傳感器的使用范圍有何認(rèn)識(shí)？ 能否用AD590設(shè)計(jì)一個(gè)直接顯示攝氏溫度－50℃－50℃數(shù)字式溫度計(jì)并利用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)三十八 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕祭涠藴囟妊a(bǔ)償?shù)脑砼c方法。二、 基本原理：熱電偶冷端溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校罕ā⒑銣夭鄯ê妥詣?dòng)補(bǔ)償法（圖11－5），電橋法常用，它是在熱電偶和測(cè)溫儀表之間接入一個(gè)直流電橋，稱冷端溫度補(bǔ)償器，補(bǔ)償器電橋在0℃時(shí)達(dá)到平衡（亦有20℃平衡）。當(dāng)熱電偶自由端溫度升高時(shí)（＞0℃）熱電偶回路電勢(shì)Uab下降，由于補(bǔ)償器中，PN呈負(fù)溫度系數(shù)，其正向壓降隨溫度升高而下降，促使Uab上升，其值正好補(bǔ)償熱電偶因自由端溫度升高而降低的電勢(shì)，達(dá)到補(bǔ)償目的。三、 需用器件與單元：溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉犭娕?、冷端溫度補(bǔ)償器、直流源＋5V、177。15V。四、 實(shí)驗(yàn)步驟： 溫度控制儀表設(shè)定溫度值50℃。 接入177。15V電源，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)RW3使溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵鯲o2為零，并使實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薝o2與數(shù)顯表Vi相接 此時(shí)數(shù)顯表顯示零位，電壓顯示用200mv檔。 將K型熱電偶置于加熱器插孔中，輸出端與實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢斎攵薘R6插孔相接，合上主控箱加熱源開關(guān)，使溫度達(dá)到50℃，放大器增益RW2置最小讀取數(shù)顯表上數(shù)據(jù)V1。圖11－6冷端溫度補(bǔ)償原理圖 保持工作溫度50℃不變，RWRW3不變，冷端溫度補(bǔ)償器上的熱電偶插入加熱器另一插孔中，在補(bǔ)償器4端加補(bǔ)償器電源＋5V，使冷端補(bǔ)償器工作，讀取數(shù)顯表上數(shù)據(jù)V2。 比較VV2二個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫和二輸出值，計(jì)算因自由端溫度上升而產(chǎn)生的溫度差。五、 思考題：此溫度差值代表什么含義？實(shí)驗(yàn)三十九 氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈿饷魝鞲衅髟砑皯?yīng)用。二、 基本原理：本實(shí)驗(yàn)所采用的SnO2（氧化錫）本導(dǎo)體氣敏傳感器屬電阻型氣敏元件；它是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氯化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化：若氣濃度發(fā)生，其阻值又將變化，根據(jù)這一特性，可以從阻值的變化得知，吸附氣體的種類和濃度。三、 需用器件與單元：氣敏傳感器、直流穩(wěn)壓電源、酒精、棉球、數(shù)顯單元、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉Ｋ摹?實(shí)驗(yàn)步驟： 將氣敏傳感器夾持在差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟼鞲衅鞴潭ㄖЪ苌稀?根據(jù)圖12－1接線，將氣敏傳感器，色線（加熱線）接＋4V電壓，紅色線A端接10V電壓、黑線接地，色線（B端）接入差動(dòng)變壓板R1的插孔內(nèi)，RW1下端接地。圖121 MQ系列氣敏元件結(jié)構(gòu)和工作原理 將R1插孔與實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系腞2的輸入孔相接。輸出U0與數(shù)顯單元Vi相接，電壓撥2V檔。 接上177。15V電源使運(yùn)放工作，預(yù)熱5分鐘。 用浸透酒精的小棉球，靠近傳感器，并吹2次氣，使酒精揮發(fā)進(jìn)入傳感器金屬網(wǎng)內(nèi)，觀察電壓表讀數(shù)變化。五、 思考題：酒精檢測(cè)報(bào)警，常用于交通片警檢查有否酒后開車，若要這樣一種傳感器還需考慮哪些環(huán)節(jié)與因素？實(shí)驗(yàn)四十 濕敏傳感器實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉂衩魝鞲衅鞯脑砑皯?yīng)用范圍。二、 基本原理：當(dāng)濕度是指大氣中水并的含是，通常采用絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度兩種方法表示，濕度是指單位窨中所含水蒸汽的含是或濃度或，用符號(hào)AH表示，相對(duì)濕度是指被測(cè)氣體中的水蒸汽壓和該氣體在相同溫度下飽和水蒸汽壓的百分比，用符號(hào)％RH表示。濕度給出大氣的潮濕程度，因此它是一個(gè)元是綱的值。實(shí)驗(yàn)使用中多用相對(duì)濕度概念。 濕敏傳感器種類較多，根據(jù)水分子易于吸附在固體表面滲透到固體內(nèi)部的這種特性（稱水分子親和力），濕敏傳感器可以分為水分子親和力型和非水分子親和力型，本實(shí)驗(yàn)所采用的屬水分子親和力型中的高分子材料濕敏元件。 高分子電容式濕敏元件是利用元件的電容值隨濕度變化的原理。具有感濕功能的高分子聚合物，例如，乙酸－丁酸纖維素和乙酸－丙酸比纖維素等，做成薄膜，它們具有迅速吸和脫濕的能力，感濕薄膜復(fù)在金箔電極（下電極）上，然后在感濕薄膜上再鍍一層多孔金屬膜（上電極），這樣形成的一個(gè)平行板電容器就可以通過(guò)測(cè)量電容的變化來(lái)感覺(jué)空氣濕度的變化。圖12－2高分子電容式濕敏元件結(jié)構(gòu)示意圖三、 需用器件與單元：濕敏傳感器、干、濕腔、直流源3V、數(shù)顯單元。四、 實(shí)驗(yàn)步驟： 濕敏傳感器的電路原理圖如圖12－3，電路和濕敏傳感器探頭已然成一體。仔細(xì)觀察傳感器。 ，蘭色線接數(shù)顯單元2V檔。黑色線接地。圖12－3濕敏傳器電路原理圖 。 將濕紗布于入干濕腔內(nèi)，濕度傳感器置于容腔孔上觀察數(shù)顯表頭讀炸變化。 取出濕紗布，待數(shù)顯表示值下降回復(fù)到原示值時(shí)，在干濕腔內(nèi)被放入部分干燥劑，同樣將濕度傳器置于容腔孔上，觀察數(shù)顯表頭讀數(shù)變化。 本實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試精度為5％，其輸出電壓與相對(duì)濕度值如下表所示。根據(jù)表12－1及實(shí)驗(yàn)中的三個(gè)數(shù)值分別計(jì)算其相對(duì)濕度值。 UO0相對(duì)濕度％RH010203040506070809100五、 思考題：若要設(shè)計(jì)一個(gè)恒濕控制裝置，應(yīng)考慮具備哪些環(huán)節(jié)？實(shí)驗(yàn)四十一 PSD傳感器測(cè)靜態(tài)位移實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釶SD傳感器的工作原理，特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。二、 基本原理：PSD（position sensitive detector）是一種根據(jù)橫向光電效應(yīng)原理工作的半導(dǎo)體敏感元件，其斷面結(jié)構(gòu)為三層PIN半導(dǎo)體硅片結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖表13－1）P層為感光面，I層為本征層，基層N層上有一公共電極用于加偏置電壓VR。在P層表面電阻層的兩端各設(shè)置一輸出極。當(dāng)入射光斑與兩電極的間距發(fā)生變化時(shí)兩端輸出極的輸出電流隨之變化。實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)點(diǎn)光源照射到PSD敏感面時(shí)，由于半導(dǎo)體內(nèi)部載流小濃度梯度的變化產(chǎn)生橫向光電效應(yīng)，致使PSD在同一面的不同電極之間出現(xiàn)電壓差，這些電極間便有電流流過(guò)，這種電壓和電源隨著光斑位置變化而變化的，便是半導(dǎo)體橫向光電效應(yīng)，正是一效應(yīng)。實(shí)現(xiàn)了PSD位置坐標(biāo)測(cè)量原理。 如圖13－1所示，設(shè)I0為光總電流，則流的兩極的電流II2 ，就是I1＝I1＋I(xiàn)2，設(shè)I0當(dāng)光生總電流, 流的兩電極的電流由上式可知入射光改的位置X，它與入射光來(lái)的能量元關(guān)。三、 需用器件與單元：PSD位移傳感器、靜態(tài)移動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流源、數(shù)顯單元。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：