傳感器特性實驗

1、實驗實驗No.1-4No.1-4傳感器特性實驗建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實驗課建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)實驗課開課教師：李炎鋒、孫育英、謝靜超開課教師：李炎鋒、孫育英、謝靜超 本實驗以本實驗以玻璃水銀溫度計玻璃水銀溫度計和和熱電熱電阻溫度計阻溫度計兩種傳感器為對象兩種傳感器為對象。 給兩者均輸入階躍溫度信號，然給兩者均輸入階躍溫度信號，然后觀察、研究以了解它們在兩個穩(wěn)后觀察、研究以了解它們在兩個穩(wěn)態(tài)之間的動態(tài)過程，熟練掌握測得態(tài)之間的動態(tài)過程，熟練掌握測得遲延遲延和和時間常數(shù)時間常數(shù)T T的實驗方法。的實驗方法。一一 、實驗?zāi)康摹嶒災(zāi)康亩?、實驗要求二、實驗要求u了解傳感器的動態(tài)特性曲線特征；了解傳感

2、器的動態(tài)特性曲線特征；u初步掌握傳感器在受到階躍擾動情況下，初步掌握傳感器在受到階躍擾動情況下， 所測參數(shù)變化過程的測量與記錄；所測參數(shù)變化過程的測量與記錄；u掌握計算機采集數(shù)據(jù)過程及采集結(jié)果的分析掌握計算機采集數(shù)據(jù)過程及采集結(jié)果的分析方法。方法。三、實驗裝置與設(shè)備三、實驗裝置與設(shè)備傳感器：傳感器：玻璃水銀溫度計、熱電阻溫度計玻璃水銀溫度計、熱電阻溫度計風機盤管機組自動控制實驗裝置風機盤管機組自動控制實驗裝置（如下圖（如下圖所示）所示）消耗性器材：消耗性器材：冰塊、玻璃水銀溫度計、燒冰塊、玻璃水銀溫度計、燒杯、試管杯、試管輔助設(shè)備：輔助設(shè)備： 冰箱（制冰用），冰箱（制冰用）， 保溫瓶保溫瓶（存

3、放冰塊），塑料盆（存放冰塊），塑料盆風機盤管機組自動控制實驗裝置風機盤管機組自動控制實驗裝置四、實驗原理四、實驗原理當測量溫度元件（傳感器）為熱電偶、熱電阻、當測量溫度元件（傳感器）為熱電偶、熱電阻、或者溫度計，當介質(zhì)溫度與熱電偶接點溫度不或者溫度計，當介質(zhì)溫度與熱電偶接點溫度不同時，熱量傳給熱電偶的測量接點，同時，熱量傳給熱電偶的測量接點，傳熱過程傳熱過程中存在著熱阻，同時由于熱電偶測量材料有一中存在著熱阻，同時由于熱電偶測量材料有一定質(zhì)量，有蓄熱作用，定質(zhì)量，有蓄熱作用，故要經(jīng)過一段時間后熱故要經(jīng)過一段時間后熱電偶測量接點的溫度才逐漸接近和達到介質(zhì)溫電偶測量接點的溫度才逐漸接近和達到介質(zhì)溫

4、度。度。四、實驗原理四、實驗原理若被測介質(zhì)的溫度為若被測介質(zhì)的溫度為 ，熱電偶接點的溫度為，熱電偶接點的溫度為 ，通過分析可知，無套熱電偶的動態(tài)特性是一階微分方通過分析可知，無套熱電偶的動態(tài)特性是一階微分方程程iiFdtdCidtdFCiudtdT （2） （1）四、實驗原理四、實驗原理式中：式中： 無套熱電偶測量元件的時間常數(shù)；無套熱電偶測量元件的時間常數(shù)； 熱電偶的容量系數(shù)；熱電偶的容量系數(shù)； 被測介質(zhì)對熱電偶的放熱系數(shù)；被測介質(zhì)對熱電偶的放熱系數(shù)； 熱電偶的傳熱表面積。熱電偶的傳熱表面積。uTCF上述方程雖然以熱電偶為例推出動態(tài)特性方程，但上述方程雖然以熱電偶為例推出動態(tài)特性方程，但同樣

5、適用于熱電阻以及實驗中用的玻璃水銀溫度計。同樣適用于熱電阻以及實驗中用的玻璃水銀溫度計。只是測量裝置的輸出院士參數(shù)分別是電阻值變化以只是測量裝置的輸出院士參數(shù)分別是電阻值變化以及水銀溫度計中液面高度的變化，經(jīng)過一定的對應(yīng)及水銀溫度計中液面高度的變化，經(jīng)過一定的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)換，顯示為溫度值的變化。關(guān)系轉(zhuǎn)換，顯示為溫度值的變化。五、實驗步驟五、實驗步驟5.1 玻璃水銀溫度計動態(tài)性能測量玻璃水銀溫度計動態(tài)性能測量1取碎冰塊加水放在燒杯中，形成冰水混合物。取一根試管垂直放置于燒杯中，試管底部填少許海綿，放置34分鐘，在試管中形成溫度的低溫環(huán)境。2取一支玻璃溫度計（最小刻度要求0.5），將玻璃溫度計垂直插

6、入試管中，注意水銀頭部分不要接觸試管壁。3插入玻璃溫度計同時，開始計時和讀取溫度變化。注意記錄延遲時間，初始階段讀數(shù)時間間隔要短，隨著時間增加，讀數(shù)間隔適當延長，直到溫度計溫度不再變化為止。這樣就完成溫度從室溫到試管中低溫環(huán)境的溫度飛降過程測量。4將溫度計從試管中拿出，拿出玻璃溫度計同時，開始計時和讀取溫度變化。初始階段讀數(shù)時間間隔要短，隨著時間增加，讀數(shù)間隔適當延長，直到溫度計溫度不再變化為止。這樣就完成溫度從試管內(nèi)低溫環(huán)境到室溫環(huán)境溫度飛降過程測量。5根據(jù)測得溫度值變化以及對應(yīng)的時間，畫出玻璃水銀溫度計的飛升和飛降曲線，分析動態(tài)特性。五、實驗步驟五、實驗步驟5.2 熱電阻溫度計動態(tài)性能測量

7、熱電阻溫度計動態(tài)性能測量1試驗中所用熱電阻已經(jīng)與風機盤管機組自動控制實驗裝置連接，溫度測量數(shù)據(jù)可以直接由數(shù)據(jù)采集裝置測得并存入電腦硬盤中，同時實驗裝置面板顯示出溫度值。2接通風機盤管機組自動控制實驗裝置的電源，運行電腦中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，設(shè)置溫度采集間隔。3取一支鉑電阻溫度計，將鉑電阻溫度計垂直插入試管中，注意鉑電阻頭部不要接觸試管壁。4 插入鉑電阻溫度計同時，開始計時和讀取溫度變化。直到溫度計溫度不再變化為止。這樣就完成溫度從室溫到試管中低溫環(huán)境的溫度飛降過程測量。5將鉑電阻溫度從試管中拿出，拿出鉑電阻溫度計同時，開始計時和讀取溫度變化，直到溫度計溫度不再變化為止。這樣就完成溫度從試管內(nèi)低溫環(huán)

8、境到室溫環(huán)境溫度飛降過程測量。6從電腦中拷貝所測得溫度值變化以及對應(yīng)的時間，確定延遲時間 ，并畫出鉑電阻溫度計的飛升和飛降曲線，分析鉑電阻溫度計的動態(tài)特性。六、實驗注意事項六、實驗注意事項1. 實驗前，各小組要做好充分準備，包括理論分析、試驗設(shè)計，并進行試驗實施的可行性論證。在此基礎(chǔ)上，詳細制定上實驗方案（計劃書）。2. 該實驗完全為開放形式，實驗小組自由結(jié)合，每組人數(shù)超過34人，在測量前需要小組成員進行分工，保證在試驗中讀數(shù)和記錄的配合。3. 水銀溫度計數(shù)據(jù)讀取必須按照玻璃溫度計的讀數(shù)， 避免人為讀數(shù)誤差。七、實驗成果及要求七、實驗成果及要求1. 本實驗以工程中廣泛使用的玻璃水銀溫度計和熱電

9、阻溫度計為對象。我們給兩者均輸入階躍溫度信號，然后觀察、研究它們在兩個穩(wěn)態(tài)之間的動態(tài)過程。要求測出遲延和時間常數(shù)。本實驗應(yīng)注意溫度計工作環(huán)境的熱交換條件對動態(tài)特性有很大影響。2. 畫出兩種傳感器的溫度飛升和飛降曲線，觀察二者在兩穩(wěn)態(tài)間的動態(tài)過程，比較二者的差異，分析工作環(huán)境，制作材料及構(gòu)造對傳感器特性的影響。 3. 將動態(tài)過程的實驗飛升曲線與理論飛升曲線進比較、分析。八、實驗報告及思考題八、實驗報告及思考題8.1 實驗報告內(nèi)容要求實驗報告內(nèi)容要求1 實驗原理。2 實驗裝置簡圖、實驗方案和測試方法。3 測試記錄及計算結(jié)果。4 對實驗結(jié)果的分析。5 說明自己通過本實驗所發(fā)現(xiàn)的問題、解決 的問題和未

10、能解決的問題。6 寫出自己的收獲和體會。8.2 實驗思考題實驗思考題1. 為什么實驗中將玻璃溫度計和鉑電阻溫度計插入放置于冰水混合物的試管中而不是直接插入冰水混合物中來比較溫度飛升和飛降過程特性。 2. 分析兩種溫度計的遲延和時間常數(shù)，根據(jù)時間常數(shù)定義分析兩種測量原件時間常數(shù)不同原因。3. 對于同一種溫度測量裝置，注意飛升和飛降階段時間常數(shù)值的區(qū)別，并簡要分析原因。根據(jù)對溫度測量裝置特性的理解，提出工程中如何準確測量溫度的注意事項。1 1 實驗原理。實驗原理。2 2 實驗裝置簡圖、實驗方案和測試方法實驗裝置簡圖、實驗方案和測試方法。3 3 測試記錄及計算結(jié)果。測試記錄及計算結(jié)果。4 4 對實驗結(jié)果的分析。對實驗結(jié)果的分析。5 5 說明自己通過本實驗所發(fā)現(xiàn)的問題、解決的問說明自己通過本實驗所發(fā)現(xiàn)的問題、解決的問 題和未能解決的問題。題和未能解決的問題。6 6 寫出自己的