大学物理实验预习报告
第二篇：温度传感器响应特性创新实验报告
温度传感器响应特性创新实验
研究报告
学生：宋玉力
指导教师：王辉林
测控与精仪实验室
二〇##年十二月
目 录
第一章 系统组成及检测原理……………………………………………………2
第二章 检测工艺参数设计………………………………………………………5
第三章 检测步骤与实验数据处理………………………………………………6
第一章 系统组成及检测原理
传统的温度测量实验只是观察数值准不准，对于响应时间、特性曲线、补偿方法等不了解，本研究依托温度实训系统，对自制的K型的热电偶的主要技术参数响应时间、特性曲线、误差等全面检测。
自制K型的热电偶
智能化的自动检定智能化的检定装置以国家最新检定规程为依据，结合计量工作的实际经验以及先进的微机技术，实现了检定过程自动化，数据处理微机化的理想目标。
一、 主要技术指标
数字多用表分辨力 电压 0.1μV
电阻 0.0001Ω
数字多用表准确度 电压 0.005%RD+10字
电阻 0.01%RD+10字
低电势扫描开关寄生电势 ≤0.4μV
二、 依据的检定规程
JJG141-2000 工作用贵金属热电偶检定规程
JJG351-1998 工作用廉金属热电偶检定规程
JJG668-1997 工作用铂铑10-铂、铂铑13-铂短型热电偶检定规程
JJG229-1998 工作用铂、铜热电阻检定规程
JJG75-1995 工作用铂铑10-铂热电阻检定规程
JJG167-1995 工作用铂铑13-铂铑6热电偶检定规程
三、 性能特点
软件基于Windows平台，微机最低配置：奔腾Ⅲ 1G、128内存、多媒体。
该装置可以开展K、E、J、N、B、S、R、T等各种型号的热电偶的检定。工作基准可以达到检定一等标准热电偶的要求。
该装置可以开展Pt100、Pt10、Cu50、Cu100等各种工作用热电阻的检定。尤其对三线制热电阻作了专门处理，使得测试工作十分简便易行。
检定工程严格按国家检定规程进行，按温指标严格控制符合检定规程。依据检定工作实际需要设立接线盒，接线简单清楚，更便于操作。
四、 主要优点
软件具有语音提示错误、操作指导功能，硬件自我测试功能，用户可方便查找故障点。
升温曲线直观显示，原始记录数据自动处理、判断、自动打印证书。被检电偶、电阻采用多组检定，检定对象可达三、四十支，以提高劳动效率。工况环境较好的情况下，检定炉可采用微机控温；干扰强烈的环境中可使用外部高精度温控仪表控温，提高抗干扰能力。检定炉控温采用智能PID参数，各检定炉采用不同PID控制，各温度检定点可任意设置PID参数，实现控温指标的优化。软件具有设备管理数据库，可任意选择各热电偶卧式检定炉、标准器等设备。使用过程中修改、调入方便。
热电偶检定具有冷端自动补偿功能。系统采用同名极法检定标准电偶，达到高精度测量，可为各省地计量所提示服务。三线电阻检定采用人工换线与自动换线两种方法，满足不同用户需要。系统具有独立的温度超温保护装置，可避免超温事故的发生。
五 、系统原理框图
系统的核心部分是由微机、打印机、数字多用表、低电势扫描开关、温控配电箱或高精密智能温控器等构成。
外围恒温设备由标准恒温油槽、冰点槽、热电偶检定炉、冷端补偿器等构成，如下图：
第二章 检测工艺参数设计
一、热电偶检定的工作过程
1、热电偶检定的过程
标准及被检热电偶应捆扎成束，放入检定炉。其冷端接补偿导线后插入冷端补偿器。打开检定软件，信息输入完毕后，点击“启动”按钮，则微机控制扫描开关工作，并从数字多用表读取相关数据。微机在对线路进行有无开路、短路、接反等检查后，开始送加热信号给温控配电箱，配电箱送出相应的加热功率至热电偶检定炉。加热过程中，微机始终通过读取标准热电偶的电压值来监控炉温，并根据算法自动调整加热量，直至炉温稳定在我们所需要的设定温度值上。使用高精密智能控制器的用户，炉温由其直接控制。当炉温在绝对偏差及稳定度均符合要求时，微机控制扫描开关及数字多用表，完成对标准及被检热电偶的多遍检测。微机对测得的数据进行扫描，如认为稳定性达到要求，则开始控制系统进行下一个点的控温、检测。全部设定点检测完毕后，在微机上可预览原始数据及运算结果，需要时可输出至打印机。
2. 热电阻检定的过程
标准及被检电阻置于冰点槽或恒温油槽内，待温度稳定后，操作微机开始检测读数，读数完成后，如发现读数的稳定性未达到要求，可等待一段时间后重新进行该点的检定，请按提示将原来的数据覆盖。实现自动判断读数时机的用户，可以通过微机自动判断是否已经满足读数要求，自动读数。检定完毕后保存数据，原始数据及运算结果可在微机上预览，需要时打印输出。
二 、系统各部分的工艺参数设置
1. 计算机
计算机是整个系统的核心，主要功能：
它是软件运行的平台，提示用户输入各种参数，显示温度曲线，进行数据处理。控制扫描开关的工作，使标准及被检七路信号逐一进入数字多用表，完成模数转换。通过RS232接口与数字多用表进行数据通讯，控制数字多用表进行功能转换,并读取由各路信号转换而成的数字量，送微机进行处理。将采集到的温度信号与设定值进行比较，并根据相应的算法运算处理，得出加热量送温控配电箱，控制检定炉的温度。
2. 低电势转换开关
功能切换：进行测量状态的转换。
信号采集：采用我公司特殊设计的低电势转换开关,完成测量信号的调理及多路采集。
状态指示：进行电阻测试时，绿色指示灯代表检测电流的方向，灯亮表示正向，灯灭表示反向；进行电偶测试时，触发输出端有直流电压输出。
3. 数字多用表
数字多用表接受来自计算机的指令，按要求进行功能转换，并将信号对应的数字量送入微机。数字表是系统中关系到量值传递准确性的核心仪器，它直接决定了检定数据的可靠性。本系统推荐使用美国产KEITHLEY2700数字多用表，它性能稳定，分辨率高，满足国家规程中相应的指标。
4. 打印机
完成原始记录及检定证书的输出。原则上对打印机并无特殊要求，只要能正常工作即可。但考虑到打印效果的差别及检定工作的重要性，使用激光打印机。
5. 温控配电箱
温控配电箱用来完成对检定炉的加热控制及温度超限保护。计算机输出的加热控制量由配电箱内部的固态继电器执行功率调节，加热电流直接送往检定炉，控制炉温达到检定要求。配电箱内部装有一块带上限保护继电器的温控表，用户可自行设定上限保护温度。当由于某种原因造成温度上冲时，温控表继电器跳开，随之配电箱内接触器也跳开，切断电流回路，以免发生事故。保护用测温电偶（一般为K型）应正确从检定炉另一端插入到炉管中心位置，并确认接线正确可靠。
6. 热电偶检定炉
为热电偶检定提供300℃以上检定温度环境；通常使用长度为600mm的管式检定炉；检定短型热电偶时使用长度为300mm的检定炉；检定双铂铑热电偶时使用特殊高温检定炉；
检定炉温场应符合规程要求。检定炉应具有较厚的保温层及较小的电感效应，以免引起温度及电信号的跳动。
7. 恒温油槽
提供300度以下检定温度环境。应选取搅拌性能良好，控温性能快速且稳定的恒温油槽。检定时的温场均匀性及稳定度应符合规程要求。
8. 高精密智能温控器
采用日本原装进口仪表，运行稳定且温度过冲小，控温精度高，可用来控制检定炉及恒温槽，并有串口与微机相联。
第三章 检测步骤与实验数据处理
一 、各部件的连接、软件安装与维护
1.计算机与扫描开关的连接
将显示器、键盘、鼠标等外部设备连接到主机上。取出我公司提供的USB软件加密狗，插在USB插口内。将主机、显示器、打印机、扫描开关、数字多用表的电源插头插入带有可靠接地的电源插座中。取扫描开关的通讯电缆，辨别插头针与孔的区别，一端连接计算机串口，另一头插入扫描开关通讯口。
2.计算机与数字表的连接
从数字表的包装盒中取出RS232通讯电缆，辨别插头针与孔的区别，一端连接计算机串口,另一端连接数字多用表通讯口。
3.扫描开关与温控配电箱的连接
扫描开关的触发输出接温控配电箱的触发输入，正负勿接反。
4.扫描开关后面板、接线盒与测试线的连接
扫描开关后面板与测试线按标号、颜色连接，如1号绿色测试线接扫描开关后面板被检1的绿色接线柱，接线盒与测试线同样按标号、颜色连接，检查无误后，将接线盒安装在靠近工作区的墙壁上。
5.数字表与扫描开关的连接
将数字表的两组测试线分别插入数字表电压端两个插孔及电流端两个插孔，测试线的另一端接扫描开关对应的电压端插孔及电流端插孔。
6.温控配电箱与热电偶检定炉的连接
检定炉的加热电源由温控配电箱提供，温控配电箱的电源输出端接检定炉的电源端。
注意：为保证人身安全，必须保证检定炉及温控配电箱均可靠接地！
7.软件的安装及维护
本软件为绿色软件，不需要安装，将本软件所有内容复制到硬盘即可运行使用。
保证系统安全可靠的运行，我公司要求：
推荐使用Windows2000操作系统，专机专用，专用的用户名登录,否则存在使用权限的问题。请勿在微机上安装游戏软件，不联接网络，以防病毒侵入。备份温度检定软件的参数设置，并不要轻易调整温度检定软件的各种设置，在经过咨询后方可调整。经过一段时间的运行，如发现温度检定软件或操作系统出现不正常现象，以至影响检定工作的正常进行则应进行软件的重新复制。如仍不能解决问题，则需要重新安装操作系统。
二、 开机步骤
1. 打开数字多用表电源开关，预热数字多用表（按要求预热45分钟以上）；
2. 打开低电势扫描开关电源开关；
3. 打开微机显示器及主机电源开关；
4. 开展热电偶检定时打开温控配电箱电源；
5. 启动检定软件；
6. 操作软件进行工作。
三、软件程序使用
1、附件安装
运行热电偶检定软件；驱动安装-工具->安装附件->安装加密狗驱动程序；数字表多用表驱动安装-工具->安装附件->安装数字表驱动程序，选择用户所使用数字表型号的驱动；扫描开关驱动安装-工具->安装附件->安装扫描开关驱动程序，选择扫描开关的驱动；中文语音引擎-工具->安装附件->安装中文语音引擎。
注意：不安装加密狗或未安装加密狗驱动，软件运行时会提示“未安装加密狗驱动”，软件上方显示测试版，此时软件无法正常使用。
2、设备设置
可通过主程序菜单：文件－>设备，打开设备对话框。注：设备参数设置不完整的情况下退出设置，请点击“删除”，再点击“退出”。
设置数字表：选择左边栏的数字表，然后按“添加”，出现如下的数字表设置页面，
新添加数字表以吉时利2010数字多用表为例,数字表默认名字为“新数字表”，您可以改成更易于辨别的名字,如2010,然后从“数字表型号”下拉框中选择您的数字表型号KEI2010.目前系统支持的数字表有：吉时利20##、2010和华易2003。然后为该数字表选择一个串口。也可以连接好数字表通讯线并打开其电源开关，然后按下“自动检测”按键让系统检测该数字表接的串口，检测过程中请等待，计算机会逐个测试。数字表设置完毕后，可通过点击“测试”按键测试读数是否正常。
设置扫描开关：点击展开左边的扫描开关，选择T04，出现下面的设置画面。
选择好扫描开关的串行口，也可以连接好扫描开关通讯线并打开其电源开关，然后按下“自动检测”按键让系统检测该扫描开关接的串口。
测试扫描开关：选中“进入测试状态”复选框，然后点击定位、步进等按钮，测试扫描开关走步是否正确；点击正向导通、反向导通进行换向的测试；在最下方空白处输入0-100数字，点击输出可以进行加热的测试。测试完毕，再次点击“进入测试状态”复选框，退出测试状态。注：必须退出测试状态，设备管理器设置才能正常退出。
设置标准器：标准器是标准计量器具，选中左边栏标准器，然后按“添加”，添加一支新的标准器。标准器的主要信息如下图：选择标准器的类型，根据不同的标准器类型填充数据。
例如：对一等标准铂铑10－铂热电偶，应根据此标准器的最新证书值填充它在锌、铝、铜三个点的电势值。
设置恒温装置：恒温装置是指检定炉或油槽、水槽。添加一个检定炉，并按下图设定检定炉的参数，并可为该检定炉设置其在不同温度点的PID控温参数。
设置外部控温器：如果您买的设备配备了外部控温器，您可通过下面的页面设置外部控温器，以取代微机控温。外部控温器目前支持SR93，输入温控器名称,选择型号SR93,选择通讯口，如不知道通讯口的设置则打开高精密智能温度控制器电源,并连接好其通讯线, 点击“自动检测”,自动检测出通讯口.最后点击“测试”,读数正确便可。
3、参数设置
文件->选项，打开选项对话框。点击控制标签，稳定参数设置—温度偏差、温度波动度，合格判定参数设置—温度偏差、温度波动度，选择PID模式，设置稳定时间和调节周期。点击数字表标签，读取检定数据设置--读数速度、滤波次数、读数延时时间。点击其它标签，设置背景音乐。
四、热电偶的检定数据处理
1、建立检定文件
通过主菜单 文件－>新建检定文件，系统将提示您输入检定文件的名称，根据您输入的名称生成一个检定文件。
2、填充检定参数，如下图
选择被检偶型号
选择偶丝直径
选择检定方法—工业用电偶一般采用双极法、标准偶检定一般采用同名极法
选择标准器--根据"设备"窗口中设置的标准器信息，系统会自动获取该标准器的数据
选择使用的恒温装置（即检定炉）
选择使用的数字表
选择使用的扫描开关
使用高精度控制器的用户则点击“高级”标签，以确认使用外部控制器控温
输入各检定点
输入各接线端子上对应被检偶的信息（其中仪器编号必须输入，否则认为该端子上没有接被检偶）
设置冷端温度，如果您不指定冷端的温度，扫描开关应接一支四线铂电阻，以自动检测冷端的温度。
输入完毕后点击“保存”，信息保存后，点击“启动”按钮，系统自动控温、读数等检定过程。
3、技巧
输入检定点时，输完温度点后按回车键，系统会自动给出所选标准器对应电势值。
如果您按下检定点表格左上角的“自动”按钮，系统会根据您选择的标准器和被检偶直径，按规程自动给出标准检定温度点及对应电势值。
被检仪器的生产厂家等信息相同的情况下，只输入被检1的信息，双击生产厂家即可，仪器名称、送检单位、单位地址设置用相同的方法即可。
打开一份文件，前面的温度点已经有检定数据，只需要检定后面的温度点，双击不需要检定温度点前的序号，跳过此温度点。
升温曲线区域无升温曲线时，双击升温曲线区域显示当前升温曲线。
热电偶控温及读数
热电偶检定开始后，系统将切换到下面的检定画面。
这时系统首先会检查各电偶的开路、短路、是否接反等情况，并会在出现异常时提示您改正,您可以在改正后选择“重试”或选择“忽略”略过该错误。这些检测结束后，系统就进入正常的控温过程。
在控温过程中，系统会自动进行智能PID控温，如果需要，您也可以通过按下“自动”按钮，将输出切换到手动状态，这时您可以在按钮上方的文字框中输入要输出的数值并回车，以人工控制加热输出量。在此要注意，输出的数值应在0－100之间，并且需按回车才能生效。
图示窗口在控温过程中会显示当前炉内的温度、设定值、冷端温度及加热输出量，并会画出升温曲线。黄线为温度设定值，红线为实际温升曲线。
一个检定点完成后，会出现一提示框，询问继续下一点检定或继续本点检定，数据理想的情况下，选中继续下一点检定，点击“确定”；数据不理想的情况下，选中继续本点检定，点击“确定”；数据异常的情况下请点击“等待”，查明原因后，再进行选择。
4、热电偶原始记录及检定
每个温度点检定完成后，系统会把数据输出到原始记录窗口中，并自动保存。
所有温度点检定完成后，系统会根据规程自动判断是否合格。如果贵单位认为自己的使用环境对仪表的要求可以宽于国家检定规程的要求，可以选取校准选项，系统将只进行数据运算，不进行结果判断，用户自行决定该仪器是否合格。
原始记录可以直接打印，如果您有特殊的格式要求，也可以将数据输出到Excel中（计算机需预装Excel），自定义您的打印格式。具体技术细节可与我们联系。