实验二、传感器综合实验Ⅱ
（一）光纤传感器在位移测量中的应用
一、实验目的：了解光纤传感器在位移测量中的应用。 二、实验内容：
光纤传感器是利用光纤对光的传播作用，即由光纤信息传输回路与光检测元件组成测量系统的CSY系列传感器系统综合实验仪，该仪器光纤采用Y型结构，如图14所示。
图14 光纤位移传感器工作原理 图15 光纤位移传感器X-V关系曲线 通过光源光纤的传输，光射到被测物体时，由于入射光的散射作用被反射体反射进入接收光纤的光强减弱了，输出的光强与反射体(即被测物体)与光纤探头的距离ΔX有关，光电转换器将接收到的光能转换为电压信号在一定范围内，其输出电压与位移是线性关系，曲线如图15所示（ΔX<2时）。
这种传感器已被用于非接触式微小位移量和表面粗糙度测量等方面。 三、实验要求：
1．光纤传感器接线要牢靠。 2．光纤勿折成锐角曲折。
3．光纤不可互换，光纤传感器与综合试验仪相互对号配合使用。 四、实验装置： 同实验一 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
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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)
频率（Hz） 转速（转/分） 20 840 50 1200 74 2250 6
实验三 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—般选在整百度点。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，它的冷端温度为0℃，标准热电偶在1000℃时对分度表上的修正值?e修＝－0.023mv，求被检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：
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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
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水瓶 电池 1号 基层电池 9V
1个 8节
2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
热电偶名称 镍铬—镍硅 热电极直径(mm） 检定点温度℃ 0．8 400 600 700 0．5· 0．8 1．0 400 600 800 1．2 1．5 2．0 2．5 400 600 800 1000 9