传感器与检测技术综合实验指导书

工业生产流水线自动化测控

综合实验台

传感器与检测技术综合实

验

实验指导书

主编： 梁 森，王 洋，计丽霞

www.liangsen.net liangsen163@163.com

适用专业：电气技术及其自动化

（请预习后再来实验）

实验地点：技术中心 A 506

2010-12-27，29

传感器与自动检测技术（本科）综合实验指导书 上海电机学院电气学院

目 录

第一章 流水线自动化测控综合实验台综述 .................... 1 1.1 结构和功能综述 ................................................................................. 1 1.2实验项目 .............................................................................................. 6 1.3实验台的配置 ...................................................................................... 7 1.4 技术参数 ............................................................................................. 8 第二章 传感器与检测技术综合实验台的动作过程综述 .......... 9 2.1 整机工作流程和步骤 ......................................................................... 9 2.2 送料机构说明 ................................................................................... 11 2.3 机械手搬运机构说明 ....................................................................... 11 2.4 工件传送和分选知识 ....................................................................... 12 2.5涉及到的其他气动元件知识 ............................................................ 13 第三章 传感器与检测技术综合实验的目的、步骤及结果 ....... 18 3.1 系统的初始化操作 ........................................................................... 18 3.2 分选实验 ........................................................................................... 20 3.3 电容接近开关实验及性能测试 ....................................................... 26 3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究 ....................................... 28 3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究 ............................... 32

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第一章 流水线自动化测控综合实验台综述

1.1 结构和功能综述

1.1.1 YL237型工业流水线自动化测控综合实验台的特点

本实验设备是中国亚龙科技有限公司生产的，名称为“工业流水线自动化测控综合实验台”，简称为“传感器与检测技术综合实验台”，配置了电脑和三菱PLC。

本实验指导书阐述了工业生产流水线自动化测控综合实验台的基本结构、工作原理、工作过程和操作步骤，给出了较详细的使用说明。阅读和理解本实验指导书，也是机电一体化知识学习的一部分。

本实验台将多门理论课中学到的机械、电子、传感器、检测、PLC、电气控制等课程有关知识加以综合。为了进行研究性实验，本实验系统还允许进行模块化拆分和组合，可以通过重新定义输入/输出口地址，重新对PLC进行编程，完成学生自己想要的动作和功能。

图1-1 流水线自动化测控综合实验台示意图

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图1-2 传感器与检测技术综合实验室

1.1.2传感器与检测技术综合实验台总体实验目的

①验证学过的几种常用传感器的原理；②对几种常用传感器的特性进行测试； ③学习几种常用传感器的调试；④学习传感器在气动、流水线运行中的测控方法；⑤学习气动系统的组成；⑥学习如何组成综合测试系统等。具体的实验目的及内容见后述。

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1.1.3 传感器与检测技术综合实验台的组成

实验平台的尺寸为1.2m×0.8m，设置了送料机构、搬运机械手、工件传送、多种传感器、分拣汽缸等。学生可以自由集成、组装和调试。机械手采用“电磁换向阀-气缸”驱动，工件采用电动机驱动的传送带输送。

控制器采用可编程控制器（PLC），并配套安全的强电控制模块、24V电源模块、按钮模块以及输入/输出接线端子等。

1.1.4 典型的工业分选过程综述

在实验台左边抽屉中，放置有供实验和分选用的34个工件，其中10个白色塑料工件，10个黑色塑料工件，10个铝质工件，5个白色磁性工件，5个黑色磁性工件，2个铁质工件，2个铜质工件。他们的直径和高度都是一样的，重量不一样。

实验时，将多个工件混合后随机放到图1-3a所示的送料圆盘中。圆盘的驱动电动机在PLC的Y0（指PLC的输出端编号，低电平有效，以下同）控制下旋转，将7种不同材质的圆柱状工件排队，并运送到抓取机械手的正下方。

当工件运动到圆盘右边的缺口处时，反射式“光电接近开关”发出的红色光线被该工件的圆柱面反射，产生“到位”信号X1（指PLC的输入端，低电平有效，以下同），送到PLC。机械手上的“气动手指”（也称气动手爪）在PLC的Y1控制下，“气动手指”产生夹紧动作，抓取圆柱状工件，如图1-3所示。

接着，机械手下部的提升汽缸Y3将机械手的杠杆向上推起，气动手指被举起。附着在提升气缸侧面的“磁性开关”X4（见图1-3c）测得提升“到位”后，通知PLC，机械手旋转轴下方的“旋转汽缸”Y6使气动手指逆时针旋转60°，机械手摆动到流水线的输送传送带上方，Y4控制提升气缸的活塞下降，使气动手指慢慢放下，Y2控制气动手指张开，工件被轻轻地放到输送传送带上。

图1-3a）送料机构 b）机械手抓取

图1-3c）提升汽缸上的磁性开关X5 d）气动手指

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图1-4 流水线的传送带、传感器及落料斜槽

传送带由可正、反转的24V直流电动机驱动。电动机的转速可用电位器调节，调节范围为30~300r/min（0.5~5r/s）。

流水线的上方安装有工业中常用的传感器，从左到右为：

霍尔接近开关（垂直安装），电感接近开关（内部的工作原理事实上是“电涡流效应”，工业中俗称“电感接近开关”，垂直安装）、反射式光电接近开关（垂直安装）、遮断式光电开关（水平安装）。被测工件从各个传感器面前通过，传感器对不同材质的工件产生不同的反应。例如：当磁性工件从霍尔接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮；当导电工件从电感接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮；白色工件从反射式接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮。实验者可以分别用不同的工件试验一下。

图1-5 从左到右为：霍尔接近开关、电涡流接近开关和反射式光电接近开关

1.1.5 分选步骤

首先，带有磁性的工件被“霍尔接近开关”所测知，X14通知PLC，对应的汽缸Y7将该工件推出传送带，落到对应的落料槽中；其次，导电的铝工件被电感接近开关识别，输出X15，白色的塑料工件被反射式光电接近开关所识别，输出X16，给自被对应的汽缸Y10和Y11，推到对应的落料槽中。最后，黑色的塑料工件（既无磁性，也不导电，反光率也较低）被遮光型光电开关识别，输出X17，被对应的汽缸Y12推到最后一个落料槽中，从而完成不同材质工件的分选。

图1-6 遮光型光电开关

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在本综合实验台上，实验者还可以通过改变PLC编程，改变流水线的运行方向和速度，设计自己的测控系统，研究在不同组合方式下，不同运行速度下，传感器的反应及信号传送，进行包括PLC、调速、检测等多学科联合的自主实验和创新实验。

本实验台还能进行如下传感器特性测试实验：①应变电子秤实验；②电涡流位移传感器实验；③电容接近开关实验。

在应变电子秤和电涡流位移传感器的特性实验中，可以进行传感器输出的模拟信号处理，例如线性度计算，非线性纠正，温度补偿等。

在电容接近开关的特性测试中，可以分析不同材料对电容接近开关的作用，以及接近开关的特性测试等。

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1.2实验项目

表1-1 实验的主要项目名称及内容

序号 1 实验项目名称 气动技术测控实验 霍尔接近开关的性能测试 电涡流接近开关的性能测试 反射式光电接近开关的性能测试 透射式光电接近开关的性能测试 传送带速度和光纤转速表的调试 传感器作为PLC输入设备的研究 应变称重传感器的特性 电涡流位移传感器的性能测试 电容接近开关的性能测试 气动元件和机械手的自主测控 （自选动作）

实验内容 气动元件的认知、气动基本组合和调试实验 （PLC默认工况的实验），学习气动元件的气路连接，气动系统的调试 测定霍尔接近开关对磁性物体的作用、回差等特性，调试安装距离 学习电涡流接近开关（俗称电感接近开关）的实验方法，测试其对不同材料（铝、铁、塑料）的作用、动作距离复位距离、回差等特性，调试安装距离研究流水线运行速度与测量频率的关系，调试安装距离 测定反射式光电接近开关对不同颜色物体的作用距离，调试安装距离 研究透射式光电接近开关的边界条件 学习传送带速度与下道工序衔接的调试，学习光纤传感器（流水线主轴转速测量）的定位及调试，学习配套的LT6000P型智能显示调节仪（转速表）的设定 学习PLC输入端口的分配、输入口与传感器电路的连接 了解箔式应变片和悬臂梁称重的结构；有关桥路和放大器，输入/输出的线性度；零漂，灵敏度漂移，温度补偿，线性化 测试电涡流传感器对不同金属材料的“/mV距离”关系，计算端基线性度 测定电容近接开关对不同材料、材质，如铝、塑料、纸张、水、人的手掌、水杯等的工作距离、回差等参数；研究回差与抗干扰的关系 自主制定实验的动作次序，通过改变PLC的程序，改变输入/输出的定义，从而改变系统的功能 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6

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1.3实验台的配置

表1-2 主要部件配置表

序号 1 2 3 名称 工作台 PLC模块 电源模块 主要元件的型号、规格 1400mm900mm 三菱MELSEC Fx2n-40MR PLC 三相电源总开关（带漏电和短路保护）、开关电源（24V/6A）、熔断器、单相三眼电源插座、安全插座 急停按钮、绿色启动按钮（启动送料机构）、红色停止按钮（关闭送料机构）各1只 24V电源指示灯、待机、系统报警灯 （橙、绿、红） 24V送料旋臂电动机，工件出口槽（包括支撑架），“工件到位”反射式光电接近开关，流水线传送带直流减速电动机（24V，最高转速40r/min），联轴器（圆周上带有测量转速用的黑白相间条码），送料盘（包括旋臂）， 机械手气缸（其中一只用于机械手的旋转，另一只用于机械手的上升），配套极限位置报警磁性开关，气动手指（抓取工件），旋转支架（60º限位），双向电磁换向阀 平传送带70mm1500mm Φ6 医用静音空气压缩机 铝合金(黑、白各10个)、磁性（黑、白各5个）、 塑料（黑、白各15个） （用于测量电动机联轴器的转速） 上海通尔传感器有限公司 同上 由学生按产品说明书的颜色接线（红、黑、蓝） 上海通尔传感器有限公司 同上 2位五通单电控 2位五通双电控 SMC（CDZ2B16-60-B） SC-09 1G内存，60G硬盘 数量 1 1 1 单位 张 台 套 4 5 6 按钮模块 报警灯灯 送料机构 1 1 1 块 套 套 7 气动送料机械手及附件 1 套 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 工件传送 气压导管 空气压缩机 圆柱体工件 光纤接近开关 霍尔接近开关 电感接近开关 电感接近开关的接线端子 反射式光电接近开关 遮断式光电开关 单向电磁换向阀 双向电磁换向阀 推料阀汽缸 PLC编程线缆 计算机 1 1 1 60 1 1 1 3 1 1 4 3 4 1 1 套 套 台 只 只 只 只 根 只 只 只 只 只 根 套 7

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1.4 技术参数

1.电源：单相 AC 220V±10%，50Hz，500VA 2.温度：-10～40℃；环境湿度：≤90%（25℃）；

3.外形尺寸：长宽高：1200mm800mm840mm;

4.安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，采用高绝缘及带绝缘护套的高强度安全型实验导线，安全性符合相关的国家标准。

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第二章 传感器与检测技术综合实验台的动作过程

综述

2.1 整机工作流程和步骤

图2-1 系统工作流程图

（1）将空气开关（漏电保护器）往上推，接通电源；将静音医用空气压缩机的黑色电源开关使劲往上拔，空压机储气罐的压力逐渐上升。至0.5MPa时，顺时针旋转气源处理三联件的“气路总阀门”，至“水平状态”，再向上拔起气压调节阀的黑色旋钮，顺时针旋转，使气源处理三联件上的压力表指针指在0.4MPa，然后压下这个气压调节开关。

（2）按下“智能显示调节仪”右边的“船型”开关，传送带驱动电动机旋转。

（3）按下PLC的“船型”启动按钮，然后再按下绿色的“启动”按钮X1，PLC启动，“送料电动机”Y0驱动送料圆盘的“送料旋臂”旋转，使圆柱状工件（以下称“工件”）自动排队进入料槽。

（4）料槽旁边的“光电反射式接近开关”发出的红色光线被工件所反射，接近开关发出“工件到位”信号X1给PLC。如果送料电动机运行8s后，光电接近开关仍未检测到工件的反射信号，则说明送料机构的料槽中缺少工件，这时PLC会发出报警信号，使实验台左后侧中间那个橙色报警灯（Y16）闪亮。

（5）观察传送带的移动方向，拨动“转向”开关，使传送带从左到右移动。 顺时针或逆时针调节电动机的转速n增加或减少，至30r/min（即0.5转/s），左右。传送带的线速度v =n(πD)/60，大约为50mm/s。

流水线的线速度太快或太慢，均会产生“漏检”，见后述。

（6）PLC正常工作后，会发出Y5指令，机械手旋转到料槽的正上方位置，并发出Y4指令，令机械手下降。机械手下方的“气动手指”从“放松”状态改变为“夹紧”状态（Y1）。

接着：抓住工件→机械手提升（Y3）→机械手臂逆时针旋转到右限位的传送带上方（Y6）→机械手下降（Y4）→气动手指放松（Y2）→将工件放到传送带上→传送带向右侧输送工件→工件从各种传感器下面通过。

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（7）4种传感器根据工件性质（磁性/非磁性，金属/非金属，黑色/白色）进行检测，分别由PLC控制相应电磁换向阀，使对应的气缸（Y7、Y10、Y11、Y12，低电平有效）动作（向前推动），将有关的工件推下传送带，落到对应的落料槽中，从而完成对工件的分拣。最后，机械手返回原位（料槽正上方），重新开始下一个流程。

（8）Y7、Y10、Y11、Y12气缸的到位信号依次为：X10、X11、X12、X13。 当这些信号有效时（低电平），PLC取消输出的低电平，电磁阀换向，气缸退回原位。 气缸的推出和退回动作较快，请实验者不要将手放在气缸推杆的前面，以免被推杆撞伤，在工业现场亦要注意不要被气缸所伤。

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2.2 送料机构说明

图2-2 送料机构和搬运机械手

送料圆盘内放有五种类型的圆柱形工件，每种约5~10个。第一种是磁性工件（有白色，也有黑色，有字的一面朝上），第二种是铝质工件，第三种是白色塑料工件，第四种是黑色塑料工件，第五种为铁质工件。

送料盘旋臂的驱动采用24V直流减速电动机，转速为10r/min，转矩为3kg/mm。

当PLC启动后，送料盘旋臂的驱动电动机逆时针旋转，带动送料盘的橡胶旋臂旋转，使各种圆柱形工件互相推挤，趋向入料口的料槽，等待机械手搬运。

若送料盘旋臂旋转8s后，若“光电反射式接近开关”没有检测到工件的反射脉冲，说明送料盘中没有工件，或者工件卡壳了。这时，PLC的输入端X7信号无效，PLC根据所编程序，输出信号到Y16，使实验台左后侧的橙色报警灯闪亮，提示实验者加料或排除故障。如果X7信号有效，PLC根据所编程序，驱动机械手的电磁换向阀，使机械手进入旋转流程。

2.3 机械手搬运机构说明

机械手搬运构能完成三个自由度的动作：

①机械手臂左右旋转；②机械手臂上升和下降；③气动手指夹紧和放松。测控过程说明如下：

气动手指的抓取：由“双向电磁换向阀”控制。当双向电磁换向阀Y1得电时，气动手指内部的横向气缸推杆在高压气体（约0.4MPa）的推动下，手指夹紧工件。电磁换向阀Y2得电时，气动手指松开。

机械手的旋转控制：机械手的正反转由双向电磁换向阀控制（双线圈）。当电磁换向阀线圈1（Y5）得电时，P口与A口接通时，机械手旋转汽缸的活塞伸出，依靠杆杠原理，推动机械手绕着转轴逆时针旋转；当电磁换向阀线圈2（Y6）得电时，电磁换向阀的P口与B口接通时，汽缸的活塞缩回，拉动机械手顺时针旋转。

磁性开关（见图1-3c）：在汽缸的前止点和后止点上各安装一个磁性开关（X5、X6），

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用于检测气缸的伸出或缩回极限位置（检测气缸伸出和缩回是否到位）。汽缸的活塞周边镶嵌有一个环状磁铁。磁力线能够透过铝合金“缸套”，作用于磁性开关。当磁性开关检测到气缸内部的活塞推到位后，将给PLC发出一个低电平信号（X5、X6），PLC将对应的输出口复位（Y3、Y4=1），气缸固定在这个位置，直到有新的信号来到时，再执行新的动作。

磁性开关的接线规则：棕色接电源“+”，蓝色接电源“-”（地线），黑色接PLC的输入端（X端）。

2.4 工件传送和分选知识

图2-3 工件传送和分选机构

在传送带上方，从左到右，依次排列有霍尔接近开关、电涡流接近开关、反射式光电接近开关和遮断式光电开关（1个发射红外光，一个接收红外光，水平安装）。说明如下：

霍尔接近开关（见图1-5a）：用于检测磁性工件。动作距离为3～5mm，棕色接电源“+”、蓝色接电源“-”（地线）、黑色为输出，低电平有效，接PLC的X14端。气缸Y9推出，该带有磁性的工件被推到斜槽中，从而完成磁性物体的检测。

电涡流接近开关（见图1-5b）：用于检测金属导电工件，动作距离为5～10mm，接PLC的X15端。气缸Y10推出，该导电工件被推到斜槽中，从而完成导电物体的检测。

反射式光电接近开关（见图1-5c）：用于检测反光性较好的物体，例如白色工件。黑色工件的反光性不够，反射式光电接近开关无输出，动作距离为10～15mm，接PLC的X16端。气缸Y11推出， 该白色工件被推到斜槽中，从而完成有较好反射特性物体的检测。

对射遮断式光电开关（见图1-6）：由红外线发射器和红外接收器两部分组成，两者分别安装在传送带的前后两侧，用于检测所有不透光的物体。当有不透明物体遮挡在红外线发射器和红外接收器两者之间时，红外光束无法到达接收器，输出X17为低电平，给PLC提供了一个有效信号，气缸Y12推出， 该不透明工件被推到斜槽中，从而完成非透明物体的检测。

减速直流电动机：作用是驱动传送带转动，如图2-5所示。 电动机转速的测量和联轴器：

联轴器的作用是将减速电动机的转轴与传送带转的转轴柔性地连接起来，可减小因两个转轴的高度差或角度差引起的振动。

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本实验台的联轴器采用橡胶十字铰接，并在联轴器的表面粘贴黑白相间的“光栅”，用于测量转轴的转速如图2-5所示。转速的测量主要由光纤接近开关来完成。

图2-5 减速电动机的联轴器以及光纤测速（左-俯视图，右-原理示意图）

在图2-5的左图中可以看到，在光栅的右侧安装了一个光纤传感器。当光栅的“亮带”旋转到光纤传感器的正前方时，有光反射回到光纤传感器，由另一根光纤接收该信号，转换成为电脉冲，再送到计算器（可从该光纤传感器顶部的红灯闪烁观察到脉冲的快慢）。计算器将脉冲信号的频率乘以60，再除以光栅的线数，就可得到转轴每分钟的转速n=60f /（zr/min）。 在本系统中，光栅的刻线数z=6。转速的计算和测量采用LT602030P型“智能显示调节仪”。其内部有“可编程序计数器”和“秒脉冲发生器”。它可对1s时间段内的输入脉冲量进行计数，经换算，得到脉冲的频率。“智能显示调节仪”内部的单片机按上述转速公式作乘法和除法，就可得到电动机的转速n。

2.5涉及到的其他气动元件知识

本装置的气动系统主要由气缸、气动手指、电磁换向阀（包含消声器）、空气调理器（气动处理三联件）、空气压缩机等组成，如图2-6所示，各元件的作用如下述。

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图2-6 气动系统原理图

1.气缸

气缸属于气动执行元件，它能将压缩空气的内能转变为机械能，可以产生往复直线运动或往复摆动，普通气缸的结构如图2-7所示。

图2-7 普通气缸的结构

1-组合防尘圈 2-前端盖 3-前进气孔 4-轴用YX密封圈 5-活塞杆 6-缸筒

7-活塞 8-孔用YX密封圈 9-缓冲节流阀 10-后端盖 11-后进气孔

2．电磁换向阀

电磁换向阀是控制气/液流体的自动化基础元件，用于控制流体的流动方向。在本实验台中，是用于控制气缸和气动手指的运动方向，双向电磁换向阀的结构如图2-8所示。

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图2-8 双向二位五通电磁换向阀

电磁换向阀内部中有一块磁铁。当电磁换向阀的线圈得电时，磁铁被吸引到线圈中。在高压气体的顶推下，阀体随磁铁运动，从而切换流体的运动方向。

例如，在电磁换向阀的常态下（失电状态），流体是从进气管P流向出气口A，那么在得电时，流体就转而向从进气管P流向进气口B，而将A与消声器TA接通。一种简单的零压电磁换向阀结构如图2-9所示，非零压电磁换向阀必须在压力大于额定值时才能推动阀心。

图2-9 非零压电磁阀结构示意图 a）内部结构 b）电磁阀的符号

1－阀心 2－阀心杆 3－电磁阀壳体 4－永久磁铁 5－电磁线圈 6－直线轴承

B－左出气孔 A－右出气孔 P－进气孔 TA－右消声器 TB－左消声器

电磁换向阀的驱动线圈旁边装有红色指示灯。如果极性接反，虽然也能工作，但指示灯不会亮。本实验台的多个“二位五通”电磁换向阀按工业习惯，都安装在一块“汇流板”上，共用两个消声器，进气口也可以共用，节省了安装位置，“四联”电磁换向阀如图2-10所示。可以看到，在汇流板上方，共有四个电磁阀，每个电磁阀各有2个出气管。它们的进气管是公用的，在汇流板的右侧。

消音器消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件，是消除空气动力性噪声的重要措施。消声器是安装在空气动力设备的排气系统中，用于降低气流的噪声。

阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。

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图2-10 双向“四联”电磁换向阀及消音器

3.推料气缸

推料气缸的作用是将分选后的工件推入对应的落料槽中，如图2-11所示。推料气缸由电磁换向阀控制。当电磁换向阀得电时，P到B的气路接通，推料气缸内部的活塞在高压气体的作用下向前运动，活塞杆前端的黑色塑料块就推动被分选过的工件，使之落到对应落料斜槽中。

活塞向前运动到达缸体的顶端时，活塞内部的强磁性圆环也随活塞运动到磁性开关的有效感应区域，磁性开关感应到这个磁场信号，给PLC一个“到位”低电平，PLC响应该信号，使电磁换向阀失电，关闭P到B的气路，使P到A的气路接通，高压气体将活塞向后推，活塞杆复位（缩回），回到原来的初始位置。同时，活塞后方的气体从消声器TB中排除，实验者可以听到短暂“哧”的“放气声”。

图2-11 推料汽缸及端部的限位磁性开关

4．气动手指

当气路接通后，气动手指可产生夹紧动作，夹紧行程x=10mm，夹紧力F>200gf（2N），额定工作压力P=0.4MPa。当气动手指反向通气后，手指张开。气动手指的外形和控制原理

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图如图2-12所示。

图2-12 气动手指的外形和控制原理图

5．空气压缩机

空气压缩机将电动机的机械能转换成气体压力能本实验台选用“医用超静音”低压（0.3~1.0MPa）活塞式卧式空气压缩机。空压机的气缸中心线与地面平行。电动机的回转运动经曲柄连杆机构转换为空压机活塞的往复水平直线运动，产生的压缩空气被储存在气罐中，从而保持较稳定的压力输出。当压力超过额定值（本实验台设定为0.5MPa）时，空压机的驱动电动机停止旋转。

6．空气调理器

压缩空气里不可避免含有水蒸汽和灰尘颗粒，将影响气动系统各元件的寿命，所以要通过一个“空气调理器”才能接到气动元件，其外形如图2-13所示。

图2-13 空气调理器（气源处理三联件）

1-总进气管接头（将塑料垫片推到底后才可拔出塑料气管） 2-总气源开关 3-过滤器和油雾气 4-气压表 5-减压阀调节旋钮（拔出后才能调节） 6-总出气管

空气调理器又称“气源处理三联件”、“气水分离器”。包括减压阀、过滤器、油雾器三大件。其中减压阀可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对电磁阀或汽缸的损伤。过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水分，避免水分随气体进入气动元件。油雾器可对机体运动部件进行润滑，延长气动元件的使用寿命。

空气的通路如下：空压机→贮汽罐→空汽过滤器→空汽减压器→油雾混合→气动元件。

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第三章 传感器与检测技术综合实验的目的、步骤及

结果

请认真阅读以下操作说明，按顺序操作，以免发生机械事故和人身事故。

（请预习P31：3.5.2 实验原理）

3.1 系统的初始化操作

1．检查工业生产流水线自动化测控综合实验台各个部件是否正确连接，即：气动系统和电路系统正确与否，机械部件有无卡死等现象，计算机和显示器是否连接。

2．检查图3-1所示的“四联”电磁换向阀的气管是否插入到四个电磁换向阀的A、B出气孔中，否则将造成大量漏气。还要校对所标的“标识套管”号码是否正确。

3.实验台的气路总阀门应置于关闭状态（垂直），如图3-2所示。

图3-1 气路的连接 图3-2 气路总阀门

4．插上实验台的电源插头，将实验台的黑色空气开关（断路器）向上合闸，按下PLC下方的红色电源开关至“ON”的位置，再按下绿色“启动”按钮，绿色电源指示灯亮。再按下试验台上如图3-5所示的红色“智能显示调节器”船型按键，传送带电动机开始顺时针旋转，驱动传送带向右运动。请故意拨动传送带电动机的白色“方向”扭子开关，可以控制驱动传送带的反向运动（记得再往回拨向右边）。

由于送料圆盘中没有工件，所以“故障报警器”最上方的红色报警灯闪亮，如图3-6所示。

图3-3 实验台的空气开关（漏电保护器） 图3-4 PLC的启动按钮

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图3-5 智能显示调节器的红色船型按键及方向开关 图3-6 故障报警器（橙色）

5．空气回路的调节

把空压机上的红色按钮向上拔起，如图3-7所示，空气压缩机发出均匀的“突突”声。观察压力表，确认空压机的压力在逐渐增加。等待空压机压缩空气到达0.5MPa时，开启实验台右后侧的如图3-8所示的气源处理三联件右侧的气路总阀门，至水平状态，让实验台上的气动系统通气。

接着，将气源处理三联件上的黑色压力微调开关“使劲”向上拔起，缓慢调节压力微调开关，使压力表的气压稳定在0.4MPa（约为4个大气压，顺时针旋转时，气压增大）

压力太小，气动元件无法正常工作。例如，机械手推不到位等；若气压太大，气动元件的动作速度太快，定位不易准确，且动作时的声音较响，易损坏气动元件。调节压缩空气的压力是工业中气动系统的基本调试步骤。

图3-7 空气压缩机的启动按钮必须向上拔起 图3-8 气源处理三联件上的气压表和压力调节阀

6．按下电脑启动按钮，电脑有启动声响，LCD显示器亮，进入WINDOWS XP操作系统。打开三菱PLC编程软件FXGP/WIN-C，如下图3-9所示（请观察电脑是否已开机，并处于屏幕保护状态）。

图3-9 三菱PLC编程软件FXGP/WIN-C界面

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7．搬动“智能显示调节仪”盒子下方的白色“方向”扭子开关，使传送带向右运动；调节灰色的“调速旋钮”到适当的位置，使传送带能匀速地输送工件，并与遮光式分选汽缸的节奏良好配合。若传送带速度太快，工件将无法正确地被推料汽缸推落到滑道斜槽中；“智能显示调节仪”显示光纤传感器测得的传送带主轴的转速为30~60r/min比较合适，如图3-10所示。

图3-10 智能显示调节仪上的电动机的电源开关、转向切换开关、调速旋钮

3.2 分选实验

3.2.1 实验目的和设备

①熟悉工业流水线的调速；②熟悉气路的连接；③掌握常用接近开关的接线；④了解不同材质工件对传感器的影响，以及传感器的选用和安装；⑤掌握流水线分选的故障排除；⑥熟悉失败率的计算；

实验名称：不同材质工件的分选；

实验设备：YL237型工业流水线自动化测控综合实验台；55个不同材质的园柱形工件；4种不同原理的传感器（霍尔接近开关、电涡流接近开关、反射式光电开关、对射遮断式光电开关）；

3.2.2实验步骤：

1．编制PLC测控程序：

检查并连接好计算机与PLC通讯电缆（也可能已经接好），按下PLC的电源开关（船型开关），启动PLC，建立计算机和PLC之间的通信，然后把预置的演示PLC程序或自编的程序传送到PLC中（如果不改动PLC程序，这一步可以省略）。

2．启动送料盘旋臂

把55个不同材质的园柱形工件全部放在送料圆盘上，如图3-12所示。按下控制旋臂的绿色启动按钮，旋臂开始旋转，推动工件逆时针向圆盘右侧的“料槽”移动。当反射式光电接近开关接收到工件“到位”的反射光（在工件上可以看到红色光斑）后，PLC令旋臂停止旋转，等待机械手的气动手指夹取。

图3-12 落料槽上的旋臂和各种不同材质的工件

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3．流水线驱动电动机速度的调节

缓慢调节“智能显示调节仪”数码管下方的电动机转速旋钮，使输送带的线速度与对射式（也称遮断式）光电开关分选汽缸推动的时间间隔相适应（1r/s左右）。如果输送带的线速度不恰当，可能造成“漏推”；如果传送带的线速度太慢，分选的效率就太低。在工业流水线生产中，调速是必须的。

4．气路的连接

实验者在连接气路时，可以故意将下图中的双向“四联”电磁换向阀中的气路接反，不会烧毁控制线圈，只会使压缩空气的流动方向变反，或者大量漏气。例如，实验者可以将控制“机械臂旋转”的进、出气管拔出，再对调。则可以看到对应的控制对象（例如机械臂或推料汽缸等）的初始位置相反，动作顺序也将相反。可以根据控制对象的初始位置来判断气路的连接正确与否。在气管未插入街头之前，可以听到刺耳的放气声，短时间不会烧毁设备。

图3-13 双向“四联”电磁换向阀的气路连接

5. 保证连续分选

在PLC的控制下，落料槽中的工件数量应大于10个（应经常从落料斜槽上取下已经分选的工件，补充到落料槽中），保证不至“断档”，使“工件到位信号”始终有节奏地产生，机械手能够连续抓取（本机械手约4s左右抓取一次，在工厂中，动作节奏可达1s）。

接着观察分选汽缸的反应速度是否正确，否则应调节汽缸上的缓冲节流阀的大小，顺时针增加或逆时针减小进气压力的大小，随时观察分选结果的正确性，并计算“误检率”。即：

6. 接近开关的连线

阅读本科《自动检测技术及应用》教材的第四章第五节中，有关电涡流接近开关的三根引线的接线方法。将放置在实验台抽斗中的三根电涡流接近开关的连接线按：“棕色”（或红色）、“黑色”、“蓝色”的顺序，分别接到接线槽对应的接线端子上（对应位置套有“VCC”、“OUT”、“GND”字样的套管），如图3-14所示。特别应检查电源和地线不能接反。

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图3-14 电涡流接近开关的三根连接线

图3-15 对射式传感器与分选汽缸的配合 图3-16 24V电动机停止按钮 7. 电涡流接近开关的工作距离调节

接近开关又称无触点行程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。它给出的是开关信号（多数为低电平），具有较大的负载能力，能直接驱动中间继电器或PLC。

接近开关的主要性能指标

（1）动作距离 在规定的条件下所测定到的接近开关动作时，与被测物的距离； （2）复位距离 接近开关复位时，与被测物的距离。复位距离大于动作距离；

（3）动作滞差 复位作距离减去动作距离为动作滞差。动作滞差越大，对抗被测物抖动等造成的机械振动干扰的能力就强，但动作的准确度就越差。

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图3-17 电涡流接近开关的动作距离调节

电涡流接近开关的外圆柱面被车床车出细的螺纹。出厂时，将两只扁平螺母旋在上面，可以用于夹紧固定支架，见右图。实验时，可以逆时针旋动这两个螺母，使之向接近开关的尾部移动，从而使接近开关向下移动，逐渐靠近被测物。

实验步骤：①做这个实验时，必须预先将铝合金圆柱状工件放在电涡流接近开关的正下方的传送带上。②向下移动电涡流接近开关，当其靠近铝合金工件时，接近开关尾部的红色LED指示灯亮时，此时两者的距离为动作距离x1；③再向上移动接近开关，当其尾部的红色LED指示灯暗时，此时两者的距离为复位距离x2。④复位距离x2与动作距离x1之差，为动作滞差Δx。

8.透射式光电接近开关的边界条件测试

将黑色工件逐渐向对射式光电开关的轴线移动，当接收器尾部的红灯亮时，记录工件的边缘到轴线的距离，是为动作距离。

再逐渐向后远离对射式光电开关的轴线，接收器尾部的红灯暗时，记录工件的边缘到轴线的距离，是为复位距离距离。两者之差为滞差。

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3.2.3 实验结果：

（1）实验开始时间：2010-12- 下午15：00；实验结束时间：15：30 （2）电涡流接近开关参数测试：

表3-1 电涡流接近开关的参数测试

测试数据 动作距离x1 复位距离x2 滞差Δx 铝合金工件与 接近开关的距离/mm 实验时间 分选者签名 年 月 日 年 月 日 年 月 日 （3）对射式光电开关参数测试：

表3-2 对射式光电开关的参数测试 测试数据 黑色工件与对射式光电开关轴线的距离/mm 实验时间 分选者签名 动作距离x1 复位距离x2 滞差Δx 年 月 日 年 月 日 年 月 日 （4）分选的误检率：

在正确调试后，开始对分选的工件进行计数，将错误的分选数量除以总分选数，再乘以100%，得到误检率。

表3-3 误检率 实验批次 第一批次 第二批次 总分选数/个 误检数/个 误检率% 实验时间 年 月 日 年 月 日 分选者签名 3.2.4 结束实验：按下红色停止按钮，24V电源被切断。再依次切断气动系统实验台的气源处理三联件上的总阀门、关掉电动机电源、PLC的电源、电脑主机（必须“正常退出”）和显示器电源，最后拉下实验台的空气开关断路器。 3.2.5 回答问题：

（1）整个检测综合实验台上共有哪些传感器？对应的测量对象是什么？

答：____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）霍尔接近开关仅对带有_______性的材质的工件起作用。

（3）电涡流接近开关在工业中俗称_______（电感/感应/磁性）接近开关，它对_______的材质的工件起作用。

（4）反射式光电开关对_______色的工件的灵敏度较高，但不能区辨_______（黑白/红绿）工件。

（5）对射式光电开关由_____个部分构成，分别是_____________和______________。 （6）双向电磁阀的进气口与出气口对调，会发生__________________________现象。 （7）常用的接近开关的三根引线中，Vcc是______色，地线是______色，OUT端是______色。

（8）流水线运行太慢，有什么弊端？答：______________________；流水线运行太快，有什么弊端？答：______________________；

气管没有接好，会发现什么现象？答：____________________________。

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（9）从你自己的实验中体会到，分选的错误原因有哪些？

答：___________________、__________________、_______________等。

（10）电涡流接近开关的检测对象是：______、______、______等导电性较____的物体。 （11）霍尔接近开关的检测对象是：______等_______性物体。

（12）光电反射式接近开关的检测对象是：______等_______性良好的物体。 （13）红外光电反射式接近开关在调试时可以在被测物的表面看到__________。 （14）动作举例和复位距离哪个大？答：______________________； （15）滞差大的好处是_________________，缺点是______________；

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3.3 电容接近开关实验及性能测试

3.3.1 实验的目的、实验设备及用品、实验过程：

研究电容近接开关对不同材料、材质的作用。如铝、塑料、纸张、水、人的手掌、水杯等的动作距离、回差等参数；研究回差与抗干扰的关系。电容接近开关外形及与被测物的关系如图3-17所示。

图3-17 电容接近开关与被测物的关系

实验过程：

将不同材质的试验材料从右至左靠近电容接近开关，到一定距离时，显示电压表突跳到24V。说明该物体达到电容传感器的额定“动作距离”。再增大被测物与接近开关电容的距离，显示电压表突跳回到0V，该距离记为“复位距离”。“动作距离”与“复位距离”之差记为“回差”。回差用于克服被测物的机械抖动，回差太大时也将造成定位不准。 3.3.2 实验结果的数据记录：

实验时间：2010-12- ，下午15：30~16：00

实验者测量电容接近开关对铝工件、塑料工件、书本、矿泉水瓶、人的手掌等的动作距离、回差等参数，记录于表3-2。

表3-2 电容接近开关对不同材质的工作参数

材质 动作距离/mm 复位距离/mm 回差/mm 铝质工件 （圆柱体） 塑料工件 （圆柱体） 书本 有水的 矿泉水瓶 人的手掌 注：动作距离是指工件逐渐靠近，至电容接近开关输出翻转时，两者的距离的绝对数值。 复位距离是指工件逐渐远离，至电容接近开关恢复到低电平时，两者的距离的绝对数值。 3.3.3回答问题：

根据第四章，P88的有关内容，回答以下问题：

（1）常用的接近开关的类型有：__________式、__________式、__________式、__________式、红外反射式__________接近开关等。

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（2）接近开关的优点有：__________、__________、__________、__________、__________、__________、__________等。

（3）什么是额定动作距离？答：________________________________________。 （4）什么是工作距离？答：________________________________________。 （5）什么是动作滞差？答：________________________________________。 （6）什么是重复定位精度？答：________________________________________。 （7）什么是最短动作间隔？答：________________________________________。

（8）铝工件、塑料工件、书本、矿泉水瓶、人的手掌5种物体比较，哪一种物体的动作距离最大（灵敏度最高）？答：____________________。哪一种物体的灵敏度最低？答：____________________。

（9）请分析灵敏度低的原因。答：原因是：

______________________________________________________。

（10）总结实验过程，参考第五章，P106~107，电容式接近开关的检测对象是：______、_________、______等具有___________特性的物体。

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3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究

3.4.1实验的目的、实验设备及用品：

了解电涡流位移传感器的测量对象；掌握传感器的调满度方法；测量位移-电压特性；计算端基线性度；计算最小二乘法线性度；

实验设备及用品为：电涡流位移传感器、铁质和铝质等工件。

3.4.2 电涡流传感器的输出调满度

将所有工件撤离电涡流位移传感器（以下简称“电涡流探头”）的周围。仔细调节“灵敏度”旋钮，使指针表的读数至2000mV满度值

（注：此时指针式电压表的刻度为2.0V）。

图3-18 电涡流位移传感器的实验对象及显示电压表

3.4.3 定性观察不同物体对电涡流位移传感器的作用：

将铝质工件、铁质工件、塑料工件、课本、人手等不同物体靠近电涡流探头，观察毫伏表的变化，了解电涡流传感器的测量对象属性。 3.4.4 测量电涡流位移传感器的输入/输出特性

分别将将铁质工件和铝质工件放在钢板标尺上面，如图3-18所示。然后使工件从远到近，逐渐靠近探头，记录前后两次电压表的读数与距离的关系于表3-3中。

3.4.5 画测量输入/输出曲线

画出铁质工件和铝质工件“距离-输出电压”之间的关系曲线于图3-19中，并按教材公式1-9计算端基线性度误差：

LΔLmax1-19 100% ymaxymin式中  Lmax ——最大非线性偏差；

ymax﹣ymin——输出范围。

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图3-19 传感器线性度示意图

a）端基线性度 b）最小二乘法线性度

1－端其拟合直线y =a+K x 2－实际特性曲线 3－最小二乘法拟合直线

3.4.6 线性化处理

多数传感器的输出信号与被测量之间的关系并非线性误差γ，如图3-20中的曲线1和曲线2。

图3-20 输出信号与被测量之间的非线性关系

1-类似于指数型非线性特性 2-类似于对数型非线性特性 3-线性化后的特性

在非线性情况下，将严重影响测量准确度。因此必须先将实际曲线1或曲线2进行线性化处理，得到曲线3。

线性化处理的方法：

线性化处理可以由硬件实现，但线性化电路往往较复杂，也会增加检测系统的成本。在计算机系统处理能力允许的条件下，可以用软件实现线性化处理。设传感器的静态输入/输出的特性为y=f(x)，是非线性的，则可以通过查表法、线性插值法，以及二次抛物线折线法等几种线性化方法，得到线性的结果：y=Kx。

查表法虽然简单，但需逐点测量输入-输出对应数据；采用线性插值法时，划分的段数越多，得到的结果就越精确，但计算所需时间就越长，即仪器稳定时间就越长；二次抛物线折线法的计算就更加复杂。

本实验要求学生预先上网查阅有关线性化的资料，写出本实验数据的线性化过程。

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3.4.7 实验结果（请将P28~29的内容、图和表格复制到实验报告中）

实验时间：2010-12- ，下午16：00~16：30

表3-3 铝质工件及铁质工件与电涡流位移探头的位移/输出电压关系 铝质工件与探头的距离/mm 毫伏表读数/V 铁质工件与探头的距离/mm 毫伏表读数/V 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 注：没有任何工件靠近电涡流位移探头时，必须先调满度至2000mV，即2.0V。

然后使工件从远到近逐渐靠近电涡流位移探头。

铝质工件从11mm开始测量；铁质工件从22mm开始测量。

图3-21 铝质工件及铁质工件引起的电涡流位移传感器的

位移-输出电压特性曲线

注：①铝质工件的特性用实线“———”标注，从12mm开始测量；

铁质工件的特性用虚线“- - - - - - - ”标注，从22mm开始测量。

②测试条件：工件距离接近开关无穷远时的读数为2000mV，即2.0V。

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根据图3-21计算铝质工件的端基线性误差为：

L铝ΔLmax100% =

ymaxymin根据图3-21计算铁质工件的端基线性误差为：

L铁ΔLmax100% =

ymaxymin表3-4 铝质工件及铁质工件的线性误差

铝质工件的端基线性误差 铁质工件的端基线性误差 % % 3.4.8 回答问题

（1）哪一种工件引起电涡流位移传感器的输出变化的灵敏度最高？ 答：________。

（2）为什么电涡流位移传感器对塑料工件没有反应？ 答：________________________________。

（3）哪一种工件引起电涡流位移传感器的输出变化的线性误差影响较大？ 答：________。

（4）铁质工件对电涡流位移传感器的影响因数中，出了电涡流效应，还有________（磁性/磁滞/温度）损耗作用。

（5）根据本实验的输出电压的变化，再根据本教材第四章第三节的论述，说明本实验是属于调幅法还是调频法？

答：________法。为什么？答：________________________。

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3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究

3.5.1 实验目的、实验设备及用品：

通过对10个铝质工件的称重实验，了解模拟量的标定技术、非线性误差的计算和处理技术；建立时漂和温漂的概念，学习克服时漂和温漂的方法。

实验设备及用品：电子称、10个铝质工件。实验用的电子秤外形如图3-22所示。

图3-22 电子秤上的被测工件及数码显示

3.5.2 实验原理：

电阻应变传感器主要由电阻应变片及测量转换桥路等组成。在本实验电子秤中，选用4片350Ω金属箔式应变片，粘贴在悬臂梁的上、下表面。

悬臂梁的自由端上方固定一个圆形有机玻璃托盘。将铝质工件逐一放置在托盘上，悬臂梁将向下弯曲，引起粘贴在悬臂梁上下表面的应变片的阻值发生变化。上表面的两片应变片阻值变大，下表面的阻值变小。4片应变片接入桥路的A、B、C、D四端。其中的AB两端已被接12V桥路激励电源，CD端已被接到差动减法放大器，如图3-17所示。

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图3-23 电子秤测量转换电路

3.5.3 测量电路的标定（调零和调满度）

调零：为了使得电桥在测量前的输出电压为零，应合理选择4个桥臂电阻，使： R1/R2= R4/ R3，以达到电桥平衡（UCD=0）的目的。通常选择R1=R2= R4=R3。

如果桥路的4个应变片的初始阻值不同，电桥就不平衡，因此必须设置调零电路。 学生应缓慢调节电子秤面板下方的“调零电位器”RP1，可使电桥趋于平衡，Uo就被预调到零位，数显表示值为0.0mV，这一过程称为“调零”。学生通过实验，可以建立起在工业中经常涉及到的“调零”的概念。

调满度：

在调零的基础上，将10个铝质工件（每个10g）全部轻放到托盘上，调节图3-23中的第二级放大器的反馈电位器RP2（在电子秤面板的上方），使毫伏表的读数为+100mV。这一过程称为调满度。（图3-22中，6个工件的总输出应为60.0mV）

再取下10个铝质工件，检查数显表是否回到零位。如果示值不为零，可缓慢地重新调零。然后再重复一次调满度。调满度必须建立在调零的基础上，否则整个测量没有意义。通过这一实验，让学生建立起“调满度”这一重要概念。 3.5.4 测量电路的零漂和灵敏度漂移

“零漂”包括时间漂移和温漂。在较短的时间内，较难测得“温漂”。本实验让学生通过测量“时漂”，来掌握克服零漂的方法。

如果用电吹风来吹电子称的悬臂梁，就可以观察到很大的温漂。包含零点的温漂和灵敏度的温漂。这个步骤必须在完成测量数据之后进行。否则，将需要等待较长的时间恢复到常温。等待时间将长到不可容忍。

1.时漂的测量

取下托盘上的所有工件，仔细调节电子称上部的“调零电位器”，使数码显示器显示为零。加大放大倍数（顺时针旋转“调满度电位器”）到最大值，观察零位的变化，再次调节零位。静待10min，记录数码管的示值漂移U o10min到表3-4中，这就是10min时漂的毫伏数。可以利用这10min的等待时间，去研究实验指导书吧！

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2.灵敏度漂移的测量

重新调零，将10个铝质工件全部均匀地摆放在托盘上，调节“满度电位器”，使U of显示100mV，计算灵敏度：

K 0=U of/f =100mV/（10×10g）=1mV/g

静待10分钟（可以去做其他事情），再记录10分钟时的漂移值U´o，10min的mV数。 然后移开10个被称物体，记录第二次“零漂”的“本底”数值U´真正的灵敏度漂o0，10min，移要扣除这个零漂，即：

U o，10min=U´ o，10min-U´o0，10min，

然后才可以计算没有零漂时的灵敏度Kt ，即

Kt=Uo，10min/100g。

3.计算“灵敏度漂移”的百分数：

γK=100%×（Kt -K 0）/K 0

是不是有点复杂啦？要学习测量，就是有点累!请您注意公式中每一个变量的下标。 取下所有工件后，最好再次观察新的零漂，如果零漂再次出现，就意味着上面的计算仍然包含零漂引起的测量误差，还要重新进行上述实验，而且要记录在案。

Tips：测得零漂后，检测系统的设计者可以让计算机做减法，将零漂扣除；测得灵敏度漂移后，设计者可以让计算机做除法，将灵敏度减小到温漂前的数值（这里假设灵敏度变大）。在计算机时代，就不需要像上面这么烦，但基本原理还是要掌握的，只是将这些减法和除法让计算机去做。

3.5.5 测量电子秤的非线性误差和迟滞误差

在电子秤调零和调满度的基础上，将10个铝质工件逐一轻放到电子秤托盘上，记录每一个工件增加所引起的毫伏数的示值变化，于表3-5中的第1行中，并画出重量-输出电压（F-mV）特性曲线，按第一章的有关公式计算非线性误差。

当毫伏表显示100mV时，逐一将工件取下，记录每一个工件减少所引起的毫伏数的示值变化于表3-5中的第2行，并画出重量-电压(F-mV)的迟滞曲线，按第一章的公式（1-24）计算迟滞误差。

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3.5.6 实验结果

实验时间：2010-12- ，下午16：30~17：10

1．按实验步骤完成以上电子秤的各项实验，记录并整理实验数据于表3-5~3-7中。

表3-5 时漂数据 观察时间/min 0 10 数码显示值U o，10min/mV 0 表3-6 称重为100g时的灵敏度漂移数据 (电压U的单位为mV，K的单位为mV/g) U o0 0 U o K0 U´ o，10min U o，10min Uot Kt 灵敏度漂移 百分比γK （测试条件：初始显示的毫伏数为零，10分钟后记录数据）

表3-7 电子称的输入/输出特性 重量/g 数字表读数（正向）/mV 0 0 100 10 90 20 80 30 70 40 60 50 50 60 40 70 30 80 20 90 10 100 100 0 重量/g 数字表读数（逆向）/mV

2．在图3-24中，画出“重量-输出电压”之间的关系曲线，在该曲线上，用作图法估算出最大非线性偏差Hmax，再根据自动检测技术教材第一章中的式1-19，计算出端基线性度误差:

LΔLmax100% =

ymaxymin上式中的 Lmax为最大非线性偏差；ymax﹣ymin为输出范围。

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图3-24 电子秤的重量-输出电压特性曲线（包含迟滞特性）

3.在“重量-输出电压”特性曲线上，用作图法估算出最大迟滞偏差Hmax，再根据第一章的式1-24，用下式计算计算本电子秤的迟滞γH

H1ΔHmax100% =

2Uomax上式中的Hmax为最大迟滞偏差，Uomax为满量程输出100mV。 3.5.7温漂实验

将电子称再次调零，再调满度。用700W电吹风，对准电子称托盘下方，按下“高温”档位开关，从左端的缝隙吹向铝合金悬臂梁，连续吹风1min（切记不可超过，否则易损坏设备）。

停止吹风3min后，记录零点的漂移于表3-8中。 表3-8 温漂数据 观察时间/min 0 3 取下工件后 100.0 数码显示值U o0/mV （注：连续吹风1min，休息3min后记录数据）36

传感器与自动检测技术（本科）综合实验指导书 上海电机学院电气学院

3.5.8 回答问题

（1）图3-23（电子秤测量转换电路）中，4只应变片组成电路＿＿＿＿＿（单臂/双臂/全桥），运放A1组成＿＿＿＿＿（减法/加法/乘法）放大电路，A2组成＿＿＿＿＿放大电路。

运放A1的±5V电源并联了1μF的独石电容是为了滤除＿＿＿＿＿（高频/低频）干扰，并联的100μF的电解电容是为了滤除＿＿＿＿＿干扰。

运放A1、A2的反馈电阻Rf1、Rf2两端并联的1μF电容属于＿＿＿＿＿（积分/微分）电容。Cf容量越大，输出Uo就越不易受到50Hz工频干扰，但动态响应就越＿＿＿＿＿（快/慢）。

Rf2=100kΩ，则A2的积分时间常数τ约等于＿＿＿＿＿（0.1/10）s。

时间常数τ越大，等待稳定的时间就越＿＿＿＿。太大的时间常数＿＿＿（有利于/不利于）称重。

（2）积分时间常数τ能否克服温漂？答：＿＿＿＿＿＿。

（3）从50Hz干扰角度来说明电子秤的输出毫伏表上下跳动的原因： 答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（4）分析图3-23，设Rf1=100kΩ，R11=10kΩ，则第一级放大器的放大倍数为＿＿倍。 设RP2调节到150kΩ，与Rf3串联后的总的反馈电阻的阻值为＿＿kΩ，设R21=10kΩ，则第二级放大器的放大倍数为负的＿＿＿＿倍。

总的放大倍数为＿＿＿＿倍。

设UCD=10mV，则Uo2=＿＿＿＿mV

（5）在电子称实验中，如果先调满度，后调节零点，会产生什么问题？

答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（6）在电子称实验中，对于相同的铝质工件个数，为什么正程（添加工件）和逆程（减少工件）时的数据不同？（请从工件的离散型，以及悬臂梁材料内部的摩擦、蠕变等角度分析）

答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 （7）电子秤产生“时漂”的原因有哪些（不考虑温度影响）？答：＿＿＿＿＿＿等。 （8）从你所做的实验看，温度升高，满度的数值如何变化？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿ （9）零点的温漂是正的？还是负的？答：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

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