《安全监测与监控技术》实验教学大纲

《安全监测与监控技术》实验教学大纲
实验课程编码：XXXX
学时：6
适用专业：安全工程
先修课程：《安全监测技术》
考核方式：理论课成绩与实验成绩、平时成绩结合，实验不单独考试。

一、实验课程的性质与任务
任务：安全检测与监控技术是借助于仪器、传感器、探测设备等对生产过程中某些物理量的连续监视或点检，对生产系统和作业环境中危险与有毒因素、危害程度、范围及动态变化等进行监测与监控的一门专业主干课程。

本课程主要讲授安全监测与监控技术的基本知识和基本技能，包括有关参量的现代检测方法、非电量电测转换原理、测量电路设计、数据处理和误差分析及相关传感器工作原理等内容，为安全管理决策和安全技术有效实施提供可靠而准确的信息，是预防和防止灾害发生的重要技术。

通过本课程学习，学生应具有一定的安全监测与监控系统方面的基本知识和基本技能，掌握安全检测与监控系统的相关原理及分析方法，掌握非电量电测转换原理、数据处理和误差分析，熟悉常用传感器的构造、工作原理与应用及各类监测监控系统；了解现场的安全监测监控施工和设计；掌握各种常用安全检测仪表的使用，熟悉有毒有害、可燃性、爆炸性气体及温度的检测方法，应用安全检测与监控技术为安全管理提供依据。

性质：《安全监测与监控技术》课程的必修实验。

二、实验项目
实验一金属箔式应变片性能（2学时）
（一）实验目的：
了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。

（二）实验设备：
1．直流稳压电源——本实验将开关打到±4V档
2．电桥
3．信号处理电路——差动放大器，将增益旋到最大值
4．双平行振动梁和测微头
5．一片应变片
6．F/V表——本实验将开关打到2V档
（三）实验电路图及其电路解读：
1.电路原理图
2.电路解读
本实验R1、R2及R3为阻值相等的精密电阻，阻值为350欧，Rx为应变片也为
350欧，应变系数为：2，它们按图构成一个电桥，r和w组成电桥平衡，当Rx受
外力作用发生形变，而引起Rx的阻值发生变化，引起2端和11端的电压发生差
值，这个差值送入差动放大器进行放大，直流电压表读数。

（四）实验步骤：
1.了解所需单元、部件、在实验台上的所在位置，观摩梁上应变片，应变片为棕色衬
底箔式结构小方箔片。

上下两片梁的外表面各贴二片受力应变片，测微头在双平行
梁前面的支柱上可以上、下、前、后、左、右调节。

2.将差动放大器调零：用连线将差动放大器的同相输入端反相输入端与地短接。

3.根据1图接线，R1和R2及R3为电桥单元的固定电阻，Rx=R4应变片，将直流稳
压电源的，接入电路，F/V表量20V档，调节W1，使F/V表显示为零（粗调），
然后将F/V表量于20V档，再调W1使F/V表显示为零（细调）。

4.将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），
调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再动到测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。

5.往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。

建议每旋动
测微头一周即△X=0.5mm记下一个数值填入表：
6.据所得结果计算灵敏度S=△V/△X （式中△X为梁的自由端位移变化，△Ｖ
为相应F/V表显示的电压相应变化）。

7.实验完毕，关闭电源，所有旋钮到初始位置。

注意事项：
1.上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记，让学生组桥容易。

2.做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。

实验二热电偶原理及现象（2学时）
（一）实验目的：了解热电偶的原理及现象
（二）实验设备：
1.15V不可调直流稳压电源
2.差动放大器——调增益最大
3.F/V
4.加热器
5.热电偶
6.
1.回
通常把两种不同的导体的这种组合称为热电偶。

2.了解热电偶在实验台上的位置及符号，本实验所配的热电偶是由铜-康铜组成简易
热电偶，分度号为T，它封装在双孔悬臂梁的下片梁的加热器里（不可见到）。

3.按图7接线。

开启电源，调节差动放大器的调零旋钮，使F/V表显示为零，并记录
温度计的室温。

4.将-15V直流电源接入加热器一端，加热器号一端接电源⊥，观察F/V表显示数值
变化，待温度值稳定不变时记录F/V表显示的读数E。

5.用温度计测出下梁表面加热处的温度t记录下来，（注意：温度计的测温头只要触
及热电偶处附近的梁体即可）。

6.热电偶的热电势与温度之间的关系：
Eab（t，t0）=Eab（t，tn）+Eab（tn，t0）
t 热电涡的热端（工作端或称测温端）温度。

tn 热电涡的冷端（自由端即热电势输出端）温度也就是室温。

t0 0℃
（1）热端温度为t冷端温度为室温时热电势：Eab（t，tn）=（f/v 显示表E）/100，
100为差去放大器倍数。

（2）热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜-康铜的热电势：Eab（tn，t0）查以下
所附的热电涡自由端为0℃时的热电势与温度的关系，即铜-康铜热电涡分度表，
得到室温（温度计测得）的热功当量电势。

（3）计算：热端温度为t，冷端温度为0℃的热电势：Eab（t，t0）根据计算结果，查分度得到温度t。

附表：铜-康铜的热电偶分度。

用本实验台的电压比较器控制器设计一份控制器的电路并实验之。

实验三相敏检波器实验（2学时）
（一）实验目的：了解相敏检波器原理及工作情况。

（二）实验设备：
1.相敏检波器实验电路单元
2.移相器实验单元
3.音频振荡器——约4KHZ，幅度最小（逆时计到底）
4.双踪示波器
5.低通滤波器
由此可结论：当参考电压主“+”时，输出和输入相，当参考电压主“-”时，输出和输入相，此电路的放大倍数为倍。

5.关闭电源，根据图8-2重新接线，将音频信号源的0°端输出端与相敏检波器的
输入端①和②相连，把示波器的两根输入线分别接到相敏检波器的①和③端，将相敏检波器的输出端③同时与低通滤波器的输入端连起来，将低通滤波器的输出阻端与直流电压表连起来，组成一个测量电路（此时F/V表置于20V档）。

什么（即参考端输入波形的相位作用）。

2.当指数检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么时候波形，电压表
的读数是否是最大值？
实验四差动变压器（互感式）的性能（2学时）（选作）
（一）实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。

（二）所需单元与部件：
3.音频振荡器4、差动变压器
4.测微头5、振动平台
5.示波器6、电源
（三）有关旋钮的初始位置：
1.音频振荡器在4KHZ~8KHZ之间。

2.双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10 mv/div；
（四）实验步骤：
1.按图10接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，
组成一个测量电路。

2.开启电源，将示波器探头
度钮）
3.
移；
4.
（1）根据实验结果，指出线性范围；
（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双踪晃示波器的波形相位会发生怎样的变化。

三、实验报告要求
验证性实验报告内容应包括：一，实验目的；二、实验设备；三、实验原理；四、实验内容和步骤；五、实验数据处理及数据分析；六、问题讨论。

综合及设计性实验报告内容应包括: 一、实验目的；二、实验仪器；三、设计要求及主要技术指标；四、设计原理；五、设计流程及设计图等；六、技术指标测试及实验数据分析；七、思考题解答与实验研究等。

四、教材和参考资料
1.教材：
《安全检测技术》，张乃禄、徐竟天、薛朝妹主编，西安电子科技大学出版社，2007.9 2.主要参资料：
[1]《安全检测原理与技术》，董文庚、刘庆洲，高增明编著，海洋出版社，2004
[2]《安全检测技术》赵汝林主编，天津大学出版社,1999
[3]《检测与转换技术》常健生主编，机械工业出版社，2001.1
[4] 《安全检测技术》黄仁东，刘敦文主编，化学工业出版社，2006.8
执笔人：张佐钊刘爱群
教研室主任签字：
系主任签字：
2010年 3 月 25 日。