華中科技大學(xué)檢測技術(shù)實驗報告

1、21電氣學(xué)科大類 2010 級信號與控制綜合實驗課程實 驗 報 告(基本實驗三:檢測技術(shù)基本實驗)姓 名 學(xué) 號 專業(yè)班號 指導(dǎo)教師 日 期 實驗成績 評 閱 人 實驗評分表基本實驗實驗編號名稱/內(nèi)容（此列由學(xué)生自己填寫）實驗分值評分22.1 了解相敏檢波器工作原理2022.2 差動變壓器性能檢測1022.3 差動變壓器零殘電壓的補(bǔ)償2022.4 差動變壓器的標(biāo)定30設(shè)計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分24. PT100 鉑熱電阻測溫實驗創(chuàng)新性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分教師評價意見總分目錄實驗二十二 差動變壓器的標(biāo)定······&

2、#183;·····················4實驗二十四 PT100鉑熱電阻測溫實驗······················16實驗總結(jié)與體會·&#

3、183;·······································20參考文獻(xiàn)·········&#

4、183;····································20實驗二十二 差動變壓器的標(biāo)定一 .實驗?zāi)康?. 了解由施密特開關(guān)電路及運(yùn)放組成的相敏檢波電路的原理。2. 了解差動變壓器的基本結(jié)構(gòu)和原理，通過實驗驗證差動變

5、壓器的基本特性3. 差動變壓測試系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。二. 實驗原理1.差動變壓器原理及輸出特性圖22-1 差動變壓器原理圖及輸出特性差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當(dāng)于變壓器的原邊；次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的相同線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上。2.差動變壓器零點殘余電壓（1）零點殘電壓由于零殘電壓的存在會造成差動變壓器零點附近的不靈敏區(qū)，電壓經(jīng)過放大器會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常關(guān)系，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償。零殘電壓中主要包含兩種波形成份：1）基波分量：這是由于差動

6、變壓器兩個次級繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。2）高次諧波：主要是由導(dǎo)磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)處非正弦波的電動勢。（2）減少零殘電壓的辦法有：從設(shè)計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對程；采用相敏檢波電路；選用補(bǔ)償電路。3.相敏檢波器工作原理圖 22-2 相敏檢波器原理圖相敏檢波電路如圖所示，圖中1 為輸入信號端，2為交流參考電壓輸入端，3 為輸出端。4 為直流參考

7、電壓輸入端。5、6為整形電路將正弦信號轉(zhuǎn)換成的方波信號，使相敏檢波器中的電子開關(guān)正常工作。當(dāng)2 、4 端輸入控制電壓信號時，通過差動放大器的作用使D 和J 處于開關(guān)狀態(tài)，從而把1 端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。三.實驗步驟1.了解相敏檢波器的工作原理1：調(diào)節(jié)音頻振蕩器輸出頻率為5KHZ，輸出幅值為2V，將音頻振蕩器0端接相 敏檢波器的輸入端1，相敏檢波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端接數(shù)字電壓表20V。相敏檢波器的交流參考電壓輸入端2分別接0，180，使相敏檢波器的輸入信號和交流參考電壓分別同相或者反相，用示波器兩通道觀察相敏檢測器輸出端3的波形變化和電壓表電壓值的變化2：注意，此時差

8、動放大器的增益要比較小，稍有增益即可，示波器的“觸發(fā)”方式要選擇正確。可以看出，當(dāng)相敏檢波器的輸入信號和開關(guān)信號反相時，輸出為正極性的全波整流信號，電壓表只是正極性方向最大值，反之，則輸出負(fù)極性的全波整流波形，電壓表指示負(fù)極性的最大值。3：用示波器兩通道觀察相敏檢測器插口5，6的波形?？梢钥闯觯嗝魴z波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，使相敏檢波器中的電子開關(guān)能正常工作。2.差動變壓器性能檢測圖22-3 差動變壓器接線示意圖（1）按上圖接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出。（2）音頻振蕩器輸出頻率5KHz，輸出值VP-P值2V。（3）用手提變壓器磁芯，觀察示波器第

9、二通道的波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，以判斷兩個次級線圈的聯(lián)接方式，如不能過零翻轉(zhuǎn)，則需改變兩個次級線圈的串接端，使兩個次級線圈反向串聯(lián)。3.差動變壓器零殘電壓的補(bǔ)償圖22-4 差動變壓器零殘電壓補(bǔ)償實驗接線1、根據(jù)上圖接線，差動放大器增益調(diào)到最大，音頻LV端輸出VP-P值2V，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率，使示波器二通道波形不失真。2、調(diào)節(jié)測微儀帶動銜鐵在線圈中運(yùn)動，使差動放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)WDWA電位器，使輸出更趨減小。3、提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形比較，觀察零點殘余電壓的波形4.差動變壓器的標(biāo)定圖22-5 差動變壓器標(biāo)定實驗接線1. 按上圖接線，差動放大器增益適度，

10、音頻振蕩器Lv端輸出5KHZ，VP-P值2V。2. 調(diào)節(jié)電橋WD、WA 電位器，移相器，調(diào)節(jié)測微頭帶動銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。3. 旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負(fù)對稱。如不對稱則需反復(fù)調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負(fù)輸出對稱。4. 旋動測微儀，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm 位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值四.實驗結(jié)果1.相敏檢波器首先將音頻震蕩器的輸出直接接到示波器上，旋動頻率調(diào)節(jié)和幅值調(diào)節(jié)旋鈕，使音頻振蕩器輸出頻率為5kHz,幅值為2V的信號，波形如下圖所示：圖22-6 音頻振蕩器輸出波形 接著將音頻振蕩器

11、的輸出接到相敏檢波器上，當(dāng)相敏檢波器的輸入信號和交流參考信號同相時，輸出為正極性的全波整流信號，如下圖：圖22-7 相敏檢波器輸出正極性全波整流信號當(dāng)相敏檢波器的輸入信號和交流參考信號反相時，輸出負(fù)極性的全波整流信號，如下圖：圖22-8 相敏檢波器輸出負(fù)極性全波整流信號相敏檢波器的5、6端用于生成開關(guān)管的驅(qū)動信號，波形如下：圖 22-9 相敏檢波器5端的波形圖22-10 相敏檢波器6端的波形2.差動變壓器性能檢測將音頻振蕩器的輸出接至差動變壓器的初級線圈，旋動測微儀，分別記錄輸出與輸入同相、反相以及過零翻轉(zhuǎn)時的波形：圖22-11 差動變壓器輸出與輸入同相時的波形圖22-12 差動變壓器輸出與輸

12、入反相時的波形圖22-13 過零翻轉(zhuǎn)時的波形3.差動變壓器零殘電壓的補(bǔ)償將音頻振蕩器的輸出接至差動變壓器，旋動測微儀使輸出電壓最小，波形如下：圖22-14 未調(diào)電阻時差動變壓器最小輸出電壓調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)RP1,RP2電位器，使輸出更趨減小，此時波形如下：圖22-15 調(diào)節(jié)電阻后差動變壓器輸出電壓提高第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形進(jìn)行比較，如下： 圖22-16 零殘電壓與激勵電壓比較由比較可知，補(bǔ)償后零殘電壓主要是基波分量。4.差動變壓器的標(biāo)定實驗中所測位移與電壓的關(guān)系如下：位移/mm-5.0-4.5-4.0-3.5-3.0-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5電壓/V-2.79-

13、2.53-2.25-2.00-1.72-1.43-1.14-0.87-0.58-0.2900.51.01.52.02.53.03.54.04.55.000.300.590.871.161.441.711.982.242.512.76表22-1 差動變壓器位移與電壓對應(yīng)關(guān)系用MATLAB所得擬合曲線如下：擬合方程如下:由圖可知擬合方程為：故靈敏度為0.56343mm/V線性度為五.實驗分析與總結(jié)本實驗主要研究差動變壓器的系統(tǒng)組成與標(biāo)定方法，著重研究了相敏檢波器、零殘電壓的補(bǔ)償以及差動變壓器的標(biāo)定。零殘電壓補(bǔ)償實驗中，補(bǔ)償前零殘電壓含有大量的諧波分量，主要是三次諧波，而補(bǔ)償后三次諧波分量大大衰減，

14、零殘電壓主要表現(xiàn)為基波分量，與預(yù)期結(jié)果基本一致。但我們也可以看到，無論如何補(bǔ)償，都無法將零殘電壓降為零，這主要是因為零殘電壓的基波分量主要是由差動變壓器此路的非線性引起的，僅通過簡單的電阻補(bǔ)償是無法將其完全消除的。差動變壓器的標(biāo)定時，關(guān)鍵是要調(diào)節(jié)銜鐵、移相器、電橋使輸出做到正負(fù)對稱，弄好了這一步，后面測數(shù)據(jù)的過程其實很簡單。由實驗數(shù)據(jù)我們也可以看到，位移與電壓的關(guān)系呈現(xiàn)很高的線性，正負(fù)位移時輸出基本對稱。六.思考題思考題1.為什么在差動變壓器的標(biāo)定中電路中要加移相器？作用是什么？答：根據(jù)相敏檢波器的原理，當(dāng)兩個輸入端的相位剛好相同或者相反（即相差180°）時，輸出為正極性（或者負(fù)極性

15、）全波整流信號，電壓表才能只是正極性最大值（或者負(fù)極性最大值）。所以在差動變壓器的標(biāo)定電路中加入移相器，作用是保證2端輸入的參考交流電壓與1端輸入的電壓同相或反相，從而使系統(tǒng)輸出可以做到正負(fù)對稱。2.差動變壓器的標(biāo)定的含義，為什么要標(biāo)定？答：標(biāo)定的主要作用是：確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值，本實驗中標(biāo)定為差動變壓器的靈敏度；確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標(biāo)；消除系統(tǒng)誤差，改善儀器或系統(tǒng)的正確度。在科學(xué)測量中，標(biāo)定是一個不容忽視的重要步驟。故差動變壓器的標(biāo)定即為給該儀器的表盤標(biāo)刻度，使差動的位移與刻度盤上的標(biāo)值一一對應(yīng)，從而能通過讀值來確定測量量。實驗二十四 PT10

16、0 鉑熱電阻測溫實驗一.實驗?zāi)康?通過自行設(shè)計熱電阻測溫實驗方案，加深對溫度傳感器工作原理的理解。2掌握測量溫度的電路設(shè)計和誤差分析方法。二.實驗原理鉑熱電阻元件作為一種溫度傳感器，其工作原理是在溫度作用下，鉑電阻絲的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關(guān)系接近于線性關(guān)系，偏差極小且隨著時間的增長，偏差可以忽略，具有可靠性好、熱響應(yīng)時間短等優(yōu)點，且電氣性能穩(wěn)定。鉑熱電阻是一種精確、靈敏、穩(wěn)定的溫度傳感器。鉑熱電阻元件是用微型陶瓷管、孔內(nèi)裝繞制好的鉑熱電阻絲脫胎線圈制成感溫元件，由于感溫元件可以做得相當(dāng)小，因此它可以制成各種微型溫度傳感器探頭。可用于-200+420范圍內(nèi)的溫度。三.實驗內(nèi)容

17、1設(shè)計PT100 鉑熱電阻測溫實驗電路方案；2測量PT100 的溫度與電壓關(guān)系，要求測溫范圍為：室溫65；溫度測量精度：±2；輸出電壓4V，輸出以電壓V方式記錄。3通過測量值進(jìn)行誤差分析。四.實驗設(shè)計實驗主電路如下圖圖中電源為4V，橋壁電阻選為1k, 故每個橋壁的電流為：流過PT100的電流沒有超過5mA，滿足要求。圖中差動放大器的增益為： 當(dāng)溫度為0度時，PT100為，當(dāng)溫度為65度時，電阻為故最大輸出電壓為：在4V范圍內(nèi)，滿足要求。五.實驗結(jié)果實驗時室溫為24C,調(diào)節(jié)電位器使此時的輸出為0.以下是所測數(shù)據(jù)：溫度C242628303234電壓V00.100.210.310.380.

18、50溫度C363840424446電壓V0.580.670.771.011.241.37溫度C485052545658電壓V1.651.721.872.032.192.32溫度C60626466電壓V2.432.572.722.86表24-1 鉑熱電阻溫度與電壓的關(guān)系采用MATLAB擬合的輸入輸出特性如下：圖24-2 PT100輸出電壓與溫度的關(guān)系圖中直線為利用MATLAB擬合所得：（擬合所得直線方程如下）由此可知，擬合方程為：故靈敏度為下面計算非線性度：溫度C242628303234電壓V00.100.210.310.380.50擬合值-0.164-0.0210.1230.2660.4090

19、.553偏差-0.164-0.121-0.087-0.0440.0290.053溫度C363840424446電壓V0.580.670.771.011.241.37擬合值0.6960.8390.9831.1261.2691.413偏差0.1160.1690.2130.1160.0290.043溫度C485052545658電壓V1.651.721.872.032.192.32擬合值1.5561.6991.8431.9862.1292.272偏差-0.094-0.021-0.027-0.044-0.061-0.048溫度C60626466電壓V2.432.572.722.86擬合值2.4162.5592.7022.846偏差-0