編者寄語內(nèi)含8篇華中科技大學檢測技術實驗報告,基本涵蓋各個實驗。其中最后ー篇含有書上的各種設計性實驗,可供大家參考。華科的孩子,沒事偷著樂吧。短射科技人學電氣學科大類《信號與控制綜合實驗》實驗報告（基本實驗ー:檢測技術基本實驗）姓 名 學 號 專業(yè)班號 指導教師 日期 實驗成績 評閱人

基本實驗實驗編號名稱/內(nèi)容（此列由學生自己填寫）實驗分值評分22-1相敏檢波器的工作原理2022-2差動變壓器的性能檢測1022-4差動變壓器的標定30設計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分24.（設計性實驗）PT100箱熱電阻測溫實驗40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實驗二十二差動變壓器的標定ー、實驗目的通過實驗學習差動變壓測試系統(tǒng)的組成和標定方法。二、實驗原理差動變壓器由銜鐵、初級線圏、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圏作為差動變壓器激勵用,相當于變壓器的原邊:次級線圈由兩個結構尺寸和參數(shù)相同的相同線圈反相用接而成,相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路,工作是建立在互感基礎上。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,影響電路正常關系，因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償。零殘電壓中主要包含兩種波形成份:1、基波分量:這是由于差動變壓器兩個次級繞組因材料或エ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處非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：1、從設計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對程;2、采用相敏檢波電路;3、選用補償電路。相敏檢波器工作原理:相敏檢波電路如圖所示，圖①為輸入信號端,②為交流參考電壓輸入端，③為輸出端。④為宜流參考電壓輸入端。⑤、⑥為整形電路將正弦信號轉換成的方波信號，使相敏檢波器中的電子開關正常工作。當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處于開關狀態(tài)，從而把①端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。相敏檢波器原理圖三、實驗所需部件差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微儀四、實驗步驟（一）了解相敏檢波器工作原理.調(diào)節(jié)音頻振蕩器輸出頻率為5KHZ,輸出幅值2V,將音頻振蕩器0°端接相敏檢波器的輸入端①,相敏檢波器的輸出端③與低通濾波器的輸入端連接,低通濾波器的輸出端接數(shù)字電壓表2V。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反相,用示波器觀察相敏檢波器輸出端③的波形變化和電壓表電壓值變化。注意:示波器的“觸發(fā)”方式要選擇正確。.用示波器兩通道觀察相敏檢測器⑤⑥的波形并記錄下觀察到的波形實驗波形記錄及分析:音頻震蕩信號輸出:5030HZ,Vp-p=4.04V參考電壓接0°時,即參考電壓信號與輸入信號同相時：輸出端③波形為正的全波整流波形:參考電壓接180°時,即參考電壓信號與輸入信號反相時:輸出端③波形為負的全波整流波形：

輸出端⑤⑥的波形:専い⑤（黃線），CH2=（6）（藍線）可以看出,相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波,使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。（二）差動變壓器性能檢測.按下圖接線,差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器屋端功率輸出。.音頻振蕩器輸岀頻率5KHz,輸出值Vp值2V。.用手提變壓器磁芯,觀察示波器第二通道的波形是否能過零翻轉,以判斷兩個次級線圈的聯(lián)接方式,如不能過零翻轉,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)。實驗數(shù)據(jù)及波形記錄分析:音頻震蕩輸出信號:5030HZ,Vp-p=2V當用手按壓磁芯時：輸出信號發(fā)生了過零翻轉,則可確定差動變壓器副方線圈是反向串聯(lián)的

由此,該差動變壓器可以用輸出電壓來確定磁芯的正負位移了（三）差動變壓器的標定.按上圖接線,差動放大器增益適度,音頻振蕩器Lv端輸出5KHZ,スマ值2V。.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。.旋動測微頭使銜鐵在線圈中上、下產(chǎn)生位移,用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱。如不對稱則需反復調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器,做到正負輸出對稱。注意:示波器CH1、CH2通道分別接入相敏檢波器1、2端口,用手將銜鐵位置壓到最低,調(diào)節(jié)電橋、移相器,當CH1、CH2所觀察到的波形正好同相或反相時,則系統(tǒng)輸出可做到正負對稱。.旋動測微儀，帶動銜鐵向上51nm,向下5mm位移,每旋一周（0.5mm）記錄ー電壓值并填入表格。五、實驗數(shù)據(jù)及波形記錄分析:位移mm00.511.522.533.544.55電壓V（上移）00.751.582.383.143.854.515.095.586.016.37電壓V（下移）0-0.74-1.55-2.32-3.03-3.68-4.27-4.79-5.63-5.95-6.33所得曲線為該差動變壓器鐵芯位移ー輸出電壓的特性曲線實線為線性擬合曲線靈敏度:K=1.3775(V/mm)非線性度:￥i=±0.5575/(6.37-(-6.33))*100%=±4.3897%六、思考題1、為什么在差動變壓器的標定中電路中要加移相器?作用是什么?答:移相器對音頻震蕩器產(chǎn)生的震蕩波做相位變換的操作,使參考信號的相位能和經(jīng)過差動變壓器與差動放大器的電壓信號相符合,實質(zhì)上是為了抵消差動變壓器與差動放大器的相移,使得相敏檢波器能工作在0°或者180。相差的條件下。2、差動變壓器標定的含義，為什么要進行標定?對差動變壓器進行標定，是為了建立位移測量系統(tǒng)的輸入輸出的函數(shù)關系，有利于我們了解差動變壓器的性能。幫助我們在需要使用差動變壓器的場合選擇合適的差動變壓器。七、實驗儀器設備:CSYm型傳感器系統(tǒng)實驗儀ー臺數(shù)字示波器 一臺實驗二十四PT100鉗熱電阻測溫實驗一、實驗原理.鉗熱電阻工作原理伯熱電阻元件作為ー種溫度傳感器,其工作原理是在溫度作用下,鉆電阻絲的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關系接近于線性關系,偏差極小且隨著時間的增長,偏差可以忽略,具有可靠性好、熱響應時間短等優(yōu)點,且電氣性能穩(wěn)定。伯熱電阻是ー種精確、靈敏、穩(wěn)定的溫度傳感器。伯熱電阻元件是用微型陶瓷管、孔內(nèi)裝繞制好的伯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小，因此它可以制成各種微型溫度傳感器探頭?？捎糜讴`200?+420C范圍內(nèi)的溫度。.PT100設計參數(shù)PT100伯電阻A級在0℃時的電阻值R0=100±0.06Q；B級R0=100±0.12Q,PT100伯熱電阻各種溫度對應阻值見分度表23-1〇PT100R允許通過的最大測量電流為5mA,由此產(chǎn)生的溫升不大于0.3℃。設計時PT100上通過電流不能大于5mA。溫度0123456789'C電阻值（Q）-4084.2783.8783.4883.0882.6982.2981.8981.5081.1080.70-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.8089.4089.0188.62-1096.0995.6995.3094.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55-0100.0099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100.00100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.90104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.54125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.90131.28131.66132.04132.42132.80133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13表23-1 PT100鋁電阻分度表二、實驗目的.通過自行設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。.掌握測量溫度的電路設計和誤差分析方法。三、實驗內(nèi)容.設計PT100伯熱電阻測溫實驗電路方案;.測量PT100的溫度與電壓關系,要求測溫范圍為:室溫?65℃;溫度測量精度:±2℃;輸出電壓0?4V,輸出以電壓V方式記錄。.通過測量值進行誤差分析。四、實驗設備、PT1OO的熱電阻;.檢測技術通用實驗板或面包板;.CSYum型傳感器系統(tǒng)實驗儀（帶有加熱器可供使用）；.雙路直流穩(wěn)壓電源；.數(shù)字萬用表。五、實驗步驟1、完成系統(tǒng)方案設計（信號輸入及放大）；

實驗電路圖如上所示;Vo=-R4/R3（l+2R2/R1）（VrV2）各實驗參數(shù)如圖所示,放大電路Av=50,Vo=-5O（Vi-V2）=-5OAV2、測取PT100溫度傳感器的有關數(shù)據(jù)（電壓、溫度變化量等）;計算非線性誤差。按照設計方案連接電路,接通電源后,調(diào)節(jié)Rx使輸出電壓%ル。（由于實驗存在各種誤差,實際很難使得V0=0,本次實驗得到的Vo=O.169V）,記下此時室溫20。（：,升高Pt電阻溫度,沒升高2て記下ー組電壓V直到65℃六、實驗所得數(shù)據(jù)記錄如下:溫度/℃202224262830323436電壓ZV0.1690.2190.3120.4210.520.7090.8621.021.168溫度/℃384042444648505254電壓/V1.3421.5211.7291.8812.0422.222.0412.572.73溫度/℃5658606264電壓/V2.923.13.283.423.65繪制曲線如圖所示:溫度-電壓曲線溫度-電壓曲線——線性（溫度-電壓曲線）擬合直線方程:丫=0.0822X-1.7038非線性誤差Yl=土ALmax/yFS=6.5%本次實驗中,由于電橋部分Rt兩端的電壓變化和電阻變化并非線性關系,使得最終得到的曲線不能很好的反應Pt熱電阻溫度和電阻的線性關系改進方案:將Ri=R2=1K改為50K或者更大使得R2?Rt,從而讓AU與△尺具有更好的線性關系,這樣最終得到的曲線就能更好的反應伯熱電阻阻值變化和溫度的線性關系七、實驗小結.本次試驗首先將溫度的變化轉化為Pt電阻阻值的變化，而后又將阻值的變化轉化為電壓的變化,從而建立溫度和電壓的線性關系。通過實驗我們進ー步認識到了傳感器的工作原理,結合書本上的傳感器的相關知識,印象更加深刻了。.本次實驗涉及的知識頗為豐富,從模電的差動放大器到檢測的各種傳感器以及電路中的相關電路知識,使我們充分認識到學科的交叉性以及各學科之間的互補綜合,對各學科知識既是鞏固又是深刻認識。.通過對此次檢測技術基本實驗的兩個實驗的接觸,讓我一方面鞏固了檢測技術和模擬電路的相關知識,另一方面使自己獨立動手去實踐這些課本上的內(nèi)容增強自己實踐能力。兩個實驗總體上說做的還是比較順利的，但在實驗過程中有時還是會碰到ー些問題,后來反思后覺得還是自己的課內(nèi)知識沒有學扎實,至少有很多知識僅僅只是學了,等要用的時候都不知道是要在這里應用。這次實驗和以往的其他學科實驗相比,覺得增加了對我們自己思考排錯及解決問題的要求。通過此次實驗,讓自己了解到在課程學習中的一些不足,并為自己積累了一些基礎實驗的經(jīng)驗與技巧,包括方案的設計,常用設備的使用等等。可以說這幾次實驗讓自己受益匪淺。ハ、參考文獻華中科技大學電氣與電子工程學院實驗教學中心,信號與控制綜合實驗指導書，2009檢測技術基本實驗康華光,電子技術基礎模擬部分（第五版）,高等教育出版社,2006EdwardW.KamenBonnieS.Heck,FundamentalsofSignalsandSystems（第二版）,科學出版社,2002、年中科技大學、年中科技大學電氣學科大類 級《信號與控制綜合實驗》課程（基本實驗三:檢測技術基本實驗）姓名 學號 專業(yè)班號 指導教師日期 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（此列由學生自己填寫）實驗分值評分了解相敏檢波器工作原理10差動變壓器性能檢測10差動變壓器零殘電壓的補償20差動變壓器的標定40設計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分PT100的熱電阻測溫實驗40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TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"實驗一 了解相敏檢波器工作原理 4\o"CurrentDocument"實驗ニ 差動變壓器性能檢測 6\o"CurrentDocument"實驗三 差動變壓器零殘電壓的補償 8\o"CurrentDocument"實驗四差動變壓器的標定 9\o"CurrentDocument"實驗五PT100鉆熱電阻測溫實驗 12總結 13心得與體會 15參考書目 15實驗二十二差動變壓器的標定實驗知識儲備:差動變壓器的基本結構: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,相當于變壓器的原邊;次級線圈由兩個結構尺寸和參數(shù)相同的相同線圈反相串接而成,相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路,工作是建立在互感基礎上。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,影響電路正常關系,因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償。零點殘余電壓的原因:.復阻抗不容易達到真正平衡.磁化曲線的非線性產(chǎn)生高次諧波3,各種損耗4.分布電容的影響零殘電壓中主要包含兩種波形成份：1、基波分量:這是由于差動變壓器兩個次級繞組因材料或エ藝差異造等效電路參數(shù)（M、L、R）不同,線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損,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處非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有:1、從設計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對程;2、采用相敏檢波電路;3、選用補償電路。實驗一了解相敏檢波器工作原理實驗原理: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為直流參考電壓輸入端。5、6為整形電路將正弦信號轉換成的方波信號,使相敏檢波器中的電子開關正常工作。當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處于開關狀態(tài),從而把1端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。圖ITT相敏檢波器的工作原理圖ITT相敏檢波器的工作原理相敏ね波器原理圖圖ー圖ー1-2負極性的全波整流實驗步驟:.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。端接相敏檢波器的輸入端1l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分別接〇,180,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.注意:此時差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?？梢钥闯?當相敏檢波器的輸入信號和開關信號反相時,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,則輸出負極性的全波整流波形,電壓表指示負極性的最大值。.用示波器兩通道觀察相敏檢測器插口5ヽ6的波形。可以看出,相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波,使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。實驗結果:圖1-1-3正極性的全波整流

圖!-1-5整形電路6圖!-1-5整形電路6端的輸出圖1-1-4整形電路5端的輸出實驗結果分析:根據(jù)實驗所得圖形,可以看到通過相敏檢波電路,我們得到全波整流波形。相敏檢波器的的5,6端輸出為得到方波信號。

實驗ニ差動變壓器性能檢測實驗原理:差動變壓器中有銜鐵,通過上下移動銜鐵改變銜鐵的位置可以改變差動變壓器的第二通道中的感應電壓,當兩繞組的同名端連接適當時,根據(jù)輸出電壓的正負可以判斷兩繞組產(chǎn)生的電壓大小。實驗步驟:.按下圖接線,差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出。圖1-2-1差動變壓器性能檢測電路原理圖.音頻振蕩器輸出頻率5KHz,輸出值VP-P值2V。.用手提變壓器磁芯,觀察示波器第二通道的波形是否能過零翻轉,以判斷兩個次級線圈的聯(lián)接方式,如不能過零翻轉,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)。實驗結果:圖1-2-2輸入輸出同相時時圖圖1-2-2輸入輸出同相時時圖1-2-3輸入輸出相位差為180IIftd?210).CH12VWOua"”12，加,CH21SQUmY,IQQur,實驗結果分析:根據(jù)圖中得到的結果,可以看到在調(diào)節(jié)銜鐵與二次繞組的相對位置發(fā)生改變時,輸入輸出相位差發(fā)生改變,變?yōu)榉聪?。第二通道過零時的波形,此時有零點殘余電壓，幅值不為零，只是幅值很小。零點殘余電壓表現(xiàn)在電橋預平衡時,無法實現(xiàn)平衡,最后總要存在某個輸出值AU。實驗中可以測量到零點殘余電壓約為136mvo需要進行零點殘余電壓補償。下圖為差動變壓器的輸出特性曲線圖1-2-4差動變壓器的輸出特性實驗三差動變壓器零殘電壓的補償實驗原理:差動變壓器零點補償時,在補償電路法中有加串聯(lián)電阻,加并聯(lián)電容等,先采用并聯(lián)電阻法。通過調(diào)整WA和WD的阻值調(diào)整,可以達到零點殘余電壓的補償。實驗步驟:實驗步驟:圖『3-1差動變壓器的零點補償電路示波器二通道波形不失真時示波器二通道波形不失真時.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。.調(diào)節(jié)測微儀帶動銜鐵在線圈中運動,使差動放大器輸出電壓最小,調(diào)整電橋網(wǎng)絡WDWA電位器,使輸出更趨減小。.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，說明經(jīng)過補償后的零殘電壓主要是什么分量?實驗結果:零點殘余電壓波形

實驗結果分析:有上面兩幅圖可以看出在進行補償后,零點殘余電壓有了很大的改觀,殘余電壓減小了??半左右,然而實驗的結果并不是很理想,理論上在零點殘余電壓補償過后其分量應該已三次諧波為主要分量，而實驗所得數(shù)據(jù)中并非三次諧波分量，可見實驗結果并非很理想。分析實驗的不足,主要在于零點殘余電壓補償時的調(diào)節(jié)過程。實驗四差動變壓器的標定實驗原理:差動變壓器的靈敏度定義為輸出電壓與銜鐵位移的比值。靈敏度與二次線圈的匝數(shù)成正比,與激勵電壓的幅值以及頻率（低頻時）成正比。研究差動變壓器的靈敏度對研究差動變壓器的性能有很重要的意義。圖1-4-1差動變壓器的標定電路圖實驗步驟:.按上圖接線,差動放大器增益適度,音頻振蕩器Lv端輸出5KHZ,VP-P值2VO.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。.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)輸出是否正負對稱。如不對稱則需反復調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器,做到正負輸出對稱。注意:示波器CHI、CH2通道分別接入相敏檢波器1、2端口,用手將銜鐵位置壓到最低,調(diào)節(jié)電橋、移相器,當CHI、CH2所觀察到的波形正好同相或反相時,則系統(tǒng)輸出可做到正負對稱。.旋動測微儀,帶動銜鐵向上5mm,向下5mm位移,每旋一周(0.5mm)記錄ー電壓值并填入表格。表格一差動變壓器的標定位移mm0.511.522.533.544.55電壓V0.561.241.882.523.163.764.374.985.636.22位移mm-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5電壓V-0.68-1.2-1.8-2.38-2.9-3.41-3.89-4.35-4.82-5.320V時,旋動測微儀在6.81mm處實驗結果分析:靈敏度:k=Ay/Ax=(6.22+5.32)/10=1.154線性度:Yl=△Lmax/yFS=0-46/(6.22+5.32)=4%思考題.為什么在差動變壓器的標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（或者負極性）全波整流信號,電壓表才能只是正極性最大值（或者負極性最大值）。所以在差動變壓器的標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)輸出可以做到正負對稱。.差動變壓器的標定的含義，為什么要標定?答:標定的主要作用是:1）確定儀器或測量系統(tǒng)的輸入一輸出關系，賦予儀器或測量系統(tǒng)分度值，本實驗中標定為差動變壓器的靈敏度;2）確定儀器或測量系統(tǒng)的靜態(tài)特性指標;3）消除系統(tǒng)誤差,改善儀器或系統(tǒng)的正確度。4）在科學測量中,標定是ー個不容忽視的重要步驟。故差動變壓器的標定即為給該儀器的表盤標刻度,使差動的位移與刻度盤上的標值ー??對應,從而能通過讀值來確定測量量。實驗二十四PT100粕熱電阻測溫實驗實驗知識儲備.鉗熱電阻工作原理伯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,伯電阻絲的電阻值隨著溫度的變化而變化。溫度和電阻的關系接近于線性關系,偏差極小且隨著時間的增長,偏差可以忽略,具有可靠性好、熱響應時間短等優(yōu)點，且電氣性能穩(wěn)定。鉗熱電阻是一種精確、靈敏、穩(wěn)定的溫度傳感器。伯熱電阻元件是用微型陶瓷管、孔內(nèi)裝繞制好的伯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小,因此它可以制成各種微型溫度傳感器探頭?？捎糜讴`20〇?+420C范圍內(nèi)的溫度。.PT100設計參數(shù)PT100鉆電阻A級在0C時的電阻值R0=100±0.06Q；B級R0=100±0.12Q,PT100伯熱電阻各種溫度對應阻值見分度表23-1。PT100R允許通過的最大測量電流為5mA,由此產(chǎn)生的溫升不大于0.3C。設計時PT100上通過電流不能大于5mA。圖2-1-1伯電阻的溫度特性

溫度0二3456789X?電阻值（a）一4084.2783.8783.4883.0882.6982.2981.8981.5081.1080.70-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.8089.4089.0188.62-1096.0995.6995.3094.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55-0100.0099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100.00100.39100.78101.171101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.90104.29104.68105.07105.46105.85106.21106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.51125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.90131.28131.66132.01132.12132.80133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13表23-1 PT100的電阻分度表實驗目的.通過自行設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。.掌握測量溫度的電路設計和誤差分析方法實驗內(nèi)容.設計PT1OO伯熱電阻測溫實驗電路方案;.測量PT1OO的溫度與電壓關系,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。.通過測量值進行誤差分析。實驗步驟1、完成系統(tǒng)方案設計;實驗方案初步設定為如下:圖2ー實驗方案電路圖50Hz0。差放ZVpkパ50%5000Key=A泊電阻R3OPAMP3TVIRTUAL3500々3500:；:一;；R5 ■200050%Key^A R4XMM1OPAMP3TVIRTUAL放大器ン一10QQ電阻阻值計算:考慮圖中電路,當伯電阻變化AR時,電橋電壓:△U= ———= ^2 ,2R3+Ro+ARo2(R3+Ro+ARo)只有當R3取很大時才能保持線性。故取R3為350歐姆,R1和R2以及電位器選用儀器上的變阻器,通過調(diào)整使節(jié)點1和節(jié)點2對應的電壓差為零,這樣當伯電阻受溫度的影響發(fā)生變化時就會引起節(jié)點間的電壓差,在實驗時,考慮到差動放大器可以臨時調(diào)節(jié)放大倍數(shù),所以此處放大器只作為更進ー步調(diào)節(jié)的備用元件。通過調(diào)零以及放大倍數(shù)的調(diào)整,使得實驗的數(shù)據(jù)滿足本實驗的要求,溫度變化一度時電壓變化約在〇.08V左右。電源電壓的計算:由于實驗要求伯電阻的電流不超過5mA,考慮電源電壓不應該超過5*(350+100)=2250mV=2.5V,實驗時為保證電流不致太大,考慮將電源電壓取為幅值為2V的交流電。2、測取PT100溫度傳感器的有關數(shù)據(jù)(電壓、溫度變化量等);計算非線性誤差。測取結果如下：表2-1TT/℃1：!20253035104550556065R/Q105.07107.79109.73111.67113.61115.54117.47119.40121.32123.24125.16U/V0.00240.420.731.051.371.722.052.372.713.063.403、根據(jù)實驗內(nèi)容要求,擬定設計實驗步驟實驗步驟如下：I.根據(jù)電路圖連接電路,電路圖見圖2TTIL將電路差動放大器的增益調(diào)至最大,調(diào)節(jié)變阻器,到顯示接近為零,進行調(diào)零操作。IIL升高溫度,觀察在各溫度下的輸出電壓值,并記錄電壓值。

實驗結果分析:實驗結果分析:計算靈敏度:k=Ay/Ax=(3.4-0.0024)/(65-13)=0.065計算線性度:Yl=ALmax/yFS=0.05/(65-13)=0.1%有實驗得到的圖形可以看到,實驗所得的數(shù)據(jù)基本上符合實驗要求,滿足線性關系,而且幅值在0-4v內(nèi)變化。結論差動變壓器是ー種互感式的變壓器傳感器，在差動變壓器的特性曲線中,零點殘余電壓是差動放大器的?個特性,零點殘余電壓的補償對靈敏度的提高以及線性化有著很大的影響,通過零點電壓的補償,可以的得到較為理想的特性曲線,得到很好的靈敏度。伯電阻實驗中,伯電阻的電阻變化與溫度變化呈線性關系,這樣就為傳感器的線性化奠定了基礎,而線性化就給計算等帶來了方便。心得與自我評價實驗前預習工作很重要。預習時不僅要掌握實習的內(nèi)容還應該做一定的擴展,通過一個實驗了解有關知識。充分的預習可以讓我們明確實驗目的和實驗內(nèi)容,掌握實驗步驟,試驗中得心應手。對實驗的結果要作…定的預測，對實驗結果的預測告訴我們實驗結果應該是什么樣子的。實驗告訴我們實驗結果實際是什么樣子。實驗中,時刻注意預測結果與實驗結果相比較。當兩種結果有很大差別時,我們應該想為什么是這樣,并根據(jù)結果產(chǎn)生的原因對實驗進行有針對性和目的性的檢查。實驗前良好的準備工作讓我們時刻發(fā)現(xiàn)實驗中的異常和錯誤，隨時對實驗進行分析和檢査，避免了實驗后經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)結果有問題而需重做的麻煩。■?句話,良好的實驗前準備減少實驗時間，提高實驗效率。實驗時首先要做好實驗前準備。對儀器有一個總體的認識,熟知儀器對實驗的作用以及和實驗有關的工作原理。這樣可以很容易找出實驗中出現(xiàn)各種復雜現(xiàn)象的原因,提高了實驗效率。實驗中要有耐心而且要十分細心,這也是做ー個研究者的必備素質(zhì)。信號的抽樣與恢復過程中,抽樣信號只在某ー固定頻率穩(wěn)定,這就要求我們要有耐心和細心調(diào)節(jié)到這一頻率觀察實驗結果。實驗是一個很細致的過程,實驗中任一微小的變化都可能引起實驗結果的巨大變化,要求我們實驗者要有嚴謹?shù)膽B(tài)度和求實的精神。但在這中間,我也發(fā)現(xiàn)了我存在的很多不足。我的動手能力還不夠強,當有些實驗需要很強的動手能力時我還不能從容應對;我的探索方式還有待改善,當面對ー些復雜的實驗時我還不能很快很好的完成;我的數(shù)據(jù)處理能力還得提高,當眼前擺著一大堆復雜數(shù)據(jù)時我處理的方式及能力還不足,不能用最佳的處理手段使實驗誤差減小到最小程度。任何ー個方面的鍛煉都可以培養(yǎng)我們的能力,塑造我們的品格，這對于我們以后的學習和工作都有重要的意義。實驗也不是例外,它對于我們來說很重要。參考文獻自動檢測技術馬西秦主編機械工業(yè)出版社信號與控制綜合實驗實驗指導書第三分冊檢測技術基本實驗華中科技大學電氣與電子工程學院實驗教學中心編著電氣學科大類 級《信號與控制綜合實驗》課程實驗報告（基本實驗三:檢測技術基本實驗）姓名 學號 專業(yè)班號 指導教師 日期 實驗成績 評閱人 實驗十九霍爾式傳感器的直流激勵特性 38實驗二十二差動變壓器的標定 41實驗十九霍爾式傳感器的直流激勵特性一.實驗原理:了解霍爾式傳感器的結構,工作原理,霍爾元件的控制電路和信號調(diào)理電路的特點,學會用會兒傳感器做靜態(tài)位移測試。二.實驗目的:霍爾式傳感器是由兩個環(huán)形的磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成的。當霍爾元件通以恒定的電流時,霍爾元件就有電勢輸出?；魻栐谔荻却艌鲋猩?下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X,所以霍爾電勢的大小便可知道元件的凈位移。三.實驗所需部件：直流穩(wěn)壓電源,電橋，霍爾傳感器，差動放大器,電壓表,微測頭四.實驗步驟：實驗操作臺 實驗接戰(zhàn)圖圖2-1霍爾式傳感器實驗電路圖.差動放大器調(diào)零。差動放大器增益置合適位置（增益電位器順時針方向旋轉到底為100倍，逆時針旋轉到底為1倍），''+,一”輸入端用實驗線對地短接，輸出端接數(shù)字電壓表2V量程，開啟總電壓和負電壓開關。用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器額輸出電壓為零。調(diào)零后,'‘調(diào)零”電位器的位置不要變化，拔掉實驗導線,關閉電源。.按圖2T接線,調(diào)節(jié)實驗臺頂端右側的震動圓盤上,下位置，目測霍爾元件位于梯度磁場中間位置。開啟電源（注意:直流激勵電壓須嚴格限定在2V,絕對不能任意加大,以免損壞霍爾元件）。調(diào)節(jié)微測頭和電橋WP,使差放輸出為零。.旋轉測微頭是霍爾元件在梯度磁場中上，下有一個較大的位移,用電壓表觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱。如果不對稱則重新調(diào)節(jié)霍爾元件在梯度磁場中間位置，直到正負輸出對稱為止。.上,下移動測微頭各3.5mm,每變化0.5mm讀取相應的電壓值并記錄下來。做出V-X曲線，求出靈敏度及線性度。五.實驗數(shù)據(jù):位置/mm11.51110.5109.598.58電壓/V1.2481.0790.9230.7390.5480.3670.1830位置/mm7.576.565.554.5電壓/V-0.189-0.37-0.56-0.743-0.927-1.109-1.297六.思考題:.如何利用霍爾傳感器做ー電子稱來承重?是說明思路和做法。答:將霍爾元件連接在ー彈簧上端,彈簧上端放重物,當重物壓縮彈簧時,霍爾片會隨著彈簧上端在梯度磁場中產(chǎn)生位移,通過電壓表對電壓測量,經(jīng)過參數(shù)轉換之后就可以成為重量的顯示。.當霍爾元件進入均勻磁場時,霍爾電壓是否仍隨位移量的增加而線性增加?答:不會,因為在均勻磁場中，切割磁感線所產(chǎn)生的感應電勢大小恒定，與位移無關。40實驗二十二差動變壓器的標定一.實驗目的:通過實驗學習差動變壓測試系統(tǒng)的組成和標定方法。二.實驗原理:差動變壓器由銜鐵,初級線圈,次級線圈和線圈骨架等構成。初級線圈作為差動變壓器的激勵用,相當于變壓器的原邊;次級線圈由兩個結構尺寸和參數(shù)相同的相同線圈反向串接而成,相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路,工作是建立在互感的基礎上。由于零點殘余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,影響電路正常關系,因此必須采用適當?shù)姆椒ㄟM行補償。零點殘余電壓中主要包括兩種波形成分:1.基波分量:這是由于差動變壓器兩個次級線圈繞組因材料或匸藝的差異造成等效電路參數(shù)(M,L,R)不同,線圈中的銅孫及導磁材料的鐵損,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:主要是由于導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出非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的方法有：1.從設計和工藝制作ヒ盡量保證線路和磁路的對稱：2.采用相敏檢波電路:3.選用補償電路。相敏檢波器的工作原理：相敏檢波電路如圖所示,圖①為輸入信號端,②為交流參考電壓輸入端，③為輸出端，④為直流參考電壓輸入端，⑤、⑥為整形電路將正弦信號轉換成方波信號,使相敏檢波器中的電子開關正常工作。當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處于開關狀態(tài)，從而把①端輸入的正弦信號轉換成半波整流信號。丄W/l51K丄W/l51K相敏檢波器原理圖三.實驗所需部件:差動變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微儀四.實驗步驟:(-)了解相敏檢波器工作原理.調(diào)節(jié)音頻振蕩器輸岀頻率5KHz,輸出幅值2V,將音頻振蕩器0°端接相敏檢波器的輸入端①,相敏檢波器的輸出端③與低通濾波器的輸入端連接,低通濾波器的輸出端接數(shù)字電壓表20Vo相敏檢波器的交流參考電壓輸入端②分別接び、180°,使相敏檢波器的輸入信號和交流參考

電壓分別同相或反相，用示波器觀察相敏檢波器輸入端③的波形變化和電壓表電壓值的變化。注意:此時差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?？梢钥闯觯斚嗝魴z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，電壓表指示正極性方向最大值,反之，則輸出負極性的全波整流波形，電壓表指示負極性的最大值。記錄下觀察到的各種情況波形及電壓值。.用示波器的兩通道觀察相敏檢波器⑤⑥的波形并記錄下觀察到的波形?？梢钥闯?相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉換成方波,使相敏檢波器中的電子開關能正常工作。（二）差動變壓器性能檢測.按下圖接線,差動變壓器初級線圈必須從音頻振蕩器し端功率輸出。第二通道第二通道.音頻振蕩器輸出功率5KHz,輸出值スセ值2V。.用手提變壓器磁芯，觀察示波器第二通道的波形是否能通過零翻轉，以判斷兩個次級線圈的聯(lián)接方式,如果不能過零翻轉,則需改變兩個次級線圈的串接端，使兩個次級線圈反相串聯(lián)。（三）差動變壓器零殘電壓的補償Lv5KHzVp_p2V第一Lv5KHzVp_p2V第一通道.根據(jù)上圖接線,差動放大器增益調(diào)到最大,音頻L,端輸出V”,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。.調(diào)節(jié)測微儀帶動銜鐵在線圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小,調(diào)整電橋網(wǎng)絡電位器,

使輸出更趨減小。.提髙示波器的第二通道靈敏度,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,說明經(jīng)過補償后的零殘電壓主要是什么分量?五.實驗數(shù)據(jù)1.接在0°,U=2.049V2->1) 2V2M..KKUS180°,U=-2.087V通道6輸出Vp.P=13.6V..イ…ハ［辮2h；；:ク:，:產(chǎn)立ソ,一..〃〃尤ダク〃〃?ム?答:因為示波器的第一通道與第二通道輸出波形經(jīng)差放后不同相,需要進行調(diào)整才能進行標定,移相器的作用就是使兩通道輸出的波形正好同相或者反相。2