華科信號與控制檢測技術(shù)部分實驗報告

1、 信號與控制綜合實驗實 驗 報 告檢測技術(shù)部分 姓 名 夜神月學(xué)霸的報告 學(xué) 號 專業(yè)班號 同組人 指導(dǎo)教師 日 期 基本實驗實驗編號名稱/內(nèi)容實驗分值評分1 了解相敏檢波器工作原理3 差動變壓器零殘電壓的補償4 差動變壓器的標定設(shè)計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分24.（設(shè)計性實驗）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 實驗二十二 差動變壓器的標定一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同

2、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(chǔ)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(guān)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

3、在二次繞組中感應(yīng)處非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：1、從設(shè)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，圖為輸入信號端，為交流參考電壓輸入端，為輸出端。為直流參考電壓輸入端。、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、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)，從而把端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。3 實驗原理圖： 四、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)記錄實驗1. 了解相敏檢波器工作原理1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00端接相敏檢波器的輸入

4、端，相敏檢波器的輸出端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分別接00、1800，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。2用示波器兩通道觀察相敏檢測器的波形并記錄下觀察到的波形實驗波形記錄及分析：（1）相敏檢波器的交流參考電壓輸入端接0度時：輸出端波形為正的全波整流波形：（2）相敏檢波器的交流參考電壓輸入端接180度時：輸出端波形為負的全波整流波形：（3）輸出端的波形：ch1：5；ch2：6；可以看出，相敏檢波器中整形電路的作用是將

5、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。實驗3. 差動變壓器零殘電壓的補償1.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。 *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(luò)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，觀察零點殘余電壓波形，說明經(jīng)過補償后的零殘電壓主要是什么分量？實驗數(shù)

6、據(jù)：實驗結(jié)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，殘余電壓減小了一半左右，然而實驗的結(jié)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(yīng)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(jié)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4. 差動變壓器的標定1. 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

7、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。4. 旋動測微儀，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并填入表格。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：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

8、值）。所以在差動變壓器的標定電路中加入移相器，2.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：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；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，標定是一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一一對應(yīng)，從而能通過讀值來確定測量量。實驗二十四 PT100 鉑熱電阻測溫實驗一.實驗原理1鉑熱電阻工作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

9、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小，因此它可以制成各種微型溫度傳感器探頭?？捎糜?200+420范圍內(nèi)的溫度。2 PT100 設(shè)計參數(shù)PT100 鉑電阻A 級在0時的電阻值 R0=100± 0.06 ；B 級R0=100±0.12 ，PT100鉑熱電阻各種溫度對應(yīng)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

10、0.3。設(shè)計時PT100上通過電流不能大于5mA。圖2-1-1鉑電阻的溫度特性二實驗?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。三實驗內(nèi)容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通過測量值進行誤差分析。四實驗步驟；實驗方案圖初步設(shè)定為如下：內(nèi)容1設(shè)計PT100鉑熱電阻測溫實驗電路方案； 測量電路設(shè)計最大測量電流為5ma，故??；為獲得較好的線性度，?。籖2阻值與PT100相近，取為為滿足調(diào)零要求同時

11、兼顧調(diào)節(jié)精度，取 選擇R5為一千歐姆的滑動變阻器。則輸出電壓 ；計算可得電橋電壓輸出范圍：0到5.571mv；2：放大電路設(shè)計令又由求差電路求得故可以實現(xiàn)信號放大。 放大電路 故放大電路增益取為K=481使得最終測量得到的信號取值在要求的范圍大大提高了測量靈敏度。五：實驗數(shù)據(jù)與分析：溫度（212325272931333537394143電 壓（V）0.0270.0830.1360.2460.2980.4140.4850.5650.6760.7550.8570.963線性擬合值（V0.0270.1210.2180.3090.4030.4970.5910.6850.7790.8730.9671.0

12、61（V）00.0380.0820.0630.1050.0110.1060.1200.1030.1180.110.093溫度（4547495153555759616365電 壓（V）1.0721.1851.2841.3761.4901.611.7151.8301.9011.9422.093線性擬合值（V）1.1551.2491.3431.4371.5311.6251.7191.8131.9072.0012.095（V）0.0800.0620.0630.0620.0410.0150.011-0.070.0060.0590.02實驗中的溫度范圍與鉑電阻阻值的對應(yīng)關(guān)系表：T/222426283032

13、3436電阻值/ohm108.57109.35110.12110.90111.67112.45113.22114.00T/3840424446485052電阻值/ohm114.77115.54116.31117.08117.86118.63119.40120.17T/54565860626466電阻值/ohm120.94121.71122.47123.24124.01124.78125.16將表23-2的數(shù)據(jù)與表23-3進行對應(yīng)可得實驗中實際輸出電壓與PT100鉑電阻阻值的對應(yīng)關(guān)系，如下圖所示。實驗結(jié)果分析：計算靈敏度：k=y/x=（2.093-0.02）/（65-21）=0.0471擬合直線：y=0.0485x-1.0831計算線性度：=0.123/(2.093-0.02)= 5.93%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(guān)系，而且幅值在0-4v內(nèi)變化。六實驗結(jié)論：差動變壓器是一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一個特性，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。鉑電阻實驗中，鉑電阻的電阻變化與溫度變化呈線性關(guān)系，這樣就為傳感器的