華中科技大學(xué)電氣學(xué)院檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、電氣學(xué)科大類 2011 級(jí)信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)課程實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告基本實(shí)驗(yàn)三:檢測(cè)技術(shù)基本實(shí)驗(yàn)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專業(yè)班號(hào)： 電氣1103 指導(dǎo)教師 日 期 2014/5/2 實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng) 閱 人16實(shí)驗(yàn)評(píng)分表基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)編號(hào)名稱/內(nèi)容（此列由學(xué)生自己填寫）實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分22. 差動(dòng)變壓器 8022-1 相敏檢波器2022-2 差動(dòng)變壓器的性能檢測(cè)1022-3 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償2022-4 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定30設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分24 PT100鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)040創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分教師評(píng)價(jià)意見總分目 錄實(shí)驗(yàn)一 了解相敏檢波器工作原理4實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器性能

2、檢測(cè)6實(shí)驗(yàn)三 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償8實(shí)驗(yàn)四 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定9實(shí)驗(yàn)五 PT100 鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)11實(shí)驗(yàn)結(jié)論14心得與體會(huì)14參考書目15實(shí)驗(yàn)二十二 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)差動(dòng)變壓測(cè)試系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、零點(diǎn)殘電壓由于零殘電壓的存在會(huì)造成差動(dòng)變壓器零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)，電壓經(jīng)過(guò)放大器會(huì)使放大器末級(jí)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(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)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(lì)電流

3、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(lì)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(dòng)勢(shì)。2、減少零殘電壓的辦法有：（1）、從設(shè)計(jì)和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對(duì)程；（2）、采用相敏檢波電路；（3）、選用補(bǔ)償電路。圖1 相敏檢波器電路三、 實(shí)驗(yàn)所需部件差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測(cè)微儀四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備CSY10A型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)TDS210數(shù)字示波器一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 了解相敏檢波器工作原理（1）、用示

4、波器兩通道觀察相敏檢測(cè)器插口、的波形。（2）、用示波器兩通道觀察相敏檢測(cè)器、端口的波形，適當(dāng)調(diào)節(jié)音頻振蕩器幅值旋鈕和移相器“移相”旋鈕，觀察當(dāng)輸入信號(hào)與參考信號(hào)的相位改變180°時(shí)，示波器中波形變化和電壓表電壓值變化。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1) 0°同相輸入的整流波形 圖2.1 0°同相輸入的整流波形2) 180°反相輸入的整流波形圖2.2 180°反相輸入的整流波形3) 輸出端、的波形圖2.3 輸出端、的波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得圖形，可以看到通過(guò)相敏檢波電路，我們得到全波整流波形。相敏檢波器的5，6端輸出得到方波信號(hào)。2. 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)（1

5、） 按下圖接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出。圖3.1 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)電路原理圖（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，觀察示波器第二通道的波形是否能過(guò)零翻轉(zhuǎn)，以判斷兩個(gè)次級(jí)線圈的聯(lián)接方式，如不能過(guò)零翻轉(zhuǎn)，則需改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端，使兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果:圖3.2 輸入輸出反相時(shí) 圖3.3 輸入輸出同相時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：根據(jù)圖中得到的結(jié)果，可以看到在調(diào)節(jié)銜鐵與二次繞組的相對(duì)位置發(fā)生改變時(shí)，輸入輸出相位差發(fā)生改變，變?yōu)榉聪?。第二通道波形可以?shí)現(xiàn)過(guò)零翻轉(zhuǎn)，兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)。但此時(shí)有零點(diǎn)殘余電壓，幅值不為零，只是幅值

6、很小。3. 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償圖4.1 差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)補(bǔ)償電路（1） 根據(jù)上圖接線，差動(dòng)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(cè)微儀帶動(dòng)銜鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)，使差動(dòng)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(lì)電壓波形比較，觀察零點(diǎn)殘余電壓的波形，說(shuō)明經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的零殘電壓主要是什么分量？實(shí)驗(yàn)結(jié)果：圖4.2 零殘電壓波形實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：從實(shí)驗(yàn)波形圖中可以看出在進(jìn)行補(bǔ)償后，零點(diǎn)殘余電壓有了改觀，殘余電壓減小了一半左右，波形主要是基波分量，但存在較大的三次諧

7、波分量。主要是由于導(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(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)出非正弦波的電動(dòng)勢(shì)。4. 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定（1） 按上圖接線，差動(dòng)放大器增益適度，音頻振蕩器Lv端輸出5kHz，VP-P值為2V。圖5.1 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定電路圖（2） 調(diào)節(jié)電橋WD、WA 電位器，移相器，調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。（3） 旋動(dòng)測(cè)微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個(gè)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(duì)稱。如不對(duì)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(duì)稱。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（位移中“-”表示下移，

8、）表1 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定位移/mm0.511.522.533544.55電壓/V0.831.72.53.253.954.655.115.565.946.2位移/mm-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5電壓/V-0.68-1.20-1.80-2.38-2.90-3.41-3.89-4.35-4.82-5.520V時(shí)，旋動(dòng)測(cè)微儀在23mm處圖5.2 位移與電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系靈敏度：k=y/x=(6.2+5.52)/10=1.172線性度：L=Lmax/yFS=0.48/(6.2+5.32)=4.10%實(shí)驗(yàn)二十四 PT100鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)原理1. 鉑熱電阻工作原理鉑熱電阻

9、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(shí)間的增長(zhǎng)，偏差可以忽略，具有可靠性好、熱響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，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?？捎糜?200+420范圍內(nèi)的溫度。2. PT100 設(shè)計(jì)參數(shù)PT100 鉑電阻 A 級(jí)在 0時(shí)的電阻值 R0=100± 0.06 ；B 級(jí) R0=100± 0.12 ， PT100 鉑

10、熱電阻各種溫度對(duì)應(yīng)阻值見分度表 23-1。PT100R 允許通過(guò)的最大測(cè)量電流 為 5mA，由此產(chǎn)生的溫升不大于 0.3。設(shè)計(jì)時(shí) PT100 上通過(guò)電流不能大于 5mA。設(shè)計(jì)參數(shù)參考PT100 鉑電阻分度表。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)自行設(shè)計(jì)熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)方案，加深對(duì)溫度傳感器工作原理的理解。2掌握測(cè)量溫度的電路設(shè)計(jì)和誤差分析方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì) PT100 鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)電路方案；2測(cè)量 PT100 的溫度與電壓關(guān)系，要求測(cè)溫范圍為：室溫65；溫度測(cè)量精度：±2；輸出電壓 04V，輸出以電壓方式記錄。3通過(guò)測(cè)量值進(jìn)行誤差分析。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PT100 鉑熱電阻；檢測(cè)技術(shù)通用實(shí)驗(yàn)板或面包

11、板；CSY10A 型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（帶有加熱器可供使用）；雙路直流穩(wěn)壓電源；數(shù)字萬(wàn)用表。五、實(shí)驗(yàn)步驟1. 完成系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（信號(hào)輸入及放大）；實(shí)驗(yàn)方案電路圖設(shè)計(jì)：圖6.1 PT100鉑熱電阻測(cè)溫實(shí)驗(yàn)電路圖元件參數(shù)標(biāo)注在電路圖中。選用實(shí)驗(yàn)室提供標(biāo)準(zhǔn)之流電源4V。具體方案設(shè)計(jì)，及參數(shù)選取以及放大倍數(shù)設(shè)定見紙質(zhì)檔實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。2. 測(cè)取PT100 溫度傳感器的有關(guān)數(shù)據(jù)（電壓、溫度變化量等），計(jì)算非線性誤差。測(cè)取結(jié)果如下：表2 PT100鉑熱電阻溫度-電壓特性關(guān)系T/第一組：U/V第二組：U/V第三組：U/V平均值：U/V220.010.010.010.01240.010.010.010.01260.

12、010.010.010.01280.190.180.220.20300.410.390.430.41320.620.60.640.62340.830.80.840.82361.051.011.041.03381.241.221.241.23401.441.431.451.44421.651.641.661.65441.841.841.861.85462.032.022.052.03482.232.22.242.22T/第一組：U/V第二組：U/V第三組：U/V平均值：U/V502.422.382.432.41522.582.552.612.58542.732.722.762.74562.862

13、.882.892.88583.023.023.083.04603.143.143.193.16623.283.263.333.29643.43.353.433.39653.53.483.53.49圖6.2 PT100熱電阻溫度-電壓曲線計(jì)算靈敏度：k=y/x=（3.49-0.01）/（65-22）=0.081計(jì)算線性度：L=Lmax/yFS=0.15/(3.49-0.01)=4.31%由實(shí)驗(yàn)得到的圖形可以看到，實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)基本上符合實(shí)驗(yàn)要求,滿足線性關(guān)系，而且幅值在0-4V內(nèi)變化。但由于在室溫時(shí)差動(dòng)變壓器的校零調(diào)整存在一定的誤差，因此在室溫周圍的幾個(gè)測(cè)量點(diǎn)處始終為0.01V。實(shí)驗(yàn)結(jié)論1. 差

14、動(dòng)變壓器是一種互感式的變壓器傳感器，在差動(dòng)變壓器的特性曲線中，零點(diǎn)殘余電壓是差動(dòng)放大器的一個(gè)特性，零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償對(duì)靈敏度的提高以及線性化有著很大的影響，通過(guò)零點(diǎn)電壓的補(bǔ)償，可以的得到較為理想的特性曲線，得到很好的靈敏度。2. 鉑電阻實(shí)驗(yàn)中，鉑電阻的電阻變化與溫度變化呈線性關(guān)系，這樣就為傳感器的線性化奠定了基礎(chǔ)，而線性化就給計(jì)算等帶來(lái)了方便。3. 由于PT100鉑熱電阻溫度變化相對(duì)于溫度傳感器有一定的滯后，（鉑電阻吸熱到變化要慢于溫度傳感器的觸端），因此，測(cè)量結(jié)果與理想結(jié)果有一定的誤差。心得與自我評(píng)價(jià)在這兩次檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，第一次驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是差動(dòng)變壓器的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，包括相敏檢波，差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)

15、，零殘電壓以及標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)較為容易，但需要事先理解差動(dòng)變壓器的工作原理，了解相敏檢波器的工作原理。在差動(dòng)變壓器的特性曲線中，零點(diǎn)殘余電壓是差動(dòng)放大器的一個(gè)特性，零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償對(duì)靈敏度的提高以及線性化有著很大的影響，通過(guò)零點(diǎn)電壓的補(bǔ)償，可以得到較為理想的特性曲線，得到很好的靈敏度。在差動(dòng)變壓器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，銜鐵在邊界處移動(dòng)時(shí)存在較大的誤差。因?yàn)殡x電感線圈距離變化也會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，首先是設(shè)計(jì)橋式電路，選擇差動(dòng)運(yùn)放，實(shí)現(xiàn)信號(hào)輸入與輸出。然后根據(jù)PT100鉑電阻分度表，選擇其他橋臂的電阻和電位器的阻值大小。保證PT100 上通過(guò)電流不能大于 5mA，以及輸出電壓為0-4V，選擇差放的放大倍數(shù)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，主要遇到了三大問(wèn)題。第一是線路中有根線斷路了，通過(guò)逐一排查檢測(cè)了出來(lái)。第二個(gè)問(wèn)題是電位器調(diào)零時(shí)，很難確定具體的大小，相對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的高精確度，存在較大誤差，這也是室溫附近測(cè)量值均為0.01V的原因。第三個(gè)問(wèn)題就是差放的選擇，第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，選用的是實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的差放，并調(diào)零，調(diào)節(jié)了增益，但始終得不出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終發(fā)現(xiàn)在其增益調(diào)為80的時(shí)候，正負(fù)極的放大倍數(shù)不同，導(dǎo)致輸出始終顯示-10.17V。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)選用了自己的LM324，根據(jù)實(shí)驗(yàn)圖連接很快得到了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)