华中科技大学-检测技术实验报告

1、电气学科大类 2012 级信号与控制综合实验课程实 验 报 告(基本实验二:检测技术实验)姓 名 学 号 专业班号 同组者1 学 号 专业班号 同组者2 学 号 专业班号 指导教师 徐 雁 日 期 实验成绩 评 阅 人 实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分22.差动变压器22-1.相敏检波器2022-2.差动变压器的性能检测1022-3.差动变压器的标定30设计性实验实验名称/内容实验分值评分24.PT100铂热电阻测温实验40创新性实验实验名称/内容实验分值评分教师评价意见总分目 录正 文3实验一 差动变压器3（一）了解相敏检波器工作原理4（二）差动变压器性能检测6（四）差动变压

2、器性能检测8实验二 PT100铂热电阻测温实验10小 结15参考文献15正 文实验一 差动变压器一、实验目的通过实验学习差动变压测试系统的组成和标定方法。二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边；次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的相同线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上。由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，电压经过放大器会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常关系，因此必须采用适当的方法进行补偿。零残电压中主要包含两种波形成份：1、基波分量：这是由于差动变压器两个

3、次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。2、高次谐波：主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应处非正弦波的电动势。减少零残电压的办法有：1、从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对程；2、采用相敏检波电路；3、选用补偿电路。 相敏检波器工作原理：相敏检波电路如图所示，图1为输入信号端，2为交流参考电压输入端，3为输出端。4为直流参考电压输入端。、为整形电路将正弦信

4、号转换成的方波信号，使相敏检波器中的电子开关正常工作。当2、4端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把1端输入的正弦信号转换成半波整流信号。图1-1相敏检波器原理图三、实验设备差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微仪。四、实验步骤（一）了解相敏检波器工作原理1 调节音频振荡器输出频率为5kHz，输出幅值为2V，将音频振荡器0端接相敏检波器的输入端1，相敏检波器的输入端连接，低通滤波器的输出端接数字电压表20V。相敏检波器的交流参考电压输入端2分别接0 ， 180 ，使相敏检波器的输入信号和交流参考电压分别同相

5、或者反相，用示波器两通道观察相敏检测器输出端3的波形变化和电压表电压值的变化。注意：此时差动放大器的增益要比较小，稍有增益即可，示波器的“触发”方式要选择正确。可以看出，当相敏检波器的输入信号和开关信号反相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表只是正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。2 用示波器两通道观察相敏检测器插口5 、6 的波形。可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。3. 实验数据记录与分析图1-2同相输入的整流波形图1-3反相输入的整流波形图1-4整形电路5、6端的输出根据实验所得图

6、形，可以看到通过相敏检波电路，我们得到全波整流波形。相敏检波器的的5，6端整形电路的作用是将输入的正弦波转换为方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。（二）差动变压器性能检测1. 按下图接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出。图2-1差动变压器性能检测电路原理图2. 音频振荡器输出频率5KHz，输出值VP-P值2V。3. 用手提变压器磁芯，观察示波器第二通道的波形是否能过零翻转，以判断两个次级线圈的联接方式，如不能过零翻转，则需改变两个次级线圈的串接端，使两个次级线圈反向串联。4. 实验数据记录与分析图2-2输入输出同相图2-3输入输出临界相位图2-4输入输出反相根据图中得到

7、的结果，可以看到在调节衔铁与二次绕组的相对位置发生改变时，输入输出相位差发生改变，由正相变为反相。若不能过零翻转，则表明二次级线圈是顺串的，此时需要将二次级线圈的同名端调换，使二个次级线圈反向串联，调换之后可以实现过零翻转。（四）差动变压器性能检测图4-1差动变压器的标定电路图1. 按上图接线，差动放大器增益适度，音频振荡器Lv端输出5KHZ，VP-P值2V。2. 调节电桥WD、WA 电位器，移相器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。3. 旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，

8、做到正负输出对称。注意：示波器CH1、CH2 通道分别接入相敏检波器1、2 端口，用手将衔铁位置压到最低，调节电桥、移相器，当CH1、CH2所观察到的波形正好同相或反相时，则系统输出可做到正负对称。4. 旋动测微仪，带动衔铁向上5mm，向下5mm 位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格22-1中。表22-1 位移与电压对应关系位移/mm12.9212.4211.9211.4210.9210.429.929.428.928.427.92电压/V6.386.145.835.424.914.283.612.751.910位移/mm7.426.926.425.925.424.924.423

9、.923.422.92电压/V-0.87-1.78-2.63-3.41-4.11-4.75-5.22-5.64-5.90-6.08根据上表做出如下图4-2：图4-2 位移与电压曲线图由图可知，采用端点拟合的方法，进而可以计算如下：灵敏度：k=y/x=(6.38+6.08)/10=1.246线性度：L=Lmax/yFS=0.46/(6.38+6.08)=3.69%由结果可知零点残余电压基本消除，输入特性曲线由原来的V形基本变为直线，可判断位移方向五、实验思考题1、为什么在差动变压器的标定中电路中要加移相器？作用是什么？答：根据相敏检波器的原理，当两个输入端的相位刚好相同或者相反（即相差180&#

10、176;）时，输出为正极性（或者负极性）全波整流信号，电压表才能只是正极性最大值（或者负极性最大值）。所以在差动变压器的标定电路中加入移相器，作用是保证2端输入的参考交流电压与1端输入的电压同相或反相，从而使系统输出可以做到正负对称。2、差动变压器的标定的含义，为什么要标定？答：标定的主要作用是：确定仪器或测量系统的输入输出关系，赋予仪器或测量系统分度值，本实验中标定为差动变压器的灵敏度；确定仪器或测量系统的静态特性指标；消除系统误差，改善仪器或系统的正确度。在科学测量中，标定是一个不容忽视的重要步骤。故差动变压器的标定即为给该仪器的表盘标刻度，使差动的位移与刻度盘上的标值一一对应，从而能通过

11、读值来确定测量量。实验二 PT100铂热电阻测温实验一、实验目的1.自行设计PT100热电阻测量温度，验证温度与电阻之间的关系。2.掌握测量温度的电路设计和误差分析方法。3.掌握实验中各种减小误差的常用方法和技巧。4.培养自身独立思考和动手实践能力，激发求知探索的欲望。二、实验原理 1、铂热电阻工作原理铂热电阻元件作为一种温度传感器，其工作原理是在温度作用下，铂电阻丝的电阻值随着温度的变化而变化。温度和电阻的关系接近于线性关系，偏差极小且随着时间的增长，偏差可以忽略，具有可靠性好、热响应时间短等优点，且电气性能稳定。铂热电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。铂热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装

12、绕制好的铂热电阻丝脱胎线圈制成感温元件，由于感温元件可以做得相当小，因此它可以制成各种微型温度传感器探头。2、PT100 设计参数PT100 铂电阻A 级在0时的电阻值 R0=100± 0.06 ；B 级R0=100±0.12 ，PT100铂热电阻各种温度对应阻值见分度表23-1。PT100R 允许通过的最大测量电流为5mA，由此产生的温升不大于0.3。设计时PT100上通过电流不能大于5mA。表2-PT100铂电阻分度表温度 0123456789电阻值（）-40-30-20-10084.2788.2292.1696.09100.0083.8787.8391.7795.69

13、99.6183.4887.4391.3795.3099.2283.0887.0490.9894.9198.8382.6986.6490.5994.5298.4482.2986.2590.1994.1298.0481.8985.8589.8093.7397.6581.5085.4689.4093.3497.2681.1085.0689.0192.9596.8780.7084.6788.6292.5596.48010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.4511

14、6.31101.17105.07108.96112.83116.70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.

15、84131.66135.47120.55124.39128.22132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13三、实验设备1、 PT100铂热电阻； 2、检测技术通用实验板或面包板； 3、CSY10A型传感器系统实验仪（带有加热器可供使用）；

16、4、双路直流稳压电源； 5、数字万用表。四、实验内容1、设计PT100铂热电阻测温实验电路方案；  2、测量PT100的温度与电压关系，要求测温范围为：室温65；温度测量精度：±2；输出电压04V，输出以电压V方式记录。 3、通过测量值进行误差分析。 五、实验方案设计设计电路如图5-1所示。图5-1 测量电路设计1、电桥的设计需要确定电桥的电源电压和各桥臂电阻。在室温下调平衡电桥后，UA=UB,R1/R2=(Rpt+Rpx)/R3，当温度上升T后，PT100电阻增加R，则有：U=UA-UB=Rpt+R+RpxRpt+R+Rpx+R3E

17、-R1R1+R2E令R2=R3，则R1= Rpt+Rpx，简化后，U=R1+RR1+R+R2E-R1R1+R2E近似有 U=RR1+R2E当温度变化每2，R约为0.8，要使得U与R近似线性，即使得U=RR1+R2E，则需要R1+R2>>R,由此可让R1+R2的阻值之和达到千欧级。PT100上允许通过的电流值不超过5mA，可配合设计电源电压与桥臂电阻值。具体为：取E=10V，由恒压电源提供，取R2=R3=2k,取R1=510，电位器Rp=1k,如此一来，流过PT100的最大电流Im=E/(R1+R2)=10/(510+2000)=4mA<5mA,满足。2、 放大电路的设计根据电

18、桥设计的参数，可以计算出每升高2，U=0.8×10/2510=3.18mV. U太小不易测量，需增加固定增益的放大电路对其进行测量；由于测温电路采用了直流电桥电路，会产生零点漂移，为消除零点漂移，可采用差分放大电路。由于输出电压为0-4V，若室温为15（事实应更高），要测至65，则有50的温差，每2测一次，则有25次测量，即反映在输出电压上U4/25=160mV.则差放的放大系数约为160/3.18=50参数确定为：R4=2k,R5=100 k,则放大倍数为50倍，满足要求。3、 关于芯片LM324其管脚连接图如图5-1所示。图5-2 管脚连接图本实验仅用到一个运算放大器，故可以仅用

19、1、2、3构成的运放1,4引脚接VCC=12V，11引脚接VEE=-12V，双极操作，便于调零。六、实验步骤1、按照设计图接线，搭建实验电路；2、调节变阻器使电桥平衡，测取室温；3、加热电阻，测取PT100 温度传感器在每上升2度是的数据；4、对数据结果进行处理分析。七、实验数据记录 室温25，数据记录温升。表5-1 PT100铂热电阻温度特性测量温度02468101214161820正行程1电压00.120.260.440.620.780.941.081.21.441.58反行程1电压00.140.340.520.821.041.261.461.641.822温度22242628303234

20、363840正行程1电压1.741.8822.182.342.52.682.8433.18反行程1电压2.162.322.442.562.682.782.882.983.13.18温度02468101214161820正行程2电压00.140.280.480.660.8211.141.31.561.72反行程2电压00.160.360.560.881.141.361.581.761.942.12温度22242628303234363840正行程2电压1.8822.12.262.422.582.742.883.043.22反行程2电压2.282.422.542.642.742.822.943.023.143.22八、实验数据处理与分析 将两组数据求取平均值后，作图如下。图5-3 测量数据迟滞特性曲线由图可以看到，端点拟合直线与正行程曲线十分相近，而与反行程曲线相距较远。主要原因在于加热电阻发热太快，导致升温较快，实验时，我们控制加热时间不断开合开关，控制温度上升速度，从而给予测量电路充分响应时间，稳定测量值；而反行程时，由于散热也快，P