檢測技術(shù)實驗報告華科

1、電氣學(xué)科大類 2010 級信號與控制綜合實驗課程實 驗 報 告(檢測技術(shù)實驗)姓名 王松華 學(xué)號 u201011770 專業(yè)班號1001同組者 黃晨輝 學(xué)號 u201011781 專業(yè)班號1001 指導(dǎo)教師 徐雁 日 期 實驗成績 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(shè)計性實驗實驗名稱/內(nèi)容實驗分值評分PT100 鉑熱電阻測溫實驗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實驗一 了解相敏檢波器工作原理實驗二 差動變壓器性能檢測實驗三 差動變壓器零殘

2、電壓的補償實驗四 差動變壓器的標定實驗五 PT100 鉑熱電阻測溫實驗總結(jié)參考書目實驗二十二.差動變壓器的標定一差動變壓器的基本結(jié)構(gòu)：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。二零點殘余電壓的原因：1. 二個次級線圈在設(shè)計和工藝制作上很難保證完全對稱。2. 復(fù)阻抗不容易達到真

3、正平衡。3. 磁化曲線的非線性產(chǎn)生高次諧波。4. 線圈中存在銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損。5. 分布電容的影響三零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。四減少零殘電壓的辦法有：1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)和磁路的對稱。磁性材料

4、要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路，既可以判別銜鐵移動方向又可改善輸出特性，減小零點殘余電動勢。3、選用補償電路減小零點殘余電動勢。如在差動變壓器二次側(cè)串、并聯(lián)適當數(shù)值的電阻電容元件，當調(diào)整這些元件時，可使零點殘余電動勢減小。實驗一 了解相敏檢波器工作原理一實驗原理：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(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

5、 端輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。圖1-1相敏檢波器的工作原理二實驗?zāi)康?.用示波器二通道觀察相敏檢測器5、6的波形并記錄下觀察到的波形。2.了解相敏檢波器整形電路的作用。三實驗設(shè)備差動變壓器；音頻振蕩器；電橋；差動放大器；移相器；相敏器；相敏檢波器；LPF；電壓表；示波器；測微儀。四實驗步驟：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

6、3的波形變化和電壓表電壓值的變化2 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，則輸出負極性的全波整流波形，電壓表指示負極性的最大值。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。五實驗結(jié)果：圖1-2同相輸入的整流波形圖1-3反相輸入的整流波形圖1-4整形電路5端的輸出圖1-5 整形電路6端的輸出六實驗結(jié)果分析：根據(jù)實驗所得圖形，可以看到通

7、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端整形電路的作用是將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換為方波，使相敏檢波器中的電子開關(guān)能正常工作。實驗二.差動變壓器性能檢測一實驗原理：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(yīng)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。圖2-1差動變壓器的輸出特性二實驗?zāi)康?.掌握差動變壓器的性能。2.掌握研究差動變壓器性能的方法。三實驗步驟：1. 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2-2差動變壓器性能檢測電路原理圖2. 音頻振蕩器輸出頻率5KHz，輸出值V

8、P-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)。四實驗結(jié)果：圖2-3輸入輸出同相圖2-4輸入輸出反相五實驗結(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位置發(fā)生改變時，輸入輸出相位差發(fā)生改變，變?yōu)榉聪?。若不能過零翻轉(zhuǎn)，則表明二次級線圈是順串的，此時需要將二次級線圈的同名端調(diào)換，使二個次級線圈反向串聯(lián)，調(diào)換之后可以實現(xiàn)過零翻轉(zhuǎn)。實驗三.差動變壓器零殘電壓的補償一實驗原理：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

9、。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。二實驗步驟：圖3-1差動變壓器的零點補償電路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。三實驗結(jié)果：圖3-2補償之后最小的零點殘余電壓四實驗結(jié)果分析：有上圖可以看出在進行補償后，零點殘余電壓有了很大的改觀。由差分放大器的輸出波形可以看出，經(jīng)過補償后的零殘電壓主要是基

10、波分量。原因分析：1、基波分量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，引起的，這其中的一些參數(shù)是無法完全得到補償?shù)?。在電路調(diào)整的過程中可以發(fā)現(xiàn)，當調(diào)整差分放大器的輸出趨近最小的過程中，輸出值不但幅值在變化，它與輸入信號的相位差也在變化?？梢酝茰y出，兩個次級線圈的輸出不但幅值有不同，相位也有不同，故基波分量無法完全消除。2、高次諧波分量主要是由導(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

11、勢。在試驗中，激勵電壓和電流都很小，鐵磁材料還未明顯飽和，故差分放大器的輸出中諧波分量不是很明顯。20 / 20文檔可自由編輯打印實驗四.差動變壓器的標定一實驗原理：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4-1差動變壓器的標定電路圖二實驗?zāi)康?.掌握差動變壓器零點殘余電壓的補償操作方法。2.將已補償之后的差動變壓器進行刻度數(shù)值標定。三實驗步驟：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

12、 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。表一 差動變壓器的標定位移mm0.511.522.533544.55電壓V0.561.

13、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處四實驗結(jié)果分析：圖4-2 電壓與位移靈敏度：k=y/x=(6.22+5.32)/10=1.154線性度：L=Lmax/yFS=0.46/(6.22+5.32)=2.74%由結(jié)果可知零點殘余電壓基本消除，輸入特性曲線由原來的V形基本變?yōu)橹本€，可判斷位移方向五思考題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？

14、0; 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。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：1） 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；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(xué)測量中，標定

15、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

16、探頭。可用于-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0.3。設(shè)計時PT100上通過電流不能大于5mA。表2-PT100鉑電阻分度表溫度 0123456789電阻值（）-40-30-20-10084.2788.2292.1696.09100.0083.8787.8391.7795.6999.6183.4887.4391.3795.3099.2283

17、.0887.0490.9894.9198.8382.6986.6490.5994.5298.4482.2986.2590.1994.1298.0481.8985.8589.8093.7397.6581.5085.4689.4093.3497.2681.1085.0689.0192.9596.8780.7084.6788.6292.5596.48010203040100.00103.90107.79111.67115.54100.39104.29108.18112.06115.93100.78104.68108.57112.45116.31101.17105.07108.96112.83116.

18、70101.56105.46109.35113.22117.08101.95105.85109.73113.61117.47102.34106.24110.12114.00117.86102.73106.63110.51114.38118.24103.12107.02110.90114.77118.63103.51107.40111.29115.15119.015060708090119.40123.24127.08130.90134.71119.78123.63127.46131.28135.09120.17124.01127.84131.66135.47120.55124.39128.22

19、132.04135.85120.94124.78128.61132.42136.23121.32125.16128.99132.80136.61121.71125.54129.37133.18136.99122.09125.93129.75133.57137.37122.47126.31130.13133.95137.75122.86126.69130.52134.33138.13二PT100設(shè)計參數(shù)PT100鉑電阻A級在0時的電阻值R0=100+0.06，各溫度對應(yīng)電阻值見上表注意事項：PT100上通過電流不能超過5mA！三實驗?zāi)康?.自行設(shè)計PT100熱電阻測量溫度，驗證溫度與電阻之間的關(guān)

20、系。2.掌握測量溫度的電路設(shè)計和誤差分析方法。3.掌握實驗中各種減小誤差的常用方法和技巧。4.培養(yǎng)自身獨立思考和動手實踐能力，激發(fā)求知探索的欲望。5.深化對溫度傳感器工作原理的理解。四實驗內(nèi)容1.設(shè)計PT100測溫實驗電路方案。測量PT100的溫度與電壓的關(guān)系。2.要求測量范圍為室溫65，溫度測量精度為2以內(nèi)，輸出電壓為04V3.記錄各溫度下對應(yīng)的電壓，并繪制溫度與電壓的關(guān)系圖。五實驗設(shè)計1：測量電路設(shè)計圖5-1 測量電路1. 由PT100電阻分度表可知，電阻隨溫度的變化率很小，如此小的電阻變化，很難用儀器直接測量出來，故選用直流電橋電路，之所以不用交流電橋，是為了消除分布電感和分布電容的影響

21、。2. 室溫下PT100的阻值約為106，65時阻值約為125，變化為20。電流不能超過5mA，暫取為4mA。與PT100串聯(lián)的電阻應(yīng)盡量小，以便鉑電阻的變化能使電橋有足夠的靈敏度。故取R1=100，R2=1K,R3=1K,Rpt=100。其中R2為510與1K的滑動變阻器串聯(lián)，以便能夠?qū)㈦姌蛘{(diào)平衡。電源電壓E=0.005A×1100=5.5V。實驗室有4V電壓，故取E=4V.此時電流 I=ERpt+R3=4100+100=3.6mA<5mA經(jīng)運算得輸出電壓U0=ER*R2(Rpt+R4)(R1+R2).故輸出電壓與R近似成正比。R隨 變化有較好的線性度，故輸出U0也有較好線性

22、度。從室溫到65，R=20，將Rpt=100，R3=1000，R2=1000代入得到U0=66mV，要求最后的輸出不超過4V，故將放大倍數(shù)=4V66mA=60倍3. 信號放大電路采用INA128芯片作為信號放大器，該信號放大器倍數(shù)A=1+50KRA,Ra為1腳和8腳之間的外界電阻，將=60代入，得到Ra=0.838k，因此取Ra為1k，這樣放大后的電壓輸出不會超過4V。六實驗步驟1：完成系統(tǒng)方案設(shè)計，計算電阻值和選擇電源電壓大??；2：按照設(shè)計圖接線，搭建實驗電路；3：調(diào)節(jié)變阻器使電橋平衡，測取室溫；4：加熱電阻，測取PT100 溫度傳感器在每上升2度是的數(shù)據(jù)；5：對數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理分析。七實驗

23、結(jié)果測取結(jié)果如下:表3-電壓與溫度溫度（212325272931333537394143電 壓（V）0.0270.1850.4330.5470.6980.7170.8870.9671.1781.2561.3871.465線性擬合值（V）0.0270.1510.4150.5090.6030.7090.8160.9851.0791.2731.3671.461（V）00.0340.0180.0380.0950.0800.077-0.0180.101-0.0170.0200.004溫度（4547495153555759616365電 壓（V）1.5731.6821.6821.8791.9932.231

24、2.4112.6532.8213.1423.295線性擬合值（V）1.5551.6491.6431.8371.9312.2252.4192.6132.8073.1013.295（V）0.0180.0390.0390.0420.0620.0060.0080.0400.0260.0410圖5-2 電壓與溫度八實驗結(jié)果分析：計算靈敏度：k=y/x=（3.295-0.027）/（65-21）=0.047擬合直線：y-0.027=0.047（x-21）即：y=0.047x-0.96計算線性度：=0.108/(3.295-0.027)=3.30%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。 九實驗小結(jié) 檢測技術(shù)實驗主要包括兩個部分，其一是對差動變壓器的標定，另一個是鉑熱電阻的創(chuàng)新實驗。學(xué)習(xí)了檢測技術(shù)這門功課后，我了解到差動變壓器在傳感器領(lǐng)域的使用是很廣的，無論是電阻應(yīng)變片式傳感器，光纖傳感器還是自感式傳感