信号与控制综合实验检测技术

1、电气学科大类 2010 级信号与控制综合实验课程实 验 报 告(检测技术基本实验)姓 名 学 号 专业班号 同组者 学 号 专业班号 指导教师 日 期 实验成绩 评 阅 人 实验评分表基本实验实验编号名称/内容实验分值评分了解相敏检波器工作原理10差动变压器性能检测10差动变压器零残电压的补偿20差动变压器的标定40设计性实验实验名称/内容实验分值评分PT100 铂热电阻测温实验40教师评价意见总分目录实验二十二 差动变压器的标定- 3 -一、实验目的- 3 -二、实验原理- 3 -三、实验设备- 4 -四、实验步骤- 4 -1、了解相敏检波器工作原理- 4 -2、差动变压器性能检测- 4 -

2、3、差动变压器零残电压的补偿- 5 -4、差动变压器的标定- 5 -五、实验结果- 6 -1、相敏检波器工作原理- 6 -2、差动变压器性能检测- 8 -3、零残电压的补偿- 9 -4、差动变压器起的标定- 10 -六、思考题- 11 -七、实验小结- 11 -实验二十四 PT100 铂热电阻测温实验- 12 -一、实验目的- 12 -二、实验原理- 12 -三、实验设计- 13 -四、实验设备- 13 -五、实验步骤- 14 -六、实验结果- 14 -七、实验小结- 15 -实验心得与收获- 16 -参考文献- 16 -实验二十二 差动变压器的标定一、实验目的通过实验学习差动变压测试系统的组

3、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：基波分量和高次谐波。基波分量是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造等效电路参数（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

4、与所产生的磁通不同相。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：从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对程；采用相敏检波电路；选用补偿电路。相敏检波电路如图所示，图中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。5、6为整形电路将正弦信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

5、波整流信号。图1.1相敏检波器的工作原理三、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；LPF；电压表；示波器；测微仪。四、实验步骤1、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。（2）用示波器两通道观察相敏检测器插口5、6的波形

6、。2、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。（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。图1.2差动变压器性能检测3、差动变压器零残电压的补偿（1）按图1.3接线，差动放大器增益调到最大，音频LV端输出VP-P值2V，调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。（2）调节测微仪带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络WDWA电位器，使输出更趋减小。（3

7、）提高示波器第二通道灵敏度，将零残电压波形与激励电压波形比较，观察零点残余电压的波形。图1.3差动变压器的零点补偿电路4、差动变压器的标定（1）按图1.4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，做到正负输出对称。（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。图1.4差动变压

8、器标定实验接线五、实验结果1、相敏检波器工作原理图1.5音频输入波形图1.6同相输入的整流波形图1.7反相输入的整流波形图1.8输出端5、6的波形实验结果分析：根据实验所得图形，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端输出为得到方波信号。2、差动变压器性能检测图1.9 CH1输入信号与CH2输出信号同相位时的波形图1.10 CH1输入信号与CH2输出信号反相位时的波形实验结果分析：根据波形图图，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，变为反相。第二通道过零时的波形，此时有零点残余电压，幅值不为零，只是幅值很小。3、零残电压的补偿图

9、1.11差分放大器输入端的波形图1.12差分放大器输出端的波形实验结果分析：由差分放大器的输出波形可以看出，经过补偿后的零残电压主要是基波分量。基波分量是由于差动变压器两个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引起的，这其中的一些参数是无法完全得到补偿的。在电路调整的过程中可以发现，当调整差分放大器的输出趋近最小的过程中，输出值不但幅值在变化，它与输入信号的相位差也在变化。可以推测出，两个次级线圈的输出不但幅值有不同，相位也有不同，故基波分量无法完全消除。4、差动变压器起的标定表1位移与电压对应关系表图1.13差动变压

10、器标定曲线灵敏度：k=y/x=1.168非线性度：L=Lmax/y=2.6%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。六、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°）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

11、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，从而能通过读值来确定测量量。七、实验小结尽管第一次的实验预习不十分充分，但通过总结，我认为自己还是达到了实验目标了的。由于本实验是一个认识性试验，因此不存在理论误差的问题，只有理论认识与实验结果的差距，从实验结果上看，实验结果和理论认识基本吻合，小的偏差是由于认识上的不足造成的。我们通知实验掌握了真

12、正的东西，对差动变压器有了更深刻的理解和把握，结果不是最重要的，最重要的是我们是否能把实验所得到的东西应用到新的场合和领域中去，这才是实验和一切学习的最终目的。实验二十四 PT100 铂热电阻测温实验一、实验目的通过自行设计热电阻测温实验方案，加深对温度传感器工作原理的理解。掌握测量温度的电路设计和误差分析方法。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

13、传感器。铂热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装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。可用于-200+420范围内的温度。表2.1 PT100铂电阻分度表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。三、实验设计图2.1测量电路输出电压U=RtRt+R3×E-R

14、2R2+R4+R5×E为获得较好的线性度，取R3=10k，同时要满足电桥平衡，所以R2阻值与PT100相近，取为100，R4=9k，R5为1k可调电阻。最大测量电流为5mA，故Emax5×10=50V，考虑到实验器材限制，同时兼顾到要有尽量大的输出方便测量，取E=15V。计算可得电桥电压输出范围大约为0到36.9mV；Vt=0.923mV/将U输入到系统实验仪上的差分放大器上，调节增益，使输出电压变化更明显，用电压表观察。四、实验设备PT100铂热电阻；检测技术通用实验板；CSY10A型传感器系统试验仪；双路直流稳压电源；数字万用表。五、实验步骤1、按照设计图接线，搭建实验

15、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的数据；4、对数据结果进行处理分析。六、实验结果表2.2测量结果图2.2电压-温度曲线实验结果分析：灵敏度：k=y/x=0.096非线性度：L=Lmax/y=0.45%实验所得的数据基本上符合实验要求，满足线性关系七、实验小结本次试验进行得较为顺利，但从实验数据上看，本次实验的实测值与理论值之间存在着误差。主要是由于实验时温度变化较快，电压表测量值一直在变化，读数比较困难存在误差。此外线路误差及系统模型本身存在的系统误差也是客观存在的。在实验的过程中，我也发现自己有很多不足，对于器材的陌生，原理理解的不透

16、彻，这需要以后学习中的注意和改进，这次实验最终还是培养了我面对困难和分析解决问题的能力。但是，通过自己的设计和计算，自己对于温度传感器的工作原理更加了解，信号放大电路设计方法的掌握。也许这个创新实验是预习时间最多的，但是也是给自己收获最多的。实验心得与收获总结以上两个实验我们认识到到我们实验的完成程度和所能得到的实验结论受现有实验条件和实验环境的综合制约。实验的目的不仅仅在于实验结果，获得好的实验结果不代表你的实验就做的最好，相反不好的实验结果只要认真分析、细心总结误差来源，我们可能会获得更多。实验前的预习、到实验参与、实验结果分析总结，自己都付出了很多很多。但是我不得不承认，自己存在着很多的缺点和弱项，这在实验中都暴露了出来。首先，自己的理论基础不扎实，这在实验之初给小组实验的正常顺利进行带来了许多麻烦和不便。再者就是自己的实验态度不够严谨，在每次实验的时候，总没有以高标准来严格要求自己，但多谢同伴的监督和督促，自己才严谨起来。每次实验前后，我们都对他人成功的实验经验进行了学习和借鉴，不断加深自己对于实验的理解和认识，站在他人的肩膀上看问题，并把新的知识不断内化，提高自身的理论水平和实验水平。团队式的