8份华中科技大学检测技术实验报告

编者寄语内含8篇华中科技大学检测技术实验报告,基本涵盖各个实验。其中最后ー篇含有书上的各种设计性实验,可供大家参考。华科的孩子,没事偷着乐吧。短射科技人學电气学科大类《信号与控制综合实验》实验报告（基本实验ー:检测技术基本实验）姓 名 学 号 专业班号 指导教师 日期 实验成绩 评阅人

基本实验实验编号名称/内容（此列由学生自己填写）实验分值评分22-1相敏检波器的工作原理2022-2差动变压器的性能检测1022-4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.（设计性实验）PT100箱热电阻测温实验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实验二十二差动变压器的标定ー、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、初级线圏、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圏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用接而成,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次级绕组因材料或エ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为宜流参考电压输入端。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波整流信号。相敏检波器原理图三、实验所需部件差动变压器、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.调节音频振荡器输出频率为5KHZ,输出幅值2V,将音频振荡器0°端接相敏检波器的输入端①,相敏检波器的输出端③与低通滤波器的输入端连接,低通滤波器的输出端接数字电压表2V。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反相,用示波器观察相敏检波器输出端③的波形变化和电压表电压值变化。注意:示波器的“触发”方式要选择正确。.用示波器两通道观察相敏检测器⑤⑥的波形并记录下观察到的波形实验波形记录及分析:音频震荡信号输出:5030HZ,Vp-p=4.04V参考电压接0°时,即参考电压信号与输入信号同相时：输出端③波形为正的全波整流波形:参考电压接180°时,即参考电压信号与输入信号反相时:输出端③波形为负的全波整流波形：

输出端⑤⑥的波形:専い⑤（黄线），CH2=（6）（蓝线）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。（二）差动变压器性能检测.按下图接线,差动变压器初级线圈必须从音频振荡器屋端功率输出。.音频振荡器输岀频率5KHz,输出值Vp值2V。.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。实验数据及波形记录分析:音频震荡输出信号:5030HZ,Vp-p=2V当用手按压磁芯时：输出信号发生了过零翻转,则可确定差动变压器副方线圈是反向串联的

由此,该差动变压器可以用输出电压来确定磁芯的正负位移了（三）差动变压器的标定.按上图接线,差动放大器增益适度,音频振荡器Lv端输出5KHZ,スマ值2V。.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。.旋动测微头使衔铁在线圈中上、下产生位移,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。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。.旋动测微仪，带动衔铁向上51nm,向下5mm位移,每旋一周（0.5mm）记录ー电压值并填入表格。五、实验数据及波形记录分析:位移mm00.511.522.533.544.55电压V（上移）00.751.582.383.143.854.515.095.586.016.37电压V（下移）0-0.74-1.55-2.32-3.03-3.68-4.27-4.79-5.63-5.95-6.33所得曲线为该差动变压器铁芯位移ー输出电压的特性曲线实线为线性拟合曲线灵敏度:K=1.3775(V/mm)非线性度:¥i=±0.5575/(6.37-(-6.33))*100%=±4.3897%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:移相器对音频震荡器产生的震荡波做相位变换的操作,使参考信号的相位能和经过差动变压器与差动放大器的电压信号相符合,实质上是为了抵消差动变压器与差动放大器的相移,使得相敏检波器能工作在0°或者180。相差的条件下。2、差动变压器标定的含义，为什么要进行标定?对差动变压器进行标定，是为了建立位移测量系统的输入输出的函数关系，有利于我们了解差动变压器的性能。帮助我们在需要使用差动变压器的场合选择合适的差动变压器。七、实验仪器设备:CSYm型传感器系统实验仪ー台数字示波器 一台实验二十四PT100钳热电阻测温实验一、实验原理.钳热电阻工作原理伯热电阻元件作为ー种温度传感器,其工作原理是在温度作用下,钻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。伯热电阻是ー种精确、灵敏、稳定的温度传感器。伯热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装绕制好的伯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。可用于ー200〜+420C范围内的温度。.PT100设计参数PT100伯电阻A级在0℃时的电阻值R0=100±0.06Q；B级R0=100±0.12Q,PT100伯热电阻各种温度对应阻值见分度表23-1〇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。温度0123456789'C电阻值（Q）-4084.2783.8783.4883.0882.6982.2981.8981.5081.1080.70-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.8089.4089.0188.62-1096.0995.6995.3094.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55-0100.0099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100.00100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.90104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.54125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.90131.28131.66132.04132.42132.80133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13表23-1 PT100铝电阻分度表二、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。三、实验内容.设计PT100伯热电阻测温实验电路方案;.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0〜4V,输出以电压V方式记录。.通过测量值进行误差分析。四、实验设备、PT1OO的热电阻;.检测技术通用实验板或面包板;.CSYum型传感器系统实验仪（带有加热器可供使用）；.双路直流稳压电源；.数字万用表。五、实验步骤1、完成系统方案设计（信号输入及放大）；

实验电路图如上所示;Vo=-R4/R3（l+2R2/R1）（VrV2）各实验参数如图所示,放大电路Av=50,Vo=-5O（Vi-V2）=-5OAV2、测取PT100温度传感器的有关数据（电压、温度变化量等）;计算非线性误差。按照设计方案连接电路,接通电源后,调节Rx使输出电压%ル。（由于实验存在各种误差,实际很难使得V0=0,本次实验得到的Vo=O.169V）,记下此时室温20。（：,升高Pt电阻温度,没升高2て记下ー组电压V直到65℃六、实验所得数据记录如下:温度/℃202224262830323436电压ZV0.1690.2190.3120.4210.520.7090.8621.021.168温度/℃384042444648505254电压/V1.3421.5211.7291.8812.0422.222.0412.572.73温度/℃5658606264电压/V2.923.13.283.423.65绘制曲线如图所示:温度-电压曲线温度-电压曲线——线性（温度-电压曲线）拟合直线方程:丫=0.0822X-1.7038非线性误差Yl=土ALmax/yFS=6.5%本次实验中,由于电桥部分Rt两端的电压变化和电阻变化并非线性关系,使得最终得到的曲线不能很好的反应Pt热电阻温度和电阻的线性关系改进方案:将Ri=R2=1K改为50K或者更大使得R2»Rt,从而让AU与△尺具有更好的线性关系,这样最终得到的曲线就能更好的反应伯热电阻阻值变化和温度的线性关系七、实验小结.本次试验首先将温度的变化转化为Pt电阻阻值的变化，而后又将阻值的变化转化为电压的变化,从而建立温度和电压的线性关系。通过实验我们进ー步认识到了传感器的工作原理,结合书本上的传感器的相关知识,印象更加深刻了。.本次实验涉及的知识颇为丰富,从模电的差动放大器到检测的各种传感器以及电路中的相关电路知识,使我们充分认识到学科的交叉性以及各学科之间的互补综合,对各学科知识既是巩固又是深刻认识。.通过对此次检测技术基本实验的两个实验的接触,让我一方面巩固了检测技术和模拟电路的相关知识,另一方面使自己独立动手去实践这些课本上的内容增强自己实践能力。两个实验总体上说做的还是比较顺利的，但在实验过程中有时还是会碰到ー些问题,后来反思后觉得还是自己的课内知识没有学扎实,至少有很多知识仅仅只是学了,等要用的时候都不知道是要在这里应用。这次实验和以往的其他学科实验相比,觉得增加了对我们自己思考排错及解决问题的要求。通过此次实验,让自己了解到在课程学习中的一些不足,并为自己积累了一些基础实验的经验与技巧,包括方案的设计,常用设备的使用等等。可以说这几次实验让自己受益匪浅。ハ、参考文献华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心,信号与控制综合实验指导书，2009检测技术基本实验康华光,电子技术基础模拟部分（第五版）,高等教育出版社,2006EdwardW.KamenBonnieS.Heck,FundamentalsofSignalsandSystems（第二版）,科学出版社,2002、年中科技大學、年中科技大學电气学科大类 级《信号与控制综合实验》课程（基本实验三:检测技术基本实验）姓名 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（此列由学生自己填写）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的热电阻测温实验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TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"实验一 了解相敏检波器工作原理 4\o"CurrentDocument"实验ニ 差动变压器性能检测 6\o"CurrentDocument"实验三 差动变压器零残电压的补偿 8\o"CurrentDocument"实验四差动变压器的标定 9\o"CurrentDocument"实验五PT100钻热电阻测温实验 12总结 13心得与体会 15参考书目 15实验二十二差动变压器的标定实验知识储备:差动变压器的基本结构: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。零点残余电压的原因:.复阻抗不容易达到真正平衡.磁化曲线的非线性产生高次谐波3,各种损耗4.分布电容的影响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次级绕组因材料或エ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。实验一了解相敏检波器工作原理实验原理: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波整流信号。图ITT相敏检波器的工作原理图ITT相敏检波器的工作原理相敏ね波器原理图图ー图ー1-2负极性的全波整流实验步骤:.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。端接相敏检波器的输入端1l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分别接〇,180,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.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。.用示波器两通道观察相敏检测器插口5ヽ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。实验结果:图1-1-3正极性的全波整流

图!-1-5整形电路6图!-1-5整形电路6端的输出图1-1-4整形电路5端的输出实验结果分析: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。

实验ニ差动变压器性能检测实验原理:差动变压器中有衔铁,通过上下移动衔铁改变衔铁的位置可以改变差动变压器的第二通道中的感应电压,当两绕组的同名端连接适当时,根据输出电压的正负可以判断两绕组产生的电压大小。实验步骤:.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1-2-1差动变压器性能检测电路原理图.音频振荡器输出频率5KHz,输出值VP-P值2V。.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。实验结果:图1-2-2输入输出同相时时图图1-2-2输入输出同相时时图1-2-3输入输出相位差为180IIftd«210).CH12VWOua"”12，加,CH21SQUmY,IQQur,实验结果分析:根据图中得到的结果,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,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。零点残余电压表现在电桥预平衡时,无法实现平衡,最后总要存在某个输出值AU。实验中可以测量到零点残余电压约为136mvo需要进行零点残余电压补偿。下图为差动变压器的输出特性曲线图1-2-4差动变压器的输出特性实验三差动变压器零残电压的补偿实验原理:差动变压器零点补偿时,在补偿电路法中有加串联电阻,加并联电容等,先采用并联电阻法。通过调整WA和WD的阻值调整,可以达到零点残余电压的补偿。实验步骤:实验步骤:图『3-1差动变压器的零点补偿电路示波器二通道波形不失真时示波器二通道波形不失真时.根据上图接线,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。.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。.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，说明经过补偿后的零残电压主要是什么分量?实验结果:零点残余电压波形

实验结果分析:有上面两幅图可以看出在进行补偿后,零点残余电压有了很大的改观,残余电压减小了・・半左右,然而实验的结果并不是很理想,理论上在零点残余电压补偿过后其分量应该已三次谐波为主要分量，而实验所得数据中并非三次谐波分量，可见实验结果并非很理想。分析实验的不足,主要在于零点残余电压补偿时的调节过程。实验四差动变压器的标定实验原理:差动变压器的灵敏度定义为输出电压与衔铁位移的比值。灵敏度与二次线圈的匝数成正比,与激励电压的幅值以及频率（低频时）成正比。研究差动变压器的灵敏度对研究差动变压器的性能有很重要的意义。图1-4-1差动变压器的标定电路图实验步骤:.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2VO.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。.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。注意:示波器CHI、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CHI、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。.旋动测微仪,带动衔铁向上5mm,向下5mm位移,每旋一周(0.5mm)记录ー电压值并填入表格。表格一差动变压器的标定位移mm0.511.522.533.544.55电压V0.561.241.882.523.163.764.374.985.636.22位移mm-0.5-1-1.5-2-2.5-3-3.5-4-4.5-5电压V-0.68-1.2-1.8-2.38-2.9-3.41-3.89-4.35-4.82-5.320V时,旋动测微仪在6.81mm处实验结果分析:灵敏度:k=Ay/Ax=(6.22+5.32)/10=1.154线性度:Yl=△Lmax/yFS=0-46/(6.22+5.32)=4%思考题.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。.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:1）确定仪器或测量系统的输入一输出关系，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;2）确定仪器或测量系统的静态特性指标;3）消除系统误差,改善仪器或系统的正确度。4）在科学测量中,标定是ー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ー・・对应,从而能通过读值来确定测量量。实验二十四PT100粕热电阻测温实验实验知识储备.钳热电阻工作原理伯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,伯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。钳热电阻是一种精确、灵敏、稳定的温度传感器。伯热电阻元件是用微型陶瓷管、孔内装绕制好的伯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。可用于ー20〇〜+420C范围内的温度。.PT100设计参数PT100钻电阻A级在0C时的电阻值R0=100±0.06Q；B级R0=100±0.12Q,PT100伯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0.3C。设计时PT100上通过电流不能大于5mA。图2-1-1伯电阻的温度特性

温度0二3456789X?电阻值（a）一4084.2783.8783.4883.0882.6982.2981.8981.5081.1080.70-3088.2287.8387.4387.0486.6486.2585.8585.4685.0684.67-2092.1691.7791.3790.9890.5990.1989.8089.4089.0188.62-1096.0995.6995.3094.9194.5294.1293.7393.3492.9592.55-0100.0099.6199.2298.8398.4498.0497.6597.2696.8796.480100.00100.39100.78101.171101.56101.95102.34102.73103.12103.5110103.90104.29104.68105.07105.46105.85106.21106.63107.02107.4020107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.2930111.67112.06112.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.1540115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.0150119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47122.8660123.24123.63124.01124.39124.78125.16125.51125.93126.31126.6970127.08127.46127.84128.22128.61128.99129.37129.75130.13130.5280130.90131.28131.66132.01132.12132.80133.18133.57133.95134.3390134.71135.09135.47135.85136.23136.61136.99137.37137.75138.13表23-1 PT100的电阻分度表实验目的.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实验内容.设计PT1OO伯热电阻测温实验电路方案;.测量PT1OO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〈4V,输出以电压V方式记录。.通过测量值进行误差分析。实验步骤1、完成系统方案设计;实验方案初步设定为如下:图2ー实验方案电路图50Hz0。差放ZVpkパ50%5000Key=A泊电阻R3OPAMP3TVIRTUAL3500々3500:；:一;；R5 ■200050%Key^A R4XMM1OPAMP3TVIRTUAL放大器ン一10QQ电阻阻值计算:考虑图中电路,当伯电阻变化AR时,电桥电压:△U= ———= ^2 ,2R3+Ro+ARo2(R3+Ro+ARo)只有当R3取很大时才能保持线性。故取R3为350欧姆,R1和R2以及电位器选用仪器上的变阻器,通过调整使节点1和节点2对应的电压差为零,这样当伯电阻受温度的影响发生变化时就会引起节点间的电压差,在实验时,考虑到差动放大器可以临时调节放大倍数,所以此处放大器只作为更进ー步调节的备用元件。通过调零以及放大倍数的调整,使得实验的数据满足本实验的要求,温度变化一度时电压变化约在〇.08V左右。电源电压的计算:由于实验要求伯电阻的电流不超过5mA,考虑电源电压不应该超过5*(350+100)=2250mV=2.5V,实验时为保证电流不致太大,考虑将电源电压取为幅值为2V的交流电。2、测取PT100温度传感器的有关数据(电压、温度变化量等);计算非线性误差。测取结果如下：表2-1TT/℃1：!20253035104550556065R/Q105.07107.79109.73111.67113.61115.54117.47119.40121.32123.24125.16U/V0.00240.420.731.051.371.722.052.372.713.063.403、根据实验内容要求,拟定设计实验步骤实验步骤如下：I.根据电路图连接电路,电路图见图2TTIL将电路差动放大器的增益调至最大,调节变阻器,到显示接近为零,进行调零操作。IIL升高温度,观察在各温度下的输出电压值,并记录电压值。

实验结果分析:实验结果分析:计算灵敏度:k=Ay/Ax=(3.4-0.0024)/(65-13)=0.065计算线性度:Yl=ALmax/yFS=0.05/(65-13)=0.1%有实验得到的图形可以看到,实验所得的数据基本上符合实验要求,满足线性关系,而且幅值在0-4v内变化。结论差动变压器是ー种互感式的变压器传感器，在差动变压器的特性曲线中,零点残余电压是差动放大器的・个特性,零点残余电压的补偿对灵敏度的提高以及线性化有着很大的影响,通过零点电压的补偿,可以的得到较为理想的特性曲线,得到很好的灵敏度。伯电阻实验中,伯电阻的电阻变化与温度变化呈线性关系,这样就为传感器的线性化奠定了基础,而线性化就给计算等带来了方便。心得与自我评价实验前预习工作很重要。预习时不仅要掌握实习的内容还应该做一定的扩展,通过一个实验了解有关知识。充分的预习可以让我们明确实验目的和实验内容,掌握实验步骤,试验中得心应手。对实验的结果要作…定的预测，对实验结果的预测告诉我们实验结果应该是什么样子的。实验告诉我们实验结果实际是什么样子。实验中,时刻注意预测结果与实验结果相比较。当两种结果有很大差别时,我们应该想为什么是这样,并根据结果产生的原因对实验进行有针对性和目的性的检查。实验前良好的准备工作让我们时刻发现实验中的异常和错误，随时对实验进行分析和检査，避免了实验后经过分析发现结果有问题而需重做的麻烦。■•句话,良好的实验前准备减少实验时间，提高实验效率。实验时首先要做好实验前准备。对仪器有一个总体的认识,熟知仪器对实验的作用以及和实验有关的工作原理。这样可以很容易找出实验中出现各种复杂现象的原因,提高了实验效率。实验中要有耐心而且要十分细心,这也是做ー个研究者的必备素质。信号的抽样与恢复过程中,抽样信号只在某ー固定频率稳定,这就要求我们要有耐心和细心调节到这一频率观察实验结果。实验是一个很细致的过程,实验中任一微小的变化都可能引起实验结果的巨大变化,要求我们实验者要有严谨的态度和求实的精神。但在这中间,我也发现了我存在的很多不足。我的动手能力还不够强,当有些实验需要很强的动手能力时我还不能从容应对;我的探索方式还有待改善,当面对ー些复杂的实验时我还不能很快很好的完成;我的数据处理能力还得提高,当眼前摆着一大堆复杂数据时我处理的方式及能力还不足,不能用最佳的处理手段使实验误差减小到最小程度。任何ー个方面的锻炼都可以培养我们的能力,塑造我们的品格，这对于我们以后的学习和工作都有重要的意义。实验也不是例外,它对于我们来说很重要。参考文献自动检测技术马西秦主编机械工业出版社信号与控制综合实验实验指导书第三分册检测技术基本实验华中科技大学电气与电子工程学院实验教学中心编著电气学科大类 级《信号与控制综合实验》课程实验报告（基本实验三:检测技术基本实验）姓名 学号 专业班号 指导教师 日期 实验成绩 评阅人 实验十九霍尔式传感器的直流激励特性 38实验二十二差动变压器的标定 41实验十九霍尔式传感器的直流激励特性一.实验原理:了解霍尔式传感器的结构,工作原理,霍尔元件的控制电路和信号调理电路的特点,学会用会儿传感器做静态位移测试。二.实验目的:霍尔式传感器是由两个环形的磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成的。当霍尔元件通以恒定的电流时,霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上,下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X,所以霍尔电势的大小便可知道元件的净位移。三.实验所需部件：直流稳压电源,电桥，霍尔传感器，差动放大器,电压表,微测头四.实验步骤：实验操作台 实验接战图图2-1霍尔式传感器实验电路图.差动放大器调零。差动放大器增益置合适位置（增益电位器顺时针方向旋转到底为100倍，逆时针旋转到底为1倍），''+,一”输入端用实验线对地短接，输出端接数字电压表2V量程，开启总电压和负电压开关。用“调零”电位器调整差动放大器额输出电压为零。调零后,'‘调零”电位器的位置不要变化，拔掉实验导线,关闭电源。.按图2T接线,调节实验台顶端右侧的震动圆盘上,下位置，目测霍尔元件位于梯度磁场中间位置。开启电源（注意:直流激励电压须严格限定在2V,绝对不能任意加大,以免损坏霍尔元件）。调节微测头和电桥WP,使差放输出为零。.旋转测微头是霍尔元件在梯度磁场中上，下有一个较大的位移,用电压表观察系统输出是否正负对称。如果不对称则重新调节霍尔元件在梯度磁场中间位置，直到正负输出对称为止。.上,下移动测微头各3.5mm,每变化0.5mm读取相应的电压值并记录下来。做出V-X曲线，求出灵敏度及线性度。五.实验数据:位置/mm11.51110.5109.598.58电压/V1.2481.0790.9230.7390.5480.3670.1830位置/mm7.576.565.554.5电压/V-0.189-0.37-0.56-0.743-0.927-1.109-1.297六.思考题:.如何利用霍尔传感器做ー电子称来承重?是说明思路和做法。答:将霍尔元件连接在ー弹簧上端,弹簧上端放重物,当重物压缩弹簧时,霍尔片会随着弹簧上端在梯度磁场中产生位移,通过电压表对电压测量,经过参数转换之后就可以成为重量的显示。.当霍尔元件进入均匀磁场时,霍尔电压是否仍随位移量的增加而线性增加?答:不会,因为在均勻磁场中，切割磁感线所产生的感应电势大小恒定，与位移无关。40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构成。初级线圈作为差动变压器的激励用,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向串接而成,相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路,工作是建立在互感的基础上。由于零点残余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。零点残余电压中主要包括两种波形成分:1.基波分量:这是由于差动变压器两个次级线圈绕组因材料或匸艺的差异造成等效电路参数(M,L,R)不同,线圈中的铜孙及导磁材料的铁损,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:主要是由于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出非正弦波的电动势。减少零残电压的方法有：1.从设计和工艺制作ヒ尽量保证线路和磁路的对称：2.采用相敏检波电路:3.选用补偿电路。相敏检波器的工作原理：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，⑤、⑥为整形电路将正弦信号转换成方波信号,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。丄W/l51K丄W/l51K相敏检波器原理图三.实验所需部件:差动变压器、音频振荡器、电桥、差动变压器、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:(-)了解相敏检波器工作原理.调节音频振荡器输岀频率5KHz,输出幅值2V,将音频振荡器0°端接相敏检波器的输入端①,相敏检波器的输出端③与低通滤波器的输入端连接,低通滤波器的输出端接数字电压表20Vo相敏检波器的交流参考电压输入端②分别接び、180°,使相敏检波器的输入信号和交流参考

电压分别同相或反相，用示波器观察相敏检波器输入端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交流参考信号同相时,输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值,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。记录下观察到的各种情况波形及电压值。.用示波器的两通道观察相敏检波器⑤⑥的波形并记录下观察到的波形。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。（二）差动变压器性能检测.按下图接线,差动变压器初级线圈必须从音频振荡器し端功率输出。第二通道第二通道.音频振荡器输出功率5KHz,输出值スセ值2V。.用手提变压器磁芯，观察示波器第二通道的波形是否能通过零翻转，以判断两个次级线圈的联接方式,如果不能过零翻转,则需改变两个次级线圈的串接端，使两个次级线圈反相串联。（三）差动变压器零残电压的补偿Lv5KHzVp_p2V第一Lv5KHzVp_p2V第一通道.根据上图接线,差动放大器增益调到最大,音频L,端输出V”,值2V,调节音频振荡器频率,使示波器二通道波形不失真。.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,调整电桥网络电位器,

使输出更趋减小。.提髙示波器的第二通道灵敏度,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,说明经过补偿后的零残电压主要是什么分量?五.实验数据1.接在0°,U=2.049V2->1) 2V2M..KKUS180°,U=-2.087V通道6输出Vp.P=13.6V..イ…ハ［辫2h；；:ク:，:产立ソ,一..〃〃尤ダク〃〃•ム•答:因为示波器的第一通道与第二通道输出波形经差放后不同相,需要进行调整才能进行标定,移相器的作用就是使两通道输出的波形正好同相或者反相。2