华科信号与控制检测技术部分实验报告.docx
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华科信号与控制检测技术部分实验报告
《信号与控制综合实验》
实验报告
检测技术部分
姓名夜神月学霸的报告
学号
专业班号
同组人
指导教师
日期
基本实验
实验编号名称/内容
实验分值
评分
1了解相敏检波器工作原理
3差动变压器零残电压的补偿
4差动变压器的标定
设计性实验
实验名称/内容
实验分值
评分
24.（设计性实验）PT100铂热电阻测温实验
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
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
为输入信号端，
为交流参考电压输入端，
为输出端。
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
、
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
端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
3．实验原理图：
四、实验内容及数据记录
实验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2V，将音频振荡器00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00、1800，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。
2．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：
（1）相敏检波器的交流参考电压输入端接0度时：
输出端③波形为正的全波整流波形：
（2）相敏检波器的交流参考电压输入端接180度时：
输出端③波形为负的全波整流波形：
（3）输出端⑤⑥的波形：
ch1：
5；ch2：
6；
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3.差动变压器零残电压的补偿
1.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。
*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，观察零点残余电压波形，说明经过补偿后的零残电压主要是什么分量？
实验数据：
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，残余电压减小了一半左右，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4.差动变压器的标定
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。
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。
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，
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，从而能通过读值来确定测量量。
实验二十四PT100铂热电阻测温实验
一.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。
2．PT100设计参数
PT100铂电阻A级在0℃时的电阻值R0=100±0.06Ω；B级R0=100±0.12Ω，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。
图2-1-1铂电阻的温度特性
二．实验目的
1．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。
2．掌握测量温度的电路设计和误差分析方法。
三．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≤4V，输出以电压V方式记录。
3．通过测量值进行误差分析。
四．实验步骤；
实验方案图初步设定为如下：
内容
1．设计PT100铂热电阻测温实验电路方案；
测量电路设计
最大测量电流为5ma，故取
；
为获得较好的线性度，取
；
R2阻值与PT100相近，取为
为满足调零要求同时兼顾调节精度，
取选择R5为一千欧姆的滑动变阻器。
则输出电压
；计算可得电桥电压输出范围：
0到5.571mv；
2：
放大电路设计
令
又由求差电路求得
故可以实现信号放大。
放大电路
故放大电路增益取为K=481
使得最终测量得到的信号取值在要求的范围大大提高了测量灵敏度。
五：
实验数据与分析：
温度（
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
电压
（V）
0.027
0.083
0.136
0.246
0.298
0.414
0.485
0.565
0.676
0.755
0.857
0.963
线性拟合值（V
0.027
0.121
0.218
0.309
0.403
0.497
0.591
0.685
0.779
0.873
0.967
1.061
△（V）
0
0.038
0.082
0.063
0.105
0.011
0.106
0.120
0.103
0.118
0.11
0.093
温度（
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
电压
（V）
1.072
1.185
1.284
1.376
1.490
1.61
1.715
1.830
1.901
1.942
2.093
线性拟合值（V）
1.155
1.249
1.343
1.437
1.531
1.625
1.719
1.813
1.907
2.001
2.095
△（V）
0.080
0.062
0.063
0.062
0.041
0.015
0.011
-0.07
0.006
0.059
0.02
实验中的温度范围与铂电阻阻值的对应关系表：
T/℃
22
24
26
28
30
32
34
36
电阻值/ohm
108.57
109.35
110.12
110.90
111.67
112.45
113.22
114.00
T/℃
38
40
42
44
46
48
50
52
电阻值/ohm
114.77
115.54
116.31
117.08
117.86
118.63
119.40
120.17
T/℃
54
56
58
60
62
64
66
电阻值/ohm
120.94
121.71
122.47
123.24
124.01
124.78
125.16
将表23-2的数据与表23-3进行对应可得实验中实际输出电压与PT100铂电阻阻值的对应关系，如下图所示。
实验结果分析：
计算灵敏度：
k=Δy/Δx=（2.093-0.02）/（65-21）=0.0471
拟合直线：
y=0.0485x-1.0831
计算线性度：
=Δ
=0.123/（2.093-0.02）=5.93%
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。
六．实验结论：
差动变压器是一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一个特性，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。
铂电阻实验中，铂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。
七．实验心得：
。
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，信号的抽样与恢复过程中，抽样信号只在某一固定频率稳定，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。
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