华中科技大学电气检测技术实验.docx
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华中科技大学电气检测技术实验
《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）
姓名刘梦娜学号U201111844专业班号电气1103
同组者谭园学号U201111845专业班号电气1103
指导教师
日期
实验成绩
实验评分表
基本实验
实验编号名称/内容
实验分值
评分
22-1了解相敏检波器工作原理
10
22-2差动变压器性能检测
10
22-3差动变压器零残电压的补偿
20
22-4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
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
实验二十二:
差动变压器的标定………………………………………4
1.了解相敏检波器工作原理······················5
2.差动变压器的性能检测·······················7
3.差动变压器的性能补偿························8
4.差动变压器的标定···························10
实验二十四：
PT100铂热电阻测温实验……………………………14
心得与体会……………………………………………………………16
参考文献………………………………………………………………17
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器测试系统的组成；了解相敏检波器的工作原理；学会差动变压器性能检测的方法；掌握差动变压器零残电压补偿的方法；掌握差动变压器的标定方法。
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。
零点残余电压主要波形成分为基波分量和高次谐波。
（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。
零点残余电压产生原因：
（1）复阻抗不容易达到真正平衡，
（2）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
减少零残电压的办法：
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。
这些方法包括：
（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对程；
（2）采用相敏检波电路及选用补偿电路。
3、方案实现和具体设计
1、了解相敏检波器工作原理
实验步骤：
（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
信号源输入波形为正弦波。
同相反向输入整流波形如下：
0度同相输入整流波形
180度反向输入整流波形
5,6端口
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，可以看出，相敏检波器中整形电路将输入的正弦波转换成方波。
2：
差动变压器性能检测
实验步骤：
（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。
。
实验波形记录及分析：
过零翻转前，同相输出
过零翻转
过零翻转后，反相输出
根据上图，用手按磁芯时，输出信号发生过零翻转，则课确定次级线圈反向串联。
由此可确定，次级线圈为反向串联。
3：
差动变压器零残电压的补偿
实验步骤
（1）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。
（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。
实验波形记录及分析
零点残余电压波形
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。
4：
差动变压器的标定
实验步骤：
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，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。
实验波形记录及分析：
进行标定校正时输出波形
表格一差动变压器的标定
位移mm
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3．5
4
4.5
5
电压V
0.474
1.095
1.612
2.080
2.517
2.986
3.403
3.740
4.056
4.311
电压拟合值V
0.519
0.9722
1.4256
1.8788
2.332
2.7852
3.2384
3.6916
4.1448
4.598
（V）
0.045
-0.123
-0.187
--2.012
-0.185
-0.2008
-0.1646
-0.0484
-0.088
0.287
位移mm
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4
-4.5
-5
电压V
-0.505
-1.102
-1.598
-2.036
-2.414
-2.801
-3.152
-3.485
-3.793
-4.069
电压拟合值V
-0.3872
-0.8404
-1.2936
-1.7468
-2.2
-2.6532
-3.1064
-3.5596
-4.0128
-4.466
（V）
0.1178
0.2616
0.3044
0.2892
0.214
0.1468
0.0456
-0.0746
-0.2198
-0.397
数据拟合：
灵敏度：
k=Δy/Δx=0.9064
拟合直线方程：
y=0.9064x+0.066
线性度：
=Δ
=0.397/（4.466+4.598）=4.38%
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。
四、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：
因为变压器高低压两侧电压相位不一定不同，运行时电流的相位也不一定不同，所以要加移相器把相位校正一致，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是什么？
为什么要标定？
答：
差动变压器的标定作用：
1）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；
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。
为什么要标定：
差动变压器的标定可使差动的位移与刻度盘上的标值一一对应，从而能通过表盘上的指示值来确定测量量。
实验二十四：
PT100铂热电阻测温实验
一、实验目的
通过自行设计铂热电阻测温实验方案，加深对热电阻工作原理的理解，掌握测温电路的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。
三、实验内容
测Pt100铂热电阻温度与电压的关系，测温范围为室温~65℃，温度测量精度为±2℃，输出电压0~4V，记录输出电压并进行误差分析。
四、实验方案
测量电路按书上所示的三线法连接，放大电路设计：
实验说明：
取室温为在15℃左右，对应Pt阻值Rt=105.85Ω
温度为65℃时，Rt=125.16Ω
经放大后，输出电压范围为0~3.311V
五、实验结果分析
温度（
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
电压
（V）
0
0.134
0.265
0.400
0.537
0.656
0.792
0.927
1.063
1.187
1.317
1.453
1.588
温度（
41
43
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
电压
（V）
1.707
1.842
1.978
2.096
2.232
2.367
2.682
2.754
2.883
1.711
3.007
3.142
3.271
计算灵敏度：
k=Δy/Δx=拟合直线：
计算线性度：
=Δ
=0.118/（2.095-0.027）=5.71%
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。
心得与自我评价
这两次检测试验让我认识到实验前预习工作很重要。
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一些问题，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。
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。
参考文献
1.信号与控制综合实验教程熊蕊著华中科技大学出版社
2.自动检测技术马西秦主编机械工业出版社
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