2011 級
《訊號與控制綜合實驗》課程
實驗報告
姓名：學號：
專業班號： 電氣1103
指導教師
日期 2014/5/2
實驗成績
評閱人實驗評分表
目錄實驗一了解相敏檢波器工作原理 4
實驗二差動變壓器效能檢測 6
實驗三差動變壓器零殘電壓的補償 8
實驗四差動變壓器的標定 9
實驗五 pt100 鉑熱電阻測溫實驗 11
實驗結論 14
心得與體會 14
參考書目 15
實驗二十二差動變壓器的標定
一、實驗目的
通過實驗學習差動變壓測試系統的組成和標定方法。
二、實驗原理
1、零點殘電壓
由於零殘電壓的存在會造成差動變壓器零點附近的不靈敏區，電壓經過放大器會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常關係，因此必須採用適當的方法進行補償。
零殘電壓中主要包含兩種波形成份：
（1）、基波分量：這是由於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引數（m、l、r）不同，線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產生的磁通不同相。
（2）、高次諧波：主要是由導磁材料磁化曲線非線性引起，由於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處非正弦波的電動勢。
2、減少零殘電壓的辦法有：
（1）、從設計和工藝製作上盡量保證線路和磁路的對程；
（2）、採用相敏檢波電路；
（3）、選用補償電路。
圖1 相敏檢波器電路
三、 實驗所需部件
差動變壓器、音訊振盪器、電橋、差動放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、電壓表、示波器、測微儀
四、實驗儀器裝置
csy10a型感測器系統實驗儀一台
tds210數字示波器一台
五、實驗步驟
1. 了解相敏檢波器工作原理
（1）、用示波器兩通道觀察相敏檢測器插口⑤、⑥的波形。
（2）、用示波器兩通道觀察相敏檢測器①、②埠的波形，適當調節音訊振盪器幅值旋鈕和移相器「移相」旋鈕，觀察當輸入訊號與參考訊號的相位改變180°時，示波器中波形變化和電壓表電壓值變化。
實驗結果：
1) 0°同相輸入的整流波形
圖2.1 0°同相輸入的整流波形
2) 180°反相輸入的整流波形
圖2.2 180°反相輸入的整流波形
3) 輸出端⑤、⑥的波形
圖2.3 輸出端⑤、⑥的波形
實驗結果分析：
根據實驗所得圖形，可以看到通過相敏檢波電路，我們得到全波整流波形。相敏檢波器的5，6端輸出得到方波訊號。
2. 差動變壓器效能檢測
（1） 按下圖接線，差動變壓器初級線圈必須從音訊振盪器lv端功率輸出。
圖3.1 差動變壓器效能檢測電路原理圖
（2） 音訊振盪器輸出頻率5khz，輸出值vp-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，以判斷兩個次級線圈的聯接方式，如不能過零翻轉，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。
實驗結果:
圖3.2 輸入輸出反相時
圖3.3 輸入輸出同相時
實驗結果分析：
根據圖中得到的結果，可以看到在調節銜鐵與二次繞組的相對位置發生改變時，輸入輸出相位差發生改變，變為反相。第二通道波形可以實現過零翻轉，兩個次級線圈反向串聯。但此時有零點殘餘電壓，幅值不為零，只是幅值很小。
3. 差動變壓器零殘電壓的補償
圖4.1 差動變壓器的零點補償電路
（1） 根據上圖接線，差動放大器增益調到最大，音訊lv端輸出vp-p值2v，調節音訊振盪器頻率，使示波器二通道波形不失真。
（2） 調節測微儀帶動銜鐵**圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小，調整電橋網路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，觀察零點殘餘電壓的波形，說明經過補償後的零殘電壓主要是什麼分量？
實驗結果：
圖4.2 零殘電壓波形
實驗結果分析：
從實驗波形圖中可以看出在進行補償後，零點殘餘電壓有了改觀，殘餘電壓減小了一半左右，波形主要是基波分量，但存在較大的三次諧波分量。
主要是由於導磁材料磁化曲線非線性引起，由於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，產生了非正弦波磁通，從而在二次繞組中感應出非正弦波的電動勢。
4. 差動變壓器的標定
（1） 按上圖接線，差動放大器增益適度，音訊振盪器lv端輸出5khz，vp-p值為2v。
圖5.1 差動變壓器的標定電路圖
（2） 調節電橋wd、wa 電位器，移相器，調節測微頭帶動銜鐵改變其**圈中的位置，使系統輸出為零。
（3） 旋動測微頭使銜鐵**圈中上、下有乙個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統輸出是否正負對稱。如不對稱則需反覆調節銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負輸出對稱。
實驗結果：（位移中「-」表示下移，）
表1 差動變壓器的標定
0v時，旋動測微儀在23mm處
圖5.2 位移與電壓對應關係
靈敏度：k=δy/δx=(6.2+5.52)/10=1.172
線性度： =δ=0.48/(6.2+5.32)=4.10%
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感測器，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。溫度和電阻的關係接近於線性關係，偏差極小且隨著時間的增長，偏差可以忽略，具有可靠性好、熱響應時間短等優點，且電氣效能穩定。鉑熱電阻是一種精確、靈敏、穩定的溫度感測器。
鉑熱電阻元件是用微型陶瓷管、孔內裝繞製好的鉑熱電阻絲脫胎線圈製成感溫元件，由於感溫元件可以做得相當小，因此它可以製成各種微型溫度感測器探頭。可用於-200～+420℃範圍內的溫度。
2. pt100 設計引數
pt100 鉑電阻 a 級在 0℃時的電阻值 r0=100± 0.06 ω；b 級 r0=100± 0.12 ω， pt100 鉑熱電阻各種溫度對應阻值見分度表 23-1。
pt100r 允許通過的最大測量電流為 5ma，由此產生的溫公升不大於 0.3℃。設計時 pt100 上通過電流不能大於 5ma。
設計引數參考pt100 鉑電阻分度表。
二、實驗目的
1．通過自行設計熱電阻測溫實驗方案，加深對溫度感測器工作原理的理解。
2．掌握測量溫度的電路設計和誤差分析方法。
三、實驗內容
1．設計 pt100 鉑熱電阻測溫實驗電路方案；
2．測量 pt100 的溫度與電壓關係，要求測溫範圍為：室溫～65℃；溫度測量精度：±2℃；輸出電壓 0~4v，輸出以電壓方式記錄。
3．通過測量值進行誤差分析。
四、實驗裝置
pt100 鉑熱電阻；檢測技術通用實驗板或麵包板；csy10a 型感測器系統實驗（帶有加熱器可供使用））；雙路直流穩壓電源；數字萬用表。
五、實驗步驟
1. 完成系統方案設計（訊號輸入及放大）；
實驗方案電路圖設計：
圖6.1 pt100鉑熱電阻測溫實驗電路圖
元件引數標註在電路圖中。選用實驗室提供標準之流電源4v。
具體方案設計，及引數選取以及放大倍數設定見紙質檔實驗設計報告。
2. 測取pt100 溫度感測器的有關資料（電壓、溫度變化量等），計算非線性誤差。
測取結果如下：
表2 pt100鉑熱電阻溫度-電壓特性關係
圖6.2 pt100熱電阻溫度-電壓曲線
計算靈敏度：k=δy/δx=（3.49-0.01）/（65-22）=0.081
計算線性度： =δ=0.15/(3.49-0.01)=4.31%
由實驗得到的圖形可以看到，實驗所得的資料基本上符合實驗要求,滿足線性關係，而且幅值在0-4v內變化。但由於在室溫時差動變壓器的校零調整存在一定的誤差，因此在室溫周圍的幾個測量點處始終為0.01v。
實驗結論
1. 差動變壓器是一種互感式的變壓器感測器，在差動變壓器的特性曲線中，零點殘餘電壓是差動放大器的乙個特性，零點殘餘電壓的補償對靈敏度的提高以及線性化有著很大的影響，通過零點電壓的補償，可以的得到較為理想的特性曲線，得到很好的靈敏度。
2. 鉑電阻實驗中，鉑電阻的電阻變化與溫度變化呈線性關係，這樣就為感測器的線性化奠定了基礎，而線性化就給計算等帶來了方便。
3. 由於pt100鉑熱電阻溫度變化相對於溫度感測器有一定的滯後，（鉑電阻吸熱到變化要慢於溫度感測器的觸端），因此，測量結果與理想結果有一定的誤差。
心得與自我評價
在這兩次檢測實驗中，第一次驗證性實驗是差動變壓器的相關實驗，包括相敏檢波，差動變壓器效能檢測，零殘電壓以及標定。實驗較為容易，但需要事先理解差動變壓器的工作原理，了解相敏檢波器的工作原理。在差動變壓器的特性曲線中，零點殘餘電壓是差動放大器的乙個特性，零點殘餘電壓的補償對靈敏度的提高以及線性化有著很大的影響，通過零點電壓的補償，可以得到較為理想的特性曲線，得到很好的靈敏度。
在差動變壓器的標定實驗中，銜鐵在邊界處移動時存在較大的誤差。因為離電感線圈距離變化也會對測量精度產生影響。
設計性實驗中，首先是設計橋式電路，選擇差動運放，實現訊號輸入與輸出。然後根據pt100鉑電阻分度表，選擇其他橋臂的電阻和電位器的阻值大小。保證pt100 上通過電流不能大於 5ma，以及輸出電壓為0-4v，選擇差放的放大倍數。
在實驗過程中，主要遇到了三大問題。第一是線路中有根線斷路了，通過逐一排查檢測了出來。第二個問題是電位器調零時，很難確定具體的大小，相對於本實驗的高精確度，存在較大誤差，這也是室溫附近測量值均為0.
01v的原因。第三個問題就是差放的選擇，第一次實驗時，選用的是實驗台上的差放，並調零，調節了增益，但始終得不出相應的實驗結果，最終發現在其增益調為80的時候，正負極的放大倍數不同，導致輸出始終顯示-10.17v。
第二次實驗時選用了自己的lm324，根據實驗圖連線很快得到了相應的實驗結果，同時根據實驗中的誤差，適量減小了放大增益，最終保持了輸出電壓在0-4 v範圍之內。
華中科技大學電氣學院認識實習報告
認識實習報告 學號 u201311767 姓名徐巨集偉 班級電氣1301 指導教師林磊 電氣與電子工程學院 年月日一 實習目的 在經過兩年的本科課程學習後，我們基本已學完本專業的一些基礎理論知識。然而，作為一名電氣學子，不僅僅要學習理論知識，更加重要的是將理論知識與生產實踐相結合，把所學理論知識用於...
華中科技大學
附件5 學院 系 所 全英研究生課程簡介 中英文各乙份 課程名稱 材料力學行為的跨尺度模擬 課程型別 博士專修課程 碩士專修課程 考核方式 全英文考試教學方式 全英文講授適用專業 固體力學 材料學適用層次 碩士 博士開課學期 秋季總學時 32先修課程要求 無課程組教師姓名 職稱專業固體力學 年齡31...
華中科技大學電氣12級檢測技術實驗報告
2012級 訊號與控制綜合實驗 課程 實驗報告 基本實驗三 檢測技術基本實驗 姓名學號專業班號 同組者學號專業班號 指導教師肖霞 日期 2015年5月16日 實驗成績 評閱人實驗評分表 目錄實驗二十二差動變壓器的標定 4 實驗二十四 pt100鉑熱電阻測溫實驗 14 心得與自我評價 20 參考文獻 ...