2011 級
《訊號與控制綜合實驗》課程
實驗報告
(基本實驗一:檢測技術基本實驗)
姓名學號專業班號 1106班
同組者1 學號專業班號 1106班
指導教師
日期 2023年5月2日
實驗成績
評閱人實驗評分表
目錄正文 4
1實驗二十二差動變壓器4
2實驗二十四 pt100 鉑熱電阻測溫實驗10
結論、心得與自我評價12
參考文獻12
正文實驗二十二差動變壓器
一、任務和目標
1、通過實驗學習差動變壓器測試系統的各個組成部分；
2、了解相敏檢波器的工作原理；
3、學會差動變壓器效能檢測的方法並掌握靈殘電壓補償的步驟；
4、掌握差動變壓器的標定方法。
二、實驗原理
差動變壓器基本結構：
差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈作為差動變壓器激勵用，相當於變壓器的原邊；次級線圈由兩個結構尺寸和引數相同的相同線圈反相串接而成，相當於變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上。
零點殘餘電壓
1、主要波形成分為基波分量和高次諧波
（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、 零點殘餘電壓產生原因：
(1) 復阻抗不容易達到真正平衡
（2）磁化曲線的非線性產生高次諧波
(3) 各種損耗
(4) 分布電容的影響
3、減少零殘電壓的辦法：
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。這些方法包括：
（1）從設計和工藝製作上盡量保證線路和磁路的對程；
（2）採用相敏檢波電路及選用補償電路。
三、方案實現和具體設計
1、了解相敏檢波器工作原理
(1)調節音訊振盪器輸出頻率為5khz，輸出幅值2v，將音訊振盪器00端接相敏檢波器的輸入端①，相敏檢波器的輸出端③與低通濾波器的輸入端連線，低通濾波器的輸出端接數字電壓表2v。相敏檢波器的交流參考電壓輸入端②分別接00、1800，使相敏檢波器的輸入訊號和交流參考電壓分別同相或反相，用示波器觀察相敏檢波器輸出端③的波形變化和電壓表電壓值變化。注意：
示波器的「觸發」方式要選擇正確。
（2）用示波器兩通道觀察相敏檢測器⑤⑥的波形並記錄下觀察到的波形
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。
（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。
3、差動變壓器零殘電壓的補償
圖1-3-1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。
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2v。
（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、下產生位移，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。注意：
示波器ch1、ch2通道分別接入相敏檢波器1、2埠，用手將銜鐵位置壓到最低，調節電橋、移相器，當ch1、ch2所觀察到的波形正好同相或反相時，則系統輸出可做到正負對稱。
（4）旋動測微儀，帶動銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值並填入**。
四、實驗設計與實驗結果
1、了解相敏檢波器工作原理
圖1-1參考電壓接0°時，輸出端③波形為正的全波整流波形
圖1-2參考電壓接180°時，輸出端③波形為負的全波整流波形
圖1-3輸出端⑤（黃線）⑥（藍線）的波形
通過相敏檢波電路，我們得到全波整流波形。可以看出，相敏檢波器中整形電路將輸入的正弦波轉換成方波。
2、差動變壓器效能檢測
圖1-4差動變壓器過零翻轉前第二通道波形
圖1-5差動變壓器過零翻轉後第二通道波形
根據上圖，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。從過零翻轉時的波形圖可看出，存在幅值很小的零點殘餘電壓。
3、差動變壓器零殘電壓的補償
圖1-5調節銜鐵後使第二通道輸出最小
圖1-6調節電橋網路後使第二通道輸出更小
根據波形可知，零點殘餘電壓仍然以基波分量為主，說明因材料或工藝差異對等效電路引數的影響很難徹底消除。
4、差動變壓器的標定
表1-1 差動變壓器的標定
靈敏度：k=δy/δx=1.361
擬合直線方程：y=1.361x+0.305
非線性度：=δ=0.583/(6.65+5.43)=4.83%
由結果可知零點殘餘電壓基本消除，輸入特性曲線由原來的v形基本變為直線，可判斷位移方向。
四、思考題
1.為什麼在差動變壓器的標定中電路中要加移相器？作用是什麼？
答：因為變壓器高低壓兩側電壓相位不一定不同，執行時電流的相位也不一定不同，所以要加移相器把相位校正一致，保證2端輸入的參考交流電壓與1端輸入的電壓同相或反相，從而使系統輸出可以做到正負對稱。
2.差動變壓器的標定的含義是什麼？為什麼要標定？
答：差動變壓器的標定作用：確定儀器或測量系統的輸入—輸出關係——即確定銜鐵的位移與輸出電壓之間的數值對應關係，並根據此對應關係確定表盤刻度。
為什麼要標定：差動變壓器的標定可使差動的位移與刻度盤上的標值一一對應，從而能通過表盤上的指示值來確定測量量。
實驗二十四 pt100鉑熱電阻測溫實驗
一、任務和目標
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。
3、目標：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≤4v，輸出以電壓v方式記錄。
二、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。
三、方案實現和具體設計
測量電路按書上所示的三線法連線，電路設計如下：
圖2-1測量電路圖
引數說明：
1、兩個36千歐姆的電阻保證電橋輸入對稱，由於pt100在室溫到65°間變化為107.79~125.16ω，故為了讓電橋一開始就對稱，選擇510ω與其串聯，可調電阻選擇600多歐姆；
2、算出電壓輸出最大為43mv，則電路需要放大100倍；
3、由儀用放大器的放大倍數：知，可選擇：
r1=1 kω，r2=100kω，r3=10kω，r4=200 kω，可調製阻器調至50 kω，即可放大100倍。
四、實驗設計與實驗結果
表1-1 溫度與電壓關係對應表
圖2-2 溫度與電壓關係對應圖
計算靈敏度：k=δy/δx=（3.59-0）/（65-25）=0.08975
計算非線性度：=δ=（4-3.59）/(65-25)=1.025%
計算遲滯：=±×100%=0.5*（3.66-3.52）/(65-25)=0.175%
存在誤差的原因可能是溫度上公升較快，來不及讀數，導致資料不夠準確。
結論、心得與自我評價
檢測實驗為我們提供乙個將檢測技術理論知識與實際結合的平台。
實驗中我和同組同學一起構建實驗方案，搭接電路，並用儀器觀測各個物理量。在熟悉實驗原理的基礎上做實驗，做到心中有數，能讓我們快速地設計好實驗方案，並能對實驗中出現的問題進行分析，找出錯誤的地方並糾正。
與單純的理論知識相比，實驗顯得更生動形象。實驗二十二讓我對相敏檢波電路、差動變壓器的零殘電壓有了更多認識；實驗二十四中我們自己設計溫度感測器，熟悉了三線制以及放大電路。同時我也發現自己對所學的檢測技術知識掌握不夠深，一些知識已經遺忘，只能通過翻書查詢。
實驗起到了對理論知識強化的作用。
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