檢測原理實驗報告
2011011429 自16 馬嘉利
（b）實驗一熱電偶測溫和標定實驗
一、工作原理
熱電偶是一種將溫度轉換為相應電勢的溫度感測器，其基本工作原理基於「雙金屬溫差熱電勢效應」。
當兩種不同的金屬 a 和b 組成乙個迴路，其兩端相互連線時，只要兩接點處的溫度不同，設測溫一端溫度為t ，稱為工作端或熱端，另一端溫度為0 t ，稱為自由端或冷端，迴路中將產生電動勢，該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩接點的溫度有關，這種現象稱為「熱電效應」，熱電偶迴路中熱電動勢的大小，只與熱電偶的導體材料和兩接點的溫度有關。
二、實驗目的
(1) 了解熱電偶的工作原理和測溫方法。
(2) 學習熱電偶標定的方法和規則。
(3) 學習熱電偶冷端處理與補償的方法。
三、實驗裝置
(1) 主機：溫控電加熱部分、提供實驗模組電源。
(2) 實驗模組：溫度感測器模組、溫控電加熱爐。
(3) k、e 分度熱電偶各一支、位數字電壓表兩個、玻璃杆溫度計乙個、冰瓶乙個。
四、實驗內容
(1) 熱電偶測溫原理及冷端處理
實驗方法
1) 用玻璃杆溫度計測量當前室溫 t1=25.2℃，而後將玻璃杆溫度計插入冰瓶測量其冰水溶液的溫度t0=0.4℃。
2) 用實驗的方法理解熱電偶（雙金屬）的溫差熱電勢效應，用數字萬用表直接測量一支e 型熱電偶的兩個冷端能測出熱電勢嗎？為什麼？那麼如果將熱電偶的冷端溫度降低，它的熱電勢會有變化嗎？
答：直接測量兩個冷端不能測出電動勢，因為熱電偶冷熱端溫度相同。如果將冷端溫度降低它的熱電勢會有變化。
3) 按圖 1.4 所示，把一支e 型熱電偶的兩個冷端分別與兩根銅導線連線在一起放入冰瓶。用數字萬用表測量兩根銅導線的引出端能測出熱電勢嗎？
測出的熱電勢反映的是當前的室溫嗎？可查e 型熱電偶的分度表驗證一下。
答：能測出熱電勢，測出的熱點是反映的是室溫。資料如下：熱電勢：1.52mv，查表得到其對應的溫度約為25度，與室溫相符。
(2) 測量爐溫並標定熱電偶
實驗方法
本實驗中 e 分度（鎳鉻—銅鎳）熱電偶作為標準熱電偶來校準k 分度（鎳鉻—鎳矽）熱電偶。
1) 溫控器（主機上）：作為熱源的溫度指示、控制、定溫之用。溫度調節方式為時間比例式，綠燈亮時表示繼電器吸合電爐加熱，紅燈亮時加熱爐斷電。
（注意：電加熱爐加熱開始前，熱電偶一定要插入爐內，否則爐溫會失控。）
2) 把兩個熱電偶插入電加熱爐內，e 分度熱電偶為標準熱電偶，冷端接主機面板的「溫控」端；k 分度熱電偶為被校熱電偶，冷端接主機面板的「測試」端。（注意：熱電偶極性不能接反，而且不能斷偶。
）把電加熱爐電源線插入主機「220v 加熱電源出」插座，並將主機面板上的熱電偶轉換開關撥向「溫控」端。
3) 開啟主機電源，將加熱爐開關置「開」，把「測量－設定」開關置「設定」，調節「設定調節」電位器，將溫度設定在50℃，然後把開關撥向「測量」。此時電加熱爐溫度公升高，待爐溫加熱到設定值時停止加熱。
4) 用數字萬用表測量「溫控」兩端（即標準熱電偶（e）的熱電勢）；同時測量「測試」兩端（即被校熱電偶（k）的熱電勢），每支熱電偶分別測量三次。（注意：溫度加熱時會產生慣性過衝，需等溫度相對穩定時再作測量，即綠燈變成紅燈時。
）5) 繼續將爐溫提高到 70℃、90℃重複上述實驗，觀察熱電偶的測溫效能。理解冷端溫度相對不變，熱端溫度公升高對熱電勢的影響。
6) 用玻璃杆溫度計測量熱電偶冷端的溫度（即「溫控」端和「測試」端），冷端溫度t1=26.4℃，從熱電偶分度表查出冷端相對於0℃ 的熱電勢e ( t1 ,t0)。
7) 將測量結果填入下表，計算其誤差。
迴路熱電勢 ＝ 測量所得熱電勢（平均值）＋ 冷端補償電勢（查表）
e（t,t0）= e ( t,t1 ) + e ( t1 ,t0)
五、實驗報告要求
（1）簡述熱電偶的測溫原理。
答：熱電偶的測溫原理是基於熱電效應，將兩種不同的導體連成閉合迴路，則當兩個接點處溫度不同時，迴路中將產生熱電勢。當冷端溫度t0保持不變的時候，總的熱電勢只與熱端溫度t成一定的函式關係，則我們可以通過測量熱電勢得到待測的溫度t。
（2）總結實驗中採用了哪幾種熱電偶冷端處理與補償的方法。
答：該實驗中採用了補償導線法和參比端溫度測量計算法。
（3）對實驗資料進行整理分析，計算其誤差，分析其產生的原因。
答：資料見前面所列的**。可見，整體誤差還是比較小的。
誤差產生的原因：冷端溫度與0℃有偏差；讀數的時刻不一定剛好是熱端溫度為50（/70/90）℃的時刻，由於數值變化比較快，會有一點誤差；查分度表本身存在捨入誤差。
（4）總結實驗中遇到的問題和實驗體會。
答：這次的實驗很順利，沒有遇到太大問題。感謝助教的幫助和老師上課的講解、同組同學的合作。這次實驗說明熱電偶在工業生產中可以發揮很大作用。
(b) 實驗二差動變壓器特性實驗
一、工作原理
電感感測器是一種將位置量的變化轉為電感量變化的感測器，它是根據變壓器的原理製成的，並且次級繞組都用差動形式連線，故稱差動變壓器式感測器。差動變壓器由銜鐵、初級線圈和次級線圈組成。初級線圈作為差動變壓器的激勵用，相當於變壓器原邊。
次級線圈由兩個結構尺寸和引數相同的線圈反相串接而成，相當於變壓器副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的，其原理及輸出特性見圖2.1。
圖 2.1 差動變壓器原理及輸出特性
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，此電壓經過放大器還會使放大器末級趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須採用適當的方法進行補償使之減小。
零殘電壓中主要包含兩種波形成份：
基波分量：這是由於差動變壓器二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。
高次諧波：主要是由導磁材料磁化曲線的非線性引起，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出非正弦波的電動勢。
減少零殘電壓的辦法：第一從設計和工藝製作上盡量保證線路和磁路的對稱。二採用相敏檢波電路。三選用補償電路。
二、實驗目的
(1) 了解差動變壓器的基本結構及原理。
(2) 通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。
三、實驗裝置
(1) 主機：音訊訊號源、提供實驗模組電源。
(2) 實驗模組：電感感測器模組。
(3) 數字示波器。
四、實驗內容
(1) 差動變壓器的基本特性
實驗方法
1) 觀察差動變壓器線圈、鐵芯的結構。按圖2.2 接線，差動變壓器初級線圈須從主機的音訊訊號源lv 功率輸出端接入，開啟主機電源，調整音訊訊號源的電壓峰峰值vp-p 為2v，頻率為10khz 左右，用數字示波器第1 通道觀察。
2) 次級線圈輸出用數字示波器第 2 通道觀察。改變變壓器鐵芯**圈中位置；觀察次級線圈輸出波形能否有過零翻轉，否則改接次級二個線圈的串接端。
3) 用螺旋測微儀帶動鐵芯**圈中移動，先尋找鐵芯在變壓器的中心點（即輸出波形為「0」點），然後用螺旋測微儀帶動鐵芯分別向左、向右移動鐵芯，從示波器第2 通道讀出次級線圈輸出電壓vp-p 值，同時注意初、次級線圈波形相位變化。
4) 將結果填入下表。根據**所列結果作出 v-x 曲線，指出線性工作範圍。
5) 觀察差動變壓器輸出零點附近的波形，調節測微儀使得次級輸出電壓趨於最小時（即零點殘餘電壓），提高示波器第2 通道靈敏度，觀察殘餘電壓波形。
波形圖如下所示
(2) 差動變壓器補償電路的作用
實驗方法
1) 按圖 2.3 接線，差動放大器增益置最大，調節電橋中wd、wa 電位器，使輸出電壓更趨於最小，用數字示波器第2 通道觀察差動變壓器輸出零點附近的波形，與前一實驗比較，了解差動變壓器零殘電壓的補償效果。（注意：
必須連線主機與實驗模組的電源線）
圖 2.3 補償電路
2) 用螺旋測微儀帶動鐵芯**圈中移動，先尋找鐵芯在變壓器的中心點（即輸出波形為「0」點），然後用螺旋測微儀帶動鐵芯分別向左、向右移動鐵芯，從示波器第2 通道讀出輸出電壓vp-p 值，同時注意初、次級線圈波形相位。
3) 將結果填入下表。根據**所列結果作出 v-x 曲線，並與沒有加補償電路的結果進行比較。
五、實驗報告要求
（1）簡述差動變壓器的原理。
答：差動變壓器由可動鐵芯與兩個次級線圈組成。當鐵芯沿著軸向移動的時候，兩個線圈之間的互感發生變化，形成差動電壓，該電壓與位移量之間存在一定的函式對映關係（近似線性關係）。
故可通過測量差動電壓來得到鐵芯的位移。
（2）整理實驗資料，並根據實驗資料作出相應的曲線，指出線性工作範圍。
答：資料見前面**記錄。線性工作範圍分別為：-5mm~0mm，0mm~5mm。在正、負方向上仍然具有良好的線性特性；與不加補償電路的結果相比，靈敏度有了極大的提高。
（3）說明補償電路對改善差動變壓器零點附近不靈敏區的作用。
答：零點附近不靈敏區的存在是由零點殘餘電壓決定的，同時零點殘餘電壓經過放大器的放大作用還會使得放大器末級趨於飽和，影響電路正常工作；而補償電路起到了減小零點殘餘電壓的作用，從而可以提高差動變壓器零點附近的靈敏度。
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