实验二 差动变压器的性能

实验二 差动变压器性能实验

一、实验目的

了解差动变压器的工作原理和特性, 了解差动变压器零点残余电压补偿的方法。

二、实验仪器

差动变压器（差动电感）、测微头、差动放大器、信号源、示波器。

三、实验原理

差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体。移动线圈中的铁芯, 由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化, 一只次级线圈的感应电动势增加, 另一只次级线圈的感应电动势则减小, 将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出, 则输出的变化反映了被测物体的移动量。

四、由于差动变压器两只次级线圈的等效参数不对称, 初级线圈的纵向排列不均匀性, 次级线圈的不均匀, 不一致性, 铁芯的B-H 特性非线性等, 因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出并不为零, 称其为零点残余电压。

五、实验内容与步骤

（1）差动传感器性能

1. 根据图2-1 将差动变压器安装在传感器固定架上（传感器固定架为实验通用支架。如果

做其他实验, 可直接将传感器更换。如做电容传感器实验, 可将差动变压器直接换成电容传感器）。

图2-1 差动变压器安装图

图2-2 差动变压器接线图

2．将传感器引线插头插入“差动电感”插座中, 音频信号由信号源的“Us1 00”处输出, 打开电源, 调节Us1 的频率和幅度（用示波器监测）, 使输出信号频率为4-5kHz, 幅度为Vp-p=2V, 按图2-2 接线（差动电感接差动放大器输入端）。

3．将“差动放大器”的增益调到最大（增益调节电位器顺时针旋到底）。

用示波器观测“差动放大器”的输出, 旋动测微头, 使上位机或示波器观测到的波形峰－峰值Vp-p 为最小, 这时可以左右位移, 假设其中一个方向为正位移, 另一个方向位移为负,

从Vp-p 最小开始旋动测微头, 每隔0.2mm 从示波器或上位机上读出输出电压Vp-p 值, 填入表2-1, 再从Vp-p 最小处反向位移做实验, 填入表2-2。在实验过程中, 注意左、右位移时, 初、次级波形的相位关系。

实验十二 差动变压器的性能实验

一、 实验目的：差动变压器的工作原理和特性。

二、 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。

三、 实验设备：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频震荡器）、直流电源、万用表。

四、 实验步骤

1、将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

2、将传感器引线插头插入实验模板的插座中，接好外围电路，音频震荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频震荡器的频率，输出频率为3—5KHZ（可用主控箱的频率表输入Fin来检测）。调节输出幅度为峰-峰值Vp-p=2V（可用示波器检测）

3、旋转测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vp-p最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位移为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，至少记录一个周期的数据。在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

4、在实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。画出输出电压峰值Vop-p—位移X曲线。

五、 实验结果及分析

差动变压器性能实验数据

零点残余电压为2mv

六、 实验心得

在调节测微头时应仔细缓慢单向的调节位移，并不要调节过量，避免回程差产生的误差。

采用补偿线路可减小零点残余电压，使差动传感器测量更准确。

实验二 差动变压器式电感传感器的静态位移性能

一、实验目的

1、通过实验，掌握差动变压器式电感传感器的基本工作原理。

二、实验原理

差动变压器式电感传感器是利用感应电动势的方法，将物理量（如位移、压力、力等）转换为电信号的电子传感器。差动变压器式电感传感器的基本组成为：主变压器、感应线圈和吸引式铁芯。其中主变压器的主要作用是调制、解调信号，感应线圈是感应位移的探头，吸引式铁芯则用于传递感应力或位移作用。

当感应线圈产生了位移时，感应线圈中的磁通量随之变化，从而产生了感应电动势。通过差动测量，可以得到感应线圈中的感应电动势。差动变压器式电感传感器在运转中，其电感值随着位移的变化而变化。最终，差动变压器式电感传感器可以将位移信号转化为电信号，并将转化后的电信号输出。

差动变压器式电感传感器相对于其他传感器的优势在于，其精确度比较高，线性度良好，同时具有较高的抗干扰能力和稳定性，适用于许多高精度位移测量场合。

三、实验器材与仪器

2、数字万用表

3、直流稳压电源

4、温度控制器

5、实验样品

四、实验步骤

1、连接实验装置：将差动变压器式电感传感器、数字万用表、直流稳压电源和温度控制器按照电路线路图连成一整个电路。待连接完毕后，检查各个实验器材连接是否牢固且正确。

2、打开电源：将直流稳压电源和温度控制器的电源开关打开。

3、调节电源电压：调节直流稳压电源输出电压为3V并固定。

4、测量初始电压：将数字万用表的测量回路连接至差动变压器式电感传感器的输出端口，调节温度控制器以达到室温环境下的温度值。在测定之前，需要先将应变计（或激光信号测试仪等测试仪器）分别置于初态位置和终态位置，然后测量出其初始电压值和终态电压值，并记录下来。

5、应变测试：通过手动控制实验样品位移并使实验样品进行定量的变化，此时差动测量器的输出电压值也会相应变化。根据变化的大小，对应获取测量结果，并记录下差动测量器的输出电压值。

实验二 差动变压器（互感式）的性能

一、 实验目的

了解差动变压器原理及工作情况。

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的。其原理及输出特性曲线见图二左图。

三、所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz－8KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道（悬浮工作状态）灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。

四、实验步骤：

（1）根据图二右图接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。

（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。

图10

（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。

（4）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S＝ΔV／ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应振动平台的位移变化），作出V－X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。

X（mm） 5 4.8 4.6 … 0.2 0 -0.2 … -4.8 -5

Vop-p(mv)

五、思考

（1）根据实验结果，指出线性范围。

（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？