差动变压器的性能实验

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。

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L v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V p-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V p-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V p-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V p-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V op-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。

差动变压器性能实验1差动变压器是电力系统中常用的一种电力变压器，其具有保护电力系统的重要作用。

差动变压器可用于检测电力系统中的故障，并在故障发生时及时切断电力系统，以防止事故的发生。

为了保证差动变压器的性能和可靠性，需要开展相应的实验以检测其性能。

本文就差动变压器性能实验逐一进行介绍。

I. 实验目的1. 学习差动变压器的原理和结构；2. 掌握差动变压器的性能测试方法；3. 理解差动保护的基本原理，了解保护系统的作用；4. 学会对差动变压器性能测试结果进行分析和处理。

差动变压器、电源、电压表、电流表、直线阻抗测试仪、开关等。

差动变压器的原理是将电流互感器的原理应用到电力变压器中。

在一定的工作电压下，电流互感器中的一侧绕绕组所产生的磁通会感应到另一侧绕绕组中的电势，从而将电流传送到另一侧。

差动变压器由采样变压器和比率变压器组成，其中采样变压器用于测量绕组中的电流，比率变压器用于将电压进行变形，从而使电流保持平衡。

差动保护是一种非常重要的保护方式，其基本原理是通过对差流进行检测，以判断电力系统中是否存在故障。

在正常运行时，电流经过差动变压器的两侧绕组时是相等的，由于采样变压器可采集绕组中的电流，因此通过对两侧绕组的电流进行比较，即可得出电力系统中是否存在故障。

当系统中发生故障时，绕组间会产生一定的差流，此时保护系统会将信号反馈给操作员，使其切断电力系统以保证电力系统的安全。

1. 搭建差动变压器测试电路，连接直线阻抗测试仪，检查电路是否连接正确；2. 检测差动变压器的电气参数，包括绕组阻抗、变比、绕组耦合系数、相位差等；3. 测试差动保护的作用，包括灵敏度试验、速动保护试验和完整性试验等；4. 对测试结果进行分析，分析差动变压器的工作状态和保护系统的工作状态，确定是否达到安全标准；5. 记录测试结果，撰写实验报告。

V. 实验结果通过测试差动变压器的工作状态和保护系统的工作状态，得到了以下重要参数：1. 差动保护的灵敏度：建议灵敏度位于1%至10%之间，且灵敏度应该能够检测到所有系统中可能出现的故障；2. 差动保护的速动系数：速动系数应该足够高，以确保在故障发生时能够及时切断电力系统；3. 差动保护的完整性：保护系统应该具有良好的完整性，能够在系统出现故障时正常工作，不受其他因素的影响。

差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：差动变压器的工作原理电磁互感原理。

差动变压器的结构如图所示，由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个衔铁4组成。

差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。

由于把二个二次绕组反向串接（＊同名端相接），以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。

当差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图所示。

图中U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。

对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。

由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。

当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，差动变压器的结构示意图差动变压器的等效电路图因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。

在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。

同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。

因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。

由图可以看出一次绕组的电流为：二次绕组的感应动势为：由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：其有效值为：差动变压器的输出特性曲线如图所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。

其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。

E0为零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的。

实验四差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：差动变压器同一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

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、需用器件与单元：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(音频振荡器)、直流电源、万用表。

四、实验步骤：1、根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。

调节幅度使输出幅度为峰一峰值V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。

判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。

图3-2 双线示波与差动变压器连结示意图3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p为最小。

这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。

从V p-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V p-p值填入下表(3-1)。

实验十差动变压器性能一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。

二、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 ,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。

三、实验原理：差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器。

由于其具有两个接成差动结构二次线圈，所以又称为差动变压器。

当差动变压器的一次线圈有交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势，由于两个二次线圈做差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差，当铁心不动时，其总输出为零，当被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变换。

差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。

四、实验步骤：根据图1０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。

图1０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。

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。

五、实验记录：六、实验总结：被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变换。

差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。

所以这个实验也是实现了非电量的电测量。

【附加公文一篇，不需要的朋友可以下载后编辑删除，谢谢】关于进一步加快精准扶贫工作意见为认真贯彻落实省委、市委扶贫工作文件精神，根据《关于扎实推进扶贫攻坚工作的实施意见》和《关于进一步加快精准扶贫工作的意见》文件精神，结合我乡实际情况，经乡党委、政府研究确定，特提出如下意见：一、工作目标总体目标：“立下愚公志，打好攻坚战”，从今年起决战三年，实现全乡基本消除农村绝对贫困现象，实现有劳动能力的扶贫对象全面脱贫、无劳动能力的扶贫对象全面保障，不让一个贫困群众在全面建成小康社会进程中掉队。

实验五 差动变压器的性能测定一、 实验目的：1、了解差动变压器的工作原理和特性。

2、了解三段式差动变压器的结构。

二、 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

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，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。

差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：222Pi210R )(PLU M M U ωω+-=表示,式中L P 、R P 为初级线圈电感和损耗电阻，Ui 、ω为激励电压和频率，M 1、M 2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若R P 2＞ω2L P 2，则输出电压Uo 受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当ω2L P 2＞＞R P 2时输出Uo 与ω无关，当然ω过高会使线圈寄生电容增大，对性能稳定不利。

三、 需用器件与单元：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。

四、 实验内容与步骤：1、将差动变压器及测微头按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，在模块上按图5-1接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的音频振荡器的端子（正相或反相）输出，调节音频振荡器的频率，使输出频率为4-5KHZ （可用主控箱的频率计来监测）。

调节输出幅度为峰—峰值Vp-p=2V （可用示波器监测）。

3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值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，另一个方向为负位移，从Vp-p 最小开始旋动测微头，每0.2mm 从示波器上读出输出电压Vp-p 值，填入下表5-1，再从Vp-p 最小处反向位移做实验，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 报 告实验项目名称：差动变压器的性能 同组人试验时间 年 月 日，星期 ， 节 实验室 K2，508传感器实验室 指导教师一、 实验目的了解差动变压器原理、位移特性、零点残余电压补偿方法、振动测量的方法。

二、 实验原理差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量得变化。

这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为差动变压器。

图2.1 螺线管式差动变压器如图2.1所示，1-活动衔铁；2-导磁外壳；3-骨架；4-匝数为W 1初级绕组；5-匝数为W 2a 次级绕组；6-匝数W 2b 次级绕组。

设1U ∙为一次一次绕组激励电压；1M 、2M 分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感；1L 为一次绕组的电感；1r 为一次绕组的有效电阻。

当次级开路时，初级线圈激励电流为：1111U I r j L ω∙∙=+根据电磁感应定律，两个次级绕组的感应电动势分别为：211a E j M I ω∙∙=-、221b E j M I ω∙∙=-次级绕组反相串联后的电势差为：12122211()a b j M M U U E E r j L ωω∙∙∙∙-=-=-+由上面公式可得差动变压器输出电压特性，如图2.2图2.2 差动变压器输出电压特性曲线差动变压器往往会产生零点残余电压，主要原因是：1、由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。

2、由于铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能相互抵消。

为减小零点残余电压，我们一般会做如下措施：1、在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称，铁芯材料均匀。

2、在电路上进行补偿，一般会加串联电阻、并联电容、反馈电阻或反馈电容等。

三、所需单元及部件：1、STIM-01模块、STIM-08模块、STIM-02模块、STIM-03模块、差动变压器。

2、1-10KHZ音频信号、1-30HZ低频信号、示波器。

传感器实验报告陈晓东 12061302实验三 差动变压器性能、零残及补偿、标定实验一、 差动变压器性能实验目的：了解差动变压器的原理及工作情况。

实验准备：预习实验仪器和设备：音频振荡器、测微头、双踪示波器、差动式电感。

实验原理：交流电通过偶合的线圈产生感应电势。

实验注意事项：旋钮初始位置是，音频振荡器4KHz ～6 KHz 左右，幅度适中，双踪示波器第一通道灵敏度500mV/cm ，第二通道灵敏度10mV ／cm 。

其它还须注意的事项有： （1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电源输出插口（LV 插口）输出。

（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式，即，两个同名端短接，另两个同名端则构成输出。

（3）差动变压器与激励信号的连线应尽量短一些，以避免引入干扰。

实验内容：（1） 按图5接线，音频振荡器必须从LV 接出，LV 、GND 接差动式电感的Li ，2个L0构成差 动输出。

图 5 差动变压器接线方式（2）调整音频振荡器幅度旋钮，观察第一通道示波器，使音频LV 信号输入到初级线圈的电 压为VPP ＝2伏。

（3）调整测微头，使衔铁处于中间位置M （此时输出信号最小），记下此时测微头的刻度 值填入下表（4）旋动测微头，从示波器第二通道上读出次级差动输出电压的峰一峰值填入下表：*如果第二通道的信号实在太弱，可先接差放再行观察。

读数过程中应注意初、次级波形的相位关系：当铁芯从上至下过零位时,相位由 同 （同、反）相变为 反 （同、反）相；再由下至上过零位时，相位由反相变为同相；（5）仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到最高档，这个最小电压叫做零点残余电压，可以看出它的基波与输入电压的相位差约为 90度。

(6) 根据所得结果，画出（Vop-p一X）曲线，指出线性工作范围，求出灵敏度：76.50mV/mm，更一般地，由于灵敏度还与激励电压有关，因此：19.125mV/mm二、差动变压器零点残余电压的补偿实验目的：了解零点残余电压的补偿及其方法。

实验三-差动变压器的性能实验1：差动变压器位移测量实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性二、实验原理差动变压器由一个初级线圈和二个次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使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），就引出差动电势输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、实验器械主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。

四、实验电路以及接线图五、实验数据及处理X为差动变压器衔铁在线圈中移动的距离，X>0为衔铁正向移动，X<0为衔铁反向移动V p-p为次级输出电压，初级输入电压为Vi=3V,f=4.5kHz的正弦波。

由数据和图像可得零点残余电压为80mV。

实验数据如下：数据拟合如下：左侧红线为衔铁反向移动，右侧蓝线为衔铁正向移动。

横轴为衔铁的位移量，单位为mm。

纵轴为次级线圈输出电压值，单位为mV。

正向移动拟合直线方程为y=457.03x+45.143反向移动拟合直线方程为y=-460x+47灵敏度和非线性误差分析：X=+1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.125%X=-1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.933%X=+3mm时，灵敏度为466.66(V/m)，非线性误差为0.402%X=-3mm时，灵敏度为473.33(V/m)，非线性误差为0.402%六、思考题差动式变压器和一般电源变压器的异同？相同点：两种变压器均采用电磁感应原理作为工作原理，变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

它可以变换交流电压、电流和阻抗。

不同点：差动变压器是将非电量的位移变化变换成线圈的互感变化，它本身是一种互感式变压器。