差动变压器零点残余电压补偿实验

二、实验内容
一、差动变压器工作原理验证测试 二、激励频率对差动变压器传感器特性的影响。 零点残余电压的补偿 三、差动变压器传感器零点残余电压的补偿 四、差动变压器的性能标定。
三、实验应知知识
1、电感传感器的基本定义
利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量 的变化，进而由测量电路转换为电压或电流变化量的装置,称为 电感传感器。电感式传感器种类很多，主要有自感式传感器、 差动变压器式电感式传感器、电涡流式电感传感器三种。
传感器的灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y 对输入量变化△x的比值。
它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出 和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则， 它将随输入量的变化而变化。
灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某 位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为 200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。
感测技术实验概述
大家知道，当今时代，是“信息时代”。计算机被 称为“大脑”，传感器被称为“五官”。信息的获取 和处理都离不开“大脑”和“五官”。作为提供信息 的传感技术及传感器倍受重视，进入到一个飞速发展 的新由阶于段传。感器技术的空前发展，其应用领域不断深入， 已十分广泛地应用于国防、航空、航天、交通运输、 工业自动化、家用电器等各个领域。并已发展为一种 专门的技术学科，成为现代信息技术的重要基础之一。 鉴于传感器在现代科学技术中的重要地位，作为新世 纪的大学生有必要对这一领域有所了解与掌握。
实验数据记录
按表要求，参照 ③与④ 的操作步骤，分别使动铁芯产生1mm 和2mm 的位 移，保持位移量与输入信号的幅度不变，分别改变信号频率为：1、3 、 5、 7、9KHZ，并记录不同频率时的输出电压数据。

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。

△X(mm)
Vp-p(mv)
③试验数据统计 差动变压器旳零点残余电压。 根据表中数据画出X－Vp-p曲线。分正向和反向两段计算敏捷 度S=△V／△X、线性度和非线性误差。 试验完毕，关闭电源。
2、频率特征试验
基本原理：差动变压器旳输出电压旳有效值能够近似用 关系式：
表达,式中Lp、Rp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui 、ω 为鼓励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系 数，由关系式能够看出，当初级线圈鼓励频率太低时， 若RP2＞ω2LP2，则输出电压Uo受频率变动影响较大， 且敏捷度较低，只有当ω2LP2＞＞RP2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。
②回程误差消除 调整测微头旳微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒旳0刻度线 对准轴套旳10mm 刻度线。松开安装测微头旳紧固螺钉，移动测微 头旳安装套使示波器第二通道显示旳波形Vp-p(峰峰值)为较小值(越 小越好，变压器铁芯大约处于中间位置)时，此时输出波形Vp-p即 为差动变压器旳零点残余电压。拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动 测微头旳微分筒12圈，统计此时旳测微头读数和示波器CH2通道显 示旳波形Vp-p(峰峰值)值为试验起点值。后来，反方向(逆时针方向) 调整测微头旳微分筒，每隔△X=0.2mm(可取60～70点值)从示波器 上读出输出电压Vp-p值，填入表 (这么单行程位移方向做试验能够 消除测微头旳机械回差)
能够看出一次绕组旳电流为： 二次绕组旳感应动势为： 因为二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：
其有效值为：
差动变压器旳输出特征曲线
图中E21、E22分别为两个二次绕组旳输出感应电动势，E2为差动输出电 动势，x表达衔铁偏离中心位置旳距离。其中E2旳实线表达理想旳输出特 征，而虚线部分表达实际旳输出特征。E0为零点残余电动势，这是因为差 动变压器制作上旳不对称以及铁心位置等原因所造成旳。零点残余电动势 旳存在，使得传感器旳输出特征在零点附近不敏捷，给测量带来误差，此 值旳大小是衡量差动变压器性能好坏旳主要指标。

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。