差动变压器式电感传感器的性能 实验报告：实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能-机械与动力工程学院.PDF

电感传感器静态位移性能实验
差动变压器式电感传感器的静态位移性能
一、实验目的
  1、了解差动变压器式电感传感器的基本原理及工作情况。
  2 、了解差动变压器式电感传感器测量系统的组成和作用。
二、基本原理
  差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。差动变压器器的结构如图2-1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
被测位移的变化而变化。由于把二次绕组反相串接（同名端相接），以差动电势输出，所以称为差动变压器式电
感传感器。
图 2-1 差动变压器结构示意图                  图 2-2 差动变压器等效电路图
  当差动变压器工作在理想状态下（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2-2所示。
当衔铁处于中间位置，两个次级线圈互感相同，因而产生的感应电势相同。由于二次绕组反相串接，所以差动输
出电势为零。当衔铁移向一侧，这时输出电势不为零，位移越大，输出电动势越大。当衔铁移向另一侧，由于移
动方向改变，所以输出电动势反相。因此，可以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的大
小和方向。
  差动变压器的输出特性曲线如图2-3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。E2            的实线表示理想的输出特性，虚线为实际的输出特性。E0               为
零点残余电势。
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 上海交通大学机械与动力工程学院基础与实验教学中心
图 2-3  差动变压器输出特性
三、所需单元和部件
  差动变压器式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、V/F表、
测微器、双线示波器。
四、注意事项
  1．音频振荡器的信号必须从“LV ”输出端输出。
  2 ．差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式。
  3 ．为了便于观察，实验中需要调节示波器的灵敏度。
  4 ．检查所有处理电路单元的开关按钮在释放位 （关状态）；
  5 ．根据图2-4连接好测量电路后，经同伴检查确认，才可打开电源进行调整及测量工作，以免烧毁仪器元件。
  6 ．实验完成后应释放所有处理电路单元的开关按钮(使其处在关状态) ，拆除并整理好所有连接线，注意拔
线时最好稍带点顺时针旋转。
五、实验步骤
  1．将音频振荡器的LV输出信号调成：频率4KHz ，电压峰-峰值2V 。（用示波器测量）
  2 ．根据图2-4 的电路结构，将差动变压器式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络 （选接），差动放大器，
相敏检波器，移相器，低通滤波器，组成一个测量线路。
  3 ．按下差动放大器，相敏检波器，移相器及低通滤波器的开关按钮，V/F表置于合适档位。
  4 ．将示波器接至差动放大器的输出端，仔细转动测微器，使差动放大器的输出电压最小。（当接入电桥平衡
网络时，可以配调电桥平衡网络的电位器“W1 ”和“W2 ”，使其输出电压更小或接近零。）此时衔铁的位置定义
为平衡位置（X=0 ）。
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 电感传感器静态位移性能实验
图 2-4 测量电路
  5 ．以此时的位置为基准，向下转动测微器，使电感中的衔铁往下位移3.0mm                 （测微器顺时针旋转6整圈）。
  6 ．将示波器接至相敏检波器的输出端，调节移相器上的移相电位器旋钮，使相敏检波器输出全波整流波形
（参考图2-6 中的第一第二种情况）。为了减小相敏检波器输出波形的相邻两个半波的峰值高低差异，必要时可调
节差动放大器的调零电位器。
  如果发现相敏检波器的输出波形产生饱和 （波形失真）现象，则应适当减小差动放大器的增益。
  图 2-5  相敏检波器电路原理图
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  上海交通大学机

差动变压器式电感传感器的性能 实验报告：实验二差动变压器式电感传感器的性能实验

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1、实验二 差动变压器式电感传感器的性能实验实验二（1）差动变压器性能一、实验目的：了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。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。初级线圈做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。其原理及输出特性见图（9）R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道图（9）图（10）三、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。四、实验步骤： 1按图（10）接线，差动变

2、压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv格。2音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VPP 2V。3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。4旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VPP值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。位移mm电压V 5仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。可以看出它与输入电压的相位差约为2，是基频分量。6根据表格所列结果，画出Vop-pX曲线，指出线性工作范围。五、注意事项： 示波器第二通道为悬浮工

3、作状态。实验二（2）差动变压器零残电压的补偿一、实验目的：由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。二、实验原理：零残电压中主要包含两种波形成份： 1基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。2高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕

4、组中感应出非正弦波的电动势。减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。（2）采用相敏检波电路。（3）选用补偿电路。三、实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器。10KHZ第一通道WD WAV-2VR图（11）四、实验步骤： 1根据图（11）接线。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出VPP值2V。2调节测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。如果补偿效果不好则可在电桥交流插口另并联一个数f的电容。3提高示波器第二通道灵敏度，将零残电压波形与激励电压波形比较。五、注意事项： 由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮，所以需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出，以便示波器观察。

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差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告
　　传感器　　实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验　　实验内容　　1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验实验目的　　1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况实验原理　　螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。实验操做步骤实验项目一、　　1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。　　2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。　　3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置，向下每1mm读一个数。实验项目二、　　1.按图接线　　2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。　　/F表调至20V档。　　4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。　　5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态；调节W1、W2，使输出最小。　　6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小，再向上移。7.调节移相器使输出最大；观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。　　8.向下每读一个数。项目一数据表　　第1页共1页　　项目二数据表　　准考证号：0姓名：倪帅彪院校：河南科技大学　　专业名称：机械制造及自动化　　《传感器与检测技术》　　实验报告实验一　　常用传感器静态性能测试　　一、实验目的:　　1．进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。　　2．以差动变压器式位移传感器的测量电路为典型，了解调幅-调解电路的基本构成与特点。　　3．掌握测试差动变压器式位移传感器变换特性的基本方法，比较电感式传感器的交流输出特性和解调后的直流输出特性。　　4.了解差动变压器式位移传感器与电路的灵敏度、线性度数据处理的方法。　　二、实验原理与装置　　1．实验装置与仪器　　WJ-1型小位移特性实验仪一套。①差动变压器式位移传感器实验装置一台。②电感检测线路板一台。　　③频率400—5KHz可调，电压1—5V可调，电感实验激励振荡源一台。数字电压表一只。双踪电子示波器一台。2．实验原理　　实验装置的龙门框架上固定精密螺旋测微仪，精度达。框架下固定差动变压器组件。调螺旋测微仪，可使其端部联接的差动变压器的可动铁心发生位移，从而使互感发生变化。铁心的位移量由螺旋千分尺读出。电感量的变化通过检测线路转化为电压的变化输出。　　由于差动变压器式传感器直接输出的信号为调幅波，虽然含有位移量大小和方向　　的信息，但不易读出。所以应经过相敏检波电路处理后，方可输出与输入位移信号波形相同的电压波形。变压器的激磁电源由电感振荡源提供。数字电压表用于测量输出电压。示波器用于观察传感器的交流输出信号与输入位移量大小、方向的对应关系。　　9　　10　　1　　　　a)　　V~6　　8　　V~　　b)　　图1-1差动变压器式传感器及其测量电路　　a)差动变压器原理b)测量电路　　三、实验内容　　1．测量差动变压器式位移传感器的直流输出特性，即静态特性曲线。计算灵敏　　度与线性度。　　2．用双踪示波器观察传感器的交流输出信号，即调幅波与位移大小、方向的对应关系和与激磁电源频率、电压大小的关系。四、实验步骤　　1．在实验装置框架下，固定差动变压器组件，螺旋测微仪端部固定差动变压器铁心，面板上固定电感检测线路板。　　2．在转换机箱上插入电感实验用激励振荡源插件。图1-1B为电感检测线路板，振荡源的输出与检测线路板上的孔7联接。　　3．差动变压器的1、4、5、8与线路板上的1、2、3、4联接。差动变压器的9、10与线路板的5、6联接。　　4．用双踪示波器观察交流输出波形时，检测线路板上的1与9、3与10联接，从孔16输出的调幅波接入双踪示波器，以观察输出波形。双踪示波器的另一输入口可接入差动变压器的激励电厂作为参考信号，以观察调幅波的相位与铁心位移方向的对应关系。　　5．做直流输出特性实验时，将检测线路板的1与14、3、与13、9与15、10与12联接，从孔17输出直流电压，接入检测仪器指示单元的插入插孔usr。若用数字表指示输出时，可将插孔17与数字表联接。　　6．打开转换器电源预热15分钟左右，将指示单元测量选择开关拨向V处，电感振荡源频率调节到1KHz左右，输出电压为5V。再将测量选择开关拨向A处，准备测量。　　7．调节螺旋测微仪到中间位置约12处，再以此为零点。再

差动变压器式电感传感器的性能 实验报告：电感式传感器—差动变压器性能

实验 电感式传感器—差动变压器性能
实验目的：
了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。
实验原理：
电感传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器，差动变压器
由衔铁、初级线圈和次级线圈组成，初级线圈做为差动变压器激励用，相当于
变压器原边。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
输出特性见图（12）
实验所需部件：
差动变压器、电感传感器实验模块、音频信号源、螺旋测微仪、示波器
实验步骤：
1、按图（13）接线，差动变压器初级线圈必须从音频信号源LV功率输出端接入，二个次级线圈串接。双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv/格。
2、打开主机电源，调整音频输出信号频率，输出Vp-p值2V，以示波器第二通道观察到的波形不失真为好。
3、前后移动改变变压器磁芯在线圈中位置，观察示波器第二通道所示波形能否过零翻转，否则改变接次级二个线圈的串接端序。
4、用螺旋测微仪带动铁芯在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压Vp-p值，同时注意初次级线圈波形相位。
根据表格所列结果，作出V-X 曲线，指出线性工作范围。
5、仔细调节测微仪使次级输出波形无法再小时，即为差动变压器零点残余电压，提高示波器第二通道灵敏度，观察残余电压波形，分析其频率成分。
注意事项：
示波器第二通道为悬浮工作状态（即示波器探头二根线都不接地）。