厦门大学嘉庚学院传感器

实验报告

实验项目：  实验八 差动变压器的性能实验

实验台号：     3                      

专    业：   测控技术及仪器            

年    级：     20##                   

班    级：     测控（12）              

学生学号：     MTI12008              

学生姓名：      蔡君                   

实验时间：  20## 年  11 月  18 日  午12  

实验八  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

1.螺旋测微器

       

螺旋测微器又称千分尺（micrometer）、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。它的一部分加工成螺距为0.5mm的螺纹，当它在固定套管B的螺套中转动时，将前进或后退，活动套管（可动刻度部分）和螺杆连成一体，其周边等分成50个分格。最终读数结果=固定刻度+可动刻度+估读。

2.差动变压器

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，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。

当次级开路时有 ,初级线圈激励电流

根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为   

次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则

输出电压有效值

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，将两只次级线圈反向串接（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

CGQ-003差动变压器实验模块、差动变压器、测微头、双线示波器、音频振荡器、直流电源、万用表(自备)。

图8-1 差动变压器/电容传感器安装示意图

图8-2   双线示波器与差动变压器连接示意图

四．实验步骤

1．根据图8-1，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。实验模块接入模块电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关。

2．在模块上按照图8-2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（可用主控箱的频率/转速表的频率档F_in输入来监测）。调节幅度使输出幅度为峰-峰值V_p-p=2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/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8-2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，而且相位与初级线圈波形（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断直到正确为止。

3．螺旋测微头调至10mm处，调节测微头位置（顶上螺丝松开）使示波器显示的波形V_p-p最小。固定测微头顶上的螺丝，将示波器的电压灵敏度调到mv档，旋动测微头，使输出的波形峰-峰值V_p-p为最小。这时可以左右移动，假设其中一个方向为正位移，则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值填入表8-1。再从V_p-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。

表8-1  差动变压器位移ΔX值与输出电压V_p-p数据表（左右各测20组数据）

4．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。根据表3-1画出V_op-p-X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。

五．思考题

1．用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？

2．试分析差动变压器与一般电源变压器的异同。

第二篇：实验十 差动变压器性能

实验十    差动变压器性能

实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。

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。

实验步骤：

1．根据图2-6接线，将差动变压器、音频振荡器（必须L_V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2-6

2．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。

灵敏度Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ=（481-285）/（5+2）=28

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？

答：零点残余电压的波形十分复杂，主要是基波和高次谐波组成。基波的产生主要是传感器的两次级绕组的电器参数，几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁带）。

3．用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？

答：最小电压被称为零点残余电压。当活动衔铁向上移动时，同于磁阻的影响，ω2a 中磁通将大于ω2b，使M1>M2，因而E2增加，而E2b减小。反之，E2b 增加，E2a减小，因为U2＝E2a-E2b，所以当E2a、E2b 随着衔铁位移x 变化时，U2 也必将随x 变化。下图给出了变压器输出电压U2 与活动衔铁位移x 的关系曲线。实际上，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作Ux，它的存在使传感器的输出特性曲线不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。零点残余电压的产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。