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。

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。

四、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。

表2-1 正向移动

表2-2 反向移动

（2）零点残余电压补偿

1．安装好差动变压器，利用示波器观测并调整信号源“Us1 00”输出为4kHz ，2V峰－峰

值；按图2-3 接线。

2．RW2、RW3等元器件为电桥单元中调平衡网络。

3．用示波器监测放大器输出；

4．调整测微头，使放大器输出信号最小。

5．依次调整RW2、RW3，使示波器显示的电压输出波形幅值降至最小。

6．此时示波器显示即为零点残余补偿后的输出波形。

7．记下“差动变压器”的零点残余电压值峰－峰值（Vp-p）。（注：这时的零点残余电压是

经放大后的零点残余电压＝V 零点p-p×K，K为“差动放大器”的放大倍数）。

8．可以看出，经过补偿后的残余电压的波形是一不规则波形，这说明波形中有高频成分存

在。

图 2-3 差动变压器零点残余电压补偿接线原理图

9．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

五、实验报告

1、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2-1 和表2-2画出Vp-p－X 曲线，并作出量程为±1mm、±2mm时系统的灵敏度和非线性误差。

2、分析经过补偿的零点残余电压波形。

六、注意事项

实验过程中加在差动变压器原边的音频信号峰-峰值不超过6V，以免烧毁差动变压器传感器。

第二篇：实验二 差动变压器的性能实验

实验二  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；了解差动变压器零点残余电压补偿方法。

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。

由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B-H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。

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、在模块上按图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0.2ms/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值填入下表(3-1)。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(3-1)差动变压器位移ΔX值与输出电压V_p-p数据表

4、实验过程中注意差动变压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。

5、（1）按图3-3接线，音频信号源从L_v插口输出，实验模板R₁、C₁ R_w1、R_w2为电桥单元中调平衡网络。

图3-3  零点残余电压补偿电路

（2）、利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰-峰值。

（3）、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

（4）、依次调整R_w1、R_w2，使输出电压降至最小。

（5）、将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。

（6）、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值(峰-峰值)。(注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压=V_零点p-p/K，K为放大倍数)

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？