差動變壓器式電感傳感器的性能 實驗報告：實驗一差動變壓器式電感傳感器的靜態位移性能-機械與動力工程學院.PDF

電感傳感器靜態位移性能實驗
差動變壓器式電感傳感器的靜態位移性能
一、實驗目的
  1、了解差動變壓器式電感傳感器的基本原理及工作情況。
  2 、了解差動變壓器式電感傳感器測量系統的組成和作用。
二、基本原理
  差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。差動變壓器器的結構如圖2-1所示，由一個一次繞組1和二個
二次繞組2 、3及一個銜鐵4組成。差動變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化，即繞組間的互感隨
被測位移的變化而變化。由于把二次繞組反相串接（同名端相接），以差動電勢輸出，所以稱為差動變壓器式電
感傳感器。
圖 2-1 差動變壓器結構示意圖                  圖 2-2 差動變壓器等效電路圖
  當差動變壓器工作在理想狀態下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖2-2所示。
當銜鐵處于中間位置，兩個次級線圈互感相同，因而產生的感應電勢相同。由于二次繞組反相串接，所以差動輸
出電勢為零。當銜鐵移向一側，這時輸出電勢不為零，位移越大，輸出電動勢越大。當銜鐵移向另一側，由于移
動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此，可以通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移的大
小和方向。
  差動變壓器的輸出特性曲線如圖2-3所示。圖中E21 、E22分別為兩個二次繞組的輸出感應電動勢，E2                   為差動
輸出電動勢，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。E2            的實線表示理想的輸出特性，虛線為實際的輸出特性。E0               為
零點殘余電勢。
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 上海交通大學機械與動力工程學院基礎與實驗教學中心
圖 2-3  差動變壓器輸出特性
三、所需單元和部件
  差動變壓器式電感傳感器、音頻振蕩器、電橋、差動放大器、相敏檢波器、移相器、低通濾波器、V/F表、
測微器、雙線示波器。
四、注意事項
  1．音頻振蕩器的信號必須從“LV ”輸出端輸出。
  2 ．差動變壓器的兩個次級線圈必須接成差動形式。
  3 ．為了便于觀察，實驗中需要調節示波器的靈敏度。
  4 ．檢查所有處理電路單元的開關按鈕在釋放位 （關狀態）；
  5 ．根據圖2-4連接好測量電路后，經同伴檢查確認，才可打開電源進行調整及測量工作，以免燒毀儀器元件。
  6 ．實驗完成后應釋放所有處理電路單元的開關按鈕(使其處在關狀態) ，拆除并整理好所有連接線，注意拔
線時最好稍帶點順時針旋轉。
五、實驗步驟
  1．將音頻振蕩器的LV輸出信號調成：頻率4KHz ，電壓峰-峰值2V 。（用示波器測量）
  2 ．根據圖2-4 的電路結構，將差動變壓器式電感傳感器，音頻振蕩器，電橋平衡網絡 （選接），差動放大器，
相敏檢波器，移相器，低通濾波器，組成一個測量線路。
  3 ．按下差動放大器，相敏檢波器，移相器及低通濾波器的開關按鈕，V/F表置于合適檔位。
  4 ．將示波器接至差動放大器的輸出端，仔細轉動測微器，使差動放大器的輸出電壓最小。（當接入電橋平衡
網絡時，可以配調電橋平衡網絡的電位器“W1 ”和“W2 ”，使其輸出電壓更小或接近零。）此時銜鐵的位置定義
為平衡位置（X=0 ）。
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 電感傳感器靜態位移性能實驗
圖 2-4 測量電路
  5 ．以此時的位置為基準，向下轉動測微器，使電感中的銜鐵往下位移3.0mm                 （測微器順時針旋轉6整圈）。
  6 ．將示波器接至相敏檢波器的輸出端，調節移相器上的移相電位器旋鈕，使相敏檢波器輸出全波整流波形
（參考圖2-6 中的第一第二種情況）。為了減小相敏檢波器輸出波形的相鄰兩個半波的峰值高低差異，必要時可調
節差動放大器的調零電位器。
  如果發現相敏檢波器的輸出波形產生飽和 （波形失真）現象，則應適當減小差動放大器的增益。
  圖 2-5  相敏檢波器電路原理圖
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  上海交通大學機

差動變壓器式電感傳感器的性能 實驗報告：實驗二差動變壓器式電感傳感器的性能實驗

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1、實驗二 差動變壓器式電感傳感器的性能實驗實驗二（1）差動變壓器性能一、實驗目的：了解差動變壓器的基本結構及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。二、實驗原理：差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的。其原理及輸出特性見圖（9）R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道圖（9）圖（10）三、實驗所需部件：差動變壓器、音頻振蕩器、測微頭、示波器。四、實驗步驟： 1按圖（10）接線，差動變

2、壓器初級線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv格。2音頻振蕩器輸出頻率5KHZ，輸出值VPP 2V。3用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。4旋動測微頭，帶動差動變壓器銜鐵在線圈中移動，從示波器中讀出次級輸出電壓VPP值，讀數過程中應注意初、次級波形的相位關系。位移mm電壓V 5仔細調節測微頭使次級線圈的輸出波形至不能再小，這就是零點殘余電壓。可以看出它與輸入電壓的相位差約為2，是基頻分量。6根據表格所列結果，畫出Vop-pX曲線，指出線性工作范圍。五、注意事項： 示波器第二通道為懸浮工

3、作狀態。實驗二（2）差動變壓器零殘電壓的補償一、實驗目的：由于零殘電壓的存在會造成差動變壓器零點附近的不靈敏區，如此電壓經過放大器還會使放大器未級趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須采用適當的方法進行補償抵消。二、實驗原理：零殘電壓中主要包含兩種波形成份： 1基波分量。這是由于差動變壓器二個次級繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵電流與所產生的磁通不同相。2高次諧波。主要是由導磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵電流與磁通波形不一致，產生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞

4、組中感應出非正弦波的電動勢。減少零殘電壓的辦法有：（1）從設計和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對稱。（2）采用相敏檢波電路。（3）選用補償電路。三、實驗所需部件：差動變壓器、電橋、音頻振蕩器、示波器、差動放大器。10KHZ第一通道WD WAV-2VR圖（11）四、實驗步驟： 1根據圖（11）接線。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差動放大器增益100倍，音頻LV端輸出VPP值2V。2調節測微頭帶動銜鐵在線圈中運動，使差動放大器輸出電壓最小，調整電橋網絡，使輸出更趨減小。如果補償效果不好則可在電橋交流插口另并聯一個數f的電容。3提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵電壓波形比較。五、注意事項： 由于補償線路要求差動變壓器輸出必須懸浮，所以需用差動放大器將次級的雙端輸出轉換為單端輸出，以便示波器觀察。

差動變壓器式電感傳感器的性能 實驗報告：差動變壓器式電感傳感器的靜態位移性能實驗實驗報告.docx

差動變壓器式電感傳感器的靜態位移性能實驗實驗報告
　　傳感器　　實驗三、電感傳感器實驗——差動變壓器性能實驗　　實驗內容　　1.項目一、差動變壓器式電感傳感器性能實驗2.項目二、差動螺管式電感傳感器的靜態位移性能實驗實驗目的　　1.了解差動變壓器式電感傳感器的原理和工作情況2.了解差動螺管式電感傳感器測量系統的組成和工作情況實驗原理　　螺旋測微器產生位移，經彈性梁帶動銜鐵在線圈中移動，交流電源激勵，數字電壓表顯示數字，計算機自動生成示波器顯示波形。實驗操做步驟實驗項目一、　　1.將音頻振蕩器LV輸出接至數字頻率計和數據采集CH1，由頻率計顯示頻率，計算機自動生成示波器顯示波形，調節音頻振蕩器頻率為4kHz，峰峰值為5V。　　2.將音頻振蕩器LV輸出接差動變壓器一次繞組，輸出接CH1。　　3.調螺旋測微器使銜鐵處于中心位置，向下每1mm讀一個數。實驗項目二、　　1.按圖接線　　2.將音頻振蕩器輸出接至CH1，調節峰峰值為2V。　　/F表調至20V檔。　　4.接好電橋平衡網絡、放大器、相敏檢波器、LPF、V/F表、示波器。　　5.將螺旋測微器與梁脫離，使梁處于自由狀態；調節W1、W2，使輸出最小。　　6.將螺旋測微器與梁相吸，調節螺旋測微器使輸出最小，再向上移。7.調節移相器使輸出最大；觀察檢波器波形，若兩半波不對稱，則微調放大器調零電位器。　　8.向下每讀一個數。項目一數據表　　第1頁共1頁　　項目二數據表　　準考證號：0姓名：倪帥彪院校：河南科技大學　　專業名稱：機械制造及自動化　　《傳感器與檢測技術》　　實驗報告實驗一　　常用傳感器靜態性能測試　　一、實驗目的:　　1．進一步認識電阻式、電感式、電容式傳感器的工作原理、基本結構、性能與應用。　　2．以差動變壓器式位移傳感器的測量電路為典型，了解調幅-調解電路的基本構成與特點。　　3．掌握測試差動變壓器式位移傳感器變換特性的基本方法，比較電感式傳感器的交流輸出特性和解調后的直流輸出特性。　　4.了解差動變壓器式位移傳感器與電路的靈敏度、線性度數據處理的方法。　　二、實驗原理與裝置　　1．實驗裝置與儀器　　WJ-1型小位移特性實驗儀一套。①差動變壓器式位移傳感器實驗裝置一臺。②電感檢測線路板一臺。　　③頻率400—5KHz可調，電壓1—5V可調，電感實驗激勵振蕩源一臺。數字電壓表一只。雙蹤電子示波器一臺。2．實驗原理　　實驗裝置的龍門框架上固定精密螺旋測微儀，精度達。框架下固定差動變壓器組件。調螺旋測微儀，可使其端部聯接的差動變壓器的可動鐵心發生位移，從而使互感發生變化。鐵心的位移量由螺旋千分尺讀出。電感量的變化通過檢測線路轉化為電壓的變化輸出。　　由于差動變壓器式傳感器直接輸出的信號為調幅波，雖然含有位移量大小和方向　　的信息，但不易讀出。所以應經過相敏檢波電路處理后，方可輸出與輸入位移信號波形相同的電壓波形。變壓器的激磁電源由電感振蕩源提供。數字電壓表用于測量輸出電壓。示波器用于觀察傳感器的交流輸出信號與輸入位移量大小、方向的對應關系。　　9　　10　　1　　　　a)　　V~6　　8　　V~　　b)　　圖1-1差動變壓器式傳感器及其測量電路　　a)差動變壓器原理b)測量電路　　三、實驗內容　　1．測量差動變壓器式位移傳感器的直流輸出特性，即靜態特性曲線。計算靈敏　　度與線性度。　　2．用雙蹤示波器觀察傳感器的交流輸出信號，即調幅波與位移大小、方向的對應關系和與激磁電源頻率、電壓大小的關系。四、實驗步驟　　1．在實驗裝置框架下，固定差動變壓器組件，螺旋測微儀端部固定差動變壓器鐵心，面板上固定電感檢測線路板。　　2．在轉換機箱上插入電感實驗用激勵振蕩源插件。圖1-1B為電感檢測線路板，振蕩源的輸出與檢測線路板上的孔7聯接。　　3．差動變壓器的1、4、5、8與線路板上的1、2、3、4聯接。差動變壓器的9、10與線路板的5、6聯接。　　4．用雙蹤示波器觀察交流輸出波形時，檢測線路板上的1與9、3與10聯接，從孔16輸出的調幅波接入雙蹤示波器，以觀察輸出波形。雙蹤示波器的另一輸入口可接入差動變壓器的激勵電廠作為參考信號，以觀察調幅波的相位與鐵心位移方向的對應關系。　　5．做直流輸出特性實驗時，將檢測線路板的1與14、3、與13、9與15、10與12聯接，從孔17輸出直流電壓，接入檢測儀器指示單元的插入插孔usr。若用數字表指示輸出時，可將插孔17與數字表聯接。　　6．打開轉換器電源預熱15分鐘左右，將指示單元測量選擇開關撥向V處，電感振蕩源頻率調節到1KHz左右，輸出電壓為5V。再將測量選擇開關撥向A處，準備測量。　　7．調節螺旋測微儀到中間位置約12處，再以此為零點。再

差動變壓器式電感傳感器的性能 實驗報告：電感式傳感器—差動變壓器性能

實驗 電感式傳感器—差動變壓器性能
實驗目的：
了解差動變壓器的基本結構及原理，通過實驗驗證差動變壓器的基本特性。
實驗原理：
電感傳感器是一種將位置量的變化轉為電感量變化的傳感器，差動變壓器
由銜鐵、初級線圈和次級線圈組成，初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當于
變壓器原邊。次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當
于變壓器副邊。差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的，其原理及
輸出特性見圖（12）
實驗所需部件：
差動變壓器、電感傳感器實驗模塊、音頻信號源、螺旋測微儀、示波器
實驗步驟：
1、按圖（13）接線，差動變壓器初級線圈必須從音頻信號源LV功率輸出端接入，二個次級線圈串接。雙線示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv/格。
2、打開主機電源，調整音頻輸出信號頻率，輸出Vp-p值2V，以示波器第二通道觀察到的波形不失真為好。
3、前后移動改變變壓器磁芯在線圈中位置，觀察示波器第二通道所示波形能否過零翻轉，否則改變接次級二個線圈的串接端序。
4、用螺旋測微儀帶動鐵芯在線圈中移動，從示波器中讀出次級輸出電壓Vp-p值，同時注意初次級線圈波形相位。
根據表格所列結果，作出V-X 曲線，指出線性工作范圍。
5、仔細調節測微儀使次級輸出波形無法再小時，即為差動變壓器零點殘余電壓，提高示波器第二通道靈敏度，觀察殘余電壓波形，分析其頻率成分。
注意事項：
示波器第二通道為懸浮工作狀態（即示波器探頭二根線都不接地）。