传感器各个实验(3)

实验六 差动变压器的性能测定

一、 实验目的

1．了解差动变压器的工作原理和特性。 2．了解三段式差动变压器的结构。 二、 基本原理

差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及铁芯组成，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。当传感器随着被测物体移动时，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，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。 三、 需用器件与单元

传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、差动变压器、信号源。 四、 实验内容与步骤

1．将差动变压器及测微头安装在传感器支架上。

2．将传感器引线插头插入实验模板的插座中，在模块上按图6-1接线，音频振荡器信号必须从主控台中的音频振荡器的端子（正相或反相）输出，调节音频振荡器的频率，使输出频率为4-5KHz（可用主控台的频率计来监测）。调节输出幅度为峰—峰值Vp-p=2V（可用虚拟示波器监测）。

3．旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形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，另一个方向为负位移，从Vp-p最小开始旋动测微头， 每0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表6-1，再从Vp-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。

图6-1差动变压器连接示意图

表6-1差动变压器位移X值与输出电压数据表

V(mv) X(mm) 11

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的大小，根据表6-1画出Vop-p—X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项

1．在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。

2．模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。 六、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？ 七、实验报告要求

1．根据实验测得的数据，绘制出测微头左移和右移时传感器的特性曲线。 2．分析产生非线性误差的原因。

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实验七 差动变压器零点残余电压测定及补偿

一、实验目的

了解差动变压零点残余电压组成及其补偿方法。 二、基本原理

由于差动变压器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。在零点有一个最小的输出电压，一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压，如果零点残余电压过大，会使灵敏度下降，非线性误差增大，甚至造成放大器末级趋于饱和，致使仪器电路不能正常工作。造成零残电压的原因，总的来说，是两电感线圈的等效参数不对称造成的。包括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。 三、需用器件与单元

信号源、测微头、差动变压器、传感器调理电路挂件、虚拟示波器、传感器实验箱（一）。

四、实验内容与步骤

1．按图7－1接线，音频信号源从主控箱输出，实验模板上R1 、C1 、RW1 、RW2

为电桥单元中调平衡网络。

图7-1 零点残余电压补偿电路之一

2． 利用虚拟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Rw1、Rw2，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． 从虚拟示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰-峰值）。（注：这时的

零点残余电压是经放大后的零点残余电压）。

五、实验注意事项

1．在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使之为Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。

2．模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。

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图7-2 零点残余电压补偿电路之二

六、思考题

1．请分析经过补偿后的零点残余电压波形。 2．本实验也可用图7-2所示的电路，请分析原理。 七、实验报告要求

1．分析产生零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。用哪些方法可以减小零点残余电压。

2．归纳总结前两种补偿电路的优缺点。

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实验八 激励频率对差动变压器特性的影响

一、实验目的

了解激励频率对差动变压器输出的影响。 二、基本原理

差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：

U0??(M1?M2)UiR??L2P22P

表示，式中LP、RP为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω为激励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系数，由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若RP2＞ω

2

LP2，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，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。 三、需用器件与单元

传感器实验箱（一）、传感器调理电路挂件、测微头、虚拟示波器、差动变压器、信号源、±15V直流电源。 四、实验步骤

1．将差动变压器安装在差动变压器实验模板上。 2．按图7-1连接好线。

3．选择音频信号输出频率为1KHz输出，（可用主控台的频率计显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节Rw1 、Rw2使输出变得更小。

4．用示波器监视第二通道，旋动测微头，向左（或右）旋到离中心位置2.50mm处，有较大的输出。将测试结果记入表8-1。

5．分别改变激励频率为1KHZ—9KHZ，幅值不变将测试结果记入下表8-1中。 表8-1不同激励频率时输出电压（峰－峰值）的关系。 f(Hz) 1KHz 2KHz 3KHz 4KHz 5KHz 6KHz 7KHz 8KHz 9KHz Vop-p(V) 五、实验注意事项

1．在做实验前，应先用示波器监测差动变压器激励信号的幅度，使Vp-p值为2V，不能太大，否则差动变压器发热严重，影响其性能，甚至烧毁线圈。

2．模块上L2、L3线圈旁边的“*”表示两线圈的同名端。 3．传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 六、思考题

1．提高激励频率有哪些优点？但是过高的激励频率又会带来哪些不利因素？应怎样确定激励频率。

2．若用差动变压器式传感器测量振动，测量的频率受什么限制？ 七、实验报告要求

1．根据实验所得的数据作出传感器的幅频特性曲线。

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6．作出幅频特性曲线。