差動(dòng)變壓器式電感傳感器的性能 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)一差動(dòng)變壓器式電感傳感器的靜態(tài)位移性能-機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院.PDF
電感傳感器靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)
差動(dòng)變壓器式電感傳感器的靜態(tài)位移性能
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>
1、了解差動(dòng)變壓器式電感傳感器的基本原理及工作情況。
2 、了解差動(dòng)變壓器式電感傳感器測(cè)量系統(tǒng)的組成和作用。
二、基本原理
差動(dòng)變壓器的工作原理類(lèi)似變壓器的作用原理。差動(dòng)變壓器器的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由一個(gè)一次繞組1和二個(gè)
二次繞組2 、3及一個(gè)銜鐵4組成。差動(dòng)變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨
被測(cè)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(dòng)電勢(shì)輸出，所以稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式電
感傳感器。
圖 2-1 差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)示意圖 圖 2-2 差動(dòng)變壓器等效電路圖
當(dāng)差動(dòng)變壓器工作在理想狀態(tài)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(dāng)銜鐵處于中間位置，兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈互感相同，因而產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)相同。由于二次繞組反相串接，所以差動(dòng)輸
出電勢(shì)為零。當(dāng)銜鐵移向一側(cè)，這時(shí)輸出電勢(shì)不為零，位移越大，輸出電動(dòng)勢(shì)越大。當(dāng)銜鐵移向另一側(cè)，由于移
動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此，可以通過(guò)差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移的大
小和方向。
差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線(xiàn)如圖2-3所示。圖中E21 、E22分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E2 為差動(dòng)
輸出電動(dòng)勢(shì)，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。E2 的實(shí)線(xiàn)表示理想的輸出特性，虛線(xiàn)為實(shí)際的輸出特性。E0 為
零點(diǎn)殘余電勢(shì)。
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圖 2-3 差動(dòng)變壓器輸出特性
三、所需單元和部件
差動(dòng)變壓器式電感傳感器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、相敏檢波器、移相器、低通濾波器、V/F表、
測(cè)微器、雙線(xiàn)示波器。
四、注意事項(xiàng)
1．音頻振蕩器的信號(hào)必須從“LV ”輸出端輸出。
2 ．差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈必須接成差動(dòng)形式。
3 ．為了便于觀察，實(shí)驗(yàn)中需要調(diào)節(jié)示波器的靈敏度。
4 ．檢查所有處理電路單元的開(kāi)關(guān)按鈕在釋放位 （關(guān)狀態(tài)）；
5 ．根據(jù)圖2-4連接好測(cè)量電路后，經(jīng)同伴檢查確認(rèn)，才可打開(kāi)電源進(jìn)行調(diào)整及測(cè)量工作，以免燒毀儀器元件。
6 ．實(shí)驗(yàn)完成后應(yīng)釋放所有處理電路單元的開(kāi)關(guān)按鈕(使其處在關(guān)狀態(tài)) ，拆除并整理好所有連接線(xiàn)，注意拔
線(xiàn)時(shí)最好稍帶點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
1．將音頻振蕩器的LV輸出信號(hào)調(diào)成：頻率4KHz ，電壓峰-峰值2V 。（用示波器測(cè)量）
2 ．根據(jù)圖2-4 的電路結(jié)構(gòu)，將差動(dòng)變壓器式電感傳感器，音頻振蕩器，電橋平衡網(wǎng)絡(luò) （選接），差動(dòng)放大器，
相敏檢波器，移相器，低通濾波器，組成一個(gè)測(cè)量線(xiàn)路。
3 ．按下差動(dòng)放大器，相敏檢波器，移相器及低通濾波器的開(kāi)關(guān)按鈕，V/F表置于合適檔位。
4 ．將示波器接至差動(dòng)放大器的輸出端，仔細(xì)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微器，使差動(dòng)放大器的輸出電壓最小。（當(dāng)接入電橋平衡
網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以配調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的電位器“W1 ”和“W2 ”，使其輸出電壓更小或接近零。）此時(shí)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(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)
圖 2-4 測(cè)量電路
5 ．以此時(shí)的位置為基準(zhǔn)，向下轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微器，使電感中的銜鐵往下位移3.0mm （測(cè)微器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)6整圈）。
6 ．將示波器接至相敏檢波器的輸出端，調(diào)節(jié)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(gè)半波的峰值高低差異，必要時(shí)可調(diào)
節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零電位器。
如果發(fā)現(xiàn)相敏檢波器的輸出波形產(chǎn)生飽和 （波形失真）現(xiàn)象，則應(yīng)適當(dāng)減小差動(dòng)放大器的增益。
圖 2-5 相敏檢波器電路原理圖
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差動(dòng)變壓器式電感傳感器的性能 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)變壓器式電感傳感器的性能實(shí)驗(yàn)
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1、實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器式電感傳感器的性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二（1）差動(dòng)變壓器性能一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。二、實(shí)驗(yàn)原理：差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈和線(xiàn)圈骨架等組成。初級(jí)線(xiàn)圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級(jí)線(xiàn)圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線(xiàn)圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見(jiàn)圖（9）R1LK1R3R2LoLoMaMbLv 5KHZ 示波器第一通道 第二通道圖（9）圖（10）三、實(shí)驗(yàn)所需部件：差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、測(cè)微頭、示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1按圖（10）接線(xiàn)，差動(dòng)變
2、壓器初級(jí)線(xiàn)圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出，雙線(xiàn)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(guò)零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈的串接端。4旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)差動(dòng)變壓器銜鐵在線(xiàn)圈中移動(dòng)，從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓VPP值，讀數(shù)過(guò)程中應(yīng)注意初、次級(jí)波形的相位關(guān)系。位移mm電壓V 5仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭使次級(jí)線(xiàn)圈的輸出波形至不能再小，這就是零點(diǎn)殘余電壓?？梢钥闯鏊c輸入電壓的相位差約為2，是基頻分量。6根據(jù)表格所列結(jié)果，畫(huà)出Vop-pX曲線(xiàn)，指出線(xiàn)性工作范圍。五、注意事項(xiàng)： 示波器第二通道為懸浮工
3、作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)二（2）差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河捎诹銡堧妷旱拇嬖跁?huì)造成差動(dòng)變壓器零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)，如此電壓經(jīng)過(guò)放大器還會(huì)使放大器未級(jí)趨向飽和，影響電路正常工作，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償?shù)窒６?、?shí)驗(yàn)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(dòng)變壓器二個(gè)次級(jí)繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線(xiàn)圈中的銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損，線(xiàn)圈中線(xiàn)間電容的存在，都使得激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。2高次諧波。主要是由導(dǎo)磁材料磁化曲線(xiàn)非線(xiàn)性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)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(yīng)出非正弦波的電動(dòng)勢(shì)。減少零殘電壓的辦法有：（1）從設(shè)計(jì)和工藝制作上盡量保證線(xiàn)路和磁路的對(duì)稱(chēng)。（2）采用相敏檢波電路。（3）選用補(bǔ)償電路。三、實(shí)驗(yàn)所需部件：差動(dòng)變壓器、電橋、音頻振蕩器、示波器、差動(dòng)放大器。10KHZ第一通道WD WAV-2VR圖（11）四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1根據(jù)圖（11）接線(xiàn)。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V格，差動(dòng)放大器增益100倍，音頻LV端輸出VPP值2V。2調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)銜鐵在線(xiàn)圈中運(yùn)動(dòng)，使差動(dòng)放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)，使輸出更趨減小。如果補(bǔ)償效果不好則可在電橋交流插口另并聯(lián)一個(gè)數(shù)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(lì)電壓波形比較。五、注意事項(xiàng)： 由于補(bǔ)償線(xiàn)路要求差動(dòng)變壓器輸出必須懸浮，所以需用差動(dòng)放大器將次級(jí)的雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出，以便示波器觀察。
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差動(dòng)變壓器式電感傳感器的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
傳感器 實(shí)驗(yàn)三、電感傳感器實(shí)驗(yàn)——差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.項(xiàng)目一、差動(dòng)變壓器式電感傳感器性能實(shí)驗(yàn)2.項(xiàng)目二、差動(dòng)螺管式電感傳感器的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.了解差動(dòng)變壓器式電感傳感器的原理和工作情況2.了解差動(dòng)螺管式電感傳感器測(cè)量系統(tǒng)的組成和工作情況實(shí)驗(yàn)原理 螺旋測(cè)微器產(chǎn)生位移，經(jīng)彈性梁帶動(dòng)銜鐵在線(xiàn)圈中移動(dòng)，交流電源激勵(lì)，數(shù)字電壓表顯示數(shù)字，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成示波器顯示波形。實(shí)驗(yàn)操做步驟實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一、 1.將音頻振蕩器LV輸出接至數(shù)字頻率計(jì)和數(shù)據(jù)采集CH1，由頻率計(jì)顯示頻率，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成示波器顯示波形，調(diào)節(jié)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(dòng)變壓器一次繞組，輸出接CH1。 3.調(diào)螺旋測(cè)微器使銜鐵處于中心位置，向下每1mm讀一個(gè)數(shù)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二、 1.按圖接線(xiàn) 2.將音頻振蕩器輸出接至CH1，調(diào)節(jié)峰峰值為2V。 /F表調(diào)至20V檔。 4.接好電橋平衡網(wǎng)絡(luò)、放大器、相敏檢波器、LPF、V/F表、示波器。 5.將螺旋測(cè)微器與梁脫離，使梁處于自由狀態(tài)；調(diào)節(jié)W1、W2，使輸出最小。 6.將螺旋測(cè)微器與梁相吸，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微器使輸出最小，再向上移。7.調(diào)節(jié)移相器使輸出最大；觀察檢波器波形，若兩半波不對(duì)稱(chēng)，則微調(diào)放大器調(diào)零電位器。 8.向下每讀一個(gè)數(shù)。項(xiàng)目一數(shù)據(jù)表 第1頁(yè)共1頁(yè) 項(xiàng)目二數(shù)據(jù)表 準(zhǔn)考證號(hào)：0姓名：倪帥彪院校：河南科技大學(xué) 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：機(jī)械制造及自動(dòng)化 《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》 實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)一 常用傳感器靜態(tài)性能測(cè)試 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電阻式、電感式、電容式傳感器的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用。 2．以差動(dòng)變壓器式位移傳感器的測(cè)量電路為典型，了解調(diào)幅-調(diào)解電路的基本構(gòu)成與特點(diǎn)。 3．掌握測(cè)試差動(dòng)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(diào)后的直流輸出特性。 4.了解差動(dòng)變壓器式位移傳感器與電路的靈敏度、線(xiàn)性度數(shù)據(jù)處理的方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理與裝置 1．實(shí)驗(yàn)裝置與儀器 WJ-1型小位移特性實(shí)驗(yàn)儀一套。①差動(dòng)變壓器式位移傳感器實(shí)驗(yàn)裝置一臺(tái)。②電感檢測(cè)線(xiàn)路板一臺(tái)。 ?、垲l率400—5KHz可調(diào)，電壓1—5V可調(diào)，電感實(shí)驗(yàn)激勵(lì)振蕩源一臺(tái)。數(shù)字電壓表一只。雙蹤電子示波器一臺(tái)。2．實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)裝置的龍門(mén)框架上固定精密螺旋測(cè)微儀，精度達(dá)?？蚣芟鹿潭ú顒?dòng)變壓器組件。調(diào)螺旋測(cè)微儀，可使其端部聯(lián)接的差動(dòng)變壓器的可動(dòng)鐵心發(fā)生位移，從而使互感發(fā)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(guò)檢測(cè)線(xiàn)路轉(zhuǎn)化為電壓的變化輸出。 由于差動(dòng)變壓器式傳感器直接輸出的信號(hào)為調(diào)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(yīng)經(jīng)過(guò)相敏檢波電路處理后，方可輸出與輸入位移信號(hào)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(shù)字電壓表用于測(cè)量輸出電壓。示波器用于觀察傳感器的交流輸出信號(hào)與輸入位移量大小、方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 9 10 1 a) V~6 8 V~ b) 圖1-1差動(dòng)變壓器式傳感器及其測(cè)量電路 a)差動(dòng)變壓器原理b)測(cè)量電路 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1．測(cè)量差動(dòng)變壓器式位移傳感器的直流輸出特性，即靜態(tài)特性曲線(xiàn)。計(jì)算靈敏 度與線(xiàn)性度。 2．用雙蹤示波器觀察傳感器的交流輸出信號(hào)，即調(diào)幅波與位移大小、方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系和與激磁電源頻率、電壓大小的關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．在實(shí)驗(yàn)裝置框架下，固定差動(dòng)變壓器組件，螺旋測(cè)微儀端部固定差動(dòng)變壓器鐵心，面板上固定電感檢測(cè)線(xiàn)路板。 2．在轉(zhuǎn)換機(jī)箱上插入電感實(shí)驗(yàn)用激勵(lì)振蕩源插件。圖1-1B為電感檢測(cè)線(xiàn)路板，振蕩源的輸出與檢測(cè)線(xiàn)路板上的孔7聯(lián)接。 3．差動(dòng)變壓器的1、4、5、8與線(xiàn)路板上的1、2、3、4聯(lián)接。差動(dòng)變壓器的9、10與線(xiàn)路板的5、6聯(lián)接。 4．用雙蹤示波器觀察交流輸出波形時(shí)，檢測(cè)線(xiàn)路板上的1與9、3與10聯(lián)接，從孔16輸出的調(diào)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(dòng)變壓器的激勵(lì)電廠作為參考信號(hào)，以觀察調(diào)幅波的相位與鐵心位移方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 5．做直流輸出特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，將檢測(cè)線(xiàn)路板的1與14、3、與13、9與15、10與12聯(lián)接，從孔17輸出直流電壓，接入檢測(cè)儀器指示單元的插入插孔u(yù)sr。若用數(shù)字表指示輸出時(shí)，可將插孔17與數(shù)字表聯(lián)接。 6．打開(kāi)轉(zhuǎn)換器電源預(yù)熱15分鐘左右，將指示單元測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)撥向V處，電感振蕩源頻率調(diào)節(jié)到1KHz左右，輸出電壓為5V。再將測(cè)量選擇開(kāi)關(guān)撥向A處，準(zhǔn)備測(cè)量。 7．調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微儀到中間位置約12處，再以此為零點(diǎn)。再
差動(dòng)變壓器式電感傳感器的性能 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：電感式傳感器—差動(dòng)變壓器性能
實(shí)驗(yàn) 電感式傳感器—差動(dòng)變壓器性能
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?br/>了解差動(dòng)變壓器的基本結(jié)構(gòu)及原理，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證差動(dòng)變壓器的基本特性。
實(shí)驗(yàn)原理：
電感傳感器是一種將位置量的變化轉(zhuǎn)為電感量變化的傳感器，差動(dòng)變壓器
由銜鐵、初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈組成，初級(jí)線(xiàn)圈做為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于
變壓器原邊。次級(jí)線(xiàn)圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線(xiàn)圈反相串接而成，相當(dāng)
于變壓器副邊。差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的，其原理及
輸出特性見(jiàn)圖（12）
實(shí)驗(yàn)所需部件：
差動(dòng)變壓器、電感傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、音頻信號(hào)源、螺旋測(cè)微儀、示波器
實(shí)驗(yàn)步驟：
1、按圖（13）接線(xiàn)，差動(dòng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈必須從音頻信號(hào)源LV功率輸出端接入，二個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈串接。雙線(xiàn)示波器第一通道靈敏度500mv/格，第二通道10mv/格。
2、打開(kāi)主機(jī)電源，調(diào)整音頻輸出信號(hào)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(dòng)改變變壓器磁芯在線(xiàn)圈中位置，觀察示波器第二通道所示波形能否過(guò)零翻轉(zhuǎn)，否則改變接次級(jí)二個(gè)線(xiàn)圈的串接端序。
4、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)鐵芯在線(xiàn)圈中移動(dòng)，從示波器中讀出次級(jí)輸出電壓Vp-p值，同時(shí)注意初次級(jí)線(xiàn)圈波形相位。
根據(jù)表格所列結(jié)果，作出V-X 曲線(xiàn)，指出線(xiàn)性工作范圍。
5、仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微儀使次級(jí)輸出波形無(wú)法再小時(shí)，即為差動(dòng)變壓器零點(diǎn)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(xiàng)：
示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)（即示波器探頭二根線(xiàn)都不接地）。
