实验差动变压器零点残余电压补偿实验
实验七 差动变压器性能实验
实验七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，一只次级感应电动势增加，另一只感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出。
输出的变化反映了被测物体的移动量。
四、实验内容与步骤(略)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7－1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。
V(mV)0.3010.5590.946 1.505 1.763 2.194 2.624 3.054 3.527 3.914 4.344 X(mm)00.20.40.60.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 V(mV) 4.774 5.204 5.591 6.0220.3010.645 1.161 1.461 1.850 X(mm) 2.2 2.4 2.6 2.80-0.2-0.4-0.6-0.8 V(mV) 2.280 2.667 3.183 3.570 4.086 4.430 4.817 5.290 5.634 6.065 6.695 X(mm)-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8-2.0-2.2-2.4-2.6-2.8-3.0六、实验数据处理1．最小二乘法计算如下所示：拟合曲线约为:Y=2.065x+0.212（1）由上图可得系统灵敏度：S=ΔV/ΔW=2.065mV/mm（2）由上图可得非线性误差：当x=1mm时:Y=2.065×1+0.212=2.277mVΔm =Y-2.194=0.038m Vy FS=(6.022-0.301)mV=5.721mVδf =Δm / yFS×100%=1.45%2．最小二乘法计算如下所示： 拟合曲线约为:Y=-2.082x+0.248 （1）由上图可得系统灵敏度：S=ΔV/ΔW=2.082mV/mm （2）由上图可得非线性误差： 当x=-1mm 时:Y=-2.082×1+0.248=-1.834mVΔm =Y+2.280=0.446m V y FS =(6.065-0.301)mV=5.764mV δf =Δm / yFS ×100%=7.73%正反数据总图如下:V(mV) X(mm)正向位移曲线图负向位移曲线图。
差动变压器性能频率特性零点残余电压补偿实验
Vp-p(mv)
③试验数据统计 差动变压器旳零点残余电压。 根据表中数据画出X－Vp-p曲线。分正向和反向两段计算敏捷 度S=△V／△X、线性度和非线性误差。 试验完毕，关闭电源。
2、频率特征试验
基本原理：差动变压器旳输出电压旳有效值能够近似用 关系式：
表达,式中Lp、Rp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui 、ω 为鼓励电压和频率，M1、M2为初级与两次级间互感系 数，由关系式能够看出，当初级线圈鼓励频率太低时， 若RP2＞ω2LP2，则输出电压Uo受频率变动影响较大， 且敏捷度较低，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。
②回程误差消除 调整测微头旳微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒旳0刻度线 对准轴套旳10mm 刻度线。松开安装测微头旳紧固螺钉，移动测微 头旳安装套使示波器第二通道显示旳波形Vp-p(峰峰值)为较小值(越 小越好，变压器铁芯大约处于中间位置)时，此时输出波形Vp-p即 为差动变压器旳零点残余电压。拧紧紧固螺钉，再顺时针方向转动 测微头旳微分筒12圈，统计此时旳测微头读数和示波器CH2通道显 示旳波形Vp-p(峰峰值)值为试验起点值。后来，反方向(逆时针方向) 调整测微头旳微分筒，每隔△X=0.2mm(可取60～70点值)从示波器 上读出输出电压Vp-p值，填入表 (这么单行程位移方向做试验能够 消除测微头旳机械回差)
能够看出一次绕组旳电流为： 二次绕组旳感应动势为： 因为二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：
其有效值为：
差动变压器旳输出特征曲线
图中E21、E22分别为两个二次绕组旳输出感应电动势，E2为差动输出电 动势，x表达衔铁偏离中心位置旳距离。其中E2旳实线表达理想旳输出特 征，而虚线部分表达实际旳输出特征。E0为零点残余电动势，这是因为差 动变压器制作上旳不对称以及铁心位置等原因所造成旳。零点残余电动势 旳存在，使得传感器旳输出特征在零点附近不敏捷，给测量带来误差，此 值旳大小是衡量差动变压器性能好坏旳主要指标。
差动变压器实验
按表要求，参照 ③与④ 的操作步骤，分别使动铁芯产生1mm 和2mm 的位 移，保持位移量与输入信号的幅度不变，分别改变信号频率为：1、3 、 5、 7、9KHZ，并记录不同频率时的输出电压数据。
X fkHz VO
1 3 5 7 9
1mm
2mm
3mm
根据实验数据，计算出每一频率时的灵敏度S，说明灵敏度与激励频率的关系曲 线。
2.仔细调节测微头使次级的差动输出电压uo最小，这个最小电压叫做 （零点残余电压）。可以看出它与输入电压的相位差约为（90度），因此 是（基波）正交分量。
3.根据所测结果，将零点残余电压最小，定为座标轴“0”点，输入同相 为正，反之为负。画出差动变压器输出电压特性（uo p_p －X）曲线， 指出线性工作范围，
实验用差动变压器（电感式）传感器主要性能： 量程：≥5mm 直流电阻：5Ω-10Ω
由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯 为软磁铁氧体。
三、实验应知知识
3、差动变压器传感器的组成结构
差动变压器由一只初级线圈和二只次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，如图所示。
② 调整测微头，使次级输出电压最小。 ③ 调整测微头，使动铁芯产生3mm的位移，记录此时的输出电压数据。 ④ 保持位移量与输入信号的幅度不变，分别改变信号频率为：1、5、7、 9KHZ，并记录不同频率时的输出电压数据。
按表要求，参照 ③与④ 的操作步骤，分别使动铁芯产生1mm和2 mm的位移，
四、实验应会技能
V S X 4.求出灵敏度：根据实验数据，计算出位移1mm与3mm时的灵敏度
值。
四、实验应会技能
2 激励频率对差动变压器性能的影响
差动变压器的性能(自检实验二)
实 验 报 告实验项目名称：差动变压器的性能 同组人试验时间 年 月 日，星期 ， 节 实验室 K2，508传感器实验室 指导教师一、 实验目的了解差动变压器原理、位移特性、零点残余电压补偿方法、振动测量的方法。
二、 实验原理差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量得变化。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为差动变压器。
图2.1 螺线管式差动变压器如图2.1所示，1-活动衔铁；2-导磁外壳；3-骨架；4-匝数为W 1初级绕组；5-匝数为W 2a 次级绕组；6-匝数W 2b 次级绕组。
设1U ∙为一次一次绕组激励电压；1M 、2M 分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感；1L 为一次绕组的电感；1r 为一次绕组的有效电阻。
当次级开路时，初级线圈激励电流为：1111U I r j L ω∙∙=+根据电磁感应定律，两个次级绕组的感应电动势分别为：211a E j M I ω∙∙=-、221b E j M I ω∙∙=-次级绕组反相串联后的电势差为：12122211()a b j M M U U E E r j L ωω∙∙∙∙-=-=-+由上面公式可得差动变压器输出电压特性，如图2.2图2.2 差动变压器输出电压特性曲线差动变压器往往会产生零点残余电压，主要原因是：1、由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位同时相同。
2、由于铁芯的B-H特性的非线性，产生高次谐波不同，不能相互抵消。
为减小零点残余电压，我们一般会做如下措施：1、在设计和工艺上，力求做到磁路对称，线圈对称，铁芯材料均匀。
2、在电路上进行补偿，一般会加串联电阻、并联电容、反馈电阻或反馈电容等。
三、所需单元及部件：1、STIM-01模块、STIM-08模块、STIM-02模块、STIM-03模块、差动变压器。
2、1-10KHZ音频信号、1-30HZ低频信号、示波器。
零点残余电压补偿方法
零点残余电压补偿方法
零点残余电压是指可动铁芯处于中间位置（x=0）时输出差动电势$E_{s} = E_{s1} - E_{s2}$≠0，这样使$E_{s} = f（Y）$曲线不过零点。
零残电压的存在，会破坏线性度，降低灵敏度，限制分辩率，甚至可能会使放大E的未级放大器饱和，影响正常工作。
因此，零残电压是差动变压器式传感器设计的重要技术指标。
补偿零点残余电压的方法有：
1. 提高差动变压器的组成结构及电磁特性的对称性。
2. 引入相敏整流电路，对差动变压器输出电压进行处理。
3. 采用外电路补偿。
除对材质的选择、加工工艺等方面力求保证磁路、结构等的均匀一致外，在电路设计上增加补偿措施。
以上方法仅供参考，建议咨询传感器相关专家获取具体信息。
差动变压器零点残余电压补偿实验
实验7 差动变压器零点残余电压补偿实验
一、实验目的：
了解差动变压器零点残余电压补偿方法。
二、基本原理：
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：
音频振荡器、测微头、差动变压器、差动变压器实验模板、示波器。
四、实验步骤：
1、按图7－1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7－1零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、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所示线路，请分析原理。
图7－2零点残余电压补偿电路之二。
差动变压器实验
Vp-p
5、作出幅频(Ｆ—Vp-p)特性曲线。实验完毕，关闭电源。
实验十三 差动变压器零点残余电压补偿实验
一、实验目的：了解差动变压器零点残余电压概念及补偿方法。 二、基本原理：由于差动变压器次级两线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不
均匀性， 铁芯 B－H 特性的非线性等， 造成铁芯(衔铁) 无论处于线圈的什么位置其输出电压 并不为零， 其最小输出值称为零点残余电压。 在实验十一(差动变压器的性能实验)中已经得 到了零点残余电压， 用差动变压器测量位移应用时一般要对其零点残余电压进行补偿。 本实 验采用实验十一基本原理中(（c）补偿线路减小零点残余电压。
(a) 图 11—4
(b) 减小零点残余电动势电路
(c)
三、需用器件与单元：主机箱中的±15V 直流稳压电源、音频振荡器；差动变压器、差
动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。
四、实验步骤：
附：测微头的组成与使用 测微头组成和读数如图 11—5
测微头读数图 图 11—5 测位头组成与读数 测微头组成： 测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组 成。 测微头读数与使用： 测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻 度线，标有数字的是整毫米刻线(1mm／格)，另一排是半毫米刻线(0.5mm／格)；微分筒前部 圆周表面上刻有 50 等分的刻线(0.01mm／格)。 用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过 1 格，测杆沿轴方 向移动微小位移 0.01mm，这也叫测微头的分度值。 测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横 线对准微分筒上的数值、 可以估读 1／10 分度， 如图 11-5 甲读数为 3.678mm， 不是 3.178mm； 遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图 11—5 乙已过零则读 2.514mm；如图 11—5 丙未过零，则不应读为 2mm，读数应为 1.980mm。 测微头使用：测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。 一般测微头在使 用前，首先转动微分筒到 10mm 处(为了保留测杆轴向前、后位移的余量)，再将测微头轴套 上的主尺横线面向自己安装到专用支架座上， 移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆 与被测体连接并使被测体处于合适位置(视具体实验而定)时再拧紧支架座上的紧固螺钉。 当 转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。
差动变压器的零点残余电压
差动变压器的零点残余电压差动变压器，听起来是不是有点高深莫测的样子？别担心，咱们今天就轻松聊聊它的零点残余电压。
哦，零点残余电压，这个名字乍一听让人觉得有点严肃，像是科学家的专属词汇，实际上，它可真是个有趣的家伙。
咱们得知道差动变压器是干嘛的。
它就像一个精密的电子耳朵，能够感知微小的位移变化。
简单来说，它能把物体的微小移动转换成电信号，让你轻松读出数据。
不过，话说回来，这个“零点”是个关键角色，它就是变压器工作时的基准位置。
你想啊，就像人们开车得有个起点，不然到哪儿都不知道。
但是，嘿，事情并不那么简单。
零点残余电压就像那不请自来的客人，总在你最不想看到的时候出现。
想象一下，正在聚会中，突然一个老朋友闯进来，打乱了你的节奏。
这残余电压就是那个老朋友，影响了变压器的准确度，让你读到的数值可能有点“水分”。
它的存在有时候也让人哭笑不得，仿佛在说：“嘿，我就在这儿，想让我消失，你还真得费点劲呢！”而且这个零点残余电压的产生，主要是因为设备的制造工艺和环境因素的影响。
哎，真是让人无奈，毕竟谁也不想在精密仪器面前出现这样的“小插曲”。
让我们更深入一点。
零点残余电压的数值虽然不大，但可不是小打小闹。
它可能影响到整个测量的精确度，尤其是在一些要求严苛的工业应用中，比如航空航天和精密制造。
这就像做饭时，一点盐都能改变整道菜的味道，测量也是如此。
想象一下，你在一个高精度的场合下进行实验，结果因这个残余电压的存在而导致了误差，真是气得直跺脚。
就像考试时，明明准备得很足，却因为一个小错误而失分，心里那个气啊，别提多难受了。
不过，咱们也不能光抱怨，对吧？解决这个问题的方法可不少。
使用高质量的设备和材料是个不错的开始。
想想看，质量过硬的变压器就像一块结实的石头，能抵挡很多外界的干扰。
定期校准设备也是必须的，别让它老是“走神”。
就像学生们期末前总要复习，保持状态才能不掉链子。
此外，改善工作环境，减少温度变化和振动，也是降低零点残余电压的有效手段。
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实验差动变压器零点残余电压补偿实验
一、实验目的：了解差动变压器零点残余电压概念及补偿方法。
二、基本原理：由于差动变压器次级二线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，铁芯B－H特性的非线性等，造成铁芯(衔铁) 无论处于线圈的什么位置其输出电压并不为零，其最小输出值称为零点残余电压。
在实验四(差动变压器的性能实验)中已经得到了零点残余电压，用差动变压器测量位移应用
时一般要对其零点残余电压进行补偿。
补偿方法阅读实验四（二、基本原理），本实验采用（c）补偿线路减小零点残余电压。
三、需用器件与单元：机头静态位移安装架、传感器输入插座、差动变压器、测
微头、主板音频振荡器单元、电感输出口、电桥、双踪示波器(自备)。
四、实验步骤：
1、按下图14示意接线，按实验十二（差动变压器的性能实验）步骤实验。
图14 零点残余电压补偿实验接线示意图。