差动变压器的性能(自检实验二)剖析
实验2 差动变压器性能实验
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。
四、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。
五、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。
差动变压器的性能实验
：
差动变压器的工作原理电磁互感原理。差动变压器的结 构如图所示，由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个 衔铁4组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的 移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于 把二个二次绕组反向串接（＊同名端相接），以差动电势输 出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常 简称差动变压器。 当差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗 和分布电容等影响），它的等效电路如图所示。图中U1为 一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕 组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻； L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两 个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间 位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的 感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输 出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大， M2小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内 感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程 内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。
差动变压器的结构示意图
差动变压器的等效电路图
实验步骤
• 1、差动变压器、测微头及实验模板按图示意安装、 接线。实验模板中的L1为差动变压器的初级线圈， L2、L3为次级线圈，＊号为同名端；L1的激励电压 必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入。检查接 线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器的 频率为4kHz～5kHz、幅度为峰峰值Vp-p＝2V作为 差动变压器初级线圈的激励电压(示波器设置提示： 触发源选择内触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV 在0.1mS～10µS范围内选择、触发方式选择AUTO 。 垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方 式选择交流耦合AC、CH1灵敏度VOLTS/DIV在 0.5V～1V范围内选择、CH2灵敏度VOLTS/DIV在 0.1V～50mV范围内选择)。
差动变压器性能测试实验报告
差动变压器性能测试实验报告实训项目:差动变压器的性能实验实训目的:了解差动变压器的工作原理和特性。
基本原理: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，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。
当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使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，一只次级线圈感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接(同名端连接)，就引出差动电势输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
实训器材:主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。
实训步骤:1(将差动变压器和测微头(参照附:测微头使用)安装在实验模板的支架座上，差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈;L2、L3为次级线圈;,号为同名端，如图十一所示。
图十一差动变压器特性试验连接示意图 2(按图十一接线，差动变压器的原边,,的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4 KHz,5KHz(可用主机箱的频率表输入Fin 来监测);调节输出幅度峰峰值为Vp-p,2V(可用示波器监测:X轴为0.2ms/div)。
3(松开测微头的安装紧固螺钉，移动测微头的安装套使示波器第二通道显示的波形Vp-p为较小值(变压器铁芯大约处在中间位置)，拧紧紧固螺钉，仔细调节测微头的微分筒使示波器第二通道显示的波形Vp-p为最小值(零点残余电压)并定为位移的相对零点。
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的微分筒，每隔2mm(可取10—25点)从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入表7，再将测微头退回到Vp-p最小处开始反方向做相同的位移实验。
在实验过程中应注意:?从Vp-p最小处决定位移方向后，测微头只能按所定方向调节位移，中途不允许回调，否则，由于测微头存在机械回差而引起位移误差;所以，实验时每点位移量须仔细调节，绝对不能调节过量，如过量则只好剔除这一点继续做下一点实验或者回到零点重新做实验。
实验二 差动变压器(互感式)的性能
实验二差动变压器（互感式）的性能一、实验目的了解差动变压器原理及工作情况。
二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性曲线见图二左图。
三、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器、振动平台。
有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz－8KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道（悬浮工作状态）灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。
四、实验步骤：（1）根据图二右图接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。
开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
图10（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合。
再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。
（4）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。
每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。
S＝ΔV／ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应振动平台的位移变化），作出V－X关系曲线。
读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
五、思考（1）根据实验结果，指出线性范围。
（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？。
实验二 差动变压器特性及应用
实验二差动变压器特性及应用实验性质：综合性实验实验目的：1、了解差动变压器的原理及工作情况。
2、了解如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。
3、了解差动变压器的实际应用。
实验仪器：音频振荡器、测微头、双线示波器、电桥、差动变压器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、低频振荡器、激振器。
实验步骤：一、差动变压器性能检测1、设定有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz，双线示波器第一通道灵敏度500mV/cm，第二通道灵敏度20mV/cm，触发选择打到第一通道。
2、按图1接线，音频振荡器必须从LV接出。
3、调整音频振荡器幅度旋钮，使音频LV信号输入到初级线圈的电压为2Vp-p。
图1音频振荡器4KHz 接第一通道接第二通道4、旋动测微头，从示波器上读出次级输出电压Vp-p 值填入下表：读出过程中应注意初、次级波形的相位关系：当铁芯从上至下时，相位由________相变为________相。
5、仔细调节测微头使次级的差动输出电压为最小，必要时应将通道二的灵敏度打到较高档，如0.2V/cm,这个最小电压叫做 ，可以看出它与输入电压的相位差约为__________，因此是__________正交分量。
6、根据所得结果，画出(V op-p －X)曲线，指出线线工作范围，求出灵敏度：VS X∆=∆ 注意事项：（1）差动变压器的激励源必须从音频振荡器的电流输出口(LV 插口)输出。
（2）差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式(即同名端相连。
这可通过信号相位有否变化判别之)。
（3）差动变压器与示波器的连线应尽量短一些，以免引入干扰。
二、差动变压器零点残余电压的补偿1、设定有关旋钮的初始位置：音频振荡器4KHz ，双线示波器第一通道灵敏度500mV/cm ，第二通道灵敏度1V/cm ，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。
2、观察差动变压器的结构。
按图2接线，音频振荡必须从LV 插口输出，w1、w2、r 、c 为电桥单元中调平衡网络。
【最新精选】差动变压器性能试验报告
实验十差动变压器性能一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。
二、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
有关旋钮初始位置：音频振荡器４ＫＨＺ－８ＫＨＺ之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。
三、实验原理：差动变压器是一种开磁路互感式电感传感器。
由于其具有两个接成差动结构二次线圈，所以又称为差动变压器。
当差动变压器的一次线圈有交变电源激励时，其二次线圈就会产生感应电动势，由于两个二次线圈做差动连接，所以总的输出是两线圈感应电动势之差，当铁心不动时，其总输出为零，当被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变换。
差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。
四、实验步骤：根据图1０接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。
开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
图1０转动测微头使测微头与振动平台吸合。
再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。
往下旋动测微头，使振动平台产生位移。
每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度Ｓ。
Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ为电压变化，ΔＸ为相应振动平台的位移变化），作出Ｖ－Ｘ关系曲线。
五、实验记录：六、实验总结：被测量带动铁心移动时，输出电动势与铁心位移呈线性变换。
差动变压器式进气压力传感器的检测与转换过程是：先将压力的变化转换成差动变压器铁心的位移，然后通过差动变压器再将铁心位移转换成电信号输出。
所以这个实验也是实现了非电量的电测量。
【附加公文一篇，不需要的朋友可以下载后编辑删除，谢谢】关于进一步加快精准扶贫工作意见为认真贯彻落实省委、市委扶贫工作文件精神，根据《关于扎实推进扶贫攻坚工作的实施意见》和《关于进一步加快精准扶贫工作的意见》文件精神，结合我乡实际情况，经乡党委、政府研究确定，特提出如下意见：一、工作目标总体目标：“立下愚公志，打好攻坚战”，从今年起决战三年，实现全乡基本消除农村绝对贫困现象，实现有劳动能力的扶贫对象全面脱贫、无劳动能力的扶贫对象全面保障，不让一个贫困群众在全面建成小康社会进程中掉队。
05 差动变压器的性能测定
实验五 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。
差动变压器的输出电压的有效值可以近似用关系式：222Pi210R )(PLU M M U ωω+-=表示,式中L P 、R P 为初级线圈电感和损耗电阻，Ui 、ω为激励电压和频率，M 1、M 2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R P 2＞ω2L P 2，则输出电压Uo 受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当ω2L P 2＞＞R P 2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：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。
四、 实验内容与步骤：1、将差动变压器及测微头按装在差动变压器实验模板上。
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5-1接线，音频振荡器信号必须从主控箱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 （可用主控箱的频率计来监测）。
调节输出幅度为峰—峰值Vp-p=2V （可用示波器监测）。
3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰峰值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5-1，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。
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。
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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1
U
•
为一次一次绕组激励电压；
1
M、
2
M分别为一次绕组与两个二次绕组间
的互感；
1
L为一次绕组的电感；
1
r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：
1
1
11
U
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：
211
a
E j M I
ω
••
=-、
221
b
E j M I
ω
••
=-
次级绕组反相串联后的电势差为：
121
222
11
()
a b
j M M U
U E E
r j L
ω
ω
•
•••-
=-=-
+
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。
3、电子连线若干。
四、实验步骤：
1、（1）将信号发生器LF/AF按钮置于AF位置，并用示波器观察输出波形，将输出波形频率调节到4KHZ，幅值调节调节至Vp-p=5V。
（2）按图30.3连接好各实验模块，接上各模块电源。
（3）调节STIM-08模块的差分放大增益适中，将输出波形调节到一个合适的范围。
（若出现削波现象则适当减小增益）
（4）将差动变压器放置在STIM-08模块的支架上，活动衔铁轴连接测微头。
调节差动变压器与测微头的位置，观察示波器使输出信号的幅值为最小，固定传感器和测微头。
（5）按表2-1要求分别将测微头往外旋转和往内旋转，每旋转0.5mm读取示波器数据。
将数据记录在以下表格中。
表2-1差动变压器位移特性实验数据记录表
位移（mm）0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 VOUT1（mv）
位移（mm）-0.
5 -1 -1.5 -2 -2.
5
-3 -3.
5
-4 -4.5 -5
VOUT1（mv）
（7）按零点补偿实验连接好各实验模块，接上各模块电源调节（RP1）和(RP2)，通过示波器B通道观察输出的电动势幅值近似为零。
（8）旋转测微头使衔铁左右分别移动一个相同的距离（距离不大于5mm），用示波器观察系统输出是否对称。
如果不对称则需要反复调节衔铁的位置、零点补偿电桥、移相器，使输出信号正负对称。
2.（1）按图31-1差动变压器振动测量实验连接好各实验模块。
差动变压器初级的激励电源由STIM-08模块上的AF提供，频率在4-5KHZ之间。
通过振幅调节（RP3）调节激励电源的幅值为Vp-p=5V。
（2）将差动变压器安装STIM-03模块的支架上，将活动衔铁与振动盘中间轴连接，调节衔铁的位置，观察示波器通道B是输出信号的幅值为最小，固定传感器。
（3）检查无误后接上各模块电源。
将信号发生器LF/AF按钮置于LF位置，并用示波器观察输出波形的振幅，调节LF振荡器幅值调节旋钮，使Vp-p=8V。
将LF输出信号接到STIM-03模块。
（4）通过调节STIM-02模块上的移相器使STIM-02模块OUT2输出为全波整流波形。
（5）调节STIM-03模块的振幅调节旋钮，保持振动源振幅不变。
调节实训台上LF振荡器“+”“-”来改变振动频率。
每改变3Hz记录一个数据，将数据记录在表2-2中。
表2-2差动变压器振动定幅调频实验数据记录表
频率（Hz） 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
输出电压
Vp-p(mv)
（6）保持频率不变（使LF振荡器输出F=15Hz），按下面的表格调节实训台上LF振荡器振幅调节旋钮或STIM-03模块的振幅调节旋钮，改变LF_OUT 的Vp-p值，并将对应的数据记录在表2-3中。
表2-3差动变压器振动定频调幅实验数据记录表
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
LF_OUT
Vp-p（v）
输出电压
Vp-p(mv)
AF振荡
器
频率
示波器
A通道
示波器
B通道图30.3 差动变压器位移特性实验接线图
图31.1 差动变压器振动测量实验接线图五、思考
（1）根据实验结果，指出线性范围。
示波器
B通道
示波器
A通道
LF振荡器
Vp-p=8V
（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？
（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？
六、X-V曲线（用坐标纸）
七、实验小结
指导教师批阅及成绩
指导教师签名：
年月日。