实验十差动变压器的性能实验

实验十差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。

二、基本原理：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。

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（同名端连接），就引出差动输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、万用表。

四、实验步骤：1、根据图3－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图3－1差动变压器电容传感器安装示意图2、在模块上按图3－2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz （可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。

调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。

图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。

接线时，航空插头上的号码与之对应。

当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。

判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3－2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中（1）、（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。

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，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表3－1，再人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3－2双踪示波器与差动变压器连结示意图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大小。

根据表3－1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) X(mm)五、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？3、 移相器的电路原理图如图1－7，试分析其工作原理？4、 相敏检波器的电路原理图如图1－8，试分析其工作原理？实验十一 激励频率对差动变压器特性的影响 一、 实验目的：了解初级线圈激励频率对差动变压器输出性能的影响。

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： 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：与实验十相同。

四、 实验步骤：1、 差动变压器安装同实验十。

接线图同实验十。

2、 选择音频信号输出频率为1KH Z ，Vp-p ＝2V 。

从L V 输出，（可用主控箱的数显表频率档显示频率）移动铁芯至中间位置即输出信号最小时的位置，调节R w1 、R w2使输出变得更小，3、 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3－2。

4、 分别改变激励频率从1KH Z ――9KH Z ，幅值不变，将测试结果记入表3－2 F(Hz) 1KHz 2 KHz 3 KHz 4 KHz 5 KHz 6 KHz 7 KHz 8 KHz 9 KHz V 0(v)2P22P i210L R U )M M (U ω+-ω=5、作出幅频特性曲线。

实验十二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3－3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3－3零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RW1、RW 2，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、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3－4所示线路，请分析原理。

图3－4零点残余电压补偿电路之二实验十三差动变压器的应用――振动测量实验一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。

二、基本原理：利用差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。

三、需用器件与单元：音频振荡器、差动放大器模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板、测微头、数显单元、低频振荡器、振动源单元（台面上）、示波器、直流稳压电源。

四、实验步骤：1、将差动变压器按图3－5，安装在台面三源板的振动源单元上。

图3-5 差动变压器振动测量安装图2、按图3－6接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察L V峰－峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Vop-p=2V（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅值为最小。

（3）仔细调节R W1和R W2使示波器（相敏检小波器）显示的波形幅值更小，基本为零点。

（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。

（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线。

（否则再调节R W1和R W2）激振源接上低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。

用示波器观察放大器Vo相敏检波器的Vo及低通滤波器的Vo波形。

图3－6差动变压器振动测量实验接线图3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验十相同）用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，填入下表3－3f(Hz)Vp-p（V）4、根据实验结果作出梁的振幅――频率特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。

5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压峰峰值Vp-p曲线（定性）。

注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。

五、思考题：1、如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？2、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？实验十四电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。

四、实验步骤：1、按图3－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别C X1和C X2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。

不然得调换接头。

一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。

2、将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板C x1、C x2插孔上，动极板连接地插孔（见图4－1）。

图4－1电容传感器位移实验接线图3、将电容传感器实验模板的输出端V o1与数显表单元V i相接（插入主控箱V i孔），Rw调节到中间位置。

4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4－1。

X(mm)V(mv)5、根据表4－1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。

五、思考题：试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？实验十五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。

二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源、测微头、数显单元。

四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5－1安装。

霍尔传感器与实验模板的连接按图5－2进行。

1、3为电源±4V，2、4为输出。

2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节R W1使数显表指示为零。

图5图5－1 霍尔传感器安装示意图3、4、图5－2霍尔传感器位移――直流激励实验接线图3、微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5－1。

表5－1X（mm）V(mv)五、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？实验十六交流激励时霍尔式传感器的位移实验一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。

二、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。

三、需用器件与单元：在实验十六基础上加相敏检波、移相、滤波模板、双线示波器。

四、实验步骤：1、传感器安装同实验十六，实验模板上连线见图5－3。

图5－3交流激励时霍尔传感器位移实验接线图2、调节音频振动器频率和幅度旋钮，从Lv输出，用示波器测量使电压输出频率为1KHz，电压峰－峰值为接上交流电源，激励电压从音频输出端L V输出频率1KH Z，幅值为4V峰－峰值（注意电压过大会烧坏霍尔元件）。

3、调节测微头使霍尔传感器处于磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器R W1、R W2使显示为零。