实验四 差动变压器性能
差动变压器的性能实验
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，差动变压器的结构示意图差动变压器的等效电路图因而二次绕组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。
同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。
因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。
由图可以看出一次绕组的电流为：二次绕组的感应动势为：由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：其有效值为：差动变压器的输出特性曲线如图所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。
其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。
E0为零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的。
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
实验03(差动变压器的性能)实验报告
实验三-差动变压器的性能实验1：差动变压器位移测量实验一、实验目的了解差动变压器的工作原理和特性二、实验原理差动变压器由一个初级线圈和二个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），就引出差动电势输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
三、实验器械主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器。
四、实验电路以及接线图五、实验数据及处理X为差动变压器衔铁在线圈中移动的距离，X>0为衔铁正向移动，X<0为衔铁反向移动V p-p为次级输出电压，初级输入电压为Vi=3V,f=4.5kHz的正弦波。
由数据和图像可得零点残余电压为80mV。
实验数据如下：数据拟合如下：左侧红线为衔铁反向移动，右侧蓝线为衔铁正向移动。
横轴为衔铁的位移量，单位为mm。
纵轴为次级线圈输出电压值，单位为mV。
正向移动拟合直线方程为y=457.03x+45.143反向移动拟合直线方程为y=-460x+47灵敏度和非线性误差分析：X=+1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.125%X=-1mm时，灵敏度为500.00(V/m)，非线性误差为0.933%X=+3mm时，灵敏度为466.66(V/m)，非线性误差为0.402%X=-3mm时，灵敏度为473.33(V/m)，非线性误差为0.402%六、思考题差动式变压器和一般电源变压器的异同？相同点：两种变压器均采用电磁感应原理作为工作原理，变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。
它可以变换交流电压、电流和阻抗。
不同点：差动变压器是将非电量的位移变化变换成线圈的互感变化，它本身是一种互感式变压器。
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。
(一) 差动变压器的性能实验
实验三电磁式传感器（一）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：差动变压器同一只初级线圈和二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、双线示波器、差动变压器、电感式传感器、音频信号源(音频振荡器)、直流电源、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、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。
调节幅度使输出幅度为峰一峰值 V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。
判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：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，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，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)为模块中的实验插孔。
3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p 为最小。
这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。
从V p-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V p-p 值填入下表(3-1)。
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。
实验23差动变压器性能及标定
实验2.3差动变压器性能及标定实验2.3.1 差动变压器性能一、实验目的：了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。
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。
初级线圈做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。
其原理及输出特性见图1图1图2 三、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。
四、实验步骤：1．按图2接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV 端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv ／格。
2．音频振荡器输出频率5KHZ ，输出值V P －P 2V 。
3．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。
4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级示波器输出电压V P －P 值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。
5．仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。
可以看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量。
6．根据表格所列结果，画出Vop-p －X 曲线，指出线性工作范围。
五、注意事项：示波器第二通道为悬浮工作状态。
六、简述实验目的和原理，实验步骤，并按要求完成实验报告实验2.3.2 差动变压器的标定一、实验目的：说明差动变器测试系统的组成和标定方法。
二、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波表、测微头。
图1 三、实验步骤：1．按图1接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV 端输出5KHZ ，V P-P 值2V 。
2．调节电桥WD 、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。
3．旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称(如有削波现象则应减小差动放大器增益)。
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实验四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：差动变压器同一只初级线圈和二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、双线示波器、差动变压器，音频信号源(音频振荡器)、直流电源、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、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。
调节幅度使输出幅度为峰一峰值V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。
判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如
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，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，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)为模块中的实验插孔。
图3-2 双线示波与差动变压器连结示意图
3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p为最小。
这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。
从V p-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V p-p值填入下表(3-1)。
再从V p-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。
表(3-1)差动变压器位移ΔX值与输出电压V p-p数据表
V(mv) -←0mm
X(mm) V p-p最小
4、实验过程中注意差动变压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V op-p-X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。
五、思考题：
1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅填，可以吗？差动变压器测量频率的上限受到什么影响？
2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？。