实验3 差动变压器性能

电子信息工程系实验报告

课程名称：传感与检测 实验项目名称：实验3 差动变压器性能 实验时间：

2012-6-11 班级：电信092 姓名：XXX 学号：910706201

实 验 目 的:

了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况。

实 验 环 境:

差动变压器式电感传感器、音频振荡器、测微器、V/F 表、双通道示波器。

实 验 原 理:

差动变压器的基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等。初级线圈作为差动变压器激励部

分，相当于变压器的原边。而次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，形成变压器

的副边。根据内外层排列不同，差动变压器有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

传感器随着被测物体移动时，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小，将两只次级反相串接，就为其差动输出，该输

出电势则反映出被测物体的移动量。

实 验 步 骤 及 结 果：

(1)根据图接线，将差动变压器、音频振荡器(必须LV 输出)、双踪示波器连接起来，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和输出端，调节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。

(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)向下旋钮测微头，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=△V/△X(式中△V 为电压变化，△X 为相应振动平台的位移变化)，

作V -X 关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。起始位移为5mm ，输入电压为V i=0.2V ；

位移(mm) 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8

电压(V)

10.2 9.74 9.44 8.96 8.80 8.64 8.32 8.16 8.00 7.68

灵敏度计算：

平均灵敏度为：S=(2.30+1.90+2.07+1.75+1.56+1.57+1.46+1.375+1.4)/9=1.709V/mm; 成 绩：

指导教师（签名）：

V -X 关系曲线如下图所示：

5 5.2 5.4 5.

6 5.86 6.2 6.4 6.6 6.87.58

8.5

9

9.5

10

10.5

位移x(mm)电压V (v )

思 考 题： (1)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?

答：零点残余电压的波形十分复杂，主要是基波和高次谐波组成。基波的产生主要是传感器的两次级绕组的电器参数，几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁带）。

(2)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阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么?由于什么原因造成?

答：最小电压被称为零点残余电压。当活动衔铁向上移动时，同于磁阻的影响，ω2a 中磁通将大于ω2b ，使M1>M2，因而E2增加，而E2b 减小。反之，E2b 增加，E2a 减小，因为U2＝E2a-E2b ，所以当E2a 、E2b 随着衔铁位移x 变化时，U2 也必将随x 变化。下图给出了变压器输出电压U2 与活动衔铁位移x 的关系曲线。实际上，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作Ux ，它的存在使传感器的输出特性曲线不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。零点残余电压的产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。

实 验 心 得：

通过该实验了解了差动变压器式电感传感器的工作原理和工作情况并掌握了差动变压器的性能及测试方法。差变电压器的两个次级线圈必须接成差动形式，及同名端相连。