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1、实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的：通过差动变压器实验模板来了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：电感式传感器的基本原理是电磁感应。在电感式传感器中，互感式传感器是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电势。由于变压器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。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
2、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。*同名端：定义一：在同一磁通变量作用下，产生同极性感应电势的端子，为同名端。定义二：主线圈在某一个瞬间电位为正时，付线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端叫做该设备线圈的同极性端，或者叫同名端。同名端大多用在电流互感器及电压互感器上，对变压器称谓同名端的情况很少；因为变压器有多种接线组别，当一、二次绕组接线组别不一致时，可能没有同名端。图 1差动变压器原理图在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。初级线
3、圈的复数电流值为I1激励电压的角频率；Ui，R1 jL1激励电压的复数值；U1根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为 jM IU11 1U2 jM2I1jM1 M2UiUOU1U2 r1 jL1 当铁芯位于线圈中心位置时U U1 1,U,U 0 0 U U2 20 0 当铁芯向上移动时U U1 1 当铁芯向下移动时U U1 1,U U U U2 20 0,U U U U2 20 0当铁芯偏离中心位置时，则输出电压随铁芯偏离中心位置程度，逐渐增大，但相位相差 1 8 0 度，但实际上，铁芯位于中心位置，输出电压并不是零电位而是存在零点残余电压，如图 2 所示。图 2差动变压器输出特性在本
4、实验中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。本差动变压器式电感传感器，原理如图 3 所示，差动输出使灵敏度提高，线性度也改善。图 3差动变压器原理接线图三、需用器件与单元：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、实验步骤：附：测微头的组成与使用测微头组成和读数如图 1测微头读数图图 4测微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
5、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(1 格)，另一排是半毫米刻线(.格)；微分筒前部圆周表面上刻有 5 0 等分的刻线(.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.毫米，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 1 0 分度，如图 4 甲读数为.，不是.。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 4 乙已过零，则读.；如图 4 丙未过零，则不应读为
6、，读数应为.。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。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，L 1 为初级线圈；L 2、L 3 为次级线圈；号为同名端，如图 5 所示。2 按图 5 接线，差动变压器的原
7、边的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的 L v 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 4K H z 5 K H z（可用主机箱的频率表输入F i n来监测）；调节输出幅度峰峰值为V p-p 2 V（可用示波器监测：X轴为0.2 m s/d i v）。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 V p-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 V p-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V p-
8、p 最小开始旋动测微头的微分筒，每隔0.2 m m(可取 1 0 2 5 点)从示波器上读出输出电压 V p-p 值，填入表 1，再将测微头退回到 V p-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 V p-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。当一个方向行程实验结束，做另一方向时，测微头回到 V p-p 最小处时它的位移读数有变化(没有回到原来起始位置)是正常的，做实验时位移取相对变化量为定值，只要中途测微头不回调就不会引起位移误差。图 5差动变压器性能实验安装、接线图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 1 画出V o p-p X 曲线，作出位移为1 m m、3 m m 时的灵敏度和非线性误差。实验完毕，关闭电源。表 1V(m v)X(m m)五、思考题：1、用差动变压器测量振动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？