差动变压器实验

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
差动变压器输出电压的有效值近似关系式为:
UO
(M1
R
2 p
M 2 )Ui
2L2p
式中：Lp、Rp为初级线圈电感和损耗电阻，Ui、ω为激励电压和频率，M1、M2 为初级与两次级间互感系数
RM1 ＜
Vi
RM2
动
铁 芯
M1
OUT
Vo
M2
输出电压的幅 度可表明物体 位移量的大小.
输入/输出电压 的极性，表明 了物体位移的 方向.
三、实验应知知识
4、差动变压器传感器的工作原理
③ 当动铁下移时，磁阻 Rm1＞ Rm2 ，则 M1＜ M2 ， 此时输出电压Uo＞0 。输出电压与输入电压同相
RM1 ＞
差动变压器式传感器是互感式传感器，是一种线圈互 感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。其原理类似于变压 器。不同的是：变压器为闭合磁路，差动变压器为开磁路； 变压器初、次级间的互感为常数，差动变压器初、次级间 的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作， 因此又称为差动变压器。它与自感式传感器统称为电感式 传感器。本次实验选用的是差动变压器传感器.
在科学研究、民用新产品开发的各个领域，特别是 现代许多高科技应用中，传感器起着举足轻重的作用。 传感器可以对声、压力、形变、转矩、转速、位移、 液面、温度、加速度、光强等各种非电量转换为电测 量。高精度的传感器对航空、航天、军事领域的应用 是不可缺少的。
传感器的分类
目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常 用的有如下三种：
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。
当动铁处于中间位置时，磁阻
RM
Rm1=Rm2 ，即互感M1=M2，
1
OUT 且极性相反，因采用差动输出，
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铁
故此时输出电压Uo = 0 。
芯
Vo
RM2
三、实验应知知识
4、差动变压器传感器的工作原理
② 当动铁上移时，磁阻 Rm1＜ Rm2 ，则 M1＞ M2 ，此时输出电压Uo＜0 。输出与输入信号反 相
传感器基础知识
１、什么是传感器？
国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：能感受规定的被 测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，称为传 感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能 将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需 形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记 录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
实验数据记录
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。
四、实验应会技能
4、差动变压器传感器的性能标定
① 按图所示，确保无误的连接好实验电路。尔后开启电源。调整好信号源并输入。 ② 调整测微头，使差动变压器铁芯处于线圈的平衡位置（即10mm处）。再微调测微头 和电桥调零网络的电位器W1、W2，使电压表指示最小或指零。 ③旋转测微头，给铁芯一个较大的向右的位移（如：位移5mm即15mm处），同时用示 波器观察相敏检波器端（Vo）的输出波形，调整移相器与相敏检波器的电位器，使电压 表指示为最大且为全波整流波形。并记录之。 ④旋动测微头，使铁芯产生向左的较大位移（即5mm处），用示波器观察相敏检波器 （Vo）的输出波形，并记录之。 ⑤ 按表所列数据，每隔1mm读取一组数据，将实验数据填入表中
差
衔铁
初 级
动 铁
L2
次 级
动 输 同名端 出
芯
L1
L3
次 级
实体结构
同名端
三、实验应知知识
4、差动变压器传感器的工作原理
当差动变压器中的铁芯随着被测体移动时，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。
２、传感器的基本组成
传感器一般由敏感元件与转换元件组成。
敏感元件是指：传感器中能够直接感受或响应被测量的部
分。
转换元件是指：传感器中能将敏感元件感受或响应的被测
量，转换成适于传输或测量的电信号部分。
传感器的基本功能
传感器是感知、获取、检测和转换信息的窗口， 处于研究对象与传输处理系统的接口位置。被喻为计 算机实现智能化的“五官”，因此可以说，传感器是 实现信息化时代的主要技术基础。
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
③从Vo(p-p)最小开始旋动测微头，使传感器产生位移,每位移1mm,从示波器上读出
差动变压器输出端的峰峰值，填入表1。在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级 波形的相位关系 。（要求位移5mm)
Ｘ(mm)
10
Ｖo(v)
输入波形
输出波形
实验数据记录
1.记录当碰芯从“0”移到右时，差动变压器初、次级信号波形的相位关 系的变化，两者的相位由（同）相变为（反）相。
感测技术实验
武汉理工大学信息工程学院 专业综合实验中心
感测技术实验概述
大家知道，当今时代，是“信息时代”。计算机被 称为“大脑”，传感器被称为“五官”。信息的获取 和处理都离不开“大脑”和“五官”。作为提供信息 的传感技术及传感器倍受重视，进入到一个飞速发展 的新由阶于段传。感器技术的空前发展，其应用领域不断深入， 已十分广泛地应用于国防、航空、航天、交通运输、 工业自动化、家用电器等各个领域。并已发展为一种 专门的技术学科，成为现代信息技术的重要基础之一。 鉴于传感器在现代科学技术中的重要地位，作为新世 纪的大学生有必要对这一领域有所了解与掌握。
2、电感传感器的用途与特点
电感传感器可用来测量位移、压力、流量、振动等非电量信 号。主要特点有：
结构简单、工作可靠； 灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化； 测量精度高、零点稳定、输出功率较大； 可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动 控制系统中被广泛采用；
三、实验应知知识
3、差动变压器传感器的定义：
３、霍尔传感器的特性测试及应用
４、附加——移相器与相敏检波器实验 在大家学习《传感技术》期间，本实验室可以向对 传感器知识感兴趣的同学开放。
实验一
差动变压器性能标定 及零点残余电压补偿
实验知识准备
1．做本实验时应具备的知识点：
i.什么差动变压器传感器? ii.什么零点残余电压及补偿方法? iii.差动变压器传感器的性能标定方法。 iV.差动变压器传感器应用。
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，
2．做本实验时所用到的仪器：
i. 差动变压器实验模块、 ii. 测微头、 iii. 差动变压器 iv. 双踪示波器 v. 传感器综合实验平台(音频信号源、、直流电
源、电压/频率表)
注意
一、实验目的
1. 初步掌握传感器综合实验仪的结构及操作方法； 2、了解差动变压器的原理及工作情况。 3、了解如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。 4、了解差动变压器的实际应用。
RM2
Vi
M1 OUT
动
M2
Vo
铁
芯
输出电压的幅 度可表明物体 位移量的大小.
输入/输出电压 的极性，表明 了物体位移的 方向.
四、实验应会技能
1、熟悉并掌握实验用差动变压器传感器模块
实验用差动变压器传感器如图示:
四、实验应会技能
2、熟悉并掌握测微头的组成与使用
实验用测微头的组成和读数如图所示:
3、培养独立完成传感器综合实验的能力，为今后 工作奠定坚实的技术基础。
感测技术实验项目
由于传感器的种类很多、原理各异，以及实验课时 的限制，本次实验仅以YL-2100传感器综合实验仪为 平台，只安排：
1、电阻应变片传感器在电桥中的接法、性能检测 及应用—电子秤设计 ２、差动变压器性能标定及零点残余电压补偿
四、实验应会技能
3、差动变压器传感器零点残余电压的测量与补偿
① 按图所示，连接实验电路。完成后通电。将音频振荡器调到4KHZ/2Vp-p，LV端口输 出。 ② 调整测微头，使差动放大器输出电压最小。再依次调整W1、W2使输出电压进一步减 小。 ③ 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 电压是经放大后的零点残余电压，实际零点残余电压应为：Vo=Vop-p/K (K=5) ④ 用示波器观察CH2通道零点残余电压的波形，注意与激励信号电压波形相比较。经过 被偿后的残余电压波形为（ 不规则 ）波形。这说明波形中有（高次谐波）分量。
当传感器的输出、输入量的量纲相同时，灵敏度可理 解为放大倍数。
提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈 高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。
感测技术实验目的
通过对传感器系统的综合实验，使我们能 够做到：
1、了解传感器的强大生命力，掌握它的组成结构、 工作原理与基本功能。
2、掌握常用各类传感器的外形特征、性能标定、测 量方法与实际应用技术。
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)。
四、实验应会技能
1、差动变压器传感器的工作原理验证
① 观察差动变压器式电感传感器的外形构造， 并按图连接实验电路。
②调整音频振荡器，用示波器测量。使其输出频 率为4KHZ/2Vp-p；并从音频振荡器的Lv端口 输出。旋动测微头，并将其调整到10mm 处， 前后移动测微头，使示波器第二通道显示的波形 峰-峰值Vp-p为最小，并将此定为座标轴“0”点， 再将测微头用螺丝固定。
由关系式可以看出，当初级线圈激励频率太低时，若 RP2 2 L2P
，则输出电压Uo受频率变动影响较大，且灵敏度较低，只有当 2 L2P RP2
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。
四、实验应会技能
2 激励频率对差动变压器性能的影响验证
① 按图所示，连 接实验电路。完 成后通电。将音 频振荡器调到 3KHZ/2Vp-p， LV端口输出。
1、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、 温度、流量、气体成份等传感器
2、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电 感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。
3、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为 开关量（“1”和"0”或“开”和“关”）的开关型传 感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数 字型传感器。
二、实验内容
一、差动变压器工作原理验证测试 二、激励频率对差动变压器传感器特性的影响。 零点残余电压的补偿 三、差动变压器传感器零点残余电压的补偿 四、差动变压器的性能标定。
三、实验应知知识
1、电感传感器的基本定义
利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量 的变化，进而由测量电路转换为电压或电流变化量的装置,称为 电感传感器。电感式传感器种类很多，主要有自感式传感器、 差动变压器式电感式传感器、电涡流式电感传感器三种。
传感器的灵敏度
灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y 对输入量变化△x的比值。
它是输出一输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出 和输入之间显线性关系，则灵敏度S是一个常数。否则， 它将随输入量的变化而变化。
灵敏度的量纲是输出、输入量的量纲之比。例如，某 位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为 200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。