传感器实验3

上海理工大学

实验报告

课程名称：传感器实验

学号：

姓名：

专业：电气工程及其自动化

设计时间：2015.11.26 15：00-17：30

实验十一差动变压器（互感式）的性能

一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。

二、基本原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作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15A。

三、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。

四、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8KHz之间，双踪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。

五、实验步骤：

1、根据图15C接线，将差动变压器、音频振荡器（必须从L V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，调节差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰-峰值为2V。

图15C

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、向下旋转测微头，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

出端峰-峰值填入下表，根据所得的数据计算灵敏度S。S=∆V/∆X（式中∆V为电压变化，

∆X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形

的相应关系。

六、思考题：

1、根据实验结果，指出线性范围。

答：线性范围：位移（-2.0mm~2.0mm）、电压（0~82mv）。

2、当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双踪示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？

答：相位改变180度。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）。

3、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？是由于什么原因造成的？

答：最小电压被称为零点残余电压。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。

注意：示波器的第二通道为悬浮工作状态。

七、小结：

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。

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。

在实验过程中，由于试验设备的故障问题，做试验时花费时间较多（还有就是对有些设备的操作不太熟悉）。试验步骤中是先找到用手提起变压器磁芯时示波器中电压波形是否过零翻转，然后再过零点附近调整位移变化找到线性变化范围。试验过程中对有些故障我们跟老师很好的交流了，初始的时候感觉有点不会（好多东西不能调节出来），但做完实验发现原理还是简单的（预习的不够充分）。

处理数据误差是有的，主要有：测微头调节、测波形时线路接触不好、测量过程中有人体等一些电子设备产生的静电。

实验十二差动变压器（互感式）零残余电压的补偿

一、实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。

二、基本原理：零残电压中主要包含两种波形成份：（1）基波分量：这是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流所产生的磁通不同相。（2）高次谐波分量：主要是由导磁材料化曲线非线性引起的，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。

减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称；（2）采用相敏检波电路；（3）选用补偿电路。

三、需用器件与单元：音频振荡器、测微头、电桥、示波器、差动变压器、差动放大器、振动平台、主、副电源。

四、旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8 KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。

五、实验步骤：1、按图17接线，音频振荡器必须L V插口输出，W1、W2、C、r，为电桥单元中调平衡网络。

图17

2、开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示为2V峰-峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。

3、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

4、依次调整W1、W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使输出电压最小。

5、将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波形相比较。经过补偿后的残余电压波形为正弦波形。

6、将经过补偿后的残余电压与实验十未经补偿残余电压相比较。

7、实验完毕后，关闭主、副电源。

注意事项：

1、由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。

2、音频信号必须从L V端插口引出。

六、思考题：

本实验也可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。

答：如下图