实验3电感式传感器实验

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1、实验指导书实验电感式传感器实验实验项目编码：实验项目时数：2实验项目类型：综合性（）设计性（）验证性（√）一、实验目的了解模拟量电感传感器的响应特性；熟悉评估测量的重复性、直线度和磁滞误差；掌握确定模拟量电感传感器的灵敏度。 二、实验内容及基本原理（一）实验内容使用螺旋测微器带动电感式传感器衔铁横向位移，产生电感变化，利用测量电路，将电感变化转换成电压输出，从而将位移与电压输出建立联系。（二）实验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1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

2、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2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

3、，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，图1差动变压器的结构示意图图2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

4、可以知道衔铁位移量的大小和方向。辽宁科技学院电信学院实验中心4/4实验指导书差动变压器的输出特性曲线如图3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。零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。为了减小零点残余电动势可采取以下方法

5、：图3差动变压器输出特性1．尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。2．选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向又可改善输出特性，减小零点残余电动势。3、采用补偿线路减小零点残余电动势。图4是其中典型的几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器的线圈中串、并适当数值的电阻电容元件，当调整W1、W2时，可使零点残余电动势减小。(a)(b)(c)图4减小零点残余电动势电路三、实验用仪器与设备1．主机箱中的±15V直流稳压电源2．

6、音频振荡器3．差动变压器4．差动变压器实验模板5．测微头6．实验台中虚拟示波器（微机中带界面软件)。四、实验方法与步骤1．差动变压器、测微头及实验模板按图5示意安装、接线。实验模板中的L1为差动变压器的初级线圈，L2、L3为次级线圈，＊号为同名端；L1的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入。检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节音频振荡器的频率为4kHz～5kHz、幅度为峰峰值Vp-p＝2V辽宁科技学院电信学院实验中心4/4实验指导书作为差动变压器初级线圈的激励电压。a.模拟双踪示波器设置提示：触发源选择内

7、触发CH1、水平扫描速度TIME/DIV在0.1mS～10μS范围内选择、触发方式选择AUTO。垂直显示方式为双踪显示DUAL、垂直输入耦合方式选择交流耦合AC、CH1灵敏度VOLTS/DIV在0.5V～1V范围内选择、CH2灵敏度VOLTS/DIV在0.1V～50mV范围内选择。b.数字示波器设置提示：选用不同型号的数字示波器请参照其说明书进行设置，一般情况下，选择示波器中的“AUTO”自动档位即可。c.虚拟示波器设置提示：本实验室中配置了虚拟示波器，其具体操作按照实验教师的指导进行。+B-+A-示波器图5差动变压

8、器性能实验安装、接线示意图2．差动变压器的性能实验：使用测微头时，当来回调节微分筒使测杆产生位移的过程中本身存在机械回程差，为消除这种机械回差可用如下a、b两种方法实验，建议用b方法可以检测到差动变压器零点残余电压附近的死区范围。a、调节测微头的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度线对准轴套的10mm刻度线。松开安装测微头的紧固螺钉