自动检测技多层次、模块化实验体系研究与实现.doc

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1、自动检测技术多层次、模块化实验体系研究与实现振动测量系统设计实验指导书山东大学教学实验室软件建设项目差动变压器实验模块基本教学实验实验目的1掌握差动变压器的基本结构和工作原理。2通过实验验证差动变压器的基本特性。3掌握差动变压器零点残压的产生原因及补偿方法，通过实验进行差动变压器零点残压的补偿。4掌握差动变压器的静态标定方法，通过实验进行差动变压器的静态标定。实验原理差动变压器式电感传感器简称差动变压器，它将位移量转换为线圈间互感的变化。它实质上是—种变压器，主要由原边绕组、副边绕组和铁芯组成。它往往做成差动结构形式，副边两个绕组进行“差接”。在其原边绕组施加激励电压后，由于

2、互感系数变化，副边差接绕组的感应电势将相应地发生变比。由于它结构简单．测量精度较高、测量范围宽，作为位移传感器得到广泛应用。其中螺管式差动变压器是差动变压器的主要结构形式，如图1所示图1螺管式差动变压器结构示意图差动变压器式电感传感器主要由线圈、铁芯组成。线圈由初级线圈(又称—次线圈、原边绕组)和次级线圈(又称二次线圈、副边绕组)组成。线圈中插入圆柱形铁心b。图中所示为三段式差动变压器，即线圈骨架分成三段，中间为初级线圈，上下两侧为次级线圈。线圈绕制方式多为初级在内，次级在外。差动变压器的电气连接方法如图2所示，次级线圈和反极性串联。图2差动变压器的电气连接方法差动变压器的工

3、作原理可以用变压器原理解释，所不同的是一般变压器的磁路是闭合的、而差动变压器的磁路是不闭合的。一般变压器的初次级间的互感系数是常数，差动变压器的初次级之间的互感是随衔铁移动而作相应的变化。差动变压器的工作正是建立在互感变化的基础上。当初级线圈由交流恒压源激励后，由于电磁感应．在次级线圈将产生感应电势、。二者的差值，其大小与铁芯的轴向位移成比例，其相位则取决于铁心的位移方向，如图3所示。当铁芯位于中间位置时，，；当铁芯向上位移时，；当铁芯向下位移时，；随铁芯位移量的增大，成比例增大。铁芯向上位移与向下位移比较，相位相差180o。图3差动变压器输出特性曲线实际的差动变压器当铁芯位

4、于线圈中心位置时，输出电压值不为零，而是，称为零点残余电压。因此差动变压器的实际输出特性如图3(a)中虚线所示。产生零点残余电压的原因主要有：1)由于两个次级线圈的绕制在工艺上不可能完全一致，因此它们的等效参数(互感、自感和损耗电阻)不可能完全相等。初级线圈中铜损和铁损的存在以及匝间寄生电容的存在使激励电流与所产生的磁通之间有相位差。上述因素就使两个次级线圈的感应电势不仅数值不等，并且相位也不相同。这是零点残余电压中基波分量产生的原因。2）由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不—致，导致产生非正弦波磁通，从而在次级线圈感应出非正弦波电势，其主要是含三次谐波。这

5、是零点残余电压中所含高次谐波产生的原因。零点残余电压的存在，使差动变压器在机械零位附近的灵敏度下降，非线性误差增大，降低了它在零位附近的分辨率。消除或减小零点残余电压—般可采用以下方法：1)设计和加工应尽量保证线圈和磁路对称，结构上可附加磁路调节机构。其次，应选用高导磁率、低矫顽磁力、低剩磁感应的导磁材料，并将导磁体加以热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。在选取磁路工作点时，应使其不工作在磁化曲线饱和区。2)选用合适的测量电路，如相敏检波和差动整流电路，其直流输出不仅可以鉴别铁心位移方向，而且可以减小或消除零点残余电压。3)采用补偿电路，如图4所示，为常采用的

6、零点残余电压补偿电路原理图。消除零点残余电压的补偿电路比较多，但归纳起来，其思路只有四种：①附加串联电阻以消除基波同相成分；②附加并联电阻以消除基波正交成分；③附加并联电容．改变相移，以补偿高次谐波分量；④附加反馈绕组和反馈电容，以补偿基波及高次谐波分量。串联电阻的阻值很小，为0.5~5Ω，并联电阻的阻值为数十到数百千欧；并联电容的数值在数百PF范围。实际数值通常由实验来确定。图4差动变压器的零位补偿实验所需部件差动变压器、音频振荡器、测微头、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、直流电压表、示波器实验步骤测量差动变压器的传感特性：1将音频振荡器功率输出端LV作为

7、激励电源接差动变压器初级线圈，差动变压器次级空载。2将示波器第一通道调至500mv/格，第二通道调至10mv/格。第一通道为悬浮工作状态，接至初级线圈；第二通道接至次级线圈。3将音频振荡器输出频率调至4kHz，幅值调至Vpp2V。4用手提差动变压器衔铁，观察示波器第二通道是否能过零反转，如不能过零反转，则说明同名端接错了，需改变次级线圈的串接端子。5旋转测微头，带动差动变压器衔铁运动，从示波器中读出次级线圈输出电压的Vpp值，填入下表。被测位移mm输出电压V测量过程中注意激励电压与传感输出电压的相位关系