實(shí)驗(yàn)一差動(dòng)變壓器式電感傳感器的靜態(tài)位移性能

、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍋砹私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、基本原理：電感式傳感器的基本原理是電磁感應(yīng)。在電感式傳感器中，互感式傳感器是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化。變壓器初級(jí)線圈輸入交流電壓，次級(jí)線圈則互感應(yīng)出電勢(shì)。由于變壓器的次級(jí)線圈常接成差動(dòng)形式，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和兩只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)差動(dòng)變壓器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化，促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只次級(jí)線圈反向串接（同名端連接。），就引出差動(dòng)電勢(shì)輸出。其輸出電勢(shì)反映出被測(cè)體的移動(dòng)量。****同名端：定義一：在同一磁通變量作用下，產(chǎn)生同極性感應(yīng)電勢(shì)的端子，為同名端。定義二：主線圈在某一個(gè)瞬間電位為正時(shí)，付線圈也一定在同一個(gè)瞬間有一個(gè)電位為正的對(duì)應(yīng)端，這時(shí)我們把這兩個(gè)對(duì)應(yīng)端叫做該設(shè)備線圈的同極性端，或者叫同名端。同名端大多用在電流互感器及電壓互感器上，對(duì)變壓器稱謂同名端的情況很少;因?yàn)樽儔浩饔卸喾N接線組別，當(dāng)一、二次繞組接線組別不一致時(shí)，可能沒有同名端。圖1差動(dòng)變壓器原理圖在理想情況下（忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗），差動(dòng)變壓器的等效電路如圖。初級(jí)線圈的復(fù)數(shù)電流值為_U= AiR+j?L，

iJi3—激勵(lì)電壓的角頻率;U—激勵(lì)電壓的復(fù)數(shù)值;根據(jù)電磁感應(yīng)定律，次級(jí)繞組中感應(yīng)電勢(shì)的表達(dá)式為-M彷+ 2ir+j?Li丿i???當(dāng)鐵芯位于線圈中心位置時(shí)U1=U2，U0=0???當(dāng)鐵芯向上移動(dòng)時(shí)U>U9IUl>°1 2 0當(dāng)鐵芯向下移動(dòng)時(shí)U、<1 2 0當(dāng)鐵芯偏離中心位置時(shí)，則輸出電壓隨鐵芯偏離中心位置程度，逐漸增大，但相位相差180度但實(shí)際上，鐵芯位于中心位置，輸出電壓并不是零電位而是存在零點(diǎn)殘余電壓，如圖2所示。圖2差動(dòng)變壓器輸出特性在本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)傳感器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只次級(jí)反向串接，即同名端接在一起，就引出差動(dòng)輸出，其輸出電勢(shì)則反映出被測(cè)體的位移量。本差動(dòng)變壓器式電感傳感器，原理如圖3所示，差動(dòng)輸出使靈敏度提高，線性度也改善。LVo1(3)4⑸輸岀L3——1>26)圖3差動(dòng)變壓器原理接線圖圖2差動(dòng)變壓器輸出特性在本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)傳感器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只次級(jí)反向串接，即同名端接在一起，就引出差動(dòng)輸出，其輸出電勢(shì)則反映出被測(cè)體的位移量。本差動(dòng)變壓器式電感傳感器，原理如圖3所示，差動(dòng)輸出使靈敏度提高，線性度也改善。LVo1(3)4⑸輸岀L3——1>26)圖3差動(dòng)變壓器原理接線圖三、 需用器件與單元：主機(jī)箱、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測(cè)微頭、雙蹤示波器。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：附：測(cè)微頭的組成與使用測(cè)微頭組成和讀數(shù)如圖1測(cè)桿05llllllllllllllllll微調(diào)鈕測(cè)微頭讀數(shù)圖

圖4測(cè)微頭組成與讀數(shù)測(cè)微頭組成：測(cè)微頭由不可動(dòng)部分安裝套、軸套和可動(dòng)部分測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測(cè)微頭讀數(shù)與使用：測(cè)微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線（1mm/格），另一排是半毫米刻線（0.5mm/格）；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線（0.01mm/格）。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測(cè)桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測(cè)桿沿軸方向移動(dòng)微小位移0.01毫米，這也叫測(cè)微頭的分度值。測(cè)微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值（注意半毫米刻線）；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀1/10分度，如圖4甲讀數(shù)為3.678mm,不是3.178mm。遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖4乙已過零，則讀2.514mm;如圖4丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm,讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測(cè)微頭使用：測(cè)微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10mm處（為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量），再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（測(cè)微頭整體移動(dòng)），使測(cè)桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置（視具體實(shí)驗(yàn)而定）時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。．將差動(dòng)變壓器和測(cè)微頭（參照附：測(cè)微頭使用）安裝在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓闹Ъ茏?，差?dòng)變壓器的原理圖已印刷在實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳?，L1為初級(jí)線圈；L2、L3為次級(jí)線圈；火號(hào)為同名端，如圖5所示。?按圖5接線，差動(dòng)變壓器的原邊L1的激勵(lì)電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入,檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4KHz-5KHz（可用主機(jī)箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測(cè)）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p=2V（可用示波器監(jiān)測(cè)：X軸為0.2ms/div）。?松開測(cè)微頭的安裝緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為較小值（變壓器鐵芯大約處在中間位置），擰緊緊固螺釘，仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為最小值（零點(diǎn)殘余電壓）并定為位移的相對(duì)零點(diǎn)。這時(shí)可以左右位移，假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?另一個(gè)方向位移為負(fù)，從Vp-p最小開始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔0?2mm（可取10—25點(diǎn)）從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表1，再將測(cè)微頭退回到Vp-p最小處開始反方向做相同的位移實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意：⑴從Vp-p最小處決定位移方向后，測(cè)微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測(cè)微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差；所以實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點(diǎn)繼續(xù)做下一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。⑵當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測(cè)微頭回到Vp-p最小處時(shí)它的位移讀數(shù)有變化（沒有回到原來起始位置）是正常的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量AX為定值，只要中途測(cè)微頭不回調(diào)就不會(huì)引起位移誤差。a5=_IiiiiIiii=二接蕩€差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０錫5=_IiiiiIiii=二接蕩€差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０鍒D5差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線圖4．實(shí)驗(yàn)過程中注意差動(dòng)變壓器輸出的最小值即為