实验十四 差动变压器测位移实验
实验目：解差动变压器测位移时应方法
二基原理：差动变压器工作原理参阅实验十（差动变压器性实验）差动变压器应时想法消零点残余电动势死区选合适测量电路采相敏检波电路判衔铁移动（位移）方改善输出特性消测量范围死区图14—1差动变压器测位移原理框图
图14—1差动变压器测位移原理框图
三需器件单元：机箱中±2V～±10V（步进调）直流稳压电源±15V直流稳压电源音频振荡器电压表差动变压器差动变压器实验模板移相器相敏检波器低通滤波器实验模板测微头双踪示波器
四实验步骤：
1相敏检波器电路调试：机箱音频振荡器幅度调（幅度旋钮逆时针轻轻转底）±2V～±10V调电源调节±2V档图14—2示意接线检查接线误合机箱电源开关调节音频振荡器频率f5kHz峰峰值Vpp5V（示波器测量提示：正确选择双踪示波器触发方式设置触发源选择触发CH1水扫描速度TIMEDIV 01mS～10µS范围选择触发方式选择AUTO 垂直显示方式双踪显示DUAL垂直输入耦合方式选择直流耦合DC灵敏度VOLTSDIV1V～5V范围选择CH1CH2输入短接时移动光迹线居中测量波形）调节相敏检波器电位器钮示波器显示幅值相等相位相反两波形相敏检波器电路已调试完毕触碰电位器钮关闭电源
图14—2相敏检波器电路调试接线示意图
1 调节测微头微分筒微分筒0刻度值轴套10mm刻度值准图
14—3示意图安装接线音频振荡器幅度调节（幅度旋钮逆时针轻转底）电压表量程切换开关切20V档检查接线误合机箱电源开关
图14—3差动变压器测位移组成接线示意图
3调节音频振荡器频率f5KHz幅值Vpp2V（示波器监测）
4松开测微头安装孔紧固螺钉着差动变压器衔铁位移方移动测微头安装套（左右方）差动变压器衔铁明显偏离L1初级线圈中点位置调节移相器移相电位器相敏检波器输出全波整流波形（示波器CH2灵敏度VOLTSDIV1V～50mV范围选择监测）慢悠悠仔细移动测微头安装套相敏检波器输出波形幅值量（量衔铁处L1初级线圈中点位置）拧紧测微头安装孔紧固螺钉
5调节差动变压器实验模板中RW1RW2（二者配合交调节）相敏检波器输出波形趋水线（相应调节示波器量程档观察）电压表显示趋0V
6调节测微头微分筒隔△X02mm电压表读取低通滤波器输出电压值填入表14
表14 差动变压器测位移实验数
X(mm)
……
02
0
02
……
V(mV)
0
7根表14数作出实验曲线截取线性较线段计算灵敏度S△V／△X线性度测量范围实验完毕关闭电源开关
五思考题：差动变压器输出相敏检波器检波否消零点残余电压死区？实验曲线理解相敏检波器鉴相特性
实验十 差动变压器性实验
实验目：解差动变压器工作原理特性
二基原理：差动变压器工作原理电磁互感原理差动变压器结构图11—1示次绕组1二二次绕组23衔铁4组成差动变压器二次绕组间耦合衔铁移动变化绕组间互感测位移改变变化二二次绕组反串接（＊名端相接）差动电势输出种传感器称差动变压器式电感传感器通常简称差动变压器
差动变压器工作理想情况（忽略涡流损耗磁滞损耗分布电容等影响）等效电路图11—2示图中U1次绕组激励电压M1M2分次绕组两二次绕组间互感：L1R1分次绕组电感效电阻L21L22分两二次绕组电感R21R22分两二次绕组效电阻差动变压器衔铁处中间位置时两二次绕组互感相次侧激励引起感应电动势相两二次绕组反串接差动输出电动势零衔铁移二次绕组L21时互感M1M2
图11—1差动变压器结构示意图 图11—2差动变压器等效电路图
二次绕组L21感应电动势二次绕组L22感应电动势时差动输出电动势零传感器量程衔铁位移越差动输出电动势越样道理衔铁二次绕组L22边移动差动输出电动势零移动方改变输出电动势反相通差动变压器输出电动势相位知道衔铁位移量方
图11—2出次绕组电流：
二次绕组感应动势：
二次绕组反串接输出总电动势：
效值：
差动变压器输出特性曲线图11—3示图中E21E22分两二次绕组输出感应电动势E2差动输出电动势x表示衔铁偏离中心位置距离中E2实线表示理想输出特性虚线部分表示实际输出特性E0零点残余电动势差动变压器制作称铁心位置等素造成零点残余电动势存传感器输出特性零点附灵敏测量带误差值衡量差动变压器性坏重指标减零点残余电动势采取方法：
图11—3 差动变压器输出特性
1保证传感器尺寸线圈电气参数磁路称磁性材料处理
消部残余应力性均匀稳定
2选合适测量电路采相敏整流电路判衔铁移动方改善输出特性减零点残余电动势
3采补偿线路减零点残余电动势图11—4中典型种减零点残余电动势补偿电路差动变压器线圈中串适数值电阻电容元件调整W1W2时零点残余电动势减
(a) (b) (c)
图11—4 减零点残余电动势电路
三需器件单元：机箱中±15V直流稳压电源音频振荡器差动变压器差动变压器实验模板测微头双踪示波器
四实验步骤：
附：测微头组成
测微头组成读数图11—5
测微头读数图
图11—5测位头组成读数
测微头组成： 测微头动部分安装套轴套动部分测杆微分筒微调钮组成
测微头读数：测微头安装套便支架座固定安装轴套尺两排刻度线标数字整毫米刻线(1mm／格)排半毫米刻线(05mm／格)微分筒前部圆周表面刻50等分刻线(001mm／格)
手旋转微分筒微调钮时测杆轴线方进退微分筒转1格测杆轴方移动微位移001mm测微头分度值
测微头读数方法先读轴套尺露出刻度数值注意半毫米刻线读尺横线准微分筒数值估读1／10分度图115甲读数3678mm3178mm遇微分筒边缘前端尺某条刻线重合时应微分筒示值否零图11—5乙已零读2514mm图11—5丙未零应读2mm读数应1980mm
测微头：测微头实验中产生位移指示出位移量工具般测微头前首先转动微分筒10mm处(保留测杆轴前位移余量)测微头轴套尺横线面安装专支架座移动测微头安装套(测微头整体移动)测杆测体连接测体处合适位置(视具体实验定)时拧紧支架座紧固螺钉转动测微头微分筒时测体会测杆位移
1差动变压器测微头实验模板图11—6示意安装接线实验模板中L1差动变压器初级线圈L2L3次级线圈＊号名端L1激励电压必须机箱中音频振荡器Lv端子引入检查接线误合机箱电源开关调节音频振荡器频率4kHz～5kHz幅度峰峰值Vpp＝2V作差动变压器初级线圈激励电压(示波器设置提示：触发源选择触发CH1水扫描速度TIMEDIV 01mS～10µS范围选择触发方式选择AUTO 垂直显示方式双踪显示DUAL垂直输入耦合方式选择交流耦合ACCH1灵敏度VOLTSDIV05V～1V范围选择CH2灵敏度VOLTSDIV01V～50mV范围选择)
图11—6差动变压器性实验安装接线示意图
2差动变压器性实验：测微头时回调节微分筒测杆产生位移程中身存机械回程差消种机械回差ab两种方法实验建议b方法检测差动变压器零点残余电压附死区范围
a调节测微头微分筒(001mm格)微分筒0刻度线准轴套10mm 刻度线松开安装测微头紧固螺钉移动测微头安装套示波器第二通道显示波形Vpp(峰峰值)较值(越越变压器铁芯约处中间位置)时拧紧紧固螺钉仔细调节测微头微分筒示波器第二通道显示波形Vpp值(零点残余电压)定位移相零点时假设中方正位移方位移负Vpp开始旋动测微头微分筒隔△X02mm(取30点值)示波器读出输出电压Vpp值填入表4测位头位移退回Vpp处开始反方(取30点值)做相位移实验实验程中请注意：⑴Vpp处决定位移方测微头定方调节位移中途允许回调否测微头存机械回差引起位移误差实验时点位移量须仔细调节绝调节量量剔点粗误差继续做点实验者回零点重新做实验⑵方行程实验结束做方时测微头回Vpp处时位移读数变化(没回原起始位置)正常做实验时位移取相变化量△X定值测微头起始点定根刻度线没关系中途测微头微分筒回调会引起机械回程误差
*b调节测微头微分筒(001mm格)微分筒0刻度线准轴套10mm 刻度线松开安装测微头紧固螺钉移动测微头安装套示波器第二通道显示波形Vpp(峰峰值)较值(越越变压器铁芯约处中间位置)时拧紧紧固螺钉时针方转动测微头微分筒12圈记录时测微头读数示波器CH2通道显示波形Vpp(峰峰值)值实验起点值反方(逆时针方) 调节测微头微分筒隔
△X02mm(取60～70点值)示波器读出输出电压Vpp值填入表11(样单行程位移方做实验消测微头机械回差)
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实验目：解差动变压器测位移时应方法
二基原理：差动变压器工作原理参阅实验十（差动变压器性实验）差动变压器应时想法消零点残余电动势死区选合适测量电路采相敏检波电路判衔铁移动（位移）方改善输出特性消测量范围死区图14—1差动变压器测位移原理框图
图14—1差动变压器测位移原理框图
三需器件单元：机箱中±2V～±10V（步进调）直流稳压电源±15V直流稳压电源音频振荡器电压表差动变压器差动变压器实验模板移相器相敏检波器低通滤波器实验模板测微头双踪示波器
四实验步骤：
1相敏检波器电路调试：机箱音频振荡器幅度调（幅度旋钮逆时针轻轻转底）±2V～±10V调电源调节±2V档图14—2示意接线检查接线误合机箱电源开关调节音频振荡器频率f5kHz峰峰值Vpp5V（示波器测量提示：正确选择双踪示波器触发方式设置触发源选择触发CH1水扫描速度TIMEDIV 01mS～10µS范围选择触发方式选择AUTO 垂直显示方式双踪显示DUAL垂直输入耦合方式选择直流耦合DC灵敏度VOLTSDIV1V～5V范围选择CH1CH2输入短接时移动光迹线居中测量波形）调节相敏检波器电位器钮示波器显示幅值相等相位相反两波形相敏检波器电路已调试完毕触碰电位器钮关闭电源
图14—2相敏检波器电路调试接线示意图
1 调节测微头微分筒微分筒0刻度值轴套10mm刻度值准图
14—3示意图安装接线音频振荡器幅度调节（幅度旋钮逆时针轻转底）电压表量程切换开关切20V档检查接线误合机箱电源开关
图14—3差动变压器测位移组成接线示意图
3调节音频振荡器频率f5KHz幅值Vpp2V（示波器监测）
4松开测微头安装孔紧固螺钉着差动变压器衔铁位移方移动测微头安装套（左右方）差动变压器衔铁明显偏离L1初级线圈中点位置调节移相器移相电位器相敏检波器输出全波整流波形（示波器CH2灵敏度VOLTSDIV1V～50mV范围选择监测）慢悠悠仔细移动测微头安装套相敏检波器输出波形幅值量（量衔铁处L1初级线圈中点位置）拧紧测微头安装孔紧固螺钉
5调节差动变压器实验模板中RW1RW2（二者配合交调节）相敏检波器输出波形趋水线（相应调节示波器量程档观察）电压表显示趋0V
6调节测微头微分筒隔△X02mm电压表读取低通滤波器输出电压值填入表14
表14 差动变压器测位移实验数
X(mm)
……
02
0
02
……
V(mV)
0
7根表14数作出实验曲线截取线性较线段计算灵敏度S△V／△X线性度测量范围实验完毕关闭电源开关
五思考题：差动变压器输出相敏检波器检波否消零点残余电压死区？实验曲线理解相敏检波器鉴相特性
实验十 差动变压器性实验
实验目：解差动变压器工作原理特性
二基原理：差动变压器工作原理电磁互感原理差动变压器结构图11—1示次绕组1二二次绕组23衔铁4组成差动变压器二次绕组间耦合衔铁移动变化绕组间互感测位移改变变化二二次绕组反串接（＊名端相接）差动电势输出种传感器称差动变压器式电感传感器通常简称差动变压器
差动变压器工作理想情况（忽略涡流损耗磁滞损耗分布电容等影响）等效电路图11—2示图中U1次绕组激励电压M1M2分次绕组两二次绕组间互感：L1R1分次绕组电感效电阻L21L22分两二次绕组电感R21R22分两二次绕组效电阻差动变压器衔铁处中间位置时两二次绕组互感相次侧激励引起感应电动势相两二次绕组反串接差动输出电动势零衔铁移二次绕组L21时互感M1M2
图11—1差动变压器结构示意图 图11—2差动变压器等效电路图
二次绕组L21感应电动势二次绕组L22感应电动势时差动输出电动势零传感器量程衔铁位移越差动输出电动势越样道理衔铁二次绕组L22边移动差动输出电动势零移动方改变输出电动势反相通差动变压器输出电动势相位知道衔铁位移量方
图11—2出次绕组电流：
二次绕组感应动势：
二次绕组反串接输出总电动势：
效值：
差动变压器输出特性曲线图11—3示图中E21E22分两二次绕组输出感应电动势E2差动输出电动势x表示衔铁偏离中心位置距离中E2实线表示理想输出特性虚线部分表示实际输出特性E0零点残余电动势差动变压器制作称铁心位置等素造成零点残余电动势存传感器输出特性零点附灵敏测量带误差值衡量差动变压器性坏重指标减零点残余电动势采取方法：
图11—3 差动变压器输出特性
1保证传感器尺寸线圈电气参数磁路称磁性材料处理
消部残余应力性均匀稳定
2选合适测量电路采相敏整流电路判衔铁移动方改善输出特性减零点残余电动势
3采补偿线路减零点残余电动势图11—4中典型种减零点残余电动势补偿电路差动变压器线圈中串适数值电阻电容元件调整W1W2时零点残余电动势减
(a) (b) (c)
图11—4 减零点残余电动势电路
三需器件单元：机箱中±15V直流稳压电源音频振荡器差动变压器差动变压器实验模板测微头双踪示波器
四实验步骤：
附：测微头组成
测微头组成读数图11—5
测微头读数图
图11—5测位头组成读数
测微头组成： 测微头动部分安装套轴套动部分测杆微分筒微调钮组成
测微头读数：测微头安装套便支架座固定安装轴套尺两排刻度线标数字整毫米刻线(1mm／格)排半毫米刻线(05mm／格)微分筒前部圆周表面刻50等分刻线(001mm／格)
手旋转微分筒微调钮时测杆轴线方进退微分筒转1格测杆轴方移动微位移001mm测微头分度值
测微头读数方法先读轴套尺露出刻度数值注意半毫米刻线读尺横线准微分筒数值估读1／10分度图115甲读数3678mm3178mm遇微分筒边缘前端尺某条刻线重合时应微分筒示值否零图11—5乙已零读2514mm图11—5丙未零应读2mm读数应1980mm
测微头：测微头实验中产生位移指示出位移量工具般测微头前首先转动微分筒10mm处(保留测杆轴前位移余量)测微头轴套尺横线面安装专支架座移动测微头安装套(测微头整体移动)测杆测体连接测体处合适位置(视具体实验定)时拧紧支架座紧固螺钉转动测微头微分筒时测体会测杆位移
1差动变压器测微头实验模板图11—6示意安装接线实验模板中L1差动变压器初级线圈L2L3次级线圈＊号名端L1激励电压必须机箱中音频振荡器Lv端子引入检查接线误合机箱电源开关调节音频振荡器频率4kHz～5kHz幅度峰峰值Vpp＝2V作差动变压器初级线圈激励电压(示波器设置提示：触发源选择触发CH1水扫描速度TIMEDIV 01mS～10µS范围选择触发方式选择AUTO 垂直显示方式双踪显示DUAL垂直输入耦合方式选择交流耦合ACCH1灵敏度VOLTSDIV05V～1V范围选择CH2灵敏度VOLTSDIV01V～50mV范围选择)
图11—6差动变压器性实验安装接线示意图
2差动变压器性实验：测微头时回调节微分筒测杆产生位移程中身存机械回程差消种机械回差ab两种方法实验建议b方法检测差动变压器零点残余电压附死区范围
a调节测微头微分筒(001mm格)微分筒0刻度线准轴套10mm 刻度线松开安装测微头紧固螺钉移动测微头安装套示波器第二通道显示波形Vpp(峰峰值)较值(越越变压器铁芯约处中间位置)时拧紧紧固螺钉仔细调节测微头微分筒示波器第二通道显示波形Vpp值(零点残余电压)定位移相零点时假设中方正位移方位移负Vpp开始旋动测微头微分筒隔△X02mm(取30点值)示波器读出输出电压Vpp值填入表4测位头位移退回Vpp处开始反方(取30点值)做相位移实验实验程中请注意：⑴Vpp处决定位移方测微头定方调节位移中途允许回调否测微头存机械回差引起位移误差实验时点位移量须仔细调节绝调节量量剔点粗误差继续做点实验者回零点重新做实验⑵方行程实验结束做方时测微头回Vpp处时位移读数变化(没回原起始位置)正常做实验时位移取相变化量△X定值测微头起始点定根刻度线没关系中途测微头微分筒回调会引起机械回程误差
*b调节测微头微分筒(001mm格)微分筒0刻度线准轴套10mm 刻度线松开安装测微头紧固螺钉移动测微头安装套示波器第二通道显示波形Vpp(峰峰值)较值(越越变压器铁芯约处中间位置)时拧紧紧固螺钉时针方转动测微头微分筒12圈记录时测微头读数示波器CH2通道显示波形Vpp(峰峰值)值实验起点值反方(逆时针方) 调节测微头微分筒隔
△X02mm(取60～70点值)示波器读出输出电压Vpp值填入表11(样单行程位移方做实验消测微头机械回差)
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