shiyan12傳感器

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康模?.1.通過本次實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們進(jìn)一步了解差動(dòng)變壓器式傳感通過本次實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們進(jìn)一步了解差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)原理；器的結(jié)構(gòu)原理；2.2.掌握這種傳感器的常用測量電路的工作原理和性掌握這種傳感器的常用測量電路的工作原理和性能特點(diǎn)；能特點(diǎn)；3.3.通過本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解差動(dòng)變壓器式傳感器零點(diǎn)殘余通過本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解差動(dòng)變壓器式傳感器零點(diǎn)殘余電壓的有關(guān)概念，掌握消除零點(diǎn)殘余的基本原理和方法；電壓的有關(guān)概念，掌握消除零點(diǎn)殘余的基本原理和方法；4.4.掌握這種傳感器基本性能的標(biāo)定方法；掌握這種傳感器基本性能的標(biāo)定方法；5.5.進(jìn)一步學(xué)習(xí)電橋網(wǎng)絡(luò)的調(diào)零和雙線示波器的使用技巧；進(jìn)

2、一步學(xué)習(xí)電橋網(wǎng)絡(luò)的調(diào)零和雙線示波器的使用技巧；1 1差動(dòng)變壓器式電感傳感器基本性能試驗(yàn)差動(dòng)變壓器式電感傳感器基本性能試驗(yàn) 基本性能試驗(yàn)主要是對(duì)傳感器的工作原理進(jìn)行驗(yàn)證，基本性能試驗(yàn)主要是對(duì)傳感器的工作原理進(jìn)行驗(yàn)證，通過振動(dòng)臺(tái)或調(diào)節(jié)螺旋測微頭給傳感器輸入一位移信號(hào)，通過振動(dòng)臺(tái)或調(diào)節(jié)螺旋測微頭給傳感器輸入一位移信號(hào)，用又線示波器或液晶電壓表來觀察傳感器的輸出電壓情用又線示波器或液晶電壓表來觀察傳感器的輸出電壓情況，看看是否與理論相符。如有較大出入則應(yīng)查找原因，況，看看是否與理論相符。如有較大出入則應(yīng)查找原因，設(shè)法排除。設(shè)法排除。二二 、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 2 2、差動(dòng)變壓器式電感傳感器零點(diǎn)殘余電壓

3、的、差動(dòng)變壓器式電感傳感器零點(diǎn)殘余電壓的測試與補(bǔ)償測試與補(bǔ)償 差動(dòng)變壓器式電感傳感器零點(diǎn)殘余電壓的測試與差動(dòng)變壓器式電感傳感器零點(diǎn)殘余電壓的測試與補(bǔ)償方法是：將傳感器接音頻信號(hào)源，調(diào)節(jié)螺旋測微補(bǔ)償方法是：將傳感器接音頻信號(hào)源，調(diào)節(jié)螺旋測微頭，使傳感器的輸入為零，用示波器或液晶電壓表觀頭，使傳感器的輸入為零，用示波器或液晶電壓表觀察其輸出電壓，可以測出傳感器零點(diǎn)電壓的大小，應(yīng)察其輸出電壓，可以測出傳感器零點(diǎn)電壓的大小，應(yīng)將放大器增益調(diào)至最大。零點(diǎn)殘余的補(bǔ)償可以通過調(diào)將放大器增益調(diào)至最大。零點(diǎn)殘余的補(bǔ)償可以通過調(diào)節(jié)電位器節(jié)電位器1 1和和2 2來實(shí)現(xiàn)，反復(fù)調(diào)節(jié)電位器，使傳感器在來實(shí)現(xiàn)，反復(fù)調(diào)節(jié)電位

4、器，使傳感器在輸入為零時(shí)的輸出也為零，就達(dá)到了對(duì)零點(diǎn)殘余電壓輸入為零時(shí)的輸出也為零，就達(dá)到了對(duì)零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償?shù)哪康?。補(bǔ)償?shù)哪康摹? 3、差動(dòng)變壓器式電感傳感器性能參數(shù)的標(biāo)定、差動(dòng)變壓器式電感傳感器性能參數(shù)的標(biāo)定 性能參數(shù)的標(biāo)定是用標(biāo)準(zhǔn)位移或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)傳感性能參數(shù)的標(biāo)定是用標(biāo)準(zhǔn)位移或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)對(duì)傳感器的輸出電壓進(jìn)行量化測定的過程。內(nèi)容主要包括按器的輸出電壓進(jìn)行量化測定的過程。內(nèi)容主要包括按原理電路圖接線，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)零，系統(tǒng)線性范圍的原理電路圖接線，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)零，系統(tǒng)線性范圍的測定，各標(biāo)準(zhǔn)輸出量的測量，電壓靈敏度的計(jì)算等等。測定，各標(biāo)準(zhǔn)輸出量的測量，電壓靈敏度的計(jì)算等等。1.1.差動(dòng)變壓器式電

5、感傳感器的結(jié)構(gòu)原理和性能特點(diǎn)差動(dòng)變壓器式電感傳感器的結(jié)構(gòu)原理和性能特點(diǎn)（1 1）結(jié)構(gòu)原理圖）結(jié)構(gòu)原理圖 差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示：主要由原方繞組差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)原理如圖所示：主要由原方繞組1 1、兩個(gè)匝數(shù)相、兩個(gè)匝數(shù)相等的副邊繞組等的副邊繞組4 4和和7 7、動(dòng)鐵芯、動(dòng)鐵芯6 6、導(dǎo)磁外殼、導(dǎo)磁外殼3 3和骨架和骨架5 5等六部分組成。按其等六部分組成。按其繞組的排列方式，可將這種傳感器分成一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)和五繞組的排列方式，可將這種傳感器分成一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)和五節(jié)等形式。前三種形式結(jié)構(gòu)簡單、性能適中，使用較為廣泛；后兩種節(jié)等形式。前三種形式結(jié)構(gòu)簡單、性能適中，使用較為廣泛；后

6、兩種因結(jié)構(gòu)太復(fù)雜而較少應(yīng)用。因結(jié)構(gòu)太復(fù)雜而較少應(yīng)用。三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí)三、實(shí)驗(yàn)應(yīng)知知識(shí) 差動(dòng)變壓器式傳感器在工作時(shí)差動(dòng)變壓器式傳感器在工作時(shí)兩個(gè)副邊繞組接成反向串聯(lián)電路，兩個(gè)副邊繞組接成反向串聯(lián)電路，在線圈的品質(zhì)因數(shù)在線圈的品質(zhì)因數(shù)Q Q足夠高的前提下足夠高的前提下（一般都能滿足），可忽略鐵損、（一般都能滿足），可忽略鐵損、磁損及線圈分布電容的影響，其等磁損及線圈分布電容的影響，其等效電路如圖所示。效電路如圖所示。 當(dāng)原邊繞組通以交流激勵(lì)電壓當(dāng)原邊繞組通以交流激勵(lì)電壓作用時(shí)，在變壓器副邊的兩個(gè)線圈作用時(shí)，在變壓器副邊的兩個(gè)線圈里就會(huì)感應(yīng)出完全相等同的感應(yīng)電里就會(huì)感應(yīng)出完全相等同的感應(yīng)電勢來。由于

7、是反向串聯(lián)，因此，這勢來。由于是反向串聯(lián)，因此，這兩個(gè)感應(yīng)電勢相互抵消，從而使傳兩個(gè)感應(yīng)電勢相互抵消，從而使傳感器在平衡位置的輸出為零。感器在平衡位置的輸出為零。 當(dāng)動(dòng)鐵芯產(chǎn)生一位移時(shí)，由于當(dāng)動(dòng)鐵芯產(chǎn)生一位移時(shí)，由于磁阻的影響，兩個(gè)副邊繞組的磁通磁阻的影響，兩個(gè)副邊繞組的磁通將發(fā)生一正一負(fù)的差動(dòng)變化，導(dǎo)致將發(fā)生一正一負(fù)的差動(dòng)變化，導(dǎo)致其感應(yīng)電勢也發(fā)生相應(yīng)的改變，失其感應(yīng)電勢也發(fā)生相應(yīng)的改變，失去平衡，使傳感器有一對(duì)應(yīng)于動(dòng)鐵去平衡，使傳感器有一對(duì)應(yīng)于動(dòng)鐵芯位移的電壓輸出量。芯位移的電壓輸出量。 2 2、工作原理分析如下：、工作原理分析如下： 差動(dòng)變壓器的輸出電壓在理想狀態(tài)下與輸入位移成線性關(guān)系，

8、差動(dòng)變壓器的輸出電壓在理想狀態(tài)下與輸入位移成線性關(guān)系，但實(shí)際工作時(shí)其線性度受位移量大小的影響較大，在位移小時(shí)線性但實(shí)際工作時(shí)其線性度受位移量大小的影響較大，在位移小時(shí)線性尚好，但位移一大線性就很差。影響因素主要有線圈骨架的形狀及尚好，但位移一大線性就很差。影響因素主要有線圈骨架的形狀及機(jī)械結(jié)構(gòu)精度，線圈的排列狀況，鐵芯的幾何結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和尺寸精機(jī)械結(jié)構(gòu)精度，線圈的排列狀況，鐵芯的幾何結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和尺寸精度及勵(lì)磁頻率和負(fù)載大小等許多因素。要提高其線性度，應(yīng)使它的度及勵(lì)磁頻率和負(fù)載大小等許多因素。要提高其線性度，應(yīng)使它的測量范圍不超過線圈框架長度的測量范圍不超過線圈框架長度的1/41/4，勵(lì)磁頻率應(yīng)采

9、用中頻，最好，勵(lì)磁頻率應(yīng)采用中頻，最好配用相敏檢波器。配用相敏檢波器。 差動(dòng)變壓器的靈敏度是其最主要的性能指標(biāo)，它是指動(dòng)鐵芯在差動(dòng)變壓器的靈敏度是其最主要的性能指標(biāo)，它是指動(dòng)鐵芯在產(chǎn)生單位位移時(shí)所引起的輸出電壓量，一般用輸出電壓的增量與動(dòng)產(chǎn)生單位位移時(shí)所引起的輸出電壓量，一般用輸出電壓的增量與動(dòng)鐵芯位移增量之比表示，即：鐵芯位移增量之比表示，即：KU=KU=U/U/X X。影響因素主要有副邊繞組。影響因素主要有副邊繞組的線圈匝數(shù)和原邊繞組的勵(lì)磁電壓及頻率等的線圈匝數(shù)和原邊繞組的勵(lì)磁電壓及頻率等。 3 3、差動(dòng)變壓器的性能特點(diǎn)、差動(dòng)變壓器的性能特點(diǎn) 差動(dòng)變壓器在平衡位置時(shí)的輸出電壓也是不可能等差

10、動(dòng)變壓器在平衡位置時(shí)的輸出電壓也是不可能等于零的，存在一較小的輸出電壓。一般將此電壓稱為差于零的，存在一較小的輸出電壓。一般將此電壓稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器的零點(diǎn)殘余電壓。產(chǎn)生零點(diǎn)殘余動(dòng)變壓器式電感傳感器的零點(diǎn)殘余電壓。產(chǎn)生零點(diǎn)殘余的原因主要有：兩個(gè)副邊繞組的電氣參數(shù)及幾何結(jié)構(gòu)不的原因主要有：兩個(gè)副邊繞組的電氣參數(shù)及幾何結(jié)構(gòu)不可能完全對(duì)稱，以及磁性材料在磁化時(shí)的非線性（如磁可能完全對(duì)稱，以及磁性材料在磁化時(shí)的非線性（如磁飽和、磁滯）等。零點(diǎn)殘余電壓包含有基波分量、高次飽和、磁滯）等。零點(diǎn)殘余電壓包含有基波分量、高次諧波等成分，基波分量主要是由于傳感器的兩個(gè)副邊繞諧波等成分，基波分量主要是由于

11、傳感器的兩個(gè)副邊繞組在材料或工藝等方面的差異，引起其等效電路的電氣組在材料或工藝等方面的差異，引起其等效電路的電氣參數(shù)不同造成的；高次諧波主要是由于導(dǎo)磁材料的磁化參數(shù)不同造成的；高次諧波主要是由于導(dǎo)磁材料的磁化曲線存在著非線性而造成的；在實(shí)際應(yīng)用中必須采取一曲線存在著非線性而造成的；在實(shí)際應(yīng)用中必須采取一定的補(bǔ)償措施。定的補(bǔ)償措施。 4.4.零點(diǎn)殘余電壓及其補(bǔ)償零點(diǎn)殘余電壓及其補(bǔ)償動(dòng)變壓器式電感傳感器的零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償措施主動(dòng)變壓器式電感傳感器的零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償措施主要有：一是在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作工藝上采取一要有：一是在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作工藝上采取一定的措施來消除。如幾何尺寸盡量做

12、得要對(duì)稱，要選定的措施來消除。如幾何尺寸盡量做得要對(duì)稱，要選用導(dǎo)磁率高、磁滯小的導(dǎo)磁材料，鐵芯要經(jīng)過熱處理，用導(dǎo)磁率高、磁滯小的導(dǎo)磁材料，鐵芯要經(jīng)過熱處理，磁路要保證工作在線性區(qū)等；二是在處理電路上采取磁路要保證工作在線性區(qū)等；二是在處理電路上采取一些措施，如采用帶相敏檢波的整流電路等；三是處一些措施，如采用帶相敏檢波的整流電路等；三是處理電路中專門設(shè)置補(bǔ)償環(huán)節(jié)，如串、并聯(lián)電阻補(bǔ)償或理電路中專門設(shè)置補(bǔ)償環(huán)節(jié)，如串、并聯(lián)電阻補(bǔ)償或并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)龋徊⒙?lián)電容補(bǔ)償?shù)龋?本次實(shí)驗(yàn)是利用本次實(shí)驗(yàn)是利用ZCY1ZCY1型傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的設(shè)備完成的。型傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的設(shè)備完成的。測試原理如圖：測試原理如圖

13、：該系統(tǒng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的振動(dòng)梁來驅(qū)動(dòng)傳感器的動(dòng)鐵芯，使之產(chǎn)生一位該系統(tǒng)用實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的振動(dòng)梁來驅(qū)動(dòng)傳感器的動(dòng)鐵芯，使之產(chǎn)生一位移移X X，從而使得傳感器輸出一個(gè)差動(dòng)電壓信號(hào)，從而使得傳感器輸出一個(gè)差動(dòng)電壓信號(hào)U U0101、U U0202；此信號(hào)經(jīng)相；此信號(hào)經(jīng)相敏檢波后送低通濾波器，得到一與位移大小成正比、與位移方向有敏檢波后送低通濾波器，得到一與位移大小成正比、與位移方向有固定關(guān)系的電壓量。通過螺旋測微頭可對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。固定關(guān)系的電壓量。通過螺旋測微頭可對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。 5 5、差動(dòng)變壓器式電感傳感器性能測試原理、差動(dòng)變壓器式電感傳感器性能測試原理四、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會(huì)技能四、實(shí)驗(yàn)應(yīng)會(huì)技能1.1.差動(dòng)變壓器的輸

14、出特性測量差動(dòng)變壓器的輸出特性測量 觀察差動(dòng)變壓器式電感傳感器的外觀察差動(dòng)變壓器式電感傳感器的外形構(gòu)造，并按圖連接實(shí)驗(yàn)電路。即將傳形構(gòu)造，并按圖連接實(shí)驗(yàn)電路。即將傳感器的初級(jí)繞組接音頻振蕩器，必須從感器的初級(jí)繞組接音頻振蕩器，必須從LvLv插口接出。插口接出。 調(diào)整音頻振蕩器，用示波器測量，使調(diào)整音頻振蕩器，用示波器測量，使其輸出頻率為其輸出頻率為4KHZ/2Vp-p4KHZ/2Vp-p；并從音頻振；并從音頻振蕩器的蕩器的LvLv端口輸出。端口輸出。 旋動(dòng)測微頭并將其調(diào)整到旋動(dòng)測微頭并將其調(diào)整到15mm 15mm 處，記錄此時(shí)從示波器上讀出的輸出處，記錄此時(shí)從示波器上讀出的輸出電壓電壓u2u2

15、的的p-pp-p數(shù)值并記錄輸入信號(hào)電壓數(shù)值并記錄輸入信號(hào)電壓u1u1與輸出信號(hào)電壓與輸出信號(hào)電壓u2u2的極性，填的極性，填入表中。入表中。 使差動(dòng)變壓器鐵芯從上移至下，每隔使差動(dòng)變壓器鐵芯從上移至下，每隔1mm1mm步進(jìn)，從示波器上讀出次級(jí)步進(jìn)，從示波器上讀出次級(jí)輸出電壓（包括輸出電壓最小的那一點(diǎn)），將測試讀據(jù)，填入表中。輸出電壓（包括輸出電壓最小的那一點(diǎn)），將測試讀據(jù)，填入表中。(mm)1514131211109876o(mv)波形uiu2 此時(shí)注意觀察示波器上差動(dòng)變壓器初、次級(jí)信號(hào)波形的此時(shí)注意觀察示波器上差動(dòng)變壓器初、次級(jí)信號(hào)波形的相位關(guān)系的變化，找出其與位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)碰芯相位

16、關(guān)系的變化，找出其與位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)碰芯從上移到下時(shí)，兩者的相位由（從上移到下時(shí)，兩者的相位由（ ）相變?yōu)椋ǎ┫嘧優(yōu)椋?）相。）相。 仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭使次級(jí)的差動(dòng)輸出電壓仔細(xì)調(diào)節(jié)測微頭使次級(jí)的差動(dòng)輸出電壓u2u2為最小，通為最小，通常將常將CH2CH2通道的通道的“垂直垂直”靈敏度打到較高檔，這個(gè)最小電靈敏度打到較高檔，這個(gè)最小電壓叫做（壓叫做（ ）可以看出它與輸入電壓的）可以看出它與輸入電壓的相位差約為（相位差約為（ ），因此是（），因此是（ ）正交分量。）正交分量。 根據(jù)所測結(jié)果，將零點(diǎn)殘余電壓最小，定為座標(biāo)軸根據(jù)所測結(jié)果，將零點(diǎn)殘余電壓最小，定為座標(biāo)軸“0”0”點(diǎn)，輸入同相為正、反之

17、為負(fù)。畫出差動(dòng)變壓器輸點(diǎn)，輸入同相為正、反之為負(fù)。畫出差動(dòng)變壓器輸出電壓特性（出電壓特性（u2 p_p u2 p_p X X）曲線，指出線性工作范圍，求）曲線，指出線性工作范圍，求出靈敏度：出靈敏度： XVS完成以下思考完成以下思考2 2差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償 差動(dòng)放大器將增益旋到最大后進(jìn)行調(diào)零。將音頻振蕩器調(diào)到差動(dòng)放大器將增益旋到最大后進(jìn)行調(diào)零。將音頻振蕩器調(diào)到4KHZ/2Vp-p4KHZ/2Vp-p，上，上述準(zhǔn)備工作完畢、關(guān)閉電源。述準(zhǔn)備工作完畢、關(guān)閉電源。 按圖連線，圖中按圖連線，圖中W1W1、W2W2、r r、C C為電橋電路中的調(diào)零網(wǎng)絡(luò)。完成后通電為

18、電橋電路中的調(diào)零網(wǎng)絡(luò)。完成后通電 調(diào)整測微頭，使差動(dòng)放大器輸出電壓最小。再依次調(diào)整調(diào)整測微頭，使差動(dòng)放大器輸出電壓最小。再依次調(diào)整W1W1、W2W2使輸出電使輸出電壓進(jìn)一步減小。壓進(jìn)一步減小。 用示波器觀察用示波器觀察CH2CH2通道零點(diǎn)殘余電壓的波形，注意與激勵(lì)信號(hào)電壓波形相比通道零點(diǎn)殘余電壓的波形，注意與激勵(lì)信號(hào)電壓波形相比較。經(jīng)過被償后的殘余電壓波形為（較。經(jīng)過被償后的殘余電壓波形為（ ）波形。這說明波形中有（）波形。這說明波形中有（ ）分）分量。量。3差動(dòng)變壓器的標(biāo)定差動(dòng)變壓器的標(biāo)定 將差動(dòng)放大器的增益打到最大，并作調(diào)零處理。再按圖所示條件，確將差動(dòng)放大器的增益打到最大，并作調(diào)零處理。

19、再按圖所示條件，確保無誤的連接好實(shí)驗(yàn)電路。爾后分別開啟各使用處理電路模塊的電源。保無誤的連接好實(shí)驗(yàn)電路。爾后分別開啟各使用處理電路模塊的電源。 調(diào)整測微頭，使差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈的平衡位置（即調(diào)整測微頭，使差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈的平衡位置（即10mm處）。處）。再微調(diào)測微頭和電橋調(diào)零網(wǎng)絡(luò)的電位器再微調(diào)測微頭和電橋調(diào)零網(wǎng)絡(luò)的電位器W1、W2，使電壓表指示最小或指，使電壓表指示最小或指零。零。旋轉(zhuǎn)測微頭，給鐵芯一個(gè)較大的向上的位移（如：位移旋轉(zhuǎn)測微頭，給鐵芯一個(gè)較大的向上的位移（如：位移3mm即即13mm處），同時(shí)用示波器觀察相敏檢波器端（處），同時(shí)用示波器觀察相敏檢波器端（6處）的輸出波形，并記錄之。處）的輸出波形，并記錄之。調(diào)整移相器電位，使電壓表指示為最大。調(diào)整移相器電位，使電壓表指示為最大。旋動(dòng)測微頭，使鐵芯從向上的較大位移移至向下的較大位移（即旋動(dòng)測微頭，使鐵芯從向上的較大位移移至向下的較大位移（即8mm處），用示波器觀察相敏檢波器端（處），用示波器觀察相敏檢波器端（6處）的輸出波形，并記錄之。處）的輸出波形，并記錄之。(mm)1312.511.51110.5109.598.587.5o(mv)波形uiu2 按表所列數(shù)據(jù)，每隔按表所列數(shù)據(jù)，每隔0.50mm讀取一組數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中讀取一組數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表中 1.1.差動(dòng)變壓器