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传感器与检测技术实验报告
课程名称： 传感器与检测技术 实验项目： 电抗型传感器实验 实验地点： 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师：
2013年 11 月 11 日
实验一 差动变压器的性能实验
一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理：差动变压器的工作原理电磁互感原理。当差动变压器工作在理想情况下，它的等效电路如图11—2所示。对于差动变压器，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，
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可以知道衔铁位移量的大小和方向。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：
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。 2、选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。 3、采用补偿线路减小零点残余电动势。
三、需用器件与单元：主机箱中的±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：
测微头组成和读数如图
测微头组成： 测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。 测微头读数与使用：测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线。
测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度。
1、差动变压器、测微头及实验模板按图安装、接线。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作为差动变压器初级线圈的激励电压。
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。
3、根据表11数据绘出X－Vp-p曲线并找出差动变压器的零点残余电压。 表11 差动变压器性能实验数据 △X(mm) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Vp-p(mV) 0.719 0.670 0.628 0.537 0.517 0.461 0.419 0.349 0,314 0.251
五、思考题：1、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
答：不同点:这两者差距极大,不可互相代替.差动变压器一般用于作为检测元件,而一般变 压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。相同点:都是由铁芯和线圈组成,都是转换电压的元件.
2、用直流电压激励会损坏传感器。为什么？
答：会,因为变压器初级直接接到了直流电压上,由于初级线圈的直流电阻很低,这样形成 很大的直流电流,产生的热量如果足够大可能将初级线圈烧毁。 实验二 电容式传感器的位移实验
一、实验目的： 了解电容式传感器结构及其特点。
二、基本原理：1、原理简述：本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器，差动式一般优于单组式的传感器。它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。 2、测量电路(电容变换器)：测量电路画在实验模板的面板上。当高频激励电压(ｆ>100kHz)输入到ａ点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容CX1和CX2两端电压
均由E1充到E2。充电电荷一路由ａ点经D3到b点，再对CX1充电到O点(地)；另一路由由ａ点经C4到c点，再经D5到d点对CX2充电到O点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容CX1和CX2均放电。CX1经b点、D4、c点、C4、ａ点、L1放电到O点；CX2经d点、D6、L1放电到O点。 三、需用器件与单元：主机箱±15V直流稳压电源、电压表；电容传感器、电容传感器实验模板、测微头。 四、实验步骤：
1、按下图示意安装、接线。
2、将实验模板上的Rw调节到中间位置。 3、将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，旋转测微头改变电容传感器的动极板位置使电压表显示0V ，再转动测微头(同一个方向)6圈，记录
此时的测微头读数和电压表显示值为实验起点值。以后，反方向每转动测微头1圈即△X=0.5mm位移读取电压表读数，将数据填入表16。 表16 电容传感器位移实验数据 X (mm) 0 V(mV) 0.5 1.0 0.330 1.5 0.238 2.0 0.145 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 0.525 0.422 0.062 -0.024 -0.112 -0.200 -0.290 4、根据表16数据作出△X—V实验曲线并截取线性比较好的线段计算灵敏度S=△V／△X和非线性误差δ及测量范围。实验完毕关闭电源开关。
实验三 电涡流传感器位移实验 一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体组成。根据电磁感应原理，当传感器线圈通以交变电流I1时，线圈周围空间会产生交变磁场H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流I2，而I2所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。
三、需用器件与单元：主机箱中的±15V直流稳压电源、电压表；、电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、测微头、被测体、示波器。 四、实验步骤：
1、调节测微头的微分筒，使微分筒的0刻度值与轴套上的5mm刻度值对准。将电压表量程切换开关切换到20V档，检查接线无误后开启主机箱电源，记下电压表读数，然后逆时针调节测微头微分筒，每隔0.1mm读一个数，直到输出Vo变化很小为止并将数据列入表。 X（mm） Vo(V) 0 0 0.2 -0.68 0.4 -1.19 0.6 -1.53 ?? ?? 2.2 -3.42 2.4 -3.67 2.6 -4.03 2.8 -4.2 3.0 -4.36 3、根据表22数据，画出V－X实验曲线，根据曲线找出线性区域比较好的范围计算灵敏度和线性度。实验完毕，关闭电源。
【感想】通过这个实验，我了解了差动变压器式传感器，电容传感器，电涡流传感器的工作原理，特性和接线方式。压器式传感器，电容传感器，电涡流传感器都属于电抗型传感器，差动式电容位移传感器是把位移信号转换成电容的大小，通过测电容容量来测位移的。差动电感位移传感器是把位移信号转换成电感量来测量位移的。电涡流传感器具有高分辨率和高采样率；可自行调整零位、增益和线性；可选择延长电缆、温度补偿等功能；可测铁磁和非铁磁所有金属材料；具有多传感器同步功能；不受潮湿、灰尘的影响，对环境要求低等特点。 这次实验又让我认识了更多的传感器的性能，对这些传感器有了更深的了解。