实验三电磁式传感器
（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：差动变压器同一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式
和三段式，本实验采用三段式结构。

当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接(同名端连接)，就引出差动输出。

其输出电势反映出被测体的移动量。

三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、电感式传感器、音频信号源
(音频振荡器)、直流电源、万用表。

四、实验步骤：
1、根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图
2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率
为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。

调节幅度使输出幅度为峰一峰值 V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。

判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。

图3-2 双线示波与差动变压器连结示意图
3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p为最小。

这时可以左右位移，假设其中一个方向为
正位移，则另一方向移为负。

从V p-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压V p-p值填入下表(3-1)。

再从V p-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

表(3-1)差动变压器位移ΔX值与输出电压V p-p数据表
X(mm) 无数据-←0mm 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5
V(mv) 233 248 264 288 312 336
4、实验过程中注意差动变压输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。

根据表4-1画出V op-p-X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。

>> axis([0 7.5 233 336 ]);
coords=[0,1.5,3.0,4.5,6.0,7.5;233,248,264,288,312,366];
grid;
hold;
plot(coords(1,:),coords(2,:),'*');
x=coords(1,:)
y=coords(2,:)'
b=size(coords);
c=ones(1,b(2));
MT=[c;x];
M=MT';
f=inv(MT*M)*MT*y
['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]
x=-max(x):0.01:max(x);
y=f(1)+f(2)*x;
mistake=max(x-y)/(max(y)-min(y));
fprintf('传感器的系数灵敏度S=%5.3f%%\n',abs(f(2)));
fprintf('非线性误差f=%5.3f%%\n',mistake);
plot(x,y);
xlabel('x/mm');
ylabel('V/mv');
title('差动变压器的性能试验');
legend(['y=',num2str(f(2)),'x+',num2str(f(1))]);
计算结果:
ans =
y=16.781x+222.2381
传感器的系数灵敏度S=16.781%
非线性误差f=-0.413%
五、思考题：
1）用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅填，可以吗？差动变压器测量频率的上限受到什么影响？
答:可以,受铁磁材料磁感应频率响应上限影响。

2）试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
答：差动变压器一般用于作为检测元件，而一般变压器作为电源变换部件或者信号转换部件；差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及铁心组成，当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变换，使次级线圈产生感应电势的变化，而两只次级线圈是同名端相连，就引出差动输出，其输出电势反映出来的就是被测体的位移量。

而一般电源变压器就是把连个线圈套在同一个铁心上构成的。