3.4 实训

3.4.1 实训1 差动变压器式电感传感器性能测试与标定

1.实训目的

1）了解差动变压器的结构与工作原理。

2）熟悉差动变压器的性能。

2.实训器材

音频振荡器、差动变压器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、双通道示波器。

3.实训原理与步骤

差动变压器式电感传感器是把被测量变化转换成线圈的互感变化来进行测量的。差动变压器本身是一个变压器，一次侧线圈输入交流电压，二次侧线圈感应出交流信号，当一次侧级间的互感受到外界影响而变化时，二次侧所感应的电压幅值也随之发生变化。

（1）差动变压器式电感传感器性能测试

1）按图3-36接线，将音频振荡器振荡频率调节为4kHz，音频传号输出电压峰-峰值V_P-P为2V，并输出至差动变压器一次侧。

2）调节位移标尺（测微头）使二次侧的差动输出电压最小（提高示波器灵敏度），此时读出的最小电压即为差分变压器的零点残余电压，观察残余电压的相位差约为π/2，是正交分量。

3）从零输出开始旋转测微头，当铁心位移变化时，将从示波器上读出的电压值填入表3-1中。

4）根据测试结果画出差动变压器输出特性曲线，指出特性曲线线性工作范围，并求出该电感传感器灵敏度。

图3-36 差动变压器式电感传感器性能测试接线图

表3-1 差动变压器式电感传感器性能测试

（2）差动变压器零点残余电压与位移测量电路的标定

1）打开电源将音频输出调至4kHz，用示波器调整输出幅度V_P-P为2V，将输出接至差动变压器一次侧。

2）差动放大器调零，增益旋至最大（此时放大倍数100倍），按图3-37连接电路。

3）改变铁心位置（调测微头），用示波器观察使差动放大器输出电压最小，示波器灵敏度提高观察零点残余电压波形。

4）反复调整电桥的平衡网络RP₁、RP₂，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，读出此时零点残余电压值的大小，与步骤3）的结果进行比较（此时输出电压应除以放大器100倍增益），观察经过补偿后的残余电压波形，注意与激励电压波形相比较。

5）用力给铁心一个较大的位移，调整移相器使电压输出指示最大，同时用示波器观察放大器输出波形或相敏检波器的输出波形，调整放大器增益使输出波形不失真。从输出电压为零开始，每隔1mm读出一电压输出值填入表3-2内。

图3-37 差动变压器微位移测量电路接线图

6）根据测量结果，画出差动变压器U-X特性曲线，并求出传感器灵敏度。

表3-2 差动变压器位移测试数据表

3.4.2 实训2 电涡流式接近开关制作

1.实训目的

1）掌握电感式接近开关的原理。

2）熟悉电感式接近开关电路的安装与调试。

2.实训原理

电感式接近开关是一种利用涡流感知物体的传感器，它由高频振荡电路、放大电路、整形电路及输出电路组成。振荡器是由绕在磁芯上的线圈构成的LC振荡电路，电感式接近开关电路如图3-38所示。

图3-38 电感式接近开关电路

振荡器通过传感器的感应面，在其前方产生一个高频交变的电磁场，当外界的金属物体接近这一磁场，并达到感应区时，在金属物体内产生涡流效应，从而导致LC振荡电路振荡减弱或停止振荡，这一振荡变化被后置电路放大处理并转换为一个具有确定开关输出信号，从而达到非接触式检测目标之目的。

3.元器件选择

电阻 R₁：1kΩ，R₂：1MΩ，R₃：33kΩ，R₄：82kΩ，R₅、R₆、R₇：5.6kΩ，R₈：20kΩ。

电容 C₁、C₃：222。C₂：102。C₄、C₅：104。

二极管 VD₁：6.8V。VD₂、VD₃：1N4148。

晶体管 VT₁、VT₂、VT₃：C945。VT₄：9014。

电感L：PK06087。

LED FG3141。

电源：12V。

4.电路安装与调试

（1）电路安装

1）检测元器件正常后，按照图3-38连接电路。

2）检查电路连接无误后，接通电源。

（2）电路调试

1）用万用表测量VT₁的c极电压应为6V。

2）用示波器观察VT₁的e极，应有高频振荡波形；若无振荡波形，应仔细检查电感线圈接线是否正确，VT₁周围R、C参数是否正确无误，采取相应措施处理，直到出现振荡波形为止。

3）用示波器观察输出，应为高电平，且LED不亮，然后用金属物体靠近电感线圈，其输出应变为低电平，同时LED亮，说明工作正常。

4）若不正常，应检查VT₂、VT₃、VT₄的状态及周围元件，无金属物体接近电感线圈时，VT₂导通，VT₃、VT₄截止；有金属物体接近时，VT₂截止，VT₄导通。