傳感器與檢測技術32差動變壓器

1、3.2 差動變壓器差動變壓器是把被測的非電量變化轉換為傳感器線圈的互感系數(shù)的變化。這種傳感器是根據(jù)變壓器的基本原理制成的，并且次級繞組常用差動的形式連接，故稱之為差動變壓器式傳感器。 3.2 差動變壓器 3.2.1 工作原理及分類工作原理及分類 3.2.2 變隙式差動變壓器 3.2.3 差動變壓器應用. 工作原理 -活動銜鐵；-導磁外殼；-骨架；-匝數(shù)為W1初級繞組；-匝數(shù)為W2a的次級繞組；-匝數(shù)為W2b的次級繞組. 基本特性當次級開路時有 ,初級線圈激勵電流 1111LjrUI根據(jù)電磁感應定律，次級繞組中感應電勢的表達式為 112IMjEa122IMjEb次級兩繞組反相串聯(lián)，且考慮到次級開

2、路，則 11121222LjrUMMjEEUba21211212LrUMMU輸出電壓有效值 基本特性分析： （1）當活動銜鐵處于中間位置時 M1= M2=M 則 U2=0（2）當活動銜鐵向W2a方向移動時 M1= M+M, M2= M-M 故 （3）當活動銜鐵向W2b方向移動時 M1= M-M，M2= M+M 故 2121122LrMUU2121122LrMUU差動變壓器輸出電壓特性曲線 (a)、(b) 變隙式差動變壓器；(c)、(d) 螺線管式差動變壓器；(e)、(f) 變面積式差動變壓器 3.2 差動變壓器 3.2.1 工作原理及分類 3.2.2 變隙式差動變壓器變隙式差動變壓器 3.2.

3、3 差動變壓器應用3.2.2 變隙式差動變壓器 1. 工作原理2. 輸出特性3. 主要性能4. 零點殘余電壓及消除方法5. 轉換電路變隙式差動變壓器 當一次側線圈接入激勵電壓后，二次側線圈將產生感應電壓輸出互感變化時，輸出電壓將作相應變化 兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)，而兩個次級繞組的同名端則反向串聯(lián)。當沒有位移時，銜鐵C處于初始平衡位置，它與兩個鐵芯的間隙為a0 =b0=0兩個次級繞組的互感電勢相等，即e2a=e2b。由于次級繞組反向串聯(lián)，因此，差動變壓器輸出電壓當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應的變化，使ab兩次級繞組的互感電勢e2ae2b，輸出電壓 電壓的大小反映了被測

4、位移的大小，通過用相敏檢波等電路處理，使最終輸出電壓的極性能反映位移的方向。0222baeeU0222baeeU1. 工作原理.輸出特性 .112.2UWWUabab如果被測體帶動銜鐵移動 01122UWWU01122UWWUK變隙式差動變壓器輸出特性 理想特性； 實際特性結論： 供電電源首先要穩(wěn)定，電源幅值的適當提高可以提高靈敏度K值; 增加W2/W1的比值和減少0都能使靈敏度K值提高; 以上分析的結果是在忽略鐵損和線圈中的分布電容條件下得到的; 以上結果是在假定工藝上嚴格對稱前提下得到的，而實際上很難做到這一點; 上述推導是在變壓器副邊開路的情況下得到的。. 主要性能（1）靈敏度（2）線性

5、度（1）靈敏度差動變壓器在單位電壓激勵下，鐵芯移動一個單位距離時的輸出電壓，以V/mm/V表示。理想條件下，差動變壓器的靈敏度KE正比于電源激勵頻率f .KE與f關系曲線提高輸入激勵電壓，將使傳感器靈敏度按線性增加。 除了激勵頻率和輸入激勵電壓對差動變壓器靈敏度有影響外，提高線圈品質因數(shù)Q值，增大銜鐵直徑，選擇導磁性能好，鐵損小以及渦流損耗小的導磁材料制作銜鐵和導磁外殼等可以提高靈敏度。（2）線性度傳感器實際特性曲線與理論直線之間的最大偏差除以測量范圍（滿量程），并用百分數(shù)來表示。影響差動變壓器線性度的因素:骨架形狀和尺寸的精確性，線圈的排列，鐵芯的尺寸和材質，激勵頻率和負載狀態(tài)等。改善差動變

6、壓器的線性度:取測量范圍為線圈骨架長度的1/10-1/4，激勵頻率采用中頻，配用相敏檢波式測量電路 4. 零點殘余電壓及消除方法零點殘余電壓危害： 使傳感器輸出特性在零點附近的范圍內不靈敏，限制著分辨力的提高。 零點殘余電壓太大，將使線性度變壞，靈敏度下降，甚至會使放大器飽和，堵塞有用信號通過，致使儀器不再反映被測量的變化。 產生零點殘余電壓的原因 （1）由于兩個二次測量線圈的等效參數(shù)不對稱，使其輸出的基波感應電動勢的幅值和相位不同，調整磁芯位置時，也不能達到幅值和相位同時相同。（2）由于鐵芯的B-H特性的非線性，產生高次諧波不同，不能互相抵消。（3）勵磁電壓波形中含有高次諧波。減小零點殘余電

7、壓措施： 提高框架和線圈的對稱性，特別是兩個二次線圈對稱。 采用適當?shù)臏y量電路，一般可采用在放大電路前加相敏整流器。 在電路上進行補償，使零點殘余電壓最小，接近于零。線路補償主要有：加串聯(lián)電阻，加并聯(lián)電容，加反饋電阻或反饋電容等。補償零點殘余電壓的電路 5. 轉換電路 能辨別移動方向 消除零點殘余電壓 （1）差動整流電路 （2）相敏檢波電路 （3）直流差動變壓器電路（1）差動整流電路(a)、(b)適用于高阻抗負載(c)、(d)適用于低阻抗負載電阻R0用于調整零點殘余電壓。 （2）相敏檢波電路（a）相敏檢波電路原理圖；（b）us、u2為正半周時等效電路；(c) us、u2為負半周時等效電路 (a

8、）被測位移變化波形圖；(b)差動變壓器激勵電壓波形；(c) 差動變壓器輸出電壓波形；(d)相敏檢波解調電壓波形；(e)相敏檢波輸出電壓波形（3）直流差動變壓器電路：需要遠距離測量，便攜，防爆及同時使用若干個差動變壓器，且需避免相互間或對其它儀器設備產生干擾的場合 。3.2 差動變壓器 3.2.1 工作原理及分類 3.2.2 變隙式差動變壓器 3.2.3 差動變壓器應用差動變壓器應用3.2.3 差動變壓器應用 1. 力和力矩的測量2. 微小位移的測量3. 壓力測量4. 加速度傳感器1. 力和力矩的測量1線圈2銜鐵3彈性元件：承受軸向力時應力分布均勻； 當長徑比較小時，受橫向偏心的分力的影響較小。 2. 微小位移的測量1測端2防塵罩3軸套4圓片簧5測桿6磁筒7磁芯8線圈9彈簧10導線3. 壓力測量 微壓力傳感器 1-接