差动变压式传感器及其应用

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1、主要内容1.1差动变压式传感器分类1.2具体分类的原理1.3差动变压式传感器应用第一章差动变压式传感器1.1差动变压式传感器分类按结构来分可以分为：变隙式差动变压器螺线管式差动变压器1.2.1变隙式差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈、线圈框架组成。W1a及W1b为初级绕组，W2a及W2b为次级绕组，C为衔铁。为反映差值互感，将两个初级绕组的同名端顺向串联，并施加交流电压U1两个次级绕组的同名端反向串联，同时测量串联后的合成电势U2。1.工作原理3.2差动变压器当没有位移时，衔铁C处于初始平衡位置，它与两个铁芯的间隙有δa0=δb0=δ

2、0。则绕组W1a和W2a间的互感Ma与绕组W1b和W2b的互感Mb相等，致使两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反相串联，差动变压器输出电压：U2=e2a-e2b=0。3.2差动变压器1.2.1变隙式差动变压器在实际应用中当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使δa≠δb，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压U2=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性将反映被测体位移的大小和方向。3.2差动变压器1.2.1变隙式差动变压器1.2.1变隙式差动变压

3、器2.输出特性在忽略铁耗（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏感以及变压器次级开路（或负载阻抗足够大）的条件下等效电路。r1a与L1a,r1b与L1b,r2a与L2a,r2b与L2b，分别为W1a,W1b,W2a,W2b绕组的电阻与电感。3.2差动变压器当r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b时，如果不考虑铁芯与衔铁中的磁阻影响，得变隙式差动变压器输出电压U2的表达式，即分析：当衔铁处于初始平衡位置时，因δa=δb=δ0，则U2=0。如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动Δδ（假设向上移动为正）时，则有δa=δ0-Δδ，δb=δ0+Δδ，代入

4、上式可得3.2.1变隙式差动变压器1.2.1变隙式差动变压器3.2差动变压器3.2.1变隙式差动变压器上式表明：变压器输出电压与衔铁位移量Δδ/δ0成正比。“－”号的意义:当衔铁向上移动时，Δδ/δ0定义为正，变压器输出电压与输入电压Ui反相（相位差180°）；当衔铁向下移动时，Δδ/δ0则为-

5、Δδ/δ0

6、，表明Uo与Ui同相。1.2.1变隙式差动变压器3.2差动变压器变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为3.2.1变隙式差动变压器提高灵敏度的方法:适当提高电源的幅值可以提高灵敏度K值增加W2/W1的比值减小δ0都能使灵敏度K值提高。1

7、.2.1变隙式差动变压器3.2差动变压器3.2.1变隙式差动变压器变隙式差动变压器输出电压U2与位移Δδ的关系曲线。零点残余电压：差动变压器可动衔铁处在中间位置时，理想条件下ΔU0=0；而实际ΔU0为几mV到几十mV。（严格对称）1.2.1变隙式差动变压器3.2差动变压器1.2.1变隙式差动变压器1.2.2螺线管式差动变压器1.2.3差动变压器应用3.2差动变压器1.2.2螺线管式差动变压器3.2差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器1.工作原理1.2.2螺线管式差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器1.工作原理两个次级线圈反相串联，并

8、且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下,其等效电路。1.2.2螺线管式差动变压器3.2差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器1.工作原理当初级绕组加以激励电压U时,根据变压器的工作原理,在两个次级绕组W2a和W2b中便会产生感应电势E2a和E2b如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时,必然会使两互感M1=M2。根据电磁感应原理,将有E2a=E2b。由于变压器两次级绕组反相串联,因而Uo=E2a-E2b=0，即差动变压器输出电压为零。3.2差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器当活动衔铁向上移动时,由

9、于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1>M2，因而E2a增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小。因为Uo=E2a-E2b，所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，Uo也必将随x而变化。1.2.2螺线管式差动变压器3.2差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压不等于零。把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作ΔUo，它的存在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。1.2.2螺线管式差动变压器3.2差动变压器3.2.2螺线管式差动变压器零点残余电

10、压产生的主要原因：由传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称以及磁性材料的非线性等引起的。1.2.2螺线管式差动变压器3.2差动变压器1.2.1变隙式差动变压器1.2.2螺线管式差动变压器1.2.3差动