电感式传感器B-差动变压器式传感器.pptxVIP

第3章 电感式传感器 ;3.2 差动变压器式传感器 ;3.2.1 变隙式差动变压器 1. 工作原理 假设闭磁路变隙式差动变压器的结构如图3-11（a）所示， 在A、B两个铁芯上绕有W1a=W1b=W1的两个初级绕组和W2a=W2b=W2两个次级绕组。两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反相串联。 ;图 3-11 差动变压器式传感器的结构示意图 （a）、 （b） 变隙式差动变压器; （c）、 （d） 螺线管式差动变压器; 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=δ0，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，因此，差动变压器输出电压Uo=e2a-e2b=0。 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Uo=e2a-e2b≠0，即差动变压器有电压输出， 此电压的大小与极性反映被测体位移的大小和方向。 ;;如果被测体带动衔铁移动 ; 综合以上分析， 可得到如下结论： ① 首先，供电电源Ui要稳定，以便使传感器具有稳定的输出特性；其次，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度K值，但要以变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。 ② 增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。然而， W2/W1的比值与变压器的体积及零点残余电压有关，不论从灵敏度考虑，还是从忽略边缘磁通考虑，均要求变隙式差动变压器的δ0愈小愈好。为兼顾测量范围的需要，一般选择传感器的δ0为0.5 mm 。 ; ③ 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容等条件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性能变差（灵敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工程应用中是可以忽略的。 ④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到的，而实际上很难做到这一点，因此传感器实际输出特性如图3-13中曲线2所示，存在零点残余电压ΔUo。 ⑤ 进行上述推导的另一个条件是变压器副边开路，对由电子线路构成的测量电路来讲，这个要求很容易满足，但如果直接配接低输入阻??电路， 就必须考虑变压器副边电流对输出特性的影响。 ;; 螺线管式差动变压器按线圈绕组排列方式不同可分为一节、 二节、三节、四节和五节式等类型，如图3-15所示。一节式灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通常采用的是二节式和三节式两类。 ;图3-17 差动变压器输出电压的特性曲线; 在零点总是有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余电压。零点残余电压的大小是判别传感器质量的重要表示之一。 当活动衔铁向上移动时,由于磁阻的影响，W2a中磁通将大于W2b，使M1M2，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。图3- 17给出了差动变压器输出电压Uo与活动衔铁位移Δx的关系曲线。图中实线为理论特性曲线，虚线曲线为实际特性曲线。由图 3-17可以看出，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们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。 ;零点残余电压产生原因： ①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ;消除零点残余电压方法： 1．从设计和工艺上保证结构对称性 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。 2．选用合适的测量线路 ;3．采用补偿线路 ①由于两个次级线圈感应电压相位不同，并联电容可改变其一的相位，也可将电容C改为电阻，如图(a)。由于R的分流作用将使流入传感器线圈的电流发生变化，从而改变磁化曲线的工作点，减小高次谐波所产生的残余电压。图(b)中串联电