传感器932差动变压器.ppt
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1、Sensor&Detecting Technology,主要内容3.1 自感式传感器3.2 差动变压器3.3 电容传感器3.4 电涡流式传感器,第三章 变阻抗式传感器原理与应用,3.2 差动变压器,互感式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器。差动变压器式传感器次级绕组用差动形式结构:变隙式、变面积式、螺线管式优点:测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠,3.2.1 变隙式差动变压器3.2.2 螺线管式差动变压器3.2.3 差动变压器应用,3.2 差动变压器,3.2 差动变压器,3.2.1 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,W2
2、a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a0=b0=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,3.2.1 变隙式差动变压器,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ab,互感MaMb,两次级绕组
3、的互感电势e2ae2b,输出电压U2=e2a-e2b0,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。,3.2 差动变压器,3.2.1 变隙式差动变压器,3.2.1 变隙式差动变压器,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r1aL1a,r1bL1b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
4、时,因a=b=0,则U2=0。如果被测体带动衔铁移动,例如向上移动(假设向上移动为正)时,则有a=0-,b=0+,代入上式可得,3.2.1 变隙式差动变压器,3.2.1 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/0成正比。“”号的意义:当衔铁向上移动时,/0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,/0则为-|/0|,表明Uo与Ui同相。,3.2.1 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,首先,供电电源U1要稳定(获取稳定的输出特
5、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。增加W2/W1的比值和减小0都能使灵敏度K值提高。(W2/W1影响变压器的体积及零点残余电压。一般选择传感器的0为0.5 mm。),3.2.1 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U0=0;而实际U0为几mV到几十mV。(严格对称),3.2.1 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3.2.2 螺线管式差动变压器3.2.3 差动变压器应用,
6、3.2 差动变压器,3.2.2 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,3.2.2 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。,3.2.2 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
7、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。,3.2.2 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,3.2.2 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
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