1、 返回 3 2差动变压器 差动变压器是根据变压器的基本原理制成的 它是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化 并且次级绕组用差动的形式连接 故称为差动变压器 变隙式变面积式螺线管式 下一页 返回 a b 变隙式差动变压器 c d 螺线管式差动变压器 e f 变面积式差动变压器 上一页 返回 下一页 差动变压器主要介绍 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 上一页 返回 下一页 3 2 1变隙式差动变压器 当一次侧线圈接入激励电压后 二次侧线圈将产生感应电压输出 互感变化时 输出电压将作相应变化 上一页 返回 下一页 两个初级绕组的同名端顺向串联 而两
2、个次级绕组的同名端则反向串联 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为 a0 b0 0两个次级绕组的互感电势相等 即e2a e2b 由于次级绕组反向串联 因此 差动变压器输出电压当被测体有位移时 与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化 使 a b两次级绕组的互感电势e2a e2b 输出电压电压的大小反映了被测位移的大小 通过用相敏检波等电路处理 使最终输出电压的极性能反映位移的方向 1 工作原理 上一页 返回 下一页 输出特性 上一页 返回 下一页 如果被测体带动衔铁移动 图3 2 3变隙式差动变压器输出特性 理想特性 实际特性 上一页 返回 下一页 K 差动变压器灵敏度
3、结论 供电电源首先要稳定 电源幅值的适当提高 可以提高灵敏度K值 增加W2 W1的比值和减少 0都能使灵敏度K值提高 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容条件下得到的 以上结果是在假定工艺上严格对称前提下得到的 而实际上很难做到这一点 上述推导是在变压器副边开路的情况下得到的 上一页 返回 下一页 螺线管式差动变压器 1 工作原理2 基本特性3 主要性能4 零点残余电压及消除方法5 转换电路 上一页 返回 下一页 工作原理 活动衔铁 导磁外壳 骨架 匝数为W1初级绕组 匝数为W2a的次级绕组 匝数为W2b的次级绕组 上一页 返回 下一页 图差动变压器输出电压特性曲线 上一页 返回 下一
4、页 基本特性 当次级开路时 初级线圈激励电流 根据电磁感应定律 次级绕组中感应电势的表达式为 次级两绕组反相串联 且考虑到次级开路 则 输出电压有效值 上一页 返回 下一页 基本特性分析 1 当活动衔铁处于中间位置时 M1 M2 M则U2 0 2 当活动衔铁向W2a方向移动时 M1 M M M2 M M故 3 当活动衔铁向W2b方向移动时 M1 M M M2 M M故 上一页 返回 下一页 主要性能 1 灵敏度 2 线性度 上一页 返回 下一页 1 灵敏度 差动变压器在单位电压激励下 铁芯移动一个单位距离时的输出电压 以 V mm V表示 理想条件下 差动变压器的灵敏度KE正比于电源激励频率f
5、 但实际并不是 图 KE与f关系曲线 上一页 返回 下一页 图 KE与U1关系曲线 提高传感器灵敏度的方法与措施 1 提高输入激励电压 可使传感器灵敏度按线性增加 2 提高线圈品质因数Q值 增大衔铁直径 选择导磁性能好 铁损小 涡流损耗小的导磁材料制作衔铁和导磁外壳等 可以提高灵敏度 上一页 返回 下一页 图 KE与U1关系曲线 2 线性度 线性度 传感器实际特性曲线与理论直线之间的最大偏差除以测量范围 满量程 并用百分数来表示 影响差动变压器线性度的因素 骨架形状和尺寸的精确性 线圈的排列 铁芯的尺寸和材质 激励频率和负载状态等 改善差动变压器的线性度 取测量范围为线圈骨架长度的1 10 1
6、 4 激励频率采用中频 测量电路采用相敏检波式 上一页 返回 下一页 4 零点残余电压及消除方法 零点残余电压危害 使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏 限制着分辨力的提高 零点残余电压太大 将使线性度变坏 灵敏度下降 甚至会使放大器饱和 堵塞有用信号通过 致使仪器不再反映被测量的变化 上一页 返回 下一页 产生零点残余电压的原因 1 由于两个二次测量线圈的等效参数不对称 使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不同 调整磁芯位置时 也不能达到幅值和相位同时相同 2 由于铁芯的B H特性的非线性 产生高次谐波不同 不能互相抵消 上一页 返回 下一页 减小零点残余电压措施 1 在设计和工艺上 力
7、求做到磁路对称 线圈对称 铁芯材料要均匀 要经过热处理去除机械应力和改善磁性 两个二次侧线圈窗口要一致 两线圈绕制要均匀一致 一次侧线圈绕制也要均匀 2 采用拆圈的实验方法来减小零点残余电压 其思路是 由于两个二次侧线圈的等效参数不相等 用拆圈的方法 使两者等效参数相等 3 在电路上进行补偿 线路补偿主要有 加串联电阻 加并联电容 加反馈电阻或反馈电容等 上一页 返回 下一页 补偿零点残余电压的电路 上一页 返回 下一页 5 转换电路 能辨别移动方向消除零点残余电压 1 差动整流电路 2 相敏检波电路 3 直流差动变压器电路 上一页 返回 下一页 1 差动整流电路 a b 适用于高阻抗负载 c
8、 d 适用于低阻抗负载电阻R0用于调整零点残余电压 上一页 返回 下一页 2 相敏检波电路 a 相敏检波电路原理图 b us u2为正半周时等效电路 c us u2为负半周时等效电路 上一页 返回 下一页 us 第1版相敏检波电路原理图 看69页图3 2 11 相敏检波电路波形 a 被测位移变化波形图 b 差动变压器激励电压波形 c 差动变压器输出电压波形 d 相敏检波解调电压波形 e 相敏检波输出电压波形 上一页 返回 下一页 从图分析知 1 当位移 x 0时 u2与us同频同相 当u2与us均为正半周时 二极管VD1 VD4截止 VD2 VD3导通 得到图 b 等效电路 电路输出电压 当u
9、2与us均为负半周时 二极管VD2 VD3截止 VD1 VD4导通 得到图 c 等效电路 电路输出电压与上式相同 2 当位移 x 0时 u2与us同频反相 采取同样方法分析 可得到负载RL两端输出电压 结论 相敏检波电路的输出电压u0的变化既反映了位移变化大小 同时又反映了位移变化方向 3 直流差动变压器电路 应用场合 需要远距离测量 便携 防爆 以及同时使用若干个差动变压器 且需避免相互间或对其它仪器设备产生干扰的场合 上一页 返回 下一页 3 2 3差动变压器应用 1 力和力矩的测量2 微小位移的测量3 压力测量4 加速度传感器 上一页 返回 下一页 1 力和力矩的测量 1 线圈2 衔铁3 弹性元件 优点 承受轴向力时应力分布均匀 当长径比较小时 受横向偏心的分力的影响较小 上一页 返回 下一页 2 微小位移的测量 1 测端2 防尘罩3 轴套4 圆片簧5 测杆6 磁筒7 磁芯8 线圈9 弹簧10 导线 上一页 返回 下一页 3 压力测量 1 接头 2 膜盒 3 底座 4 线路板 5 差动变压器线圈 6 衔铁 7 罩壳 8 插头 9 通孔 传感器与弹性敏感元件 膜片 膜盒和弹簧管等 相结合 可以组成开环压力传感器和闭环力平衡式压力计 上一页 返回 下一页 图 微压力传感器 4 加速度传感器 1 悬臂梁 2 差动变压器 上一页 返回
