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a0=b0=0。 则绕组W1
2、a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ab，互感MaMb，两次级绕组的互感电势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 变隙式差动变压器,2. 输出特性,在忽略铁耗（即涡流与磁滞损耗忽略不计
3、）、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,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
4、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。,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0都能使灵敏度K值提高。,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,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
5、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）,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
6、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
7、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Uo，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 差动变压器应用,3.2 差动变压器,1.2 差动变压器,3.2.3 差动变压器应用,可直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。 ,测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以x(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。,1.2.3 差动变压器应用,3.2 差动变压器,差动变压器式加速度传感器,3.2 差动变压器,
