3.2 差动变压器.ppt

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1、返 回3.2 3.2 差动变压器差动变压器差差动动变变压压器器是是根根据据变变压压器器的的基基本本原原理理制制成成的的，它它是是把把被被测测的的非非电电量量变变化化转转换换成成线线圈圈互互感感量量的的变变化化，并并且且次次级级绕绕组组用用差差动动的的形形式式连连接接，故故称称为差动变压器。为差动变压器。变隙式变隙式 变面积式变面积式 螺线管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：差动变压器主要介绍：3.2.1 3.2.1 变隙式差动变压器变隙式差动变压器3.2.2 3.2.2

2、 螺线管式差动变压器螺线管式差动变压器3.2.3 3.2.3 差动变压器应用差动变压器应用 上一页返 回下一页3.2.1 3.2.1 变隙式差动变压器变隙式差动变压器 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ab两次级绕组的互感电势e2ae

3、2b，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。1.1.工作原理工作原理上一页返 回下一页.输出特性输出特性 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-差动变压器灵敏度结论：结论：（）供电电源首先要稳定，电源幅值的适当提高，可以（）供电电源首先要稳定，电源幅值的适当提高，可以 提高灵敏度提高灵敏度K值值;（）增加（）增加W2/W1的比值和减少的比值和减少0都能使灵敏度都能使灵敏度K值提高值提高;（）（）以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容以上分

4、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，（）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.工作原理工作原理2.基本特性基本特性 3.主要性能主要性能4.零点残余电压及消除方法零点残余电压及消除方法5.转换电路转换电路上一页返 回下一页.工作原理工作原理-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

5、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 回下一页.基本特性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：基本特性分析：（1）当活动衔铁处于中间位置时，）当活动衔铁处于中间位置时，M1=M2=M 则则 U2=0（2）当活动衔铁向当活动衔铁向W2a方向移动时，方向移动时，M1=M+M,M2=M-M 故故 （3）当活动衔铁向）当活动衔铁向W2b方向移动时，方向移动时，M1=M-M，M2=M+M 故故 上一页返 回下一页.主要性能主要性能（1

6、）灵敏度）灵敏度（2）线性度）线性度上一页返 回下一页（1）灵敏度）灵敏度 差差动动变变压压器器在在单单位位电电压压激激励励下下，铁铁芯芯移移动动一一个个单单位距离时的输出电压，以（位距离时的输出电压，以（V/mm）/V表示。表示。理想条件下，差动变压器的灵敏度理想条件下，差动变压器的灵敏度KE正比于电源正比于电源激励频率激励频率f，但实际并不是。，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：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；）提高输入激励电压，可使传感器灵敏度按线性增加；（2）

7、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）线性度线性度线性度线性度线性度: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。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。寸和材质，激励频率和负载状态等。改善差动变压器

8、的线性度改善差动变压器的线性度:取测量范围为线圈骨架长度的取测量范围为线圈骨架长度的1/10-1/4 激励频率采用中频激励频率采用中频 测量电路采用相敏检波式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及消除方法零点残余电压危害零点残余电压危害：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。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，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塞有用信号通过，致使仪器不

9、再反映被测量的变化。测量的变化。上一页返 回下一页产生零点残余电压的原因产生零点残余电压的原因 （1）由由于于两两个个二二次次测测量量线线圈圈的的等等效效参参数数不不对对称称，使使其其输输出出的的基基波波感感应应电电动动势势的的幅幅值值和和相相位位不不同同，调调整整磁磁芯芯位位置置时时，也也不不能能达达到到幅幅值值和和相相位位同同时时相同。相同。（2）由由于于铁铁芯芯的的B-H特特性性的的非非线线性性，产产生生高高次次谐波不同，不能互相抵消。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：减小零点残余电压措施：（1）在在设设计计和和工工艺艺上上，力力求求做做到到磁磁路路对对称称

10、，线线圈圈对对称称。铁铁芯芯材材料料要要均均匀匀，要要经经过过热热处处理理去去除除机机械械应应力力和和改改善善磁磁性性。两两个个二二次次侧侧线线圈圈窗窗口口要要一一致致，两两线线圈圈绕绕制制要要均均匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。匀一致。一次侧线圈绕制也要均匀。（2）采采用用拆拆圈圈的的实实验验方方法法来来减减小小零零点点残残余余电电压压。其其思思路路是是，由由于于两两个个二二次次侧侧线线圈圈的的等等效效参参数数不不相相等等，用用拆拆圈圈的方法，使两者等效参数相等。的方法，使两者等效参数相等。（3）在在电电路路上上进进行行补补偿偿。线线路路补补偿偿主主要要有有：加加串串联联电电阻阻，加并联电容

11、，加反馈电阻或反馈电容等。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补偿零点残余电压的电路 上一页返 回下一页5.转换电路转换电路 能辨别移动方向能辨别移动方向 消除零点残余电压消除零点残余电压 （1）差动整流电路差动整流电路 （2）相敏检波电路相敏检波电路 （3）直流差动变压器电路直流差动变压器电路上一页返 回下一页（1）差动整流电路）差动整流电路(a)、(b)适用于高阻抗负载(c)、(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 2）相敏检波电路）相敏检波电路）相敏检波电路）相敏检波电路（a）相敏检波电路原理图（b）us、u2为

12、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相相相相敏敏敏敏检检检检波波波波电电电电路路路路波波波波形形形形(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：从图分析知：1）当位移）当位移x0时，时，u2 与与us同频同相同频同相 当当u2 与与us均为正半周时，二极管均为正半周时，二极管VD1、VD4截止，截止，VD2、VD3导导 通，得到图（通，得到图（b）等效电路，电路输出电压）等效电路，电路输出电压

13、:当当u2 与与us均为负半周时，二极管均为负半周时，二极管VD2、VD3截止，截止，VD1、VD4导导 通，得到图（通，得到图（c）等效电路，电路输出电压与）等效电路，电路输出电压与上式相同上式相同。2）当位移）当位移x0时，时，u2 与与us同频反相同频反相.采取同样方法分析，可得到采取同样方法分析，可得到负载负载RL两端输出电压：两端输出电压：结论：相敏检波电路的输出电压结论：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，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。同时又反映了位移变化方向。（3）直流差动变压器电路）直流差动变压器电路应用场合应用场合应用场合应用场合：需

14、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 差动变压器应用差动变压器应用 1.力和力矩的测量力和力矩的测量2.微小位移的测量微小位移的测量3.压力测量压力测量4.加速度传感器加速度传感器上一页返 回下一页1.力和力矩的测量力和力矩的测量1线圈2衔铁3弹性元件优点优点优点优点：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.加速度传感器加速度传感器1 悬臂梁；2 差动变压器 上一页返 回