3.2变压器式传感器.doc

1 变压器式传感器变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化, 变压器的初级线圈输入交流电压, 次级线圈则互感应输出电势,由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式,故又称为差动变压器式传感器。 结构与原理图 是一个?型差动变压器,它由两个?型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。线圈 1和线圈 2 顺串组成初级绕组,U ?加在初级绕组的激励电压。线圈 3 和线圈 4 反串组成次级绕组, 其输出电压为 scU ?。图 ?型差动变压器的结构原理图 差动变压器输出特性曲线初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。假如衔铁上移,则线圈 1、3 间的耦合加强,它们间的互感增大,而线圈 2、4 间的耦合程度减弱,它们间的互感减小。因此,差动变压器的初次级线圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变, 即被测量位移可转换为传感器的互感变化, 当用一定频率的电压激励初级绕组时,次级的输出电压 scU ?与互感的变化有关,这样,将被测位移转换为电压输出。差动变压器与一般变压器不同, 一般变压器为闭合磁路, 初次级的互感为常数, 而差动变压器由于存在铁心气隙, 是开磁路, 且初次级的互感随衔铁位移而变化, 另外, 差动变压器的两个次级线圈按差动方式工作,输出电压 1 2 sc U U U ? ?? ??。 1 )当衔铁位于中间位置时, 1 2 1 2 , , 0 sc M M U U U ? ??? ??; 2 )当衔铁向上移动, 1 2 M M ?, 1 2 U U ?? ?,0 scU??; 3 )当衔铁向下移动, 1 2 M M ?, 1 2 U U ?? ?,0 scU??。所以,当衔铁偏离中心位置时,输出电压 scU ?随偏离的增大而增加,但上、下偏移的相位差 180 °, 如图 所示。实际上, 衔铁位于中心位置时, 输出电压 scU ?并不等于零, 而是 zU ?, 它是零点残余电压, 其产生原因很多,主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。 zU ?一般在几十毫伏以下,实际使用中,必须设法减小 zU ?,否则会影响测量结果。 等效电路在忽略线圈寄生电容、铁心涡流损耗及磁滞损耗的情况下,一个理想的差动变压器可等效为图 . 3 2 所示的电路。图 差动变压器等效电路由于初级线圈 1、2 正向串接(见图 ) ,可等效为一个初级线圈。 1R 、1L 为初级线圈的损耗电阻及电感; U ?和I ?为初级线圈的激励电压和电流;角频率为?;21R 和22R 为两个次级线圈的损耗电阻;21L 和22L 为两个次级线圈的电感;1M 和2M 为初级线圈与两次级线圈间的互感系数;1U ?和2U ?为两次级线圈的感应电势; scU ?为输出电压。当次级开路时,初级线圈的交流电流为 1 1 UI R j L ?????次级线圈感应电势为 1 1 U j M I ???? ? 2 2 U j M I ????