9-3.2-差动变压器

传感器,各种传感器

传感器与检测技术Sensor & Detecting Technology

防灾科技学院防灾仪器系主讲教师: 姚振静

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第三章 变阻抗式传感器原理与应用主要内容 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

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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L1 A1线圈

铁芯

WL2

A2

衔铁

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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 3.2.2 螺线管式差动变压器 3.2.3 差动变压器应用

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3.2.1 变隙式差动变压器1. 工作原理由衔铁、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。3.2 差动变压器

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3.2.1 变隙式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δa0=δb0=δ0。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

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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δa≠δb ,互感Ma≠Mb ,两次级绕组的互感电 势e2a≠e2b,输出电压U2=e2a-e2b≠0,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

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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 , Ui

r1a + L1a

Ma E2 a

r2a + U2

L2a Mb E2 b

RL

r2b

-

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

L1b - r1b

L2b

差动变隙式变压器的等效电路8

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3.2.1 变隙式差动变压器当r1a<<ωL1a,r1b<<ωL1b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 b a W2 U U2 1 b a W1-

3.2.1 变隙式差动变压器

r1a + L1a Ui

Ma E2 a

r2a + U2

L2a Mb E2 b

RL

r2b

-

L1b r1b

L2b

差动变隙式变压器的等效电路

分析：当衔铁处于初始平衡位置时，因δa=δb=δ0, 则U2=0。

如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动Δδ(假设向上移动为正)时， 则有δa=

δ0-Δδ, δb=δ0+Δδ,代入上式可得 W 2 U 1 U2 W1 03.2 差动变压器

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3.2.1 变隙式差动变压器3.2.1 变隙式差动变压器 W 2 U 1 U2 W1 0

上式表明：变压器输出电压与衔铁位移量Δδ/δ0成正比。 “-”号的意义:当衔铁向上移动时，Δδ/δ0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，Δδ/δ0 则为-|Δδ/δ0|,表明Uo 与Ui 同相。 变隙式差动变压器灵敏度K的表达式为K 3.2 差动变压器

U2

W2 U1 W1 0

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3.2.1 变隙式差动变压器3.2.1 变隙式差动变压器 U2 W2 U1 W1 0

K

U2

W2 U1 W1 0

① 首先，供电电源U1要稳定(获取稳定的输出特性); 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。② 增加W2/W1的比值和减小δ0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δ0为0.5 mm。)

3.2 差动变压器

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3.2.1 变隙式差动变压器3.2.1 变隙式差动变压器

U2

W2 U1 W1 0

变隙式差动变压器输出电压U2与位移Δδ的关系曲线。 U2e2a e2a + e2b 2 1 Uo - e2b

O

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 差动变压器

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3.2.2 螺线管式差动变压器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

3.2 差动变压器

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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

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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。r1 + I1 L1a - U

r2 a +

E2aL2a r2 b

+

Uo-

RL

+

E 2bL2b

-

-

3.2 差动变压器

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r1 + I1 L1a +

r2 a

E2aL2a - r2 b

+

Uo-

RL< …… 此处隐藏：1586字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……