第4章+电感式传感器2.pptVIP

正半周时 因为是从中心抽头，所以u1= u２ ，故i３= i４。流经RL的电流为　i０= i４－ i３ =０ u1 u2 - R + RL R D3 D2 D1 D4 R R T1 T2 + - i4 i3 * 与U1同极性是指与U1同步增大或减小。 周继明一书p117 差动变压器输出的是交流电压，若用交流模拟电压表测量，只能反映铁芯位移的 大小，不能判别铁芯移动的方向。另外，测量值中还含有零点残余电压。接下来的两种测量电路是为了能判别铁芯移动的方向 ，同时又能消除零点残余电压。 c和g电势相等。 位移为0时，电压正负抵消，零点残存电压自动抵消。另外，由差动整流电路还可以判断铁芯的位移方向。周》平p122 由电路分析，D3、D4导通，D1、D2截止。 D1、D2导通，D3、D4截止。 注意e1、e2和u1、u2的极性，由此可以看出U1、U2的相位关系。 4.2.1 互感式传感器的结构与工作原理 分气隙型和螺管型两种。目前多采用螺管型差动变压器。 4.2 互感式传感器---差动变压器 1 初级线圈; 2.3次级线圈; 4衔铁 1 2 4 3 (a)气隙型 1 2 3 (b)螺管型 4 螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、四节式和五节式等形式。 图4-10 差动变压器线圈各种排列形式 1 初级线圈；2 次级线圈；3 衔铁 (a) 二节式 (b) 三节式 (c) 四节式 (d) 五节式 3 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 3 三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围大，四节式和五节式改善了传感器线性度。 差动变压器的等效电路 LP RS2 LS1 M1 M2 LS2 RS1 RP ～ ～ ～ 差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响）时的等效电路： 当次级开路时，初级绕组的交流电流为： 次级绕组的感应电动势为： 由于次级绕组反向串接，故差动变压器输出电压为 其有效值为 ① 铁芯处于中间位置时，M1 = M2 = M，U0 = 0 ② 铁芯上升时，M1= M +ΔM，M2= M -ΔM ③ 铁芯下降时，M1 = M -ΔM，M2 = M +ΔM 与U1同极性 与U2同极性 Ｕ０ e21 e22 差动变压器输出电势Ｕ０与衔铁位移x的关系。其中x表示衔铁偏离中心位置的距离。 0 x Ｕ０ 图4-12　　差动变压器输出特性 1、激励电压幅值与频率的影响 　　激励电源电压幅值的波动，会使线圈激励磁场的磁通发生变化，直接影响输出电势。而频率的波动，只要适当地选择频率，其影响不大。 4.2.2 差动变压器的输出特性 2、温度变化的影响 　　周围环境温度的变化，引起线圈及导磁体磁导率的变化，从而使线圈磁场发生变化产生温度漂移。当线圈品质因数较低时，影响更为严重，因此，采用恒流源激励比恒压源激励有利。适当提高线圈品质因数并采用差动电桥可以减少温度的影响。 3、零点残余电压 0 Ｕ０ x ＵＺ 当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。 1 基波正交分量 (a)残余电压的波形 (b)波形分析 1 3 2 4 5 UZ t Ui UZ U t 图中Ｕi为差动变压器初级的激励电压，UZ包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次谐波和幅值较小的电磁干扰等。 2 基波同相分量 3 二次谐波 4 三次谐波 5 电磁干扰 零点残余电压产生原因： ①基波分量 由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电动势数值不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波 高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波)磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外，激励电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致零点残余电压中有高次谐波成分。 1．从设计和工艺上保证结构对称性 为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。 消除零点残余电压方法： 采用相敏检波电