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* §4 电感式传感器 §4.1 变磁阻式传感器 §4.2 互感式传感器 §4.3 电涡流式传感器 第4章 电感式传感器 把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。  差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式等。 在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器， 它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、 结构简单、性能可靠等优点。 §4.2 差动变压器式传感器 各种差动变压器的结构示意图 §4.2 差动变压器式传感器 各种差动变压器的结构示意图 §4.2 差动变压器式传感器 各种差动变压器的结构示意图 §4.2 差动变压器式传感器 差动变压器的工作原理 一 差动变压器的应用举例 三 差动变压器的基本特性 二 差动变压器的测量电路 四 §4.2 差动变压器式传感器 4 1 2 3 1 初级线圈; 2.3次级线圈; 4衔铁 结构 差动变压器的两个次级线圈反相串接。 1 2 4 3 (b)气隙型 (a)螺管型 一、工作原理 ～ U0 Ui P M1 M2 U1 U2 差动变压器电气连接图 活动衔铁处于初始平衡位置时 当衔铁向上移动时 当衔铁向下移动时 一、工作原理 差动变压器的工作原理 一 差动变压器的基本特性 二 差动变压器的应用举例 三 差动变压器的测量电路 四 §4.2 差动变压器式传感器 ～ ～ ～ U0 RS2 U1 U2 Rp M1 M2 LS1 LS2 Lp Ip RS1 差动变压器等效电路图 1、等效电路 二、基本特性 ① 衔铁处于中间位置时，M1=M2=M，U0=0 ② 衔铁上升时，M1=M +ΔM，M2=M -ΔM ③ 衔铁下降时，M1=M -ΔM，M2=M +ΔM 与U1同极性 与U2同极性 输出电压有效值： 二、基本特性 副Ⅰ 0 x 副Ⅱ 原线圈 差动变压器输出特性图 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。 U0 U2 U1 U0 二、基本特性 差动变压器传感器产品 TD－1油动机行程阀位位移传感器 交流差动变压器式角位移传感器 GA系列差动变压器位移传感器 二、基本特性 2、灵敏度 差动变压器在单位电压激励下，衔铁移动一个单位距离时的输出电压，以V/mm/V表示。理想条件下，差动变压器的灵敏度K正比于电源激励频率f 。 K与f 关系曲线图 二、基本特性 3、零点残余电压 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。 0 U0 x E0 二、基本特性 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。 ① 零点残余电压产生原因： 二、基本特性 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。 二、基本特性 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。 ② 消除零点残余电压方法： 二、基本特性 采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。 相敏检波后的输出特性图 U0 -x 2 1 0 选用合适的测量线路 二、基本特性 +x 采用补偿线路 在差动变压器次级绕组侧串、并联适当数值的电阻、电容元件，当调整这些元件时，可使零点残存电压减小。 C R C R 串联电阻R可以调整次级线圈的电阻分量。 二、基本特性 三 差动变压器的测量电路 差动变压器的工作原理 一 差动变压器的基本特性 二 差动变压器的应用举例 四 §4.2 差动变压器式传感器 * * *