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1、为什么采用差动整流电路可以消除零点插于电压?因为差动变压器输出的是调幅波，为了辨别衔铁移动的方向，需要对输出波形解调，差动整流电路就是解调电路的一种，差动整流电路对感应和分布电容不明感，不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响如何消除电感式传感器电路的零点残余电压尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。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、低剩磁感应的磁道材料，并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀和稳定性。磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。选用合适的测量电路。例如采用相敏整流电路，既可以判别衔铁
2、移动方向又可以改善输出特性，减小零点残存电压。采用补偿线路减小零点残存电压。在差动变压器次级绕组侧串、并联适当数值的电阻、电容原件，当调整这些原件时，可使零点残存电压减小。差动变压器零残电压的补偿(常州工程职业技术学院, 江苏常州 213000)摘要: 本文主要通过对差动变压器的结构组成和工作原理的分析, 介绍了零点残余电压产生的原因及其对测量造成的不良影响, 并给出了抑制零点残余电压的方法。关键词: 差动变压器 零点残余电压 补偿 整流电路 相敏检波电路差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作为差动变压器激励, 相当于变压器的原边, 次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的
3、线圈反向串联, 相当于变压器的副边, 差动变压器是开磁路, 工作是建立在互感基础上的。在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路如图1所示。当初级绕组1被加以激励电压U1时, 根据变压器的工作原理, 在两个次级绕组2a和2b中便会产生感应电势E2a和E2b。如果工艺上保证变压器结构完全对称, 则当活动衔铁处于初始平衡位置时, 必然会使两互感系数M1=M2。根据电磁感应原理, 将有E2a=E2b。由于变压器两次级绕组反向串联, 因而U2=E2a- E2b=0, 即差动变压器输出电压为零。图1 图2当活动衔铁向上移动时, 由于磁阻的影响,2a中的磁通将大于2b, 使M1M2,
4、因而E2a增加, E2b减小; 反之, E2b增加, E2a减小。因为U2=E2a- E2b, 所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时, U2也将随着x变化。图2是变压器输出电压U2与活动衔铁位移x的关系曲线。实际上, 当衔铁位于中心位置时, 差动变压器输出电压并不等于零, 我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压, 记作Ux。它的存在使传感器的输出特性曲线不过零点, 造成差动变压器零点附近的不灵敏区, 造成实际特性与理论特性不完全一致, 影响电路正常工作。零点残余电压产生主要是因传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称, 以及磁性材料的非线性等问题引起的。零点残余电压的波形
5、十分复杂, 主要由基波和高次谐波组成。基波产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电路参数(M、L、R) 、几何尺寸不对称, 导致它们产生的感应电势幅值不等、相位不同, 因此不论怎样调整衔铁位置, 两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波主要是由于磁性材料磁化曲线的非线性( 磁饱和、磁滞) 引起的, 由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响, 使激励电流与磁通波形不一致, 产生了非正弦波( 主要是三次谐波) 磁通, 从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。零点残余电压一般在几十毫伏以下, 在实际使用时, 应设法减小, 否则将会影响传感器的测量结果。减小零点残余电压的办法有:1.从设计和工艺制作上尽量保证线路和
6、磁路的对称提高框架和线圈的对称性; 正确选择磁路材料, 同时适当减小线圈的励磁电流, 使衔铁工作在磁化曲线的线性区。2.减少电源中谐波成份_3.选用补偿电路在线圈上并联阻容移相网络, 补偿相位误差, 如图3。图3该补偿电路中音频信号频率一定要调整到次级线圈输出波形基本无失真, 否则由于失真波形中有谐波成分, 补偿效果将不明显。而且该补偿电路要求差动变压器的输出必须悬浮,因此次级输出波形要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。该补偿电路简单有效, 经过补偿, 零点残余电压将大幅减小, 同时系统灵敏度有所提高, 非线性误差有所下降, 将起到很好的补偿作用。4.采用差动整流电路和相敏检波电路, 使零
7、点残余电压减小到能够忽略的程度差动整流电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流, 然后将整流的电压或电流的差值作为输出, 如图4是典型的差动整流电路之一全波电压输出电路, 它适用于交流负载阻抗, 其中电阻R0用于调整零点残余电压。不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何, 流经电容C1的电流方向总是从2到4, 流经电容C2的电流方向从6到8, 故整流电路的输出电压为:U2=U24- U68当衔铁在零位时, 因为U24=U68, 所以U2=0; 当衔铁在零位以上时, 因为U24U68, 则U20; 而当衔铁在零位以下时, 则有U240时, u2与u0为同频同相, 负载RL两端得到的电压uL始终为正。当x0时, u2与u0为同频反相, 负载RL两端得到的电压uL始终为负。 理化生教学与研究
