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1、3.2 差动变压器差动变压器是把被测的非电量变化转换为传感 器线圈的互感系数的变化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的， 并且次级绕组常用差动的形式连接，故称之为差 动变压器式传感器。 3.2 差动变压器3.2.1 工作原理及分类3.2.2 变隙式差动变压器3.2.3 差动变压器应用. 工作原理 -活动衔铁；-导磁外壳； -骨架；-匝数为W1初级绕组； -匝数为W2a的次级绕组； -匝数为W2b的次级绕组螺线管式 差动变压器. 基本特性当次级开路时有 ,初级线圈激励电流 根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为 次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则 输出电压有效值 初级线圈电 阻
2、，电感M1，M2 互感基本特性分析： （1）当活动衔铁处于中间位置时M1= M2=M则 U2=0 （2）当活动衔铁向W2a方向移动时M1= M+M, M2= M-M故 （3）当活动衔铁向W2b方向移动时M1= M-M，M2= M+M故 差动变压器输出电压特性曲线 零点残余电压(a)、(b) 变隙式差动变压器； (c)、(d) 螺线管式差动变压器； (e)、(f) 变面积式差动变压器 3.2 差动变压器3.2.1 工作原理及分类3.2.2 变隙式差动变压器3.2.3 差动变压器应用3.2.2 变隙式差动变压器 1. 工作原理2. 输出特性3. 主要性能4. 零点残余电压及消除方法5. 转换电 路
3、变隙式差动变压器 当一次侧线圈接入激励电压后，二次侧线圈将产生感应电压输出 互感变化时，输出电压将作相应变化 两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反向串联。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为a0 =b0=0 互感Ma=互感Mb，两个次级绕组的互感电势相等，即e2a=e2b。由于次级绕组反向串联，因此，差动变压器输出电压当被测体有位移时，与被测体相连的衔铁的位置将发生相应的变化，使ab两次级绕组的互感电势e2ae2b，输出电压 电压的大小反映了被测位移的大小，通过用相敏检波等电路处理，使最终输出电压的极性能反映位移的方向。1. 工作原理.输出特性 忽略
4、铁损、漏感、 变压器次级开路， 等效电路为：如果被测体带动衔铁向上移动 变隙式差动变压器输出特性 理想特性； 实际特性结论： 供电电源首先要稳定，电源幅值的适当提高可以提高 灵敏度K值; 增加W2/W1的比值和减少0都能使灵敏度K值提高;（ 0 取0.5mm） 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容条 件下得到的; 以上结果是在假定工艺上严格对称前提下得到的，而 实际上很难做到这一点; 实际特性曲线2，存在零点残余 电压。 上述推导是在变压器副边开路的情况下得到的。. 主要性能（1）灵敏度（2）线性度（1）灵敏度差动变压器在单位电压激励下，铁芯移动一个单 位距离时的输出电压，以V/mm/
5、V表示。 理想条件下，差动变压器的灵敏度KE正比于电源 激励频率f .KE与f关系曲线传感网结构不对 称，铁损，漏磁40010KHz提高输入激励电压，将使传感器灵敏度按线性增加。 除了激励频率和输入激励电压对差动变压器灵敏度有影响外， 提高线圈品质因数Q值，增大衔铁直径，选择导磁性能好， 铁损小以及涡流损耗小的导磁材料制作衔铁和导磁外壳等 可以提高灵敏度。什么是Q 值 ？品质因数 Q 值：是衡量电感产品的重要参数，是指电感器在某 一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗值与其等 效损耗电阻之比。 电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。 电感器 品质因数 / Q值 的高低与线圈导线的直流电阻 、
6、线圈骨架的介质损耗及铁芯、屏蔽罩等引起的损耗 等有关，和线圈直径, 长度都有关系。 （2）线性度线性度线性度: : 传感器实际特性曲线与理论直线之间的最大偏差除以测量范围（满量程），并用百分数来表示。影响差动变压器线性度的因素影响差动变压器线性度的因素:骨架形状和尺寸的精确性，线圈的排列，铁芯的尺寸和材质，激励频率和负载状态等。改善差动变压器的线性度:取测量范围为线圈骨架长度的1/10-1/4，激励频率采用中频，配用相敏检波式测量电路 4. 零点残余电压及消除方法零点残余电压危害： 使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制 着分辨力的提高。 零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，
7、 甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器 不再反映被测量的变化。 产生零点残余电压的原因产生零点残余电压的原因 （1）由于两个二次测量线圈的等效参数不对称，使其输出的基波感应电动势的幅值和相位不 同，调整磁芯位置时，也不能达到幅值和相位 同时相同。（2）由于铁芯的B（磁感应强度）-H（磁场强度 )特性的非线性，产生高次谐波不同，不能互相抵消。（3）励磁电压波形中含有高次谐波。减小零点残余电压措施：减小零点残余电压措施： 提高框架和线圈的对称性，特别是两个二次线圈对称 。 采用适当的测量电路，一般可采用在放大电路前加相 敏整流器。 在电路上进行补偿，使零点残余电压最小，接近于零 。线路补
8、偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈 电阻或反馈电容等。补偿零点残余电压的电路 基 波 补 偿基波及 高次谐 波补偿百千欧调整线圈电 阻值不平衡改变输出 电势相位避免外接负 载不是纯电 阻引起较大 的残余电压5. 转换电路能辨别移动方向能辨别移动方向消除零点残余电压 （1）差动整流电路（2）相敏检波电路 （1）差动整流电路(a)、(b)适用于高阻抗负载 (c)、(d)适用于低阻抗负载 电阻R0用于调整零点残余电压。 差动整流电路工作原理可以不考虑相位调整和零点残余电压的影响， 且结构简单，分布电容小和便于远距离传输等 优点，应用广泛。+U2= U24 U68 衔铁上移，U24 U68 U2
9、0 衔铁下移， U24 U68 U20（2）相敏检波电路（a）相敏检波电路原理图； （b）us、u2为正半周时等效电路； (c) us、u2为负半周时等效电路 相敏检波电路波形相敏检波电路波形 (a）被测位移变化波形图；(b)差动变压器激励电压波形；(c) 差动变压器输出电压波形；(d)相敏检波解调电压波形；(e)相敏检波输出电压波形（3）直流差动变压器电路应用场合应用场合： 需要远距离测量，便携，防爆及同时使用若干个差动变压器， 且需避免相互间或对其它仪器设备产生干扰的场合 。 初级一端增加直流电源和多谐振荡器，形成“直进-直出”抑制干扰3.2 差动变压器3.2.1 工作原理及分类3.2.2
10、 变隙式差动变压器3.2.3 差动变压器应用3.2.3 差动变压器应用 1. 力和力矩的测量2. 微小位移的测量3. 压力测量4. 加速度传感器1. 力和力矩的测量1线圈 2衔铁 3弹性元件优点优点：承受轴向力时应力分布均匀；当长径比较小时，受横向偏心的分力的影响较小。 2. 微小位移的测量1测端 2防尘罩 3轴套 4圆片簧 5测杆 6磁筒 7磁芯 8线圈 9弹簧 10导线3. 压力测量微压力传感器 1-接头；2-膜盒； 3-底座；4-线路板； 5-差动变压器线圈； 6-衔铁；7-罩壳； 8-插头；9-通孔输出电压正比于被测压力 可测（-4060）*KPa压力传感器与弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合， 可以组成开环压力传感器和闭环力平衡式压力计 P4. 加速度传感器1 悬臂梁； 2 差动变压器 End the 3.2
