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文本内容:
第5章电感式传感器
5.2差动变压器式传感器1主要内容教学目标掌握差动变压器式传感器的结构及工作原理;掌握差动变压器式传感器的主要工作特性;掌握零点残压的概念、对测量的影响以及处理方法教学内容:从差动变压器式传感器的定义、结构和基本特性入手,介绍其测量原理;介绍差动变压器式传感器的主要工作特性;从零点残压的概念和产生原因入手,分析其对测量的影响,介绍处理方法工作原理定义:把被测的非电量变化转换成为线圈互感量的变化的传感器称为互感式传感器结构:差动变压器结构示意图塑料骨架上绕制线圈,中间初级,两边次级铁芯在骨架中间可上下移动;Hi・・这种传感器根据变压器的基本原理制成并将次级线圈绕阻用差动形式连接差动变压器的结构形式有变隙式、变面积式和螺线管式应用最多的是螺线管式差动变压器0Ifo差动变压器;a、b变隙式c、d螺线管式差动变压器;00•口e、f变面积式差动变压器初级线圈的激磁电流为:动铁和次级线圈中产生的磁通分别为出为初级线圈的匝数,次级线圈叫1=唱1=版,R21R22分别为通道磁阻此时初级线圈与两次级线圈的互感为ty—-楠)日饪±2jcoW.b\+jcoL{电压有效值为:Uo=刃(虬如)ui」R+g2基本特性铁芯在中间位置时Mi=M
2.Uo=0铁芯向上移(右移)输出与E2a同极性;流电压,存在相位问题,有正负变化工作特性:D输出电压特性由图可见:完全耦合时:该线圈磁路的磁阻最小互感最大,感应电动势最大因而其输出电压达到最大值Um单个线圈变压器输出电压特性完全不耦合时输出电压Uo称之为残余电压△x表示动铁与次级线圈实际位移的范围结论:差动两线圈输出电压线性工作范围大大增加理想的差动变压器输出电压与位移成线性关系,但实际上由于线圈、铁芯、骨架的结构形状、材质等诸多因素的影响,不可能达到完全对称,使得实际输出电压呈非线性状态但在变压器中间部分磁场是均为且较强的,因而具有较好的线性段一般Ax为线圈骨架1/10~1/4改善差动变压器输出电压特性的方法:提高次级两线圈磁路和电路的对称性采用相敏整流电路对输出电压进行处理2灵敏度定义差动变压器的灵敏度是指差动变压器在单位电压激励下,动铁芯移动单位距离时的输出电压单位为mV/mm•V
①当f较低时,CD—2#±2jco^M•U2=-^—ruiR]+jeoLx3L/R”贝寸土2jW51\C0fj246810fhfkHzKKe与f关系曲线B
②当千较员时即3T-4U2T3》R”则%与3无关,K为常数±2AM•L匕1
③当f继续升高时,将会产生“集肤”效应,电荷汇集在表面,铁芯有效阻值增大,铁芯发热,产生很大功耗,从而引起%快速下降3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满量程,并用百分数来表示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温度特性原因组成差动变压器的各个结构件的材料性能都受温度的影响,产生测量误差,影响最大的是初级线圈电阻温度系数,在温度变化时,引起初级电流/〔发生变化,致使输出电压随温度而变化措施一般控制温度在80°C以下工作;在低频激励下,可适当提高工作频率,减小%的变化对输出电压的影响;•有条件时可考虑采用恒流源激励5零点残余电压理论上讲,铁芯处于中间位置时输出电压应为零,而实际U米0在零点上总有一个最小的输出电压,称为零点残余电压产生零点残余电压的原因是由于两个次级线圈绕组电气参数M互感;L电感;R内阻不同,几何尺寸工艺上很难保证完全相同;电源中高次谐波,线圈寄生电容的存在等,使实际的特性曲线总有最小输出影响•使传感器输出特性在零点附近不灵敏;•限制着分辨力的提高;•灵敏度下降,非线性误差增大,直接影响传感器质量的参数减小零点残余电压措施在设计和工艺上,力求做到磁路对称,线圈对称铁芯材料要均匀,要经过热处理去除机械应力和改善磁性两个二次侧线圈窗口要一致,两线圈绕制要均匀一致一次侧线圈绕制也要均匀选择合适的测量电路,引入相敏整流电路,对差动变压器输出电压进行处理在电路上进行补偿线路补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实现次级线圈的感应电压的相位、幅值变化补偿电路补偿方法•串联电阻消除两次级绕组基波分量幅值上的差;并联电阻电容消除基波分量相差,减小谐波分量;加反馈支路初、次级间反馈,减小谐波分量;•相敏检波电路对零点残余误差有很好的抑制作用这些电路可单个也可综合使用,需通过实验证实效果介绍差动变压器式传感器的定义、结构和基本特性,分析其测量原理;介绍差动变压器式传感器的主要工作特性;介绍零点残压的概念和产生原因,分析其对测量的影响介绍减小零点残压的方法。