電感式傳感器原理及特性(編輯修改稿)
2025-06-17 02:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 CW1 bW2 be2 ae2 boU??2 變 隙 式 差 動 變 壓 器 結(jié) 構(gòu) 當(dāng) 沒有位移 時 ， 銜鐵 C處于初始平衡位置 ， 它與兩個鐵芯的間隙有 δa0=δb0=δ0， 則繞組 W1a和 W2a間的互感 Ma與繞組 W1b和 W2b的互感 Mb相等 ， 致使兩個次級繞組的互感電勢相等 ， 即 e2a=e2b。由于 次級繞組反相串聯(lián) ， 因此 ， 差動變壓器輸出電壓 Uo=e2ae2b=0。 當(dāng)被測體 有位移 時 ， 與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應(yīng)的變化 ， 使 δa≠δb， 互感 Ma≠Mb， 兩次級繞組的互感電勢 e2a≠e2b，輸出電壓 Uo=e2ae2b≠0， 即差動變壓器有電壓輸出 ， 此電壓的大小與極性反映被測體位移的大小和方向 。 . . 2. 輸出特性 在忽略鐵損 （ 即渦流與磁滯損耗忽略不計 ） 、 漏感以及變壓器次級開路 （ 或負(fù)載阻抗足夠大 ） 的條件下 ， 等效電路 。 r1a與 L1a , r1b與 L1b , r2a與 L2a , r2b與 L2b， 分別為 W1a , W1b , W2a, W2b繞阻的直流電阻與電感 。 iU?r 1 ar1 bL1 aL1 bL2 aL2 bbE2? aE2?r2 ar2 boU?RLMaMb－＋－＋ 差 動 變 隙 式 變 壓 器 的 等 效 電 路當(dāng) r1aωL1a， r1bωL1b時 ， 如果不考慮鐵芯與銜鐵中的磁阻影響 ， 可得變隙式差動變壓器輸出電壓 Uo的表達(dá)式 ， . iababo UWWU ??12??????????????012 ioUWWU ??分析：當(dāng)銜鐵處于初始平衡位置時 ， 因 δa=δb=δ0， 則 Uo=0。 但是如果被測體帶動銜鐵移動 ， 例如向上移動 Δδ（ 假設(shè)向上移動為正 ）時 ， 則有 δa=δ0Δδ， δb=δ0+Δδ， 代入上式可得 . 上式表明：變壓器輸出電壓 Uo與銜鐵位移量 Δδ/δ0成正比 。 “ － ” 號的意義 :當(dāng)銜鐵向上移動時 ， Δδ/δ0定義為正 ，變壓器輸出電壓 Uo與輸入電壓 Ui反相 （ 相位差 180176。 ） ；而當(dāng)銜鐵向下移動時 ， Δδ/δ0則為 |Δδ/δ0|， 表明 Uo與 Ui同相 。 圖 Uo與位移 Δδ的關(guān)系曲線 。 變隙式差動變壓器靈敏度 K 012??io UWWUK ?? ???圖 變隙式差動變壓器輸出特性 oU?12e2 ae2 be2 a e2b? Uo＋ ? ?－ ? ? O1— 理 想 特 性； 2— 實際特性－ 分析結(jié)論： ① 首先 ， 供電 電源 Ui要穩(wěn)定 （ 獲取穩(wěn)定的輸出特性 ） ；其次 ， 電源幅值的適當(dāng)提高 可以提高靈敏度 K值 ， 但要以變壓器鐵芯不飽和以及允許溫升為條件 。 ② 增加 W2/W1的比值和減小 δ0都能使靈敏度 K值提高 。（ W2/W1影響變壓器的體積及零點殘余電壓 。 一般選擇傳感器的 δ0為 mm。 ） 012??io UWWUK ?? ??? ③ 以上分析的結(jié)果是在忽略鐵損和線圈中的分布電容等條件下得到的 ， 如果考慮這些影響 ， 將會使傳感器性能變差 （ 靈敏度降低 ， 非線性加大等 ） 。 但是 ， 在一般工程應(yīng)用中是可以忽略的 。 ④ 以上結(jié)果是在假定工藝上嚴(yán)格對稱的前提下得到的 ， 而實際上很難做到這一點 ， 因此傳感器實際輸出特性存在零點殘余電壓 ΔUo。 ⑤ 變壓器副邊開路的條件對由電子線路構(gòu)成的測量電路來講容易滿足 ， 但如果直接配接低輸入阻抗電路 ， 須考慮變壓器副邊電流對輸出特性的影響 。 1. 工作原理 螺 線 管 式 差 動 變 壓 器 結(jié) 構(gòu)次 級 線 圈 1初 級 線 圈次 級 線 圈 2銜 鐵殼 體骨 架 兩個次級線圈反相串聯(lián) ， 并且在忽略鐵損 、 導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下 , 其等效電路 。 當(dāng)初級繞組加以激勵電壓 U時 , 根據(jù)變壓器的工作原理 ,在兩個次級繞組 W2a和 W2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢 E2a和 E2b。 如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱 ,則當(dāng)活動銜鐵處于初始平衡位置時 , 必然會使兩互感系數(shù) M1=M2。 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 , 將有 E2a=E2b。 由于變壓器兩次級繞組反相串聯(lián) , 因而 Uo=E2aE2b=0 , 即差動變壓器輸出電壓為零 。 U ?r1L1 aL2 aL2 baE2?bE2?r2 ar2 boU ? R LI1＋－＋－＋－＋－ 差 動 變 壓 器 的 輸 出 特 性W2 bW1W2 a0 ? xo? x理論特性曲線實際特性曲線oU?Δ22o a bU E E??2 aE2 bEoU 當(dāng)活動銜鐵向上移動時 ,由于磁阻的影響 ， W2a中磁通將大于 W2b， 使 M1M2， 因而 E2a增加 ， 而 E2b減小 。 反之 ，E2b增加 ， E2a減小 。 因為 Uo=E2aE2b， 所以當(dāng) E2a、 E2b 隨著銜鐵位移 x變化時 ， Uo也必將隨 x而變化 。 當(dāng)銜鐵位于中心位置時 ， 差動變壓器輸出電壓并不等于零 ， 我們把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為 零點殘余電壓 ， 記作 ΔUo， 它的存在使傳感器的輸出特性不經(jīng)過零點 ， 造成實際特性與理論特性不完全一致 。 零點殘余電壓產(chǎn)生原因 ：主要是由傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱 ， 以及磁性材料的非線性等引起的 。 零點殘余電壓的波形十分復(fù)雜 ， 主要由 基波和高次諧波 組成 。 基波產(chǎn)生的主要原因 是： 傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù) 、 幾何尺寸不對稱 ， 導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值
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