變阻抗式傳感器原理與應用(編輯修改稿)
2025-08-28 15:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 感器 0 ( / 2 ) ( Δ /)u u Z Z??敏感元件： C形彈簧管 轉(zhuǎn)換元件：差動變隙自 感傳感器 轉(zhuǎn)換電路：變壓器電橋 342 差動變壓器 定義： 把被測的非電量變化轉(zhuǎn)換為線圈互感量變化的傳感器稱為互感式傳感器 。 根據(jù)變壓器的基本原理制成的 。 次級繞組采用差動形式連接 , 故稱差動變壓器式傳感器 。 結(jié)構(gòu)形式： 差動變壓器結(jié)構(gòu)有變隙式、 變面積式和螺線管式等 , 應用最多的是螺線管式差動變壓器 , 它可以測量 1～ 100mm范圍內(nèi)的機械位移。 差動變壓器 圖 314差動變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)圖 (e)、 (f) 變面積式差動變壓器 (a)、 (b) 變隙式差動變壓器 (c)、 (d) 螺線管式差動變壓器 差動變壓器 變隙式差動變壓器 當一次側(cè)線圈接入激勵電壓后，二次側(cè)線圈將產(chǎn)生感應電壓 輸出互感變化時，輸出電壓將作相應變化 圖 315變間隙 差動變壓器式傳感器結(jié)構(gòu)圖 0222 ??? ba eeU?0222 ??? ba eeU ?1. 工作原理 差動變壓器 銜鐵 C處于初始平衡位置 δa0 =δb0=δ0 MA=MB 當被測體有位移時，與被測體相連的銜鐵的位置將發(fā)生相應的變化， 使 δa≠ δb , MA≠MB 差動變壓器 兩個初級繞組的同名端順向串聯(lián)， 而兩個次級繞組的同名端則反向串聯(lián)。 圖 316變間隙 差動變壓器等效電路 2. 輸出特性 差動變壓器 .112.2 UWWUabab ??????????可推導 如果被測體帶動銜鐵移動 ?? ???01122UWWU ??01122??UWWUK ???00AB? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?靈敏度為 提高靈敏度的措施 ? 差動變壓器 圖 317變隙式差動變壓器輸出特性 １ 理想特性；２ 實際特性 輸出含有零點殘余電壓 ,根據(jù)輸出的大小判斷 位移的大小 ,但不能辨別位移的方向 . 差動變壓器 ３ .２ .２螺線管式差動變壓器 １ 活動銜鐵；２ 導磁外殼；３ 骨架；４ 匝數(shù)為 W1初級繞組；５ 匝數(shù)為 W2a的次級繞組；６ 匝數(shù)為 W2b的次級繞組 圖 318螺管式差動變壓器的結(jié)構(gòu) 差動變壓器 工作原理 差動變壓器一次線圈加一定頻率的激勵 ， 由于一次和二次線圈之間的互感 ， 二次線圈產(chǎn)生感應電勢 。 銜鐵處于中間位置 0222212221 ????? UEEMMRR babamm ??銜鐵左移 銜鐵右移 0222212221 ????? UEEMMRR babamm ??0222212221 ????? UEEMMRR babamm ??差動變壓器輸出電壓與活動銜鐵位移 x的關(guān)系曲線，呈 V字形。是 E2a 曲線與 E2b曲線合成的結(jié)果 。 差動變壓器 被測量的變化帶動銜鐵產(chǎn)生位移，引起原副邊磁阻 變化 ,進而原副邊磁鏈和互感系數(shù)的變化，最終使兩 個次級線圈產(chǎn)生感應電勢不同 ,差動輸出電壓變化。 差動變壓器 圖 319 差動變壓器輸出電壓特性曲線 差動變壓器 基本特性 圖 320差動變壓器等效電路 差動變壓器 當次級開路時 ,初級線圈有激勵電流 1111 LjrUI?????二次線圈由于互感產(chǎn)生互感電動勢為 ???? ????122112 IMjEIMjE ba ??空載輸出電壓為 1121222)(LjrUMMjEEUba ????????????輸出電壓的有效值為 1 2 12 2211()()M M UUrL????? 差動變壓器 (1) 活動銜鐵處于中間位置時 M1=M2=M U2=0 (2) M1=M+ΔM M2=M－ ΔM 2 1 2 aU E E? ? ?與 、 同 相 。1 2 12 2211()()M M UUrL?????(3) M1=M － M M2=M+ΔM 差動變壓器 2 1 2 2abU E E E? ? ? ?與 、 反 向 。 與 同 相 。1 2 12 2211()()M M UUrL??????0 2 2 2 2( ) ( )a b a bZ r r j L L?? ? ? ?短路阻抗 差動變壓器 ３ . 主要性能 差動變壓器在單位電壓激勵下，鐵芯移動一個單 位距離時的輸出電壓，以 V/mm/V表示。 理想條件下，差動變壓器的靈敏度 KE正比于電源 激勵頻率 f 。激勵電源頻率在 400HZ～ 10KHZ之間。 圖 321 KE與 f的關(guān)系曲線 1 2 12 2211()()M M UUrL?????? 差動變壓器 提高輸入激勵電壓， 將使傳感器靈敏度 按線性增加。 提高線圈品質(zhì)因數(shù) Q值，增大銜鐵直徑，選擇導磁 性能好，鐵損小以及渦流損耗小的導磁材料制作銜鐵 和導磁外殼等，可以增大磁通， 增大互感， 提高靈敏 度。 1 2 12 2211()()M M UUrL??????圖 321 KE與 U1的關(guān)系曲線 差動變壓器 （ 2）線性度 線性度 : 傳感器實際特性曲線與理論直線之間的最大偏差除以測量范圍 （ 滿量程 ） ， 并用百分數(shù)來表示 。 影響差動變壓器線性度的因素 : 骨架形狀和尺寸的精確性 ， 線圈的排列 ， 鐵芯的尺寸和材 質(zhì) ， 激勵頻率和負載狀態(tài)等 。 改善差動變壓器的線性度 : 取測量范圍為線圈骨架長度的 1
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