3.2 差动变压器
3.2差动变压器
其次，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度K值，但要以
变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。 ② 增加W2/W1 的比值和减小 δ0 都能使灵敏度 K值提高。 （ W2/W1影响变压器的体积及零点残余电压。一般选择传 感器的δ0为0.5 mm。）
③
以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电
容等条件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性 能变差（灵敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工 程应用中是可以忽略的。 ④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到
jM I E 2a 1 1 jM I E 2b 2 1
由于次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则由以上关 系可得
j ( M M ) U 1 2 E E U o 2a 2b r1 jL1
上式说明，当激磁电压的幅值U和角频率ω、 初级绕组 的直流电阻 r1及电感L1为定值时，差动变压器输出电压仅仅 是初级绕组与两个次级绕组之间互感之差的函数。 只要求出互感M1和M2对活动衔铁位移x的关系式，可得 到螺线管式差动变压器的基本特性表达式。
. . . 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U24 > U68 ，则U2 >0；而当衔铁在零位以下时， . . . . 则有U24< U68，则U2 <0。U2的正负表示衔铁位移的方向。
（2）相敏检波电路
(2) 相敏检波电路 输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压 ) 通 过变压器T1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号us通过 变压器T2加到环形电桥的另一个对角线上。 输出信号uo从变 压器T1与T2的中心抽头引出。
平衡电阻R起限流作用，以避免二极管导通时变压器T2
差动式变压器的工作原理
差动式变压器的工作原理差动式变压器（differential transformer）是一种能够将电压或电流从一个电路传输到另一个电路的电器设备。
它是由不同的铁心绕制而成，其中包括了一个主线圈和两个次级线圈。
差动式变压器的工作原理基于法拉第感应定律和磁通守恒定律。
主线圈的输入电流在通过线圈时会产生磁场，这个磁场会通过次级线圈，并在次级线圈中诱发出一个电动势。
这个电动势会引起次级线圈中的电流流动。
差动式变压器的主要特点就是通过比较两个次级线圈流过的电流来实现信号的传输。
差动式变压器的主要部分是主线圈和次级线圈。
主线圈是差动式变压器的输入端，它的作用是通过输入电流产生磁场。
次级线圈则是差动式变压器的输出端，它的作用是将输入电流传输到输出端。
差动式变压器的工作可以分为两个阶段。
在第一个阶段，主线圈的输入电流会通过主线圈产生磁场。
这个磁场会通过次级线圈，并诱发出在次级线圈中的电动势。
在第二个阶段，这个电动势会引起次级线圈中的电流流动。
差动式变压器的输出电流会根据次级线圈中的电流来进行调节，从而实现输入电流的传输。
差动式变压器有很多应用领域。
最常见的应用就是用于测量电流和电压。
差动式变压器可以将输入电流或电压转化为输出电流或电压，并通过比较两个次级线圈中的电流来测量输入电流或电压的大小。
此外，差动式变压器还可以用于信号处理、通信系统和电力系统中。
差动式变压器的优点是具有较高的精度和稳定性。
由于其输出电流或电压是根据次级线圈中的电流来进行调节的，因此它相对于其他类型的变压器来说更加精确和稳定。
此外，差动式变压器的结构简单，体积小，适用于各种环境。
总之，差动式变压器是一种能够将电压或电流从一个电路传输到另一个电路的电器设备。
它的工作原理基于法拉第感应定律和磁通守恒定律，通过比较两个次级线圈中的电流来传输信号。
差动式变压器具有较高的精度和稳定性，广泛应用于测量、信号处理、通信系统和电力系统等领域。
差动变压器资料
I1
0S
2
(
2
2 0
2
)
I1
U1 Z11 Z12
, Z11
R11
jL11, Z12
R12
jL12,
L11
N12 0 S 2a
, L12
N12 0 S 2b
U• 2
jN1N 2 I1
0S 2
2 ( 02
2
)
•
U
jN1N 2
0S 2
2 ( 02
2
)
R11
R12
jN12
1
0S
2
( 2 0 02
3.2 差动变压器式传感器 （互感式）
把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称 为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制 成的，并且次级绕组用差动形式连接， 故称差动变压器式 传感器。
差动变压器结构形式：变隙式、变面积式和螺线管式 等。
在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器， 它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏 度高、 结构简单、性能可靠等优点。
件下, 其等效电路。
r1
r2a
＋ I1
＋ E2a
＋
L1a
L2a
Uo
RL
U
－
r2b
－
＋
E2b
L2b
－
－
当初级绕组加以激励电压U时, 根据变压器的工作原理,在两个次级绕组W2a和W2b 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相串联, 因而Uo=E2a-E2b=0 , 即差动变压器输出电压为零。
电感式传感器及其应用全文
电感式传感器及其应用3.1自感式传感器3.2差动变压器式电感式传感器 3.3电涡流式电感传感器3.4电感式传感器的应用电感传感器（Inductance sensor）利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感量或互感量的变化，进而由测量电路转换为电压或电流的变化量。
电感式传感器种类很多，主要有自感式、互感式和电涡流式三种。
可用来测量位移、压力、流量、振动等非电量信号主要特点有：◆结构简单、工作可靠；◆灵敏度高，能分辨0.01μm的位移变化；◆测量精度高、零点稳定、输出功率较大；◆可实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，在工业自动控制系统中被广泛采用；主要缺点有：◆灵敏度、线性度和测量范围相互制约；◆传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量。
3.1自感式传感器3.1.1传感器线圈的电气参数分析3.1.2自感式传感器3.1.3自感式传感器的误差3.1.1一.传感器线圈的电气参数分析如图，其为一种简单的自感式传感器，当衔铁随被测量变化而上、下移动时，其与铁心间的气隙发生变化，磁路磁阻随之变化，从而引起线圈电感量的变化，然后通过测量电路转换成与位移成比例的电量，实现了非量到电量的变换。
可见，这种传感器实质上是一个具有可变气隙的铁心线圈。
1 l0 2类似于上述自感式传感器，变磁阻式传感通常都具有铁心线圈或空心线圈(后者可视作前者特例)。
电路参数及其影响：1.线圈电感L由磁路基本知识可知，匝数为W的线圈电感为式中——磁路总磁阻(31)-m R mR W L /2=当线圈具有闭合磁路时－导磁体总磁阻当线圈磁路具有小气隙时式中——气隙总磁阻(32)-(33)-δR δR W L /2=F R F R W L /2=等效磁导率:即将线圈等效成一封闭铁心线圈，其磁路等效磁导率为μe ，磁通截面积为S，磁路长度为l式中——真空磁导率，＝4π×10-7(H/ｍ)2.铜损电阻 取决于导线材料及线圈的几何尺寸3.涡流损耗电阻由频率为ｆ的交变电流激励产生的交变磁场，会在线圈铁心中造成涡流及磁滞损耗。
差动变压器的测量及应用
差动变压器的测量及应用差动变压器是一种常见的电力测量装置，它用于对电力系统中的电流进行测量、监测和保护。
在本文中，我们将探讨差动变压器的测量原理、应用领域以及其在电力系统中的作用。
差动变压器的测量原理是基于法拉第电磁感应定律，即变压器原理。
差动变压器由两个相同的互感线圈构成，其中一个互感线圈称为主绕组，另一个互感线圈称为副绕组。
在正常工作情况下，主绕组和副绕组的磁通相等且反向，因此在副绕组上不会产生电动势，两个绕组之间的电流为零。
但是，当电力系统中的电流不平衡或出现故障时，主绕组和副绕组之间会产生差动电流。
差动电流的大小与故障电流成正比。
差动变压器通常用于测量电力系统中的电流，特别是进行保护和监测。
它可以检测电力系统中的故障电流，并及时采取保护措施，以避免系统故障扩大或损坏设备。
差动变压器的主要应用领域包括电力系统的保护、计量和监测。
在电力系统的保护应用中，差动变压器可用于检测系统中的短路和故障电流。
当系统出现故障时，保护装置会及时采取断开电路、切除故障部分或重新配置负载等措施，以保护系统和设备的安全运行。
在电力系统的计量应用中，差动变压器可用于测量系统中的电流，以便进行能量计量和电力负荷管理。
它可以精确地测量电力系统中每个分支电路的电流，为系统运行提供可靠的数据。
除了保护和计量，差动变压器还常用于电力系统的监测应用。
通过监测系统中的电流变化，可以及时发现系统中的异常情况，并采取相应的措施，以确保系统的安全和稳定运行。
差动变压器的应用不仅局限于电力系统，还可以应用于其他领域。
例如，在工业过程监测中，差动变压器可以用于监测和测量电机的电流，以判断电机是否正常运行或是否出现负载过大等问题。
在铁路牵引系统中，差动变压器可用于测量和监测列车的牵引电流，以确保牵引系统的安全和高效运行。
总之，差动变压器作为一种常见的电力测量装置，具有测量电流、保护电力系统、计量电能以及监测电力系统的功能。
它在电力系统的安全、可靠和高效运行中起着重要作用，也被广泛应用于其他领域。
差动变压器式加速度传感器的工作原理
差动变压器式加速度传感器的工作原理1. 引言说到加速度传感器，很多人可能会皱眉头，觉得这玩意儿离我们太远。
但其实，咱们日常生活中随处可见这位“隐形小助手”。
无论是手机里那种“摇一摇”就能换歌曲的功能，还是汽车里的安全气囊，背后都有加速度传感器的功劳。
而今天，咱们就来聊聊其中一种特别有趣的——差动变压器式加速度传感器。
2. 差动变压器的基础2.1 什么是差动变压器？先来了解一下，差动变压器听上去复杂，其实就像个小家伙，能感知运动的变化。
它的结构其实很简单，里面有两个线圈和一个移动的铁心。
想象一下，就像两个人在拔河，铁心在中间，如果一边力量大，铁心就会往那边移动。
这样一来，两个线圈产生的电压就会不一样。
这就是它的“秘诀”！2.2 工作原理那么，它是如何工作的呢？当传感器受到加速度影响，铁心就会在两个线圈之间移动。
比如，车子加速了，铁心往后移动，线圈A的电压就会减少，而线圈B的电压就会增加。
通过这两个电压的差值，咱们就能计算出加速度。
这就像咱们量体温一样，有了两个不同的温度，算算差值，就能知道身体的状况。
这一过程，真是简单得让人觉得不可思议。
3. 应用领域3.1 日常生活中的应用这玩意儿不仅在科研上有用，咱们生活中也能找到它的身影。
比如，智能手机里的游戏控制，就是靠着加速度传感器来识别你手机的倾斜度。
你轻轻晃一晃，角色就动了，是不是觉得很酷？还有汽车安全气囊，这家伙可不能大意，它们能迅速检测碰撞的加速度，及时弹出气囊，保护我们的安全。
可见，这个小家伙可真是大显身手，居然可以拯救生命，真是“英雄出少年”啊！3.2 工业与科研中的应用在工业和科研领域，差动变压器式加速度传感器也扮演着重要的角色。
比如，在桥梁的检测中，工程师可以通过它来监测桥梁的震动情况，确保安全。
再比如，在航空航天领域，它帮助飞行器监测加速度变化，确保飞行的稳定性。
想象一下，飞行员操控着飞机，差动变压器就在一旁默默工作，确保万无一失，这种默默奉献的精神，真是让人感动。
第3章 电感式传感器及其信号调理
当铁芯位于中间位置时，M M M ，E =0 铁芯向上位移时，M M M M M M ，
1 2
s
1
2
Es
2 jM E p Rp jLp
1
铁芯向下位移时，M
Es
M M
M 2 M M，
2 jM E p Rp jLp
3.1 自感式传感器 3.1.1 单线圈自感传感器
自感式传感器亦称变隙式自感传感器或变磁 阻式自感传感器，根据铁芯线圈磁路气隙的改变， 引起磁路磁阻的改变，从而改变线圈自感的大小。 气隙参数的改变可通过改变气隙长度和改变 气隙截面积两种方式实现。传感器线圈分单线圈 和双线圈两种。
图3-1单线圈变气隙式长度自感传感器
s
Us
j (M 2 M1 ) E p j (M 2 M1 ) E p RL RL RL ( Rs1 Rs 2 ) j ( L1 L2 ) Rp jLp RL Rs jLs Rp jLp
根据（3-19）画出差动变压器频率特性如图313。
3) 采用补偿电路，为常采用的零点残余电压补偿 电路原理图。消除零点残余电压的补偿电路有四 种： ①附加串联电阻以消除基波同相成分； ②附加并联电阻以消除基波正交成分； ③附加并联电容。改变相移，补偿高次谐波分量； ④附加反馈绕组和反馈电容，以补偿基波及高次谐 波分量。串联电阻的阻值很小，为0.5－5Ω ，并 联电阻的阻值为数十到数百千欧；并联电容的数 值在数百PF范围。实际数值通常由实验来确定。
U i L U0 4 L0
采用差动结构能带来的好处： 理论上消除了零位输出，衔铁所受电磁力平衡； 灵敏度提高一倍； 线性度得到改善(高次项能部分相互抵消)； 差动形式可减弱或消除温度、电源变化及外界干 扰等共模干扰的影响。因为这些干扰是以相同的 方向、相同的幅度作用在两个线圈上的，所引起 的自感变化的大小和符号相同，而信号调理电路 实质上是将两个线圈自感的差值转换为电信号。
差动变压器实验报告
差动变压器实验报告引言差动变压器是一种常用的电力设备，广泛应用于电力系统中的保护和控制中。
本次实验旨在通过实验方法验证差动变压器的工作原理，并研究其性能参数与实验条件的关系。
实验装置及原理介绍实验装置实验中使用的差动变压器实验装置包括两台单相变压器、一个调控盘、一个电压表和一个电流表。
其中，单相变压器的一侧通过调控盘和电流表连接至电源，另一侧通过调控盘和电压表连接至负载。
差动变压器原理差动变压器由两个单相变压器组成，分别为主变和副变。
主变和副变的原边和副边通过差动连接，主变的原边和副变的副边分别与电源和负载相连。
差动变压器主要通过相互感应作用来实现信号的传递和转换。
当主、副变的副边电流完全平衡时，差动变压器工作正常；当主、副变的副边电流不平衡时，差动变压器工作异常，可能引发保护动作。
实验步骤及结果分析实验步骤1.将调控盘设定为主变边额定电压，记录电压表示数。
2.在负载侧接入适当的负载，记录电流表示数。
3.将调控盘逐渐扩大到副变边额定电压，记录电压表和电流表示数。
4.逐渐减小负载或将主、副变的原边电压调至额定值，记录电流表示数。
5.根据记录的数据，计算差动电流、变比和误差等。
实验结果分析根据实验记录的数据，我们可以计算差动电流、变比和误差等参数。
差动电流是差动变压器工作正常与异常的重要指标，其大小与主、副变的副边电流平衡程度相关，主、副变的副边电流完全平衡时，差动电流为0；当主、副变的副边电流不平衡时，差动电流不为0，此时需要进行保护动作。
变比是差动变压器主变与副变的变压比，它是电压传输的重要性能指标，也是差动保护装置的参数之一。
误差是主变和副变的测量值与理论值之间的差异，其大小直接影响差动保护装置的灵敏度。
实验结果与讨论差动电流根据实验数据计算得到的差动电流如下： 1. 主变电流：10A 2. 副变电流：10.2A 3. 差动电流：0.2A变比由实验数据计算得到的变比为：1：1.02误差根据实验数据计算得到的误差为：0.02实验结论通过本次实验，我们验证了差动变压器的工作原理，并得到了差动电流、变比和误差等参数。
差动变压器资料(1)教学文案
③ 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电 容等条件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性 能变差（灵敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工 程应用中是可以忽略的。
④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到 的，而实际上很难做到这一点，因此传感器实际输出特性 存在零点残余电压ΔUo。
RL
U
－
r2b
－
＋ E2b
L2b
－
－
① 首先，供电电源Ui要稳定（获取稳定的输出特性）； 其次，电源幅值的适当提高可以提高灵敏度K值，但要以 变压器铁芯不饱和以及允许温升为条件。
② 增加W2/W1的比值和减小δ0都能使灵敏度K值提高。 （ W2/W1影响变压器的体积及零点残余电压。一般选择传 感器的δ0为0.5 mm。）
理论特性曲线
o Δ U o
U o E2a E2b
实际特性曲线
x
图3.15 差动变压器的输出特性
•
U 2 j
N2 N1
N
2 1
2
O
O S
( 2
0
) 2 ( R1
•
U
j
1
N
2 1
2
O
O S
0 ) 0
•
j
N2 N1
L0
0
U1
( R1 j
L0 )
•
U 1
N2 N1
0
j
L0
( R1 j
布电容。
3.2.2 1. 工作原理
T
Ui
R0 Uo
x (a)半波电压输出
T
Ui
x
R0
Uo
(b)半波电流输出
a Tb
Ui
差动变压器的结构及原理
差动变压器的结构及原理差动变压器传感器始功变压器是互感传感器，是把被测位移的变化转换为传感器线阉的互感系数变化的变嫩附式传感2E。
其原理类似1：变压器。
不同的是：后者为闭合磁路，前者为开磁路；后者初、次级问的互感为常数，前者韧、次级问的力：感随铁芯移动利变。
在结构上两个次级绕组反向申技，构成差动输小，故称为差动变乐器。
一、差动变压器的结构差动变压器的结构形式较多，有螺管式和变隙式、变面积式等。
在非电虽测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它uJ以测量1一l oo mm机械位移，并具有测旦精度高、灵敏度高、结构简单、性能uJ靠等优点。
图5—1所不为螺管式差动变压器的典型结构。
螺傍式差动变压器出绝缘框架、铁芯(也称衔铁)祁三组线圈构成。
一组为初级线圈，另的组为次吸线阁。
初级为激励输入，两个次级线圈反串输出。
变隙式差动变乐器的结构如图i—2所示。
变隙式的义敏度较高，但测量范围小．uf均于测量几微米到几百微米的线位移。
变面积式差动变压器的结构AlI图5—3所水。
变面积式差动变压器可测角位移，图不为两极型，还可制戊四极、入极、十六极TI代理型，一般可分辨军点几角秒以下的微小角位移，线性范围达il()‘。
二、差动变压器的工作原理亢忽略线圈肖生屯容与铁心损耗的悄况下，差动变压器的等效电路如图5九、i——初级线圈激励电压与电流(频率为c。
)；LL、及l——初级线圈电感与电阻；MI、M2——初级与次级线冈[、2间的互感；山l、Id!，R2l、Rn——两个次级线圈的41感与吧阻。
当初级线圈施以频率为b的激励电压uI时，根据变乐器原理，差动变乐器的开路输出电压为两次级线圈的感应电动势之差：当衔铁处于个间位量时，各两次级线圈参数、磁路尺寸相等，则三、差动变压器的主ATMEL代理要特性1．输出特性差动变压器的输出特性如图5—5所示(1)零点残余电动势回(a)为单个次级线圈的输出特性；图(b)为差动变压器的输出特性。
乙。
差动变压器及应用
差动变压器及应⽤差动变压器及其应⽤⼀、差动变压器简介（摘⾃⽇刊《传感器技术》1986年5⽉专号）差动变压器是⼀种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。
它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输⼊线圈和输出线圈之间建⽴起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正⽐的输出线圈的感应电压来获得。
1、差动变压器的特点（1）线性范围的种类很多，容易根据⽤途进⾏选择，通常在±2mm～±200mm级之间有10个左右类型的品种。
（2）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。
（3）不磨损，不变质，耐久性优良。
（4）输出电压对铁⼼的位移有精确的⽐例，即直线性好。
⼀般这种传感器中全⾏程偏差⼩于1%，在⾼档品可以保证在±0.2%～±0.3%。
（5）因为灵敏度⾼，可以获得⼤的输出电压，不要求外围电路⾼级化也能检测到微⼩的位移。
（6）因为输出变化平滑，故能进⾏⾼分辨率的检测。
（7）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。
（8）能够得到从500Hz到100Hz的⾼的响应速度。
2、差动变压器原理差动变压器的构造原理如图1-1所⽰，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。
典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之⼀，中间是⼀次线圈，两侧是⼆次线圈。
加⼊圆筒线圈中的铁芯⽤来在线圈中链接磁⼒线⽽构成磁路。
当在中间的⼀次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产⽣了电动势（这⼀点与普通变压器相同）。
因为⼆次线圈彼此极性相反地串联，两个⼆次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产⽣⼆者的电位差。
相对于线圈长度⽅向的中⼼处，两个⼆次线圈的感应电压⼤⼩相等⽅向相反，因⽽输出为零。
这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。
当铁芯从零点相某⼀⽅向改变位置时，位移⽅向的⼆次线圈的电压就增⼤，另⼀个⼆次线圈的电压则减⼩。
产品设计保证产⽣的电位差与铁芯的位移成正⽐。
差动变压器型传感器的等效电路如下图.
差动变压器型传感器的等效电路如下图
同向串接
r1a , r2a为传感器一次绕 组W1a ,W2a的直流电阻 L1a , L2a为传感器一次 绕组W1a ,W2a的电感
反向 串接
M1a , M 2a均为互感系数
差动变压器式传感器等效电路
两个次级线圈的感应电动 势大小分别为：
E 2a M a E 2b
E 2 E 2a E 2b
U1 W2 / W1 / 0 2 L10 j 2r1 jL10
E 2 E 2a E 2b
jQ U 1 W2 / W1 / 0 2 L10 j 1 jQ 2r1 jL10
2
W 2 E 2 E 2a E 2b U 1 2 W1 1 1 其幅值与相位分别为： Q W 2 1 E2 U1 2 W1 1 1 Q 1 r1 2 ( ) arctan arctan Q L10
1 1 1 Q
2
与供电电源U1有关，U1要稳定且尽可能大些， SE↑； 初始空气隙0要小，这样SE↑； 频率特性； 其它几项自阅。
下面我们来看一下差动变压器式传感器的频率特性：
输出信号的幅频、相频特性曲线
频率范围
同相
在使用时请参照使用要求。
r1 2 ( ) arctan L10
1 1 j Q
Q
L10
r1
r1 很小，可以忽略时（Q很大）
W2 E2 U1 W1
且无相位滞后。 2 ( ) 0
W 2 E2 U1 W1
第3章 电感式传感器-11.26
传 感 器 技 术 • 及 应 用 • 第 3 章 电 感 式 传 感 器
当传感器的衔铁处于中间位置，即 Z1=Z2=Z时，有U0=0，电桥平衡。 当传感器衔铁上移时，即Z1=Z+Δ Z， Z2=Z−Δ Z，此时
Z U L U Uo Z 2 L 2
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
感 器
传 感 器 技 术 及 应 用
• 在实际使用中，常采用两个相同的传感器线圈
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
（b） （c） 图3-4 差动式电感传感器 （a）变气隙型；（b）变面积型；（c）螺管型 1—线圈；2—铁芯；3—衔铁；4—导杆 （a）
传 感 器 技 术 及 应 用 • 第 3 章
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
图3-7 滚柱直径自动分选装置图 1—气缸 2—活塞 3—推杆 4—被测滚柱 5—落料管 6—电感测微器 7—钨钢测头 8—限位挡板 9—电磁翻板 10—容器（料斗）
传 感 电感式滚柱直径分选装置（外形） 器 技 （参考中原量仪股份有限公司资料） 术 及 滑道 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
线圈中电感量为:
W L I I
• 式中：ψ ——线圈总磁链；I ——通过线圈 的电流；W——线圈的匝数； ——穿过线圈 电 的磁通。 感
式 传 感 器
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
IW Rm
l1 l2 2 Rm 1S1 2 S2 0 S0
分选仓位
轴承滚子外形
传 感 器 技 术 及 应 用 第 3 章 电 感 式 传 感 器
3.2 差动变压器
M1= M+ΔM, M2= M-ΔM
故
U2 2MU1 r12 L1
2
（3）当活动衔铁向W2b方向移动时
M1= M-ΔM，M2= M+ΔM 故
U2 2MU1 r12 L1
2
13
３. 主要性能
（1）灵敏度 （2）线性度
29
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
30
1. 力和力矩的测量
1－线圈 2－衔铁 3－弹性元件
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。
31
2. 微小位移的测量
1－测端 6－磁筒 2－防尘罩7－磁芯 3－轴套 8－线圈 4－圆片簧9－弹簧 5－测杆 10－导线
U 2 W2 U 1 K W1 0
图3.2.3 变隙式差动变压器输出特性 １ 理想特性；２ 实际特性
7
结 论：
（１）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;
（２）增加W2/W1的比值和减少δ0都能使灵敏度K值提高;
（３）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;
18
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-H特性的非线性，产生高次谐波 不同，不能互相抵消。
19
补充：磁滞现象
铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象 引起的能量损耗。磁滞指铁磁材料的磁 性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强 度，它的磁通密度B与磁场强度 H之间 呈现磁滞回线关系。 在磁场中，铁磁体的磁感应强度与 磁场强度的关系可用曲线来表示，当磁 化磁场作周期的变化时，铁磁体中的磁 感应强度与磁场强度的关系是一条闭合 线，这条闭合线叫做磁滞回线.
3.2变压器式传感器
3.2 变压器式传感器变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化，变压器的初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应输出电势，由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。
3.2.1 结构与原理图3.2.1是一个π型差动变压器，它由两个π型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。
线圈1和线圈2顺串组成初级绕组，U 加在初级绕组的激励电压。
线圈3和线圈4反串组成次级绕组，其输出电压为scU 。
图3.2.1π型差动变压器的结构原理 图3.2.2 差动变压器输出特性曲线初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。
假如衔铁上移，则线圈1、3间的耦合加强，它们间的互感增大，而线圈2、4间的耦合程度减弱，它们间的互感减小。
因此，差动变压器的初次级线圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变，即被测量位移可转换为传感器的互感变化，当用一定频率的电压激励初级绕组时，次级的输出电压scU 与互感的变化有关，这样，将被测位移转换为电压输出。
差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感为常数，而差动变压器由于存在铁心气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈按差动方式工作，输出电压12sc U U U =- 。
1）当衔铁位于中间位置时，1212,,0sc M M U U U === ； 2）当衔铁向上移动，12M M >，12U U > ，0sc U > ； 3）当衔铁向下移动，12M M <，12U U < ，0scU < 。
所以，当衔铁偏离中心位置时，输出电压scU 随偏离的增大而增加，但上、下偏移的相位差180°，如图3.2.2所示。
实际上，衔铁位于中心位置时，输出电压sc U 并不等于零，而是zU ，它是零点残余电压，其产生原因很多，主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。
z U 一般在几十毫伏以下，实际使用中，必须设法减小zU ，否则会影响测量结果。
差动变压器资料课件
结构
屏蔽罩通常分为上下两部 分，可方便安装和拆卸。
03
差动变压器工作特性
电压比特性
总结词
差动变压器的电压比特性是指输入电压与输出电压之间的比例关系。
详细描述
差动变压器的电压比特性通常呈现出非线性特征，随着输入电压的增加，输出电压也会相应增加。然而，在特定 的输入电压范围内，输出电压与输入电压之间可以近似为线性关系。这种线性关系通常用于测量和控制系统中的 放大和反馈。
详细描述
差动变压器的传递函数通常具有低通滤波器的特性，即对高频信号的响应较差，而对低 频信号的响应较好。此外，差动变压器的动态特性取决于其内部的物理结构和工作原理。 通常，差动变压器的响应速度较快，能够适应较高的频率信号测量和控制系统中的要求。
04
差动变压器的选型与使用
选型依据与原则
01
02
03
绕组结 构
初级绕组一般采用星型或三角形连接， 以实现单相或三相变压器的差动连接。
次级绕组
绕组型式
与初级绕组相似，采用多层绝缘线或 漆包线绕制。
绕组结构
次级绕组一般采用星型或三角形连接， 以实现单相或三相变压器的差动连接。
屏蔽罩
01
02
03
作用
屏蔽外界磁场对差动变压 器的影响，提高测量精度。
材料
一般采用导电性能良好的 材料制成，如铜、铝等。
差动变压器资料课件
• 差动变压器概述 • 差动变压器结构与组成 • 差动变压器工作特性 • 差动变压器的选型与使用 • 差动变压器故障诊断与排除 • 差动变压器在自动化系统中的应
01
差动变压器概述
定义与工作原理
定义
差动变压器是一种用于测量位移、压力、速度等物理量的传感器，主要由初级 线圈、次级线圈以及铁芯组成。
差动变压器
(d)相敏检波解调电压波形；
(e)相敏检波输出电压波形
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由图（a）、(c) 、(d)可知，当位移>0时， u2与us同频同相。当位移Δx<0时，u2与us 同频反相。 当>0时，u2与us同频同相，当u2与us均为 正半周时，如图 3-2-11(a)，二极管 VD1、 VD4截止，VD2、VD3导通，则可得到图 32-11（b）的等效电路。
（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+ΔM, M2= M-ΔM
故
U2 2 MU 1
2 L1 r 1 2
（3）当活动衔铁向W2b方向移动时
M1= M-ΔM，M2= M+ΔM 故
返 回
U2
2 MU 1
（d）图接入电阻R减轻了二次侧线圈的 负载，可以避免外接负载不是纯电阻而 引起较大的零点残余电压。
5. 转换电路
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
（3）直流差动变压器电路
返
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（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。
同理，电容C2两端的电压为U68。差动变压 器的输出电压为上述两电压的代数和。 即 U2= U24- U68 (3.2.9) 同理，当某瞬间为负半周时，即两次级 线圈的相位关系为a负b正，c负d正，按 上述类似的分析，可得差动变压器输出 电压U2的表达式仍为（3.2.9）式。
讨论： 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U24>U68，则 U2>0； 当衔铁在零位以下时，有U24<U68，则U2 < 0。
差动变压器课程设计
差动变压器课程设计测控技术与仪器专业摘要传感器在工业上应用及其广泛，种类也很多，本次实训涉及的差动式变压器是最常见的传感器，传感器与虚拟仪器的连接使传感器的使用更加方便。
传感器的种类不同，所实现的功能也各不相同，不同的用途配置何种传感器就可确定虚拟仪器所测量的量代表的实际意义。
差动变压器是一种用来测量位移量的传感器，传感器的引入，增加了虚拟仪器测控的内容。
虚拟仪器利用了King view组态王进行编程设计，虚拟仪器许多课程知识相关联，如我们以前学的电子技术、总线技术、传感器与检测技术、软件工程等课程。
我们现在很难找出那种孤立突显的技术，每一项新技术的存在都是靠其他相关技术的支持，方能得以发展。
所以，我们在接受每一项新技术，不但要学习技术的细节，更要对其全新的概念、方法等知识有所理解和一定程度的掌握。
关键词：King view，差动式变压器，虚拟仪器目录1原理分析 (1)1.1差动变压器电路原理 (1)1.2差动变压器全波电压整流输出电路原理 (2)2 设计与调试 (4)2.1 动画设计 (4)2.2 系统调试 (5)2.3 调试中遇到的问题及其解决方案 (6)3 功能实现 (8)3.1 差动变压器动画测量 (8)3.2 差动变压器全波电压整流动画测量 (8)4 工程程序 (9)4.1 差动变压器动画程序 (9)4.2 差动变压器全波电压整流动画程序 (9)总结 (10)1原理分析1.1差动变压器电路原理图1.1 差动变压器电路原理图差动变压器式变换元件简称差动变压器。
如图 1.1，其结构与差动电感式变换元件完全一样，是由铁芯、衔铁和线圈三个主要部分组成的，一般用于测量几-um 几百um 的机械位移。
图1.1中初级线圈接激励电压，中间的衔铁可上下移动，衔铁偏离中间位置的大小会影响线圈与衔铁之间互感的变化，从而副级线圈的输出电压变化。
下面对以上电路进行分析。
式中0μ为导磁率，1W 为变压器原边匝数，2W 为变压器副边匝数，差动变压器的初级线圈上下部分的自感分别为：()δδμ∆-==00211121112SW G W L ……………………….式1.1 ()δδμ∆+==00212121212SW G W L ................................….式1.2 初级线圈上下部分阻抗分别为：111111jwL R Z +=………………………………式1.3212121jwL R Z +=……………………………式1.4则初级线圈输入电压与激励电流为：(){}⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-++=+=∙∙∙220002121112111in )(221δδδμS jwW R R I Z Z I U in in ….式1.5 上式中11R 为初级线圈上部分等效电阻大小；21R 为初级线圈下部分等效电阻大小。
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差动变压器是把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变 化。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，把被测位移 量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的变化的装置。当 一次线圈接入激励电源之后，二次线圈就将产生感应电动势， 当两者间的互感量变化时，感应电动势也相应变化。由于两个 二次线圈采用差动接法，故称为差动变压器。目前应用最广泛 的结构型式是螺线管式差动变压器。
W2 U 1 U2 W1 0
U 2 W2 U 1 K W1 0
（１）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; （２）增加W2/W1 的比值和减 少δ0都能使灵敏度K值提高; （３）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; （４）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; （５）上述推导是在变压器副 边开路的情况下得到的。
1. 工作原理
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δ
a0
=δ
b0=δ 0
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
U 2 e 2 a e 2b 0
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δ a≠δ
(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： 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 。
3.2.3 差动变压器应用
1. 力和力矩的测量
4. 零点残余电压及消除方法
当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电 压为零。但实际上，当使用桥式电路时，在零点仍有一个微小 的电压值(从零点几mV到数十mV)存在，称为零点残余电压。 如图是扩大了的零点残余电压的输出特性。零点残余电压的存 在造成零点附近的不灵敏区；零点残余电压输入放大器内会使 放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。 e2
３. 主要性能
（1）灵敏度 （2）线性度
灵敏度与线性度
差动变压器的灵敏度一般可达 0.5~5V/mm，行程越小，灵敏度越高。 为了提高灵敏度，励磁电压在10V左右 为宜。电源频率以400Hz~10kHz为好。 差动变压器线性范围约为线圈骨架长度 的1/10左右。
例：欲测量20mm2mm轴的直径误 差，应选择线圈骨架长度为多少的差动变 压器（或电感传感器）为宜 ？
衔铁在 零位 ecd USC
e
h R a b
t
t
衔铁在 零位以上
eab ecd
USC
t
t
(a) 全波整流电路和波形图
(b)
（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
(a）被测位移变化波形图；
1
-x 0 2 +x
相敏检波后的输出特性
补偿零点残余电压的电路
补偿零点残余电压的电路
在差动变压器次级绕组侧串、并联适当数值的电阻、电容元 件，当调整这些元件时，可使零点残存电压减小。
在次级绕组侧并联电容。由于两 个次级线圈感应电压相位不同，并 联电容可改变绕组的相位，并联电 阻R是为了利用R的分流作用，使流 入传感器线圈的电流发生变化，从 而改变磁化曲线的工作点，减小高 次谐波所产生的残余电压。
图3.2.3 变隙式差动变压器输出特性 １ 理想特性；２ 实际特性
３.２.２螺线管式差动变压器
1. 2. 3. 4. 5. 工作原理 基本特性 主要性能 零点残余电压及消除方法 转换电路
１. 工作原理
螺管型差动变压器根据初、次级排列不同有二节式、三节式、 四节式和五节式等形式。
1 2 1 2 1 1
消除零点残余电压方法： 1．从设计和工艺上保证结构对称性 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、低剩磁感应的导磁材料。并应经过热处理，消除残余应 力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。由高次谐波产生的因素 可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。 e2 2．选用合适的测量线路 采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移 动方向，而且把衔铁在中间位置时， 因高次谐波引起的零点残余电压消除 掉。如图，采用相敏检波后衔铁反行 程时的特性曲线由1变到2，从而消除 了零点残余电压。
R
C
U0
U1
(a)
补偿零点残余电压的电路
C R1 W R2 L
U1
U0
U1
W
U0
(c)
(d)
在次级绕组侧并联电位器W用于电气调零，改变两个次级线 圈输出电压的相位。电容C可防止调整电位器时使零点移动。
接入补偿线圈L以避免负载不是纯电阻而引起较大的零点残存 电压。
5. 转换电路
ω—激励电压的角频率； e1—激励电压的复数值； 根据电磁感应定律，次级绕组中感应 电势的表达式为
E2 a jM 1 I1 E2b jM 2 I1
U 2 e2 A e2 B
j M 1 M 2 U1 r1 jL1
图3.2.6 差动变压器输出电压特性曲线
5. 液位测量传感器
采用了电感式传感器的沉筒式液位计。由于 液位的变化，沉筒所受浮力也将产生变化，这 一变化转变成衔铁的位移，从而改变了差动变 压器的输出电压，这个输出值反映了液位的变 化值。
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：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
1 2
1 2
1
(a) 二节式
2
3
(b) 三节式
(c) 四节式
2
3
(d) 五节式
图3-10 差动变压器线圈各种排列形式 1 初级线圈；2 次级线圈；3 衔铁
三节式的零点电位较小，二节式比三节式灵敏度高、线性范围 大，四节式和五节式改善了传感器线性度。
在理想情况下(忽略线圈寄生电容及 衔铁损耗)，差动变压器的等效电路 如图。初级线圈的复数电流值为 e1 I1 R1 jL1
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
（3）直流差动变压器电路
（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。
eab
f d e1 ～ g R c USC
衔铁在 零位以下 ecd USC
t t t t t
eab
b
两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压
U 2 e 2 a e 2b 0
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。
２.输出特性
b a W2 . U2 U1 b a W1
.
如果被测体带动衔铁移动
3. 压力测量
～220V 稳压电源
振荡器 V
差动变压器
相敏检波电路
4. 加速度传感器 1
2
振荡器
检 波 器
滤 波 器
输出
稳压电源 a ～220V 1 (a) 加速度a方向 (b)
1 弹性支承 2 差动变压器 用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上 ，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1～5)mm，振动频率为(0～ 150)Hz。测量振动与加速的电感传感器结构图。衔铁受振动和加速度的作用 ，使弹簧受力变形，与弹簧连接的衔铁的位移大小反映了振动的幅度和频率 以及加速度的大小。
1.变隙式
2.变面积式
3.螺线管式
(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
3.2.1 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。
e20
-x
0
x
4. 零点残余电压及消除方法
零点残余电压产生原因： ①基波分量。由于差动变压器两个次级绕组不可能完全一 致，因此它的等效电路参数（互感M、自感L及损耗电阻 R）不可能相同，从而使两个次级绕组的感应电势数值 不等。又因初级线圈中铜损电阻及导磁材料的铁损和材 质的不均匀，线圈匝间电容的存在等因素，使激励电流 与所产生的磁通相位不同。 ②高次谐波。高次谐波分量主要由导磁材料磁化曲线的非 线性引起。由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使得激励 电流与磁通波形不一致产生了非正弦(主要是三次谐波) 磁通，从而在次级绕组感应出非正弦电势。另外，激励 电流波形失真，因其内含高次谐波分量，这样也将导致 零点残余电压中有高次谐波成分。