N-32差动变压器

故
U2
2MU1
r2 1
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
N-32差动变压器
差动变压器输出电压特性曲线
N-32差动变压器
(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
N-32差动变压器
（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
N-32差动变压器
相
敏
(a）被测位移变化波形图；
检
波
电
路
波
(b)差动变压器激励电压波形；
形
(c) 差动变压器输出电压波形；
(d)相敏检波解调电压波形；
N-32差动变压器
(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 。
N-32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
N-32差动变压器
N-32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
N-32差动变压器
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
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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
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
N-32差动变压器
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。
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2. 微小位移的测量
N-32差动变压器
N-32差动变压器
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，
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。
N-32差动变压器
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。
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３. 主要性能
（1）灵敏度 （2）线性度
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（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/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 .
N-32差动变K压器E与f关系曲线
提高输入激励电压，将使传感器灵敏度按线性增加。
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１. 工作原理
１-活动衔铁；２-导磁外壳； ３-骨架；４-匝数为W1初级绕组； ５-匝数为W2a的次级绕组； ６-匝数为W2b的次级绕组
N-32差动变压器
２. 基本特性
当次级开路时有 ,初级线圈激励电流
I1
r1
U1
jL1
根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为
E2a jM1I1 E2b jM2I1
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。
N-32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
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。
N-32差动变压器
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δa0 =δb0=δ0 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 e2a e2b 0
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
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
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
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。
N-32差动变压器
（2）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: 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
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补偿零点残余电压的电路
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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
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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。
N-32差动变压器
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δa≠δb 两次级绕组的互感电势e2a≠e2b，输出电压
U 2 e2a e2b 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。
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２.输出特性
U.2
b b
a a
W2 W1
（2）由于铁芯的B-Hபைடு நூலகம்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。
N-32差动变压器
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。
U.1
N-32差动变压器
如果被测体带动衔铁移动
U 2
W2 W1
U1
0
KU2 W2 U1
W1 0
变隙式差动变压器输出特性
１ 理想特性；２ 实际特性
N-32差动变压器
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δ0都能使灵敏度K值提高; 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; 上述推导是在变压器副边开路的情况下得到的。
次级两绕组反相串联，且考虑到次级开路，则
U 2E 2aE 2bj
M 1M 2U 1 r1j L1
输出电压有效值
U2
M1 M2
r2 1
L1
U1
2
N-32差动变压器
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+ΔM, M2= M-ΔM