电感式传感器.

第四章 电感式传感器 第二讲 差动变压器传感器

教学目的要求：1) 掌握互感式传感器的结构种类，了解其工作原理、输出特性，掌握其灵

敏度与初始平衡位置的气隙大小的关系。

2) 一般了解差动变压器配用的差动相敏检波电路的工作原理和基本特性，差动整流电路的工作原理。

教学重点：差动变压器传感器的测量电路及简单应用 教学难点：差动变压器传感器的的应用 教学学时：2学时 教学内容：

一．工作原理

把被测量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。当这种传感器是根据变压器的原理,且次级绕组（输出）都用差动连接, 故称差动变压器式传感器。

二．基本特性

111

1

L j r U I ω+=

112I M j E a

ω-= 122I M j E b ω-=

b

1

1121222)(L j r U M M j E E U b a ωω+--

=-= 有效值

21

21211212])([)(L r U M M U ωω+-=

1) 活动衔铁处于中间位置时

M 1=M 2=M 故 02=U

2) 活动衔铁向上移动时

M 1=M+ΔM M 2=M-ΔM

故21

212112])(/[2L r U M U ωω+∆= ，与a E 2 同极性。

3) 活动衔铁向下移动时 M 1=M-ΔM M 2=M+ΔM

故 21212112])(/[2L r U M U ωω+∆-=

，

b

E 2

4）输出特点：输出（交流电压）幅值与衔铁偏移量成正比；衔铁过平衡点时，相位改变180度。

5）零点残余电压

由于差动变压器的两次侧绕组不对称（等效阻抗不一样），衔铁处于中间位置时输出不为零。

三．测量电路

1.相敏检波电路

放大，相敏检波，转化为直流输出

a)被测位移变化 b)变压器激励电压 c)差动变压器输出电压波形 d)相敏检波控制（解调）电压 e)检波（低通滤波后）输出

2. 差动整流电路。

这种电路是把差动变压器的两个次级电压分别整流，然后将整流后的电压或电流进行迭加作为输出。现以电压输出型全波差动整流电路为例来说明其工作原理。电路连接如图4-11所示。由图可知，无论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经两个电阻R 的电流总是从a 到b 从d 到c ，故整流电路的输出电压为

U o = U ab – U dc

当铁心在中间位置时，U o =0；铁心往上或往下移动时，输出电压的极性相反，于是零点残余电压自动抵消。

图4-11 全波差动整流电路

四、差动变压器传感器的应用举例

1.振动和加速度的检测

图4-13全波差动整流电路

u

o

图4-12 振动和加速度测量

2. 差动变压器式微压变送器

授课任务：分析以上例子的原理及电路形式，请同学独立思考。

本讲小结：

差动变压器式传感器结构类型很多，较为常用的是螺线管式差动变压器，当铁心位于平衡位置时，次级线圈的输出电压U o =0，当铁心上移或下移时，U o ≠0，根据检测的U o 的大小，即可反映出被测位移的大小。

差动变压器式传感器判别被测量的方向由其测量电路完成，测量电路大多采用差动相敏检波电路和差动整流电路。差动相敏检波电路不仅可以检测出位移的大小，还能检测位移的方向，并且能较好地消除零点残余电压。差动整流电路是先把差动变压器两个次级线圈的互感电动势分别整流，再将整流后的电量差动输出。

作业：

分析如图4-12，画出每个输出部分的波形。

图 4-13 微压变送器