差动变压器三种结构形式
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。
传感器题库及答案(20200514000027)
压电式传感器一、选择填空题：1、压电式加速度传感器是（ D ）传感器。
A、结构型B、适于测量直流信号C、适于测量缓变信号D、适于测量动态信号2、沿石英晶体的光轴z的方向施加作用力时，（ A ）。
A、晶体不产生压电效应B、在晶体的电轴x方向产生电荷C、在晶体的机械轴y方向产生电荷D、在晶体的光轴z方向产生电荷3、在电介质极化方向施加电场，电介质产生变形的现象称为（ B ）。
A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应4、天然石英晶体与压电陶瓷比，石英晶体压电常数（ C），压电陶瓷的稳定性（ C ）。
A、高，差B、高，好C、低，差D、低，好5、沿石英晶体的电轴x的方向施加作用力产生电荷的压电效应称为（D）。
A、正压电效应B、逆压电效应C、横向压电效应D、纵向压电效应6、压电式传感器可等效为一个电荷源和一个电容并联，也可等效为一个与电容相串联的电压源。
7、压电式传感器的输出须先经过前置放大器处理，此放大电路有电压放大器和电荷放大器两种形式。
二、简答题1、什么是压电效应？纵向压电效应与横向压电效应有什么区别？答：某些电介质，当沿着一定方向对其施加外力而使它变形时，内部就产生极化现象，相应地会在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。
通常把沿电轴X－X方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”；而把沿机械轴Y－Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”；所以纵向压电效应与横向压电效应的主要区别在于施力方向不同，电荷产生方向也不同。
2、压电式传感器为何不能测量静态信号？答：因为压电传感元件是力敏感元件，压电式传感器是利用所测的物体的运动产生的相应的电信号，而静态的不能产生相应的电信号。
所以压电式传感器不能测量静态信号。
3、压电式传感器连接前置放大器的作用是什么？答：前置放大器的作用：一方面把传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗，另一方面是放大传感器输出的微弱信号。
4.2.1 差动变压器工作原理
U0
Ui (M a M b ) R12 ( L1)2
可见输出电压与互感的差值有关
4
4.2.1 工作原理
磁芯 向左
差 动 输 出 电 压 V
磁芯 向右
磁芯的位移
磁芯中央
差动变压器输出电压和位移的关系
5
若衔铁上移 若衔铁下移
E2a E2b E2a E2b
可见: 输出电压大小和符号反映了 铁心位移的大小和方向。
U0 0 U0 0
3
4.2.1 工作原理
根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为
E2a jM a I1 E2b jMb I1
由此得到输出电压有效值为 ：
次衔次
级
级
铁
初
初
级
级
次
次
级 骨架 级
1
4.2.1 工作原理
等效电路： 两个次级线圈必须反相串联接，保证差动形式。
• 如果线圈完全对称并且衔铁处于中间位置时两线
圈
互感系数相等
电动势相等
Ma Mb
E2a E2b
差动输出电压为零：
U0 E2a E2b 0
2
4.2.1 工作原理
当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。
4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.1 工作原理
把被测的非电量变化转换成为线 圈互感量的变化，传感器称为互感 式传感器。 根据变压器的基本原理制成，并 将次级线圈绕组用差动形式连接。 差动变压器的结构形式较多，应 用最多的是螺线管式差动变压器。 它可测量1—100mm范围内的机械位 移。
2020年国家开放大学电大《传感器与测试技术(本)》网络核心课形考网考作业及答案
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形考作业1一、判断题（共20小题，每小题5分，共100分）题目11．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
选择一项：对错题目22．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
选择一项：对错题目33．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
选择一项：对错题目44．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
选择一项：对错题目55．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
选择一项：对错题目66．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
选择一项：对错题目77．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
选择一项：对错题目88．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
选择一项：对错题目99．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
选择一项：对错题目1010．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
选择一项：对错题目1111．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
选择一项：对错题目1212．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
选择一项：对错题目1313．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
期末复习题
第1章绪论1、本章知识要点：传感器的共性；传感器的基本的基本组成和典型组成；传感器的两个基本功能；传感器的分类；传感器技术的发展趋势。
2、本章重点：传感器的定义与组成；传感器的分类。
一、选择题1、下列不属于按传感的工作原理进行分类的传感器是（）A．应变式传感器B．化学型传感器C．压电式传感器D．热电式传感器2、随着人们对各项产品技术含量要求的不断提高，传感器也朝向智能化方向发展。
其中，典型的传感器智能化结构模式是（）A．传感器+通信技术B．传感器+微处理器C．传感器+多媒体技术D．传感器+计算机3、传感器主要完成两方面的功能：检测和（）A．测量B．感知C．信号调节D．转换4、传感器技术主要体现在：（）A．传感技术是产品检验和质量控制的重要手段B．传感技术在系统安全经济运行监测中得到了广泛应用C．传感技术及装置是自动化系统不可缺少的组成部分D．传感技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步A．信息获取B．信息转换C．信息处理D．信息传输二、填空题1、传感器是能感受被测量并按照（）转换成可用输出信号的器件或装置，通常由直接响应于被测量的（）、产生可用信号输出的（）以及相应的（）组成。
2、传感技术的共性，就是利用物理定律和物质的（），将（）转换成（）。
3、（）是人们为了对被测对象所包含的信息进行定性了解和定量掌握所采取的一系列技术措施。
第2章传感器的基本特性1、本章知识要点：传感器基本特性的含义；传感器所测物理量的两种基本形式；传感器的静态特性和动态特性的定义；衡量传感器静态特性的主要指标及其各自的含义；产生迟滞和重复性问题的原因；传感器动态特性的分析方法；线性时不变系统的叠加性和频率保持性；一阶、二阶传感器的频率特性分析；传感器标定和校准的含义；传感器的标定方法。
2、本章重点：传感器的静态特性和动态特性。
3、本章难点：传感器动态特性中的传递函数、频率响应函数分析。
一、选择题1、一阶传感器输出达到稳态值的90%所需要的时间是（）A．延迟时间B．上升时间C．峰值时间D．响应时间2、传感器的下列指标全部属于静态特性的是（）A．线性度、灵敏度、阻尼系数B．幅频特性、相频特性、稳态误差C．迟滞、重复性、漂移D．精度、时间常数、重复性3、传感器的下列指标全部属于动态特性的是（）A ．迟滞、灵敏度、阻尼系数B ．幅频特性、相频特性C ．重复性、漂移D ．精度、时间常数、重复性4、已知某温度传感器的时间常数s 3=τ的一阶系统，当受到突变温度作用后，传感器输出指示温差的三分之一所需的时间为（ ）A ．3B ．1C ．1.2D ．1/3二、填空题1、要实现不失真测量，检测系统的幅频特性应为（ ），相频特性应为（ ）。
月日复习题
月日复习题————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期：第1章 概述一、学习要求1、熟练掌握传感器的定义、组成2、掌握传感器的分类 二、知识回顾1、传感器的定义：能够感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件和装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
2、典型组成：基本部分包括敏感元件和转换元件，另外还有信号调理与转换电路、辅助电源等。
3、传感器的共性：就是利用物理定律或物质的物理、化学或生物特性，将非电量输入转换成电量输出。
4、传感器的分类：按传感器的输入量（即被测参数）进行分类 按传感器的输出量进行分类：模拟和数字按传感器的工作原理进行分类:电阻式、电感式、电容式、压电式、磁敏式、热电式、光电式。
按传感器的基本效应进行分类:物理、化学、生物 按传感器的能量关系进行分类：有源和无源型按传感器所蕴含的技术特征进行分类:普通和智能型 三、作业题 1.2、1.3、1.4 四、习题 选择题1、 下列不属于按传感的工作原理进行分类的传感器是( ） A.应变式传感器 B ．化学型传感器 C.压电式传感器 Ｄ．热电式传感器２、随着人们对各项产品技术含量要求的不断提高,传感器也朝向智能化方向发展。
其中,典型的传感器智能化结构模式是（ )Ａ.传感器+通信技术 B ．传感器＋微处理器 C.传感器＋多媒体技术 Ｄ.传感器+计算机 3、传感器主要完成两方面的功能:检测和( ）A.测量 Ｂ．感知 Ｃ．信号调节 D.转换第2章 传感器的基本特性一、学习要求1、掌握传感器静态特性与动态特性的基本概念； ２、掌握传感器的传感器静态特性基本参数与指标；3、掌握传感器动态响应的特性指标与分析、频率响应的特性指标与分析； 二、知识回顾1、传感器的静态特性：是它在稳态信号作用下的输入-输出关系。
衡量静态特性的主要指标是线性度、灵敏度、分辨率、迟滞、重复性和漂移。
传感器与检测技术(填空)
传感器1. 因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K 0, α0, βs ）以及被测试件线膨胀系数βg 有关。
2 产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。
1) 电阻温度系数的影响2) 试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响3. 电阻应变片的温度补偿方法通常有线路补偿和应变片自补偿两大类。
5.注意补偿条件：① 在应变片工作过程中，保证R3=R4② R1和R2两个应变片应具有相同的电阻温度系数α、线膨胀系数β、应变灵敏度系数K 和初始电阻值R0。
③ 粘贴补偿片的补偿块材料和粘贴工作片的被测试件材料必须一样，两者线膨胀系数相④ 两应变片应处于同一温度场。
6.电桥平衡条件：欲使电桥平衡， 其相邻两臂电阻的比值应相等， 或相对两臂电阻的乘积应相等。
直流电桥平衡条件:R1R4=R2R3.7.电压灵敏度的物理意义：① 电桥电压灵敏度正比于电桥供电电压， 供电电压越高， 电桥电压灵敏度越高，但供电电压的提高受到应变片允许功耗的限制，所以要作适当选择； ② 电桥电压灵敏度是桥臂电阻比值n 的函数，恰当地选择桥臂比n 的值，保证电桥具有较高的电压灵敏度。
7. 当E 值确定后，n=1时才能使KU 最高。
即在供桥电压确定后，当R1=R2=R3=R4时，电桥电压灵敏度最高，此时有 U0=E *△R1/4R1(单臂)8.结论：当电源电压E 和电阻相对变化量ΔR1/R1一定时， 电桥的输出电压及其灵敏度也是定值，且与各桥臂电阻阻值大小无关。
9.减小和消除非线性误差的方法：①提高桥臂比；②采用差动电桥{公式P29非线性误差}10.半桥差动：在试件上安装两个工作应变片，一个受拉应变，一个受压应变， 接入电桥相邻桥臂。
可知：Uo 与ΔR1/R1成线性关系，无非线性误差，而且电桥电压灵敏度KU=E/2，是单臂工作时的两倍。
U0=E*△R1/2R1(R1=R2=R3=R4, △R1=△R2)11.全桥差动：电桥四臂接入四片应变片，即两个受拉应变(1.4拉)，两个受压应变（2.3压），将两个应变符号相同的接入相对桥臂上。
传感器考试1
1、运算%100minmaxmaxyyLL是计算传感器线性度的公式。
2、要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的乘积相等。
3、量程是指传感器在__测量范围__内的上限值与下限值之差。
4、相对误差是指测量的__绝对误差__与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。
5、传感器静态特性指标主要有灵敏度、线性度、迟滞性、重复性、漂移等。
6、半导体应变片在应力作用下电阻率发生变化，这种现象称为__压阻___效应。
7、电阻应变片一般由__敏感栅__、基片、覆盖层、引线四个部分组成，其中__敏感栅____ 是核心部件。
8、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称___应变_____效应；半导体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称_______压阻_____效应。
9、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。
10、半导体应变片工作原理是基于压阻效应效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大。
11、应变式传感器产生温度误差的原因为电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
通常采用的温度补偿方法有线路补偿法、应变片自补偿法等。
12、电感式传感器是利用_电磁感应__原理，将被测量的变化转化成__电感_____变化的一种机电转换装置。
13、自感式传感器主要有变间隙式、变截面式和螺管式三种类型。
14、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上由于两线圈的结构及参数不相等，差动变压器输出电压不为零，此电压称为_零点残余电压______。
15、在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是自感式传感器，被测对象也是磁路一部分的是电涡流传感器。
16、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感或互感的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
17、电感式传感器根据工作原理的不同可分为自感式、互感式和电涡流式等种类。
流电路图和工作原理,相敏检波电路图...)
关键词语：差动变压器式传感器工作原理，螺线管式差动变压器结构图，差动变压器等效电路图，差动变压器基本特性，差动变压器式传感器测量电路，差动整流工作原理，差动整流电路，相敏检波电路图，差动变压器式加速度传感器原理图，差动变压式传感器的应用差动变压器式传感器把被测的非电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。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。
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范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。
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范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
一、工作原理螺线管式差动变压器结构如图 4 -10 所示, 它由初级线圈#, 两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型, 如图 4 - 11 所示。
一节式灵敏度高, 三节式零点残余电压较小, 通常采用的是二节式和三节式两类。
图4-11 螺线管式差动变压器结构图差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联, 并且在忽略铁损、 导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路如图 4 - 12所示。
当初级绕组w1加以激励电压1⋅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a E 2⋅和b E 2⋅。
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⋅⋅=b a E E 22。
电感式传感器习题及解答
电感式传感器习题及解答第5章电感式传感器一、单项选择题1、电感式传感器的常用测量电路不包括。
A. 交流电桥B. 变压器式交流电桥C. 脉冲宽度调制电路D. 谐振式测量电路2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是。
A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化C. 根据输出的指示可以判断位移的方向D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态 3、下列说法正确的是。
A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。
B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。
C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。
D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。
4、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是。
A．直流电桥 B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 6、通常用差动变压器传感器测量。
A．位移B．振动C．加速度D．厚度 7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( )。
A．直流电桥 B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路二、多项选择题1、自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度。
A. 提高很多倍B. 提高一倍C. 降低一倍D. 降低许多倍 2、电感式传感器可以对等物理量进行测量。
）A位移B振动C压力D流量E比重 3、零点残余电压产生的原因是A传感器的两次级绕组的电气参数不同 B传感器的两次级绕组的几何尺寸不对称 C磁性材料磁化曲线的非线性 D 环境温度的升高4、下列哪些是电感式传感器？A．差动式 B.变压式 C.压磁式 D.感应同步器三、填空题1、电感式传感器是建立在为或基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
2、对变隙式差动变压器，当衔铁上移时，变压器的输出电压与输入电压的关系是。
传感器考试
传感器考试Document number【980KGB-6898YT-769T8CB-246UT-18GG08】1、运算%100minmaxmaxyyLL是计算传感器线性度的公式。
2、要使直流电桥平衡，必须使电桥相对臂电阻值的乘积相等。
3、量程是指传感器在__测量范围__内的上限值与下限值之差。
4、相对误差是指测量的__绝对误差__与被测量量真值的比值，通常用百分数表示。
5、传感器静态特性指标主要有灵敏度、线性度、迟滞性、重复性、漂移等。
6、半导体应变片在应力作用下电阻率发生变化，这种现象称为__压阻___效应。
7、电阻应变片一般由__敏感栅__、基片、覆盖层、引线四个部分组成，其中__敏感栅____是核心部件。
8、金属丝在外力作用下发生机械形变时它的电阻值将发生变化，这种现象称___应变_____效应；半导体受到作用力后电阻率要发生变化，这种现象称_______压阻_____效应。
9、电阻应变式传感器的核心元件是电阻应变片，其工作原理是基于电阻应变效应。
10、半导体应变片工作原理是基于压阻效应效应，它的灵敏系数比金属应变片的灵敏系数大。
11、应变式传感器产生温度误差的原因为电阻温度系数的影响和试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。
通常采用的温度补偿方法有线路补偿法、应变片自补偿法等。
12、电感式传感器是利用_电磁感应__原理，将被测量的变化转化成__电感_____变化的一种机电转换装置。
13、自感式传感器主要有变间隙式、变截面式和螺管式三种类型。
14、差动变压器式传感器理论上讲，衔铁位于中心位置时输出电压为零，而实际上由于两线圈的结构及参数不相等，差动变压器输出电压不为零，此电压称为_零点残余电压______。
15、在电感式传感器中，线圈之间的没有耦合的是自感式传感器，被测对象也是磁路一部分的是电涡流传感器。
16、电感式传感器是建立在电磁感应基础上的，电感式传感器可以把输入的物理量转换为线圈的自感或互感的变化，并通过测量电路进一步转换为电量的变化，进而实现对非电量的测量。
第三章 变电抗式传感器—差动变压器
实验：
3.1 自感式传感器
F
220V
F
气隙变小，电感变大，电流变小
3.1 自感式传感器
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6
工作原理 变气隙式自感传感器 变面积式自感传感器 螺线管式自感传感器 自感式传感器测量电路 自感式传感器应用举例
3.1.1 工作原理
下图是变气隙型、变面积型及螺管型三种类型的差
动式自感传感器的结构示意图。当衔铁3移动时，一
个线圈的电感量增加，另一个线圈的电感量减少，
形成差动形式。
3 1 1 2 4 3
4 4
2 1 （a） 变气隙型
3
4
（b） 变面积型 （c） 螺管型 图 差动式自感传感器 1-线圈 2-铁芯 3-衔铁 4-导杆
3
（12）
（13）
对式（11）、（13）作线性处理，即忽略高次项后，可得
L L0 0
（14）
灵敏度为：
L 1 L0 K0 0
（15）
可见：变间隙式电感传感器的测量范围与灵敏度及 线性度相矛盾，因此变隙式电感式传感器适用于测 量微小位移的场合。
3.1.2 变气隙式自感传感器
1 工作原理
(1)变隙式自感式传感器
通常气隙的磁阻比铁芯的磁阻大得多，铁芯磁阻可忽略不计。
2 0 S0
Rm
（5）
线圈的电感为：
N 2 N 2 0 S0 L Rm 2
（6）
3.1.2 变气隙式自感传感器
1 工作原理
(1)变隙式自感式传感器
N 2 N 2 0 S0 L Rm 2
要将被测量的变化转变为使线圈匝数变化是很不方便的，实 际极少用。
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。
传感器重点内容作业题答案
传感器重点内容作业题答案1-10 对某节流元件开孔直径d20的尺⼨进⾏了15次测量，测量数据如下（单位：mm）：120.42 120.43 120.40 120.42 120.43 120.39 120.30 120.40 120.43 120.41 120.43 120.42 120.39 120.39 120.40试⽤格拉布斯准则判断上述数据是否含有粗⼤误差，并写出其测量结果。
解1：①求算术平均值及标准差，②判断有⽆粗⼤误差⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.41。
则：数据120.30标准差超出，所以剔除。
剔除后剩余14个数据计算：，⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.95，得格拉布斯系数G=2.37。
则：，经判断⽆坏值。
③计算算术平均值的标准差：④测量结果：Pa=0.9973解2：⑤求算术平均值及标准差：（同解1）⑥判断有⽆粗⼤误差⽤格拉布斯准则，n=15，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.70。
则：数据120.30标准差超出，所以剔除。
剔除后剩余14个数据计算：，⽤格拉布斯准则，n=14，取置信概率Pa=0.99，得格拉布斯系数G=2.66。
则：，经判断⽆坏值。
⑦计算算术平均值的标准差：⑧测量结果：Pa=0.99731-13 测量某电路的电流I=22.5mA，电压U=12.6V，标准差分别为σI=0.5mA,σU=0.1V，求所耗功率P=UI及其标准差。
解：所以所耗功率283.5mW，标准差6.69mW。
2-1 什么叫传感器？它由哪⼏部分组成？1、传感器是能感受规定的被测量并按照⼀定的规律转换成可⽤输出信号的器件或装置。
2、传感器由：敏感元件、转换元件、信号调理与转换电路和辅助的电源组成。
3、它们的作⽤是：（1）敏感元件：是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；（2）转换元件：是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号部分；（3）信号调理与转换电路：由于传感器输出信号⼀般都很微弱，需要有信号调理与转换电路，进⾏放⼤、运算调制等；（4）辅助的电源：此外信号调理转换电路以及传感器的⼯作必须有辅助的电源。
电感作业
1、差动变压器式传感器按的结构形式可分为(变气隙型)、(变面积型) 、和(螺管型)三种。
2、按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为(恒定磁通式)动圈式传感器）和(变磁通式)（磁阻式传感器）。
3、电感传感器是利用(电磁感应)原理将被测非电量转化为线圈的(自感系数 或)(互感系数)的变化，再由测量电路转化为电压或电流的变化量输出。
4、变气隙式电感传感器使用于测量微小位移的场合，为了减小非线性误差，实际测量过程中广泛采用的是(差动式)传感器。
5、为了减小变气隙式电感传感器非线性误差和提高灵敏度，电感传感器常做成 差动式结构，若mm mm L 0.1,0.100==δ；mm 1.0=∆δ，则=∆L (0.2)，灵敏 度K=(2)，若此电感传感器不采用差动式结构（初始数据不变），则=∆L (0.1)，灵敏度K=(1)。
6、差动变压器属于(互感)传感器，这种传感器是根据(变压器)的基本原理制成的，并且次级绕组采用(反极性串联)方式连接。
7、电涡流传感器是根据(涡流效应)制成的电感传感器，按照电涡流在导体内部贯穿情况，可以把它分为高频(反射)式和低频(透射)式。
8、螺线管式差动变压器传感器中，零点残余电压是评定差动变压器性能的主要 指标之一。
它的存在会造成传感器在(平衡点) 附近的灵敏度降低、测量(误差增)大等。
9、差动变压器式传感器可以直接用于(位移)测量，也可以测量与(位移)有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。
10、 涡流传感器最大特点是能对位移、速度、厚度、温度、应力、材料探伤等进行(非接触式)测量。
具有体积小、(灵敏度高)、频率响应宽等特点，应用广泛。
11、形成电涡流必须具备两个条件；① 存在交变磁场 ；②导电体处于交变磁场中。
12、根据涡流的分布，可以把涡流所在范围近似看成一个(单匝短路次级线圈)。
当线圈靠近金属导体时，次级线圈通过(互感M )对初级作用。
13、根据电涡流效应制作的传感器称电涡流传感器; 电涡流传感器能够对被测量进行(非接触测量);涡流式传感器可分为( 高频反射式) 和( 低频透射式) 两种。
差动变压器的结构及原理
差动变压器的结构及原理一、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ATMEL代理商组为次吸线阁。
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ATMEL代理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，RI三、差动变压器的主要特性1．输出特性差动变压器的http://www.ebv.hk输出特性如图5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。
、zz?分别为两次级线圈的输出感应电动势．z／z为差动输出电压，X为衔铁偏离中心位置的距离。
图中实线为理想的输出特性，虚线表不实际的输出特性。
L—o则为零点残余电动势(或称为零点残余电压)。
它表示在被测位移为零时，差动变压器的输出不为零，有一微小的输出电压。
它的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，带来测量误差。
一文读懂电感式传感器
一文读懂电感式传感器电感式传感器被大量应用在各行各业。
特别是机床行业，以及汽车制造等行业更是应用广泛。
电感式传感器利用电磁感应原理将被测非电量转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。
电感式传感器是利用线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。
通常由振荡器、开关电路及放大输出电路三大部分组成。
其结构简单，无活动电触点，工作寿命长。
而且灵敏度和分辨力高，输出信号强。
线性度和重复性都比较好，能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制。
可以测量位移、振动、压力、流量、比重等参数。
电感式传感器的核心部分是可变的自感或互感，在将被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有电感绕组。
电感式传感器的特点（1）结构简单：没有活动的电触点，寿命长。
（2）灵敏度高：输出信号强，电压灵敏度每毫米能达到上百毫伏。
（3）分辨率大：能感受微小的机械位移与微小的角度变化。
（4）重复性与线性度好：在一定位移范围内，输出特性的线性度好，输出稳定。
（5）电感式传感器的缺点是存在交流零位信号，不适宜进行高频动态测量。
电感式传感器的类型电感式传感器可分为自感式传感器、差动变压式传感器和电涡流传感器三种类型。
自感式传感器1、自感式传感器的结构自感式传感器由线圈、铁芯和衔铁三部分组成。
铁芯与衔铁由硅钢片或坡莫合金等导磁材料制成。
自感式传感器结构图2、自感式传感器的工作原理自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。
传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度δ发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。
自感式传感器的工作原理示意图当线圈匝数N为常数时，电感L仅仅是磁路中磁阻的函数，只要改变δ或S均可导致电感变化。
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差动变压器三种结构形式
差动变压器的结构形式与自感式的类似，也可分为变气隙型、变截面型和螺管型三种。
1)变气隙型
图4-15(a)所示的传感器即为变气隙型的差动变压器结构,可用于测量线位移。
它的优点是灵敏度髙，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移;缺点是示值范围小，非线性严重。
由于这些缺点，近年来这种类型差动变压器的使用逐渐减小。
2)差动变压器的变截面型结构形式
图4 - 16给出了两种变截面型的差动变压器的结构形式，可用于测量角位移。
图4 - 16(a) 为E型微动同步器，图4-16(b)为四极微动同步器，另外还有八极、十六极等。
微动同步器是旋转变压器式传感器，如图4-16(b)的结构是由四个极的定子和有两个极的特殊形状的转子所组成。
在定子四个极上的四只匝数相同的线圈串接成初级绕组，而另四只匝数相同的线圈串接成次级绕组。
当对初级绕组激励时，由于转子的转动,引起在次级绕组感生电动势，四对初、次级线圈就构成了四个变压器。
按照一定的接法，就可得到与转角成正比的输出电压。
螺管型差动式变压器与前两种差动变压器相比，虽然灵敏度较低，但其示值范围大，自由行程可以自由安排，制造装配也较方便，因而获得了广泛的应用。
螺管型差动变压器按绕组排列方式分有二节式、三节式、四节式和五节式。
二节式的灵敏度较高，线性范围较大，三节式的零点误差较小，四节式和五节式可以改善传感器的线性。
图4 - 17给出了二节式和三节式螺管型差动变压器的基本结构。
在众多的结构形式中，由于三节式螺管型差动变压器有输出与位移基本上成正比等优点，所以使用最多。
它的灵敏度随激励频率的增加而增加(一般工作在400 Hz~ 10 kHz之间较好）。
不管绕组排列方式如何，其主要结构都是由三大部分组成:线圈绕组(包括初级绕组和次级绕组）、可移动衔铁和导磁外壳。