差动变压器的特性

课程设计（论文）

课程名称：传感技术基础训练

题目：差动变压器式传感器特性研究

院（系）：理学院

专业班级：应用物理1101

姓名：陈延新

学号：111050104

指导教师：余庚华

2014年7 月9 日

摘要

当今时代是信息时代，在工业和科技领域信息主要是通过测量获得，在现代生产中，物质和能量在信息流指挥和控制下运动。测控技术正成为现代生产生活中乃至高科技领域中一项必不可少的基础技术。

测控系统主要是传感器，测量放大电路和执行机构三个部分组成，而在测控系统中测量变换电路是最灵活的部分。它的选取往往改变了整个系统性能的优劣。

所以，学习并领悟测控技术就显得十分重要了，《测试技术》是我们测控技术与仪器专业的一门专业技能课，能够运用基本测控电路知识解决日常生活中的方方面面问题也应该是本专业学生的基本素质，也鉴于这些要求，做一些测控方面的课程设计就会让我们加深对传感器技术的理解和运用，也正是因为对一些实际问题的研究，才能使我们成为真正意义上的测控技术性人才，下面就以本次才课程设计题目——差动变压器式传感器——做比较详细的分析。

关键词：差动变压器，音频振荡器，差动变压器

目录

一、设计任务 (1)

1.1、功能与用途 (1)

1.2、设计要求 (1)

二、差动变压器式传感器工作原理 (1)

2.1、传感器结构 (1)

2.2、差动变压器构造原理 (2)

2.3、工作原理 (3)

2.4、差动变压器各部分电路 (4)

2.5、实验仪器 (7)

三、实验内容与步骤 (8)

四、实验注意事项 (10)

五、思考问题 (10)

六、总结 (11)

七、参考文献 (11)

一、设计任务

1.1 功能与用途

差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压装置。用于测量位移、压力、振动等非电量参量。它既可用于静态测量，也可用于动态测量。

位移测量是差动变压器最主要的用途。凡是能够变换成位移的物理量都可以用差动变压器测量。注意，一般用差动变压器测量都是接触式的，在某些场合会影响被测对象的状态（例如振动等），即所谓“负载效应”，这时须选用其他形式的传感器，例如电涡流传感器等。

①、可以作为不少精密量仪的主要部件，如制成高精度电感比较仪，配上相应的测量装置，能对零件进行多种精密测量：长度、内径、外径、不平行度、不平面度、不垂直度、振摆、偏心、和椭圆度等。

②、作为轴承滚动体自动分选机的主要测量部件，可以分选大、小钢球，大、小圆柱，大、小圆椎，滚针等。用来测量各种零件的膨胀、伸长、应变、移动等。应用各类传感器其位移测量范围可从±3μm到1000mm以上。

③、振动和加速度测量：利用差动变压器加上悬臂梁弹性支承可以构成测量振动的加速度计。

④、压力测量：差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒、弹簧管等）相结合，可以组成开环系统的压力传感器和闭环系统的力平衡式压力计。

1.2 设计要求

掌握差动变压器式位移传感器的结构，工作原理。分析各部分电路的作用及工作原理，特别是相敏检波电路的作用，观察分析各部分的波形，给出测试结果。

二、差动变压器式传感器工作原理

2.1 传感器结构

差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。

差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。

螺管形差动变压器螺管形差动变压器

传感器由初级线圈和两个参数完全相同的次级线圈、组成。线圈中心插入圆柱形铁芯p,次级线圈、反极性串联。当初级线圈加上交流电压时，如果，则输出电压；当铁芯向上运动时，；当铁芯向下运动时，。铁芯偏离中心位置愈大，愈大

2.2、差动变压器构造原理

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。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180。相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-1。

电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。

图1-1 差动变压器构造原理 2.3 、 工作原理

差动变压器在工作时当初级线圈加以适当频率的电压激励时,根据变压器作用原理,在两个次级线圈 中就会产生感应电势,当铁芯向右或向左移动时,在两个次级线圈内所感应的电势一个增加一个减少。如果输出接成反向串联，则传感器的输出电压u 等于两个次级线圈的电势差，因为两个次级线圈做得一样，因此，当铁芯在中央位置时，传感器的电压u 为0，当铁芯移动时，传感器的输出电压u 就随铁芯位移x 成线性的增加。如果以适当的方法测量u ，就可以得到与x 成比例的线性读数。当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，即同名端接在一起，就引出差动输出，其输出电势则反映出被测体的位移量。最常用的测量电路是差动整流

电路，它把两个次级电压分别整流后，以它们的差作为输出。差动整流电路有电流输出型和电压输出型，前者用于连接低阻抗负载的场合；电压输出型差动整流电路则用于连接高阻抗负载的场合，这就是差动变压器式传感器的工作原理。

一次P ＋X 二次 S 2

S 1

－X ＋X

－X P

零点 铁芯