差动变压器

一、工作原理分析
    差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。图4.2.1为差动变压器的结构示意图。
    差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图4.2.2所示。图U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有交电阻。
     
           图4.2.1  差动变压器的结构示意图                      图4.2.2  差动变压器的等效电路
    对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。
    当衔铁移向二次绕组L₂₁一边，这时互感M₁大，M₂小，因而二次绕组L₂₁内感应电动势大于二次绕组L₂₂内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的是量程内，衔动移越大，差动输出电动势就越大。
    同样道理，当衔铁向二次绕组L₂₂一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。
    因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。
    由图4.2.2可以看出一次绕组的电流为： 

二次绕组的感应动势为：  ；
       由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：（4-2-1）其有效值为：          （4-2-2）
    差动变压器的输出特性曲线如图4.2.3所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势x表示衔铁偏离中心位置的距离。其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。E0为零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所赞成的。
                 
                                                图4.2.3  差动变压器输出特性
    零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。
    为了减小零点残余电动势可采取以下方法：
    I.  尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。
    II. 选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。既可判别衔铁移动方向双可改善输出特性，减小零点残余电动势。
    III. 采用补偿线路减小零点残余电动势。图4-11是几种减小零点残余电动势的补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。
       
                                                                图4.2.4  减小零点电路

本文关键字：变压器  传感器，电子学习 - 基础知识 - 传感器