浙江大学：《自动检测技术》课程授课教案（PPT课件）第3章 电感式传感器 3.2 差动变压器

第3章电感式传感器

第3章 电感式传感器

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 本章内容 3.1 自感式传感器 差动变压器 涡流传感器

—传感器与检测技术— 2 1 3.1 自感式传感器 本章内容 3.2 差动变压器 3.3 涡流传感器

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 3.2差动变压器 把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化 。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，变 压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则感应出电 动势，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为 差动变压器式传感器，简称差动变压器

—传感器与检测技术— 3 把被测的非电量变化转换成线圈互感量的变化 。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，变 压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则感应出电 动势，并且次级绕组用差动的形式连接，故称之为 差动变压器式传感器，简称差动变压器。 3.2 差动变压器

浙产大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 (a) (b) (d) (e) () 图3.2.1差动变压器式传感器结构示意图 (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

—传感器与检测技术— 4 图3.2.1 差动变压器式传感器结构示意图 (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

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 差动变压器结构形式较多，有变气隙式、变面积 型和螺线管式等。 ·变气隙式差动变压器的优点式灵敏度高，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。 ● 螺线管式与前面两者相比较，虽然灵敏度降低， 但是其示值范围大，量程可以自由安排，制造装 配也比较方便。 。在非电量测量中，应用最多的是螺线管式，其次 是变气隙式

—传感器与检测技术— 5 • 差动变压器结构形式较多，有变气隙式、变面积 型和螺线管式等。 • 变气隙式差动变压器的优点式灵敏度高，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。 • 螺线管式与前面两者相比较，虽然灵敏度降低， 但是其示值范围大，量程可以自由安排，制造装 配也比较方便。 • 在非电量测量中，应用最多的是螺线管式，其次 是变气隙式

洲泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 3.2.1变隙式差动变压器 1.工作原理 在A、B两个铁芯上绕有N1a=N1bN1的两个初级绕组和 N2aN2bN2的两个次级绕组。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。 a0=6b0=80 2a U, U2=E2。-E26 图3.2.2变气隙式差动变压器结构原理图 A、B-铁芯；N1a、N1b初级绕组；N2a、N2b次级绕组；C-衔铁 6

—传感器与检测技术— 6 3.2.1 变隙式差动变压器 1.工作原理 在A、B两个铁芯上绕有N1a=N1b=N1的两个初级绕组和 N2a=N2b=N2的两个次级绕组。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。 图3.2.2变气隙式差动变压器结构原理图 A、B-铁芯； N1a、N1b-初级绕组； N2a 、N2b-次级绕组； C-衔铁 δa0 =δb0=δ0 E2a E2b  =  U2 E2a E2b    = −

洲泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 。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6。≠0，互感M≠M,两次 级绕组的互感电势。≠输出电压心，=-瓦0 ,电压的大小反映了被测位移的大小，通过对， 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

—传感器与检测技术— 7 • 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 , 互感Ma≠Mb，两次 级绕组的互感电势 ，输出电压 ，电压的大小反映了被测位移的大小，通过对 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。 a b    E2a E2b    0 2 2 2 = −  U E a E b    U 2 

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 2。输出特性 在忽略铁耗（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏 感以及变压器次级开路的条件下，等效电路可用图3.2.3 表示。 h6《oLe d。-d.N2d ra《oLa 6,+6。N1

—传感器与检测技术— 8 ２. 输出特性 在忽略铁耗（即涡流与磁滞损耗忽略不计）、漏 感以及变压器次级开路的条件下，等效电路可用图3.2.3 表示。 . 1 1 2 . 2 U N N U b a  b a      + − = − a L a r1  1  b L b r1  1 

浙泸大望宁波理工学院 一传感器与检测技术— U=- 6,-6 N2U ,+δ，N 当衔铁处于初始平衡位置时，因δ。=6，=6，则 ),。0但是如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动 △6（假设向上移动为正）时，则有 0,=0,+△0 ,6,=6-△6，代入上式得 U,- N2ULA8 N 8o (3.2.2)

—传感器与检测技术— 9 当衔铁处于初始平衡位置时，因 ，则 。但是如果被测体带动衔铁移动，例如向上移动 （假设向上移动为正）时，则有 ， ，代入上式得 (3.2.2)   =  −  a 0  =  +  b 0 0  =  =  a b 0 U2 =    = −  0 1 1 2 2 U N N U   . 1 1 2 . 2 U N N U b a  b a      + − = −

洲汁大望宁波理工学院 一传感器与检测技术一 N2U △d N16 它表明输出电压U,与衔铁位移量δ成正比，且 当衔铁向上移动时，输出电压U,与输入电压U,反 向（相位差180°），当衔铁向下移动时，与0，同 相 U e2 e2a-e2b e2b -△8 +△8 图3.2.4变隙式差动变压器输出特性 1 理想特性；2实际特性

—传感器与检测技术— 10 它表明输出电压 与衔铁位移量 成正比，且 当衔铁向上移动时，输出电压 与输入电压 反 向（相位差180º），当衔铁向下移动时， 与 同 相。 图3.2.4 变隙式差动变压器输出特性 １ 理想特性；２ 实际特性 U 2   U 2  U1  U 2  U1    = −  0 1 1 2 2 U N N U  