2.5 差动变压器式传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

2.5 差动变压器式传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握差动变压器式传感器的应用。 能力目标 理解和运用电感式传感器简述和差动变压器式传感器的工作原理等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结差动变压器式传感器的工作原理。 新知学习 一 、电感式传感器简述 电感式传感器具有结构简单、分辨率好和测量精度高等一系列优点。它的主要缺点是响应 较慢，不宜作快速动态测量。它应用很广，可用来测量位移、压力、振动等参数。 新知学习 一 、电感式传感器简述 电感式传感器可分为自感式、互感式、电涡流式三大类。自感式传感器是把被测量转换为 线圈的自感变化；互感式传感器是把被测量转换为线圈间的互感变化，传感器本身是一个变压 器；电涡流式传感器是把被测量转换为线圈的阻抗变化。人们习惯上讲的电感式传感器通常是 指自感式传感器，而互感式传感器由于利用了变压器原理，又往往做成差动形式，故常称为差 动变压器式传感器。 新知学习 差动变压器的结构原理如图所示，它主要由一个线框和一个铁心组成。在线框上绕 有一组初级线圈作输人线圈(或称一次线圈)。在同一线框上另绕两组完全对称的次级线圈作 输出线圈(或称二次线圈),它们反向串联组成差动输出形式。 二、差动变压器式传感器的工作原理 新知学习 理想差动变压器的原理如图所示。 二、差动变压器式传感器的工作原理 新知学习 产生零点残余电压的主要原因是： 二、差动变压器式传感器的工作原理 01 02 03 04 磁路的磁化曲线存在非线性 电 源电压含有高次谐波 存在寄生参数，如线圈间的寄生电容、引线与外壳间的分布电容 差动变压器两个次级线圈的电气参数、几何尺寸或磁 路参数不完全对称 新知学习 减小零点残余电压的方法通常有 二、差动变压器式传感器的工作原理 01 02 03 04 05 采用相敏检波电路，可以使零点残余电压减小到 能够忽略的程度。 在 线圈上并联阻容移相网络，补偿相位误差 正确选择磁路材料，同时适当减少线圈的励磁电流，使衔铁工作在磁化曲线的线性区 减少电源中谐波成分 提高框架和线圈的对称性 新知学习 差动变压器的灵敏度是指差动变压器在单位电压励磁下，铁心移动一单位距离时的输出电 压 ， 以mV/(mm·V) 表示。 一般差动变压器的灵敏度大于50 mV/(mm·V)。 影响灵敏度的因素有：电源电压和频率，差动变压器一、二次线圈的匝数比，衔铁直径与 长度、材料质量，环境温度，负载电阻等。为了获得高的灵敏度，在不使一次线圈过热的情况 下，尽量提高励磁电压，电源频率以400 Hz～10 kHz 为佳。此外，还可以提高线圈的 Q 值： 衔铁的直径在尺寸允许的条件下尽可能大些，这样有效磁通较大；选用导磁性能好、铁损小、 涡流损耗小的导磁材料等。 三 、基本特性 1. 灵敏度 新知学习 理想的差动变压器输出电压应与衔铁位移成线性关系，实际上由于衔铁的直径、长度、材质 和线圈骨架的形状、大小的不同等均对线性有直接影响。差动变压器一般线性范围约为线圈骨架 长度的1/10～1/4。由于差动变压器中间部分磁场是均匀的且较强，所以只有中间部分线性较好。 三 、基本特性 2. 线性范围 新知学习 差动变压器的电压是交流电压，它与衔铁位移成正比，其输出电压如用交流电压表来测量 同样无法判别衔铁移动方向。所以在差动变压器测量转换电路中常采用差动相敏检波电路。 四 、测量转换电路 新知学习 差动变压器两个二次线圈电压分别整流后，以它们的差值作为输出，这样二次线圈电压的 相位和零点残余电压都不必考虑。其中图2-25a 、b 用于连接低阻抗负载的场合，是电流输出 型；图2-25c 、d 用于连接高阻抗负载的场合，是电压输出型。图中可调电阻是用于调整输出 电压零点的(注意只有在晶体二极管正向电阻不能忽略的情况下可调电阻才能在电压输出型 中调零)。 由于整流部分在差动变压器输出一侧，所以只需两根直流输送线即可，而且可以远 距离输送，因而得到广泛应用。 四 、测量转换电路 新知学习 图为YST-1 型差压变送器的结构及电路图。其结构示意图如图a 所示，当被测压 力未导入传感器时，膜盒2无位移，这时活动衔铁在差动线圈的中间位置，因而输出为零。当被测压力从输入口导入膜盒2时，膜盒在被测介质压力的作用下，其自由端产生一正比于被测压力的位移，测杆使衔铁向上移动，在差动变压器的二次线圈中产生的感应电动势发生变化而有电压输出，此电压经过安装在印制电路板4上的电子线路处理后，送给二次仪表，加以显示。 五、差动变压器式传感器的应用 新知学习 五、差动变压器式传感器