项目6 差动变压器位移传感器的安装与测试（课件）-《传感器检测技术》同步教学（人民邮电版）

项目6 差动变压器位移传感器的安装与测试 项目描述 本项目要求安装与测试一台差动变压器式位移传感器。 互感型变压器传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。差动变压器式传感器的优点是测量精度高，可达0.1μm，线性范围大，可到±100mm，稳定性好，使用方便。因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。 知识和能力目标； 掌握自感式电感传感器基本结构、工作原理。 掌握互感式电感传感器基本结构、工作原理。 掌握差动电感工作方式的特点。 了解电感传感器的测量转换电路组成及其工作原理。 能正确分析由电感传感器组成的检测系统工作原理 。 一、自感式传感器 （一）工作原理 按磁路几何参数变化，自感式传感器有变气隙式、变面积式与螺管式三种，前两种属于闭磁路式，螺管式属于开磁路式，如图6-2所示。 图6-2自感式电感传感器常见结构形式 1.变气隙式（闭磁路式）自感传感器 图6-3 变气隙式自感式传感器的结构原理图 2.螺线管式（开磁路式）自感式传感器 图6-4 螺线管式自感式传感器的结构原理 图6-5 差动自感式传感器输出特性 （二）自感式传感器的测量电路 自感式传感器的测量电路有交流分压式、交流电桥式和谐振式等多种，常用的差动式传感器大多采用交流电桥式。 1.变压器交流电桥 2.带相敏整流的交流电桥 （1）初始平衡位置 （2）活动铁心向一边移动 （3）活动铁心向相反方向移动 图6-10 相敏检波输出特性曲线 二、差动变压器式传感器 （一）差动变压器工作原理 如图6-11所示为螺线管式差动变压器的结构示意图。由图可知，它主要由绕组、活动衔铁和导磁外壳等组成。绕组包括一、二次绕组和骨架等部分。图6-12所示是理想的螺线管式差动变压器的原理图。 图6-11 螺线管式差动变压器结构示意图 图6-12 螺线管式差动变压器原理图 零点残余电动势使得传感器在零点附近的输出特性 为了减小零点残余电动势，可采用以下方法： （1） 尽可能保证传感器尺寸、线圈电气参数和磁路对称。 （2） 选用合适的测量电路。 （3） 采用补偿线路减小零点残余电动势。 （二）差动变压器测量电路 1.差动整流电路 2.差动相敏检波电路 图4-18 差动相敏检波电路 正半周时等效电路 负半周时等效电路 (3) 波形图 项目实施 三、差动变压器位移传感器的安装与测试 通过本实训项目的学习使大家了解差动变压器的工作原理和特性。 本实训项目需用器件与单元：差动变压器实验模块、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。如图6-19所示。 图6-19差动变压器实训模块 实训实训步骤： 根据图6-20，将差动变压器装在差动变压器实训模块上。 图6-21 双线示波器与差动变压器连接示意图 2.在模块上按照图6-21接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为5~10KHz（可用主控箱的数显表的频率档fi输入来监测，实训中可调节频率使波形不失真）。调节幅度使输出幅度为峰-峰值Vp-p=2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为0.2v/div）。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈（1和2实训插孔作为初级线圈），并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图6-21接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点(即3和4实训插孔)，而且相位与初级线圈波形（LV音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判断直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4）为模块中的实训插孔。） 3.旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.5mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表6-1。再从Vp-p最小处反向位移做操作，在操作过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。 4．实训过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表6-1画出Vop-p-X曲线，作出量程为±4mm、±6mm灵敏度和非线性误差。 项目拓展 四、电感式传感器的应用 （一）自感式传感器的应用 1.自感式测厚仪 它采用差动结构，其测量电路为带相敏整流的交流电桥。当