互感型(差动变压器式)传感器图解分析.
互感型（差动变压器式）传感器图解分析
互感型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。
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、反极
加上交流电压时，如果，则输出
；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
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。
差动变压器式。
实验二 差动变压器(互感式)的性能
实验二差动变压器（互感式）的性能一、实验目的了解差动变压器原理及工作情况。
二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性曲线见图二左图。
三、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器、振动平台。
有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz－8KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道（悬浮工作状态）灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。
四、实验步骤：（1）根据图二右图接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。
开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
图10（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合。
再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。
（4）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。
每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。
S＝ΔV／ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应振动平台的位移变化），作出V－X关系曲线。
读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
五、思考（1）根据实验结果，指出线性范围。
（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？。
互感型(差动变压器式)传感器图解分析.
互感型（差动变压器式）传感器图解分析
互感型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。
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、反极
加上交流电压时，如果，则输出
；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
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。
差动变压器式。
最新第3章电感式传感器B--差动变压器式传感器ppt课件
14
消除零点残余电压方法：
(1) 差动整流电路
根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。如传感器的一个 次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电 流路径是fgdche（参看图a）。反之，如f点为“–”，e点为“＋”， 则电流路径是ehdcgf。可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如 何，通过电阻R的电流总是从d到c。同理可分析另一个次级线圈的 输出情况。输出的电压波形见图（b），其值为USC=eab＋ecd。18
C1
D2
C2
A er
B
ห้องสมุดไป่ตู้
i1 i3 C R1
R2 D
i2 i4
由此可见，该电
e22
路能判别铁芯移 动的方向。
移 相 器
20
4. 差动变压器式传感器的应用
测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量。
差动变压器式加速度传感器:
用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振 动频率的10倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量 的振幅为(0.1～5)mm，振动频率为(0～150)Hz。
2
③ 以上分析的结果是在忽略铁损和线圈中的分布电容等条 件下得到的，如果考虑这些影响，将会使传感器性能变差（灵 敏度降低，非线性加大等）。但是，在一般工程应用中是可以 忽略的。
④ 以上结果是在假定工艺上严格对称的前提下得到的，而 实际上很难做到这一点，因此传感器实际输出特性如图3-13中曲 线2所示，存在零点残余电压ΔUo。
第六章-自感式传感器
L0
L10
L20
m
0W
2
mr
rc
l2 c
l2
k1
k2
m0W 2mr rc2
l2
综上所述，螺管式自感传感器的特点： ①结构简单，制造装配容易； ②由于空气间隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低 ，但线性范围大； ③由于磁路大部分为空气，易受外部磁场干扰； ④由于磁阻高，为了达到某一自感量，需要的线圈 匝数多，因而线圈分布电容大； ⑤要求线圈框架尺寸和形状必须稳定，否则影响其 线性和稳定性。
2
3
（2）单线圈是忽略
0
以上高次项，差动式是忽略
0
以上偶次项，
因此差动式自感式传感器线性度得到明显改善。
*另一种形式： Π型
6 自感式传感器
6.1 工作原理 6.2 变气隙式自感传感器 6.3 变面积式自感传感器 6.4 螺线管式自感传感器 6.5 自感式传感器测量电路 6.6 自感式传感器应用举例
第6章 电感式传感器
电感式传感器是建立在电磁感应基础上，利用 线圈自感或互感的改变来实现测量的一种装置。它 可对直线位移和角位移进行直接测量，也可通过一 定的敏感元件把振动、压力、应变、流量等转换成 位移量而进行测量。通常可由下列方法使线圈的电 感变化：
(1)改变几何形状； (2)改变磁路的磁阻； (3)改变磁芯材料的导磁率； (4)改变一组线圈的两部分或几部分间的耦合度。
1. 交流电桥 2. 变压器电桥 3. 自感传感器的灵敏度
（一）交流电桥式测量电路
分析：
• 衔铁在初始位置时，电桥平衡
L1
L2
L0
W 2m0S 20
• 若衔铁上移，则：
1 0 ,2 0
4.2.1 差动变压器工作原理
U0
Ui (M a M b ) R12 ( L1)2
可见输出电压与互感的差值有关
4
4.2.1 工作原理
磁芯 向左
差 动 输 出 电 压 V
磁芯 向右
磁芯的位移
磁芯中央
差动变压器输出电压和位移的关系
5
若衔铁上移 若衔铁下移
E2a E2b E2a E2b
可见: 输出电压大小和符号反映了 铁心位移的大小和方向。
U0 0 U0 0
3
4.2.1 工作原理
根据电磁感应定律，次级感应电动势分别为
E2a jM a I1 E2b jMb I1
由此得到输出电压有效值为 ：
次衔次
级
级
铁
初
初
级
级
次
次
级 骨架 级
1
4.2.1 工作原理
等效电路： 两个次级线圈必须反相串联接，保证差动形式。
• 如果线圈完全对称并且衔铁处于中间位置时两线
圈
互感系数相等
电动势相等
Ma Mb
E2a E2b
差动输出电压为零：
U0 E2a E2b 0
2
4.2.1 工作原理
当衔铁上下移动时，输出电压随衔铁位移变化。
4.2 差动变压器式传感器（互感式） 4.2.1 工作原理
把被测的非电量变化转换成为线 圈互感量的变化，传感器称为互感 式传感器。 根据变压器的基本原理制成，并 将次级线圈绕组用差动形式连接。 差动变压器的结构形式较多，应 用最多的是螺线管式差动变压器。 它可测量1—100mm范围内的机械位 移。
差动变压器电感式传感器(互感式) 教学PPT课件
阅读并分析：P70
（1）零点残余电压是什么意思？ （2）零点残余电压产生的原因？ （3）零点参与电压的消除方法？
4.2.2 螺旋管式差动变压器
1、结构
阅读并回答：P67
（1）结构组成中包含了什么？ （2）一次线圈和二次线圈是如何布局的？
1-初级线圈 2、3-次级线圈 4-铁芯
2、等效电路
阅读并回答：P71
阅读并回答：P72-P73
（1）两个二次线圈的输出信号做了什么处理？ （2）当两个二次线圈的同名端a,c都为+极性 时，电容C1上的极性哪个为正？ （3）当两个二次线圈的同名端a,c都为-极性 时，电容C1上的极性哪个为正？
从电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性
如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流
方向总是从6到8， 故整流电路的输出电压为
Uo U24 U68
➢ 当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以Uo=0； ➢ 当衔铁在零位以上时，因为U24 > U68 ，则Uo>0； ➢ 当衔铁在零位以下时， 则有U24< U68，则Uo<0。 Uo的正负表示衔铁位移的方向。
判断位移的大小和方向 ➢ 相敏检波电路
差动变压器的分类
阅读并回答：P67 （1）差压变压器的结构有几种什么形式？ （2）实际应用最多的是哪一种？
差动变压器的应用？
4.2.1 变隙式差动变压器
1、结构
阅读并回答：P67
（1）结构组成中包含了什么？ （2）一次线圈是如何连接的？ 二次线圈是如何连接的？
【提问】差动变压器与差动式变磁阻传感器区别？
（1）衔铁上移时，互感系数M1和M2如何变化？ （2）衔铁上移时，二次绕组1和二次绕组2的感应电动势如何变化？
变压器差动保护原理图解
变压器差动保护原理图解
差动爱护是依据被爱护区域内的电流变化差额而动作的。
它广泛用来爱护大容量的电力变压器、变电所母线、高压电动机等。
如右图所示是电力变压器的差动爱护原理图。
电流互感器TA1和TA2之间的区域就是差动爱护区，当爱护区内发生短路故障时，即变压器内部（如dl点），电流继电器KA中将产生较大的启动电流使爱护装置动作，而当爱护区外短路时，即变压器外部如（d2点），电流继电器中只流过一较小的不平稳电流，爱护装置不会动作。
所谓变压器的纵联差动爱护，是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的爱护。
纵联差动爱护装置，一般用来爱护变压器线圈及引出线上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路。
对于变压器线圈的匝间短路等内部故障，通常只作后备爱护。
纵联差动爱护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成，两个电流互感器串联形成环路，电流继电器并接在环路上。
因此，电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。
在正常状况下或爱护范围外发生故障时，两侧电流互感器二次侧电流大小相等，相位相同，因此流经继电器的差电流为零，但假如在爱护区内发生短路故障，流经继电器的差电流不再为零，因此继电器将动作，使断路器跳闸，从而起到爱护作用。
变压器纵差爱护是根据循环电流原理构成的，变
压器纵差爱护的原理要求变压器在正常运行和纵差爱护区（纵差爱护区为电流互感器TA1、TA2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，保证纵差爱护不动作。
但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差爱护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。
差动变压器式传感器
•
•
•
U 2 U 24 U 68
2021年3月14日星期日
差动整流的特点
电路是以两个桥路整流后的直流电压之差作为输 出的，所以称为差动整流电路。它不但可以反映 位移的大小（电压的幅值），还可以反映位移的 方向。 上图中的R0是用来微调电路平衡的，VD1~VD4、 VD5~VD8组成普通桥式整流电路。
差动变压器的结构原理如图3-10所示。在线框上绕有一组输入线 圈（称一次线圈）；在同一线框的上端和下端再绕制两组完全对 称的线圈（称二次线圈），它们反向串联，组成差动输出形式。 理想差动变压器的原理如图3-11。图中标有黑点的一端称为同名 端，通俗说法是指线圈的“头”。
2021年3月14日星期日
图3-10 差动变压器式传感器的结构
2021年3月14日星期日
2. 相敏检波电路
2021年3月14日星期日
图3-14 相敏检波电路
谢谢观看！
从电图位3，-1这2中个可电看压出就，是当零衔点铁残位余于电中压心U位它• 置x的，存输在出使电差压动U变• 压2并器不式是传零
感器的输出特性曲线不经过零点，造成实际特性和理论特性不完 全一致。
2021年3月14日星期日
1.2 差动变压器式传感器的测量转换电路
1.差动整流电路
（a）半波电流输出电路 （b）全波电流输出电路 图3-13 差动整流电路
差动变压器式传感器
差动变压器式传感器
电源中用到的单相变压器有一个一次线圈（又称为初级线 圈），有若干个二次线圈（又称次级线圈）。当一次线圈加 上交流激磁电压Ui后，将在二次线圈中产生感应电压UO。 在全波整流电路中，两个二次线圈串联，总电压等于两个二 次线圈的电压之和。
请将单相变压
3.2变压器式传感器
3.2 变压器式传感器变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化，变压器的初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应输出电势，由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。
3.2.1 结构与原理图3.2.1是一个π型差动变压器，它由两个π型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。
线圈1和线圈2顺串组成初级绕组，U 加在初级绕组的激励电压。
线圈3和线圈4反串组成次级绕组，其输出电压为sc U 。
图3.2.1π型差动变压器的结构原理 图3.2.2 差动变压器输出特性曲线初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。
假如衔铁上移，则线圈1、3间的耦合加强，它们间的互感增大，而线圈2、4间的耦合程度减弱，它们间的互感减小。
因此，差动变压器的初次级线圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变，即被测量位移可转换为传感器的互感变化，当用一定频率的电压激励初级绕组时，次级的输出电压sc U 与互感的变化有关，这样，将被测位移转换为电压输出。
差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感为常数，而差动变压器由于存在铁心气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈按差动方式工作，输出电压12sc U U U =-。
1）当衔铁位于中间位置时，1212,,0sc M M U U U ===； 2）当衔铁向上移动，12M M >，12U U >，0sc U >； 3）当衔铁向下移动，12M M <，12U U <，0sc U <。
所以，当衔铁偏离中心位置时，输出电压sc U 随偏离的增大而增加，但上、下偏移的相位差180°，如图3.2.2所示。
实际上，衔铁位于中心位置时，输出电压sc U 并不等于零，而是z U ，它是零点残余电压，其产生原因很多，主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。
z U 一般在几十毫伏以下，实际使用中，必须设法减小z U ，否则会影响测量结果。
对差动变压器式传感器的分析
对差动变压器式传感器的分析姓名：姚鑫磊学号：15032073班级：15级7班对差动变压器式传感器的分析差动变压器式传感器的介绍差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。
它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。
差动变压器式传感器的原理及特性分析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1-2。
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图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系x＋X－X ＋X －XP 零点差动变压器式传感器的特性与灵敏度分析将差动变压器作为位置传感器时，选择的规格项目如下：激磁电源（频率、电压、波形等）；结构（是否需要导座和弹簧）；线性范围（通常为±1%，高档品为±0.5%～±0.2%）；灵敏度（对应铁芯位移1mm的输出）；阻抗（输入端、输出端阻抗）；连接条件（电缆、插座、输入电路等）；装配方法（与被测对象的连接方法等）；环境条件（温度、湿度、灰尘、防水性、防锈条件等）。