差动变压器式传感器概述及工作原理

概述：
把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。非电量测量中，应用较多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～1000mm范围内的机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点。

工作原理：
它由初级线圈、两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型。一节式灵敏度高，三节式零点残余电压较小，通常采用的是二节式和三节式两类。
差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联，并且在忽略铁损、导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下。当初级绕组N1加以激励电压U1时，根据变压器的工作原理，在两个次级绕组N2a和N2b中便会产生感应电势E□2a和E□2b 。如果工艺上保证变压器结构完全对称，则当活动衔铁处于初始平衡位置时，必然会使两互感系数M1=M2。根据电磁感应原理，将有E□2a=E□2b。由于变压器两次级绕组反向串联，因而U□2=E□2a-E□2b= 0，即差动变压器输出电压为零。
活动衔铁向上移动时，由于磁阻的影响，N2a中磁通将大于N2b中磁通，使M1>M2，因而E□2a增加，而E□2b减小。反之，E□2b增加，E2a减小。因为U□2=E□2a-E□2b=0，所以当E2a、E□2b随着衔铁位移x变化时，U□2也必将随x变化。实际上，当衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作U□X。它的存在使传感器的输出特性不过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致。
零点残余电压主要是由传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。零点残余电压的波形十分复杂，主要由基波和高次谐波组成。基波产生的主要原因是：传感器的两个次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称，导致它们产生的感应电势的幅值不等、相位不同，因此不论怎样调整衔铁位置，两线圈中感应电势都不能完全抵消。高次谐波中起主要作用的是三次谐波，产生的原因是由于磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和、磁滞）。零点残余电压一般在几十毫伏以下，在实际使用时，应设法减小Ux，否则将会影响传感器的测量结果。

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