傳感器是基于將電感線(xiàn)圈的自感變化代替被測(cè)量的變化,從而實(shí)現(xiàn)位移、壓強(qiáng)、荷重、液位等參數(shù)測(cè)量。互感式傳感器則是把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化。變壓器初級(jí)線(xiàn)圈輸入交流電壓,次級(jí)線(xiàn)圈則互感應(yīng)出電勢(shì)。由于變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈常接成差動(dòng)形式,故又稱(chēng)為差動(dòng)變壓器式傳感器。

差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)形式較多,但其工作原理基本相同,下面介紹螺管形差動(dòng)變壓器。它可以測(cè)量1~100mm的機(jī)械位移,并具有測(cè)量精度高、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于這些位移量的測(cè)量。

結(jié)構(gòu)與工作原理

螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖9-11所示,它由初級(jí)線(xiàn)圈,兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈和插入線(xiàn)圈中央的圓柱形鐵芯等組成。

螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器按線(xiàn)圈繞組排列方式不同可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、式等類(lèi)型,如圖9-12所示。一節(jié)式靈敏度高,三節(jié)式零點(diǎn)殘余電壓較小,通常采二節(jié)式和三節(jié)式兩類(lèi)。

差動(dòng)變壓器式傳感器中兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈向串聯(lián),在忽略鐵損,導(dǎo)磁體磁阻和線(xiàn)電容的理想條件下,其等效電路如圖9-13示。當(dāng)初級(jí)繞組?₁加以激勵(lì)電壓U₁時(shí),根據(jù)變壓器的工作原理,在兩個(gè)次級(jí)繞組?_2a和?_2b中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)E_2a和E_2a。由于變壓器兩次級(jí)繞組反向串聯(lián)，因而U₂=E_2a-E_2b=0，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為零。

當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，由于磁阻的影響，?_2a中磁通將大于?_2b，使M1＞M2，因而E_2a增加，而E_2b減小。因?yàn)閁₂=E_2a-E_2b，所以，當(dāng)E_2a、E_2b隨著銜鐵位移x變化時(shí),U₂也必將隨二變化。圖9-14給出了變壓器輸出電壓U₂。與活動(dòng)銜鐵位移的關(guān)系曲線(xiàn)。實(shí)際上,當(dāng)街鐵位于中心位置時(shí),差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等于零。我們把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的輸出電壓稱(chēng)為零點(diǎn)殘余電壓,記作Ux，它的存在使傳感器的輸出特性不過(guò)零點(diǎn),造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。零點(diǎn)殘余電壓主要是因傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱(chēng),以及磁性材料的非線(xiàn)性等問(wèn)題引起的。零點(diǎn)殘余電壓的波形十分復(fù)雜,主要由基波和高次諧波組成。基波產(chǎn)生的主要原因是:傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對(duì)稱(chēng),導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)的幅值不等.相位不同,因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置,兩線(xiàn)圈中感應(yīng)電勢(shì)都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波,產(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線(xiàn)的非線(xiàn)性(磁飽和、磁滯)。零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下,在實(shí)際使用時(shí),應(yīng)設(shè)法減小Ux否則將會(huì)影響傳感器的測(cè)量結(jié)果。