DOC《第3章》

1、I1为初级线圈激励电压与电流(频率为?);

L

1、R1为初级线圈电感与电阻;

M

1、M2分别为初级线圈与次级线圈

1、2间的互感;

L

21、L22和R

21、R22分别为两个次级线圈的电感和电阻. 当初级绕组N1加以激励电压时,根据变压器的工作原理,在两个次级绕组中便会产生感应电势和. 根据变压器原理,传感器开路输出电压为两次级线圈感应电势之差,即(3.17) 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.根据电磁感应原理,将有,因而,即差动变压器输出电压为零. 当衔铁偏离中间位置向上移动时,由于磁阻变化,使互感,即,.在一定范围内,,

差值,于是,在负载开路情况下,输出电压为 (3.18) 由图3.9可知 (3.19) 所以 (3.20) 其输出电压有效值,与同极性. 由于在一定的范围内,互感的变化?M与位移x成正比,所以的变化与位移的变化成正比.且衔铁上移时,输出与同相位.同理,衔铁向下移动时,M1 <

M2,使输出,其有效值输出与相位相反. 实际上,当衔铁位于中心位置时,差动变压器的输出电压并不等于零,通常把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压.它的存在使传感器的输出特性曲线不过零点,造成实际特性与理论特性不完全一致.特性曲线如图3.10所示.零点残余电压U20产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数和几何尺寸不对称,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.基波的产生主要是因传感器的两次级绕组的电气参数、几何尺寸不对称,导致它们产生的感应电动势幅值不等、相位不同.因此,无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,否则将会影响传感器的测量结果. 图3.10 零点残余电动势 零点残余电动势使得传感器在零点附近的输出特性不灵敏,为测量带来误差.此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标. 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.磁性材料要经过处理,以消除内部的残余应力,使其性能均匀稳定. ② 选用合适的测量电路.例如,采用相敏整流电路,既可判别衔铁移动方向又可改善输出特性,减小了零点残余电动势. ③ 采用补偿线路减小零点残余电动势.在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻、电容元件,当调整这些元件时,可使零点残余电动势减小. 3.2.2 测量电路 图3.11 差动整流电路图 差动变压器的输出电压为交流,它与衔铁位移成正比,当变压器两输出电压反向串联时,用交流电压表测量其输出值只能反映衔铁位移的大小,不能反映移动的方向,因此常采用差动整流电路和相敏检波电路进行测量. 1.差动整流电路 图3.11所示为典型的差动全波整流电压输出电路. 这种电路把差动变压器的两个次级输出电压分别全波整流,然后将整流电压的差值作为输出,电阻R0用于调整零点残余电压. 图3.12 差动整流波形 差动整流工作原理如下: 二次侧输出电压Uab经桥堆A全波整流,使交流电变成单向脉动点电压,输出的脉动电压经电容C1滤波,使输出的脉动减小.桥堆A输出的电压始终上正、下负,即.其波形如图3.12所示,同理,二次侧输出电压Ucd经桥堆B整流和电容滤波后,得到单向电压U34,且. 当衔铁在零位时,由于,使,则Uo=U12-U34=0. 当衔铁向上移动时,由于,使,则Uo= . 衔铁向下移动时,则电压的变化刚好相反,使,,