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浅谈差动变压器式传感器及其应用
谷守良 （广东美的制冷设备有限公司，广东佛山５２８３１ １） 【摘要】当前传感器朝着微型化、数字化、智能化和网络化方向发展，具有准确度高、线性度好、结构简单、灵敏度高、使用寿命长和环境 适应性强等优点，并且它的应用十分广泛，可以说是多元化和多功能化。它相对于传统的传感器有了很大的改进，是传统传感器的升级版。本文 通过浅谈差动变压器式传感器及其应用，从根本上了解与熟悉差动变压器式传感器与其运用。 【关键词】差动变压器式传感器；原理；应用 ０前言 差动变压器式传感器是在传统传感器上改进．利用物体在移动时 产生的能量推动电压产生的变化而求出所求量的物理实验器材．即将 各个物理量变换为电量的变化 它广泛的应用于各种物理量的测量．如 伸长、压力、应变、振动、物体的厚度等。传统的传感器只能对一些物理 量进行简单且比较繁琐的测量．这显然难以满足复杂系统的要求．所以 差动变压器式传感器出现了．它的问世预示着新时代发展的潮流．在信 息化时代，要想跟上时代发展潮流．就要熟练的掌握基础技术。 １ 差动变压器式传感器的基本情况 １．１基本构造 差动变压器是一种广泛用于电子技术和非电量检测中的变压器 装置，主要是差动变压器式压力传感器、差动变压器式位移传感器、差 动变压器式电容传感器这几种．不同种类的变压器有不同的构造．但 基本的构造是一致的 线框和？铁芯构成系统的主要部分 在线框上绕 有一组线圈，该线圈相当于输入线圈．将铁芯放置在线圈中央圆柱孔 中．两个或多个带有铁芯的线圈又构成线圈组．线圈组分为初级线圈 和次级线圈，初次级线圈间有街铁．在互感的作用下．衔铁能随两个线 圈的移动而移动，此外，还有一些部件如铁架、激磁线圈、补偿线圈、屏 蔽套等。 １－２运作原理 差动变压器式传感器的工作原理是由变换交流电压、电流和阻抗 这三个器件组成的变压器．当交流电流通过初级线圈时．就会有交流磁 通在铁 中产生．从而感应出电压和电流 若是在初级线圈中加有适当 频率的电压刺激时，在两个次级线圈中就会产生感应电势 当使铁芯向 右或向左移动时。在两个次级线圈内所感应的电势则会一个增加和一 个减少。如果接成反向串联输出，则传感器的输出电压等于两个次级线 圈的电势差，因为两个次级线圈做得一样，因此．当铁芯放在中央的位 置时．传感器的电压会为零 以上就是差动变压器传感器的工作原理 １－３工作性能 差动变压器式传感器的主要的性能是灵敏度和线性度 差动变压 器传感器的灵敏度是指街铁移动时产生的输出电势的变化．单位用 ｍＶ／ｍｍ来表示．而线性度则是指因变量和自变量之间的线性关系．线 性度具有一定的范围．差动变压器式传感器的灵敏度和线性度越高， 它的工作性能也越高 差动变压器式传感器的灵敏度的高低与初级电 压、次级绕组匝数和激励电压有关。首先灵敏度与次级匝数是线性关 系，次级匝数增加．灵敏度也跟着增加．但次级匝数不能无限制增加。 灵敏度和初级电压成正比关系．在频率很低时．灵敏度随频率的增加 而增加，但当频率升高．线圈的感抗大大高于其电阻时．灵敏度则与频 率无关。线性度则是和灵敏度有关，灵敏度越高线性度就越高。总之， 认识差动变压器传感器的性能．对于它的工作性能有个熟练的掌握． 保证差动变压器传感器的正确使用和工作研究的展开 ２差动变压器式传感器运用 ２．１运用方面 差动变压器传感器在现实生活中有着非常广泛应用 它的种类有 很多，包括压力传感器、位移传感器、加速度传感器等，这些差动变压 器在许多领域都有着非常广泛的应用。对于压力传感器，主要通过弹 性敏感器将非电量压力参数变为位移量送至测量电路．再通过对电路 各个量的数学计算计算出压力 位移测传感器是在电磁感应原理下测 量出位移．当初级线圈被供给一定频率的交变电压时．次级线圈就产 生了感应电动势．随着铁芯的位置不同．次级线圈产生的感应电动势 也不同．由电动势的不同推出的位移量的大小 对于加速度传感器．主
传感器在变压器故障检测中的应用
变压器在供电系统中扮演着重要的角色，变压器出现故障会造成整个配电系统停止运转，只有保障变压器及时进行故障检测，排除故障，才能保障整个配电系统的稳定运行。本文主要分析了变压器常出现的几种故障和传感器在解决变压器问题的具体应用，对提高变压器故障检测的效率具有十分重要的意义。
标签：传感器；变压器；故障检测
一、变压器及其工作原理
变压器主要是利用电磁感应来改变交流电压，产生电磁互感应，其主要功能有电流交换、稳压、抗阻变化、电压交换等。变压器在供电系统中扮演着重要的角色，变压器出现故障会造成整个配电系统停止运转，只有保障变压器及时进行故障检测，排除故障，才能保障整个配电系统的稳定运行。变压器作为变电站内最重要的主设备之一，其运行状态对整个系统的安全运行起着至关重要的作用。目前随着变压器带电监测新技术的应用，对变压器的运行状态可以进行严密监测和全过程控制，为变压器的状态检修提供了可靠的技术保障。
在电力系统中，变压器尽管是可靠的电力设备，但其平均故障却不低于两次/百台年，这样就要求对运行中的变压器加强维护、检测以减少变压器的故障。目前，电力部门对变压器故障检测的方法是采用色谱分析，即定期抽取变压器油样，进行脱气处理，然后对气体进行色谱分析，以确定变压器是否有潜伏性故障的存在。然而，这种方法比较复杂并且不能实现在线检测，而故障有可能在间隙期间出现，因此研究一种简单的、能对变压器潜伏性故障进行在线连续检测的装置是非常必要的。
电磁感应原理是变压器进行工作的主要原理，其主要构件是铁芯和线组，在电磁感应的帮助下将某一数值的交流电压转变为另一数值的交流电压。当油浸变压器内部发生过热，放电，电弧等故障时，将导致故障部位的绝缘材料或变压器油的分解，而分解出氢、乙炔、甲烷及一氧化碳等故障气体，这些气体的含量将随着故障的惡化而剧增。然而我们又不能同时检测几种气体，以氢气作为故障的主要特征气体，因为无论出现哪一种故障都将产生氢气；另一方面氢分子键能小，溶解度低，因而在变压器过热，放电等故障过程中，氢最容易从油中析出。而对某一变压器来说，油量是一定的，因此，油中氢的含量就与故障的严重程度有关。
1、使用寿命长：由于铁芯和线圈内壁存在间隙，铁芯在运动的时候与线圈不接触，无摩擦损耗;同时采用优良的生产工艺把骨架和所绕漆包线两者固化 为一整体，不会产生断线，开裂等故障，加上其它的优化设计，因此传感器的使用寿命理论上可以是无限的，据国外某机构测试此类传感器的mtbf可达到30万 小时，在实际的正常使用中可达到数十年，其最终故障往往是人为造成或变送器电路元器件的寿命决定的。
2、多样的环境适应性：lvdt是少数几种可以应用在多种恶劣环境下的位移传感器，通过特殊方式进行密封处理的传感器可以防潮、防盐雾，可以放 置于承压的液体中、气体密闭容器中，甚至于某些腐蚀性环境中，对核辐射电磁辐射干扰不敏感，能抗振动，具有较宽的工作温度范围-25℃～85℃和满足国军 标—55℃～125℃工作温度。机电分体的位移传感器单独使用可以在200℃下工作。
3、响应速度快：基于非接触测量的实现，对于某些快速运动物体的冲击振动测量，此类传感器可以提供很宽的频率响应。
4、高线性度：通过不断研发的线圈绕制方法，lvdt位移传感器的线性度有了显著的提高。
5、高分辨率：由电磁感应原理所决定的任何微小的铁芯运动均会改变所在磁场内次级线圈的感生电动势，使得lvdt位移传感器理论上具有无限的分辨力。随着设计、工艺和电子元器件性能的不断提高。
6、低噪声：对于回弹式的位移传感器，在额定位移输出信号为10.0000v或5.0000v时，其纹波、干扰噪声的峰—峰值电压仅0.2～1.5mvp-p。
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第１８卷第ｌ期 ２０１ ０年０２月 呼伦贝尔学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｌｕｎｂｅｉｅｒ Ｃｏｌ： Ｎｏ．１ ｖｏ１．Ｉ３ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ Ｆｅｂｒｕａｒｙ．２０１０
差动式传感器输出特性探讨
多 红 王树思
（１、呼伦贝尔学院传媒学院 内蒙古海拉尔０２１００８）
２、呼伦贝尔学院外事处 内蒙古 海拉尔０２１ ００８）
摘要：差动变压器式传感嚣，是将被测的非电量变化转变为线圈互感量变化的摹王．这 种传感嚣主要是根据变压嚣的原理制成的，由于谊类传感器具有结构简单。灵敏度高等优点。｜．【 广泛就用于位移量的测量．本文通过对差动变压嚣式传感嚣的输出特性，嫱构原理，湿度特性． 频率特性、残余电压等电气特性的分析，为传感嚣的设计逾型提供了依据．
关键词：变压器；传感器；特性；线圈；铁芯 中圈分类号：ＴＮ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－４６０１（２０１０）０１－００９８－０４
一、概述 变压器式传感器也称为互感式传感器，是一 种机电转换置。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，
所以叫做差动变压器式传感器，差动变压器主要 由一个线框和一个铁心组成。在线框上绕一组初
级线圈作为输入线圈，在周一线框上另绕两组次
级线圈作为输出线圈。并在线圈中央圆柱孔中放 入铁心。差动变压器式传感器结构有变隙式、变
面积式和螺线管式等。其工作原理基本一样。即
将铁芯的位移转换成与该电压信号。从而便于远
距离显示、记录和自动控制。其优点是：（１）结构 简单：工作中没有活动电接触点，因而更加可靠。 （２）灵敏度高、分辨力大：能测出０．０１ ｍ甚至更小 的机械位移变化而且传感器的输出信号强，有利
于信号的传输和放大。（３）重复性好线性度优良。
． 正因为上述优点，在现代工业生产和科学技
术上，尤其在煤矿生产领域、粮食处理中心等自 动控制系统中应用十分广泛。
：、变压器式传感器的结构原理和输出特性 分析 差动变压器式传感器的结构原理如图ｌ所示。 初级线圈∞，次级线圈 ，、０３：。当在初级线圈
