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石直元 ● 躁 度差动变压器式
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摘要：本文根据作者对数控车床转塔型电动刀架控制系统的改进实践，总结设计了全新控制系统，
彻底解决刀架上的刀位开关的可靠性和控制板电路的可靠性的问题。该系统经长期实践验证，具有
结构简单、工作可靠等优点，值得推广。
关键词：差动式变压器；稳定性；位移传感器；传感器；位移；差动 中图分类号：ＴＰ２１２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８８３Ｘ（２０１０）０６－０００９—０３
一、前言
差动变压器式位移传感器，是一种无接触、能消除静差的高精度位移测量装置，结构简单可靠，输
出功率大，输出阻抗小，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，分辨力较高（如在测量长度时一般可达
０．１ｌａｍ），示值误差少（一般为示值范围的０．１％～０．５％），稳定性好。在工业中得到广泛的应用。
但安装在电动执行器中的差动变压器式位移传感器在工业现场工作时，由于温度等环境参数的变化， 静差仍然存在。这充分证明了差动变压器式位移传感器的铁芯在非中问位置时静差仍然存在，这是该传
感器最致命的缺点。寻找产生的原因和克服的方
法正是本文的主要内容。
二、变压器式传感器的基本结构和工作原理
为了找出铁芯在非中间位置时静差仍然存
在的原因，有必要了解差动变压器式位移传感器
的基本结构和工作原理。
差动变压器式位移传感器的工作原理，是利
用次级线圈与初级线圈的互感量随线圈中铁芯 位移的变化而变化的原理，并通过对称式两个线
圈以差动方式连接，以实现消除静态偏差的方 法，实现无接触高精度测量的一种装置。
以直螺管形差动变压器为例，直螺管形差动
变压器的结构如图１（ａ）所示。它由初级线圈Ｌ ，
两个次级线圈Ｌ２、Ｌ３、插入线圈中央的圆柱形铁
芯Ｔ和非导磁触杆Ｇ组成。初级线圈Ｌ 均匀分
布于整个直螺管，次级线圈Ｌ２均匀分布于直螺管
的左半段，次级线圈Ｌ 均匀分布于直螺管的右半 段。非导磁触杆Ｇ用于连接铁芯和被测位移变化
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
LVDT式位移传感器的原理
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LVDT式位移传感器的原理
Linearity Variable Differential Transducers 简称 LVDT，中文译名为差动变压器式位移传感器，在世界范围内盛销数十年而不衰，足以看出它的各项性能在当前工业过程检测与试验领域中的适应性。随着系统对检测元件提出越来越高的要求同时，它的技术性能在不断的完善与发展，应用领域也在不断地更新与扩大。
差动变压器(LVDT)的原理比较简单。它就是在一个线圈骨架(1)上均匀绕制一个一次线圈(2)作励磁。再在两侧绕制两个二次线圈(3与4)，与线圈同轴放置一个铁芯(5)，通过测杆(6)与可移动的物体连接。线圈外侧还有一个磁罩(7)作屏蔽，如图1－1示。
在未引入铁芯以前，一次线圈通入交流电流后产生一个左右对称的沿轴向分布的交变磁场。交变磁场在两个对称放置的二次线圈上产生的感应电动势当然相等，引入铁芯后，铁芯在一次交变磁场的激励下，产生沿铁芯中心轴（当然也是线圈的中心轴）分布并与铁芯对称的交变磁场。这样，线圈中心轴上的磁感应强度就成为铁芯位置的轴向分布函数，于是两个二次线圈的感应电动势Es1与Es2也成了铁芯位置的函数。如果设计得当，两者可成为线性函数关系。将两个二次线圈差接后，即可获得与铁芯位移成线性关系的二次输出:Es=Es1-Es2。这就是LVDT的简单工作原理（如图1-2示）。
LVDT式位移传感器的原理二
差动变压器式位移传感器（LVDT）为电磁感应原 理，其结构示意见图一。
（图一：LVDT工作原理图）
采用环氧树脂，不锈钢等材料作为线圈骨架，用不同线径的漆包线在骨架上绕制线圈。与传统的电力变压器不同。LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。在骨架上绕制一组初级线圈，两组次级线圈，其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动，当初级线圈供给一定频率的交变电压（激励电压）时，铁芯在线圈内移动就改变了空间磁场分布从而改变了初，次级线圈之间的互感量，次级线圈就产生感应电动势，随着铁芯位置的不同，互感量也不同，
3. 差动变压器式压力传感器见图3-17a，其压力与膜盒挠度的关系、差动变压器衔铁的位移与输出电压的关系如图3-20所示。求：
1） 当输出电压为50mV时，压力p为多少千帕？
2） 答:可以查图b，得到5mm。
2）在图a、b上分别标出线性区，综合判断整个压力传感器的压力测量范围是___C___（线性误差小于2.5%）。
A. 0~50 B.-60~60V C.-55~55
D.-70~70
图3-20 差动变压器式压力变送器特性曲线
4. 有一台两线制压力变送器，量程范围为0~1MPa，对应的输出电流为4~20mA。求：
1）压力p与输出电流I的关系表达式（输入/输出方程）。
答： I=a0+a1p
当p=0时，I=4mA，所以a0=4(mA)
当p=1MPa时，I=20mA，代入式（3-3）得a1=（20-4）/1=16mA/MPa
所以该压力变送器的输入/输出方程为I=4+16p
将I=12mA代入上式得
2）画出压力与输出电流间的输入/输出特性曲线。
答：截距为4mA，斜率为0.0625mA/MPa
3）当p为0MPa、1MPa 和0.5MPa时变送器的输出电流。
4mA，20mA，12mA，
4）如果希望在信号传输终端将电流信号转换为1~5V电压，求负载电阻RL的阻值。
RL越大，输出电压就越大。当输出电压为5V时，RL=5/20=250Ω。
5）画出该两线制压力变送器的接线电路图（电源电压为24V）。
答：见教材图
6）如果测得变送器的输出电流为5mA，求此时的压力p。
答：p=(Ｉ-4)/1=(5－4)/16=0.0625MPa=62.5kPa
7）若测得变送器的输出电流为0mA，试说明可能是哪几个原因造成的。
答：传输线啦，什么的；电源没有当然什么电流也没啦；还不行的话，您还可以换一台仪表，看看是否就好了，那就是仪表有问题啦。
