互感型(差动变压器式)传感器图解分析.

实验二差动变压器（互感式）的性能一、实验目的了解差动变压器原理及工作情况。

二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。

初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。

其原理及输出特性曲线见图二左图。

三、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主副电源、差动变压器、振动平台。

有关旋钮初始位置：音频振荡器4KHz－8KHz之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道（悬浮工作状态）灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。

四、实验步骤：（1）根据图二右图接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。

开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。

（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。

图10（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合。

再向上转动测微头５mm，使振动平台往上位移。

（4）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。

每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。

S＝ΔV／ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应振动平台的位移变化），作出V－X关系曲线。

读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。

五、思考（1）根据实验结果，指出线性范围。

（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？。

互感型（差动变压器式）传感器图解分析
互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。

由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。

和两个参数完全相同的次级线圈、组成。

线圈中心插入圆柱形铁芯、反极
加上交流电压时，如果，则输出
；当铁芯向上运动时，；当铁芯向下运动时，。

铁芯偏离中心位置愈大，愈大
差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。

因此，差动变
压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。

差动变压器式传感器的优点是：测量精度高，可达0.1μm；线性范围大，可到±100mm；稳定性好，使用方便。

因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。

差动变压器式。

变压器差动保护原理图解
差动爱护是依据被爱护区域内的电流变化差额而动作的。

它广泛用来爱护大容量的电力变压器、变电所母线、高压电动机等。

如右图所示是电力变压器的差动爱护原理图。

电流互感器TA1和TA2之间的区域就是差动爱护区，当爱护区内发生短路故障时，即变压器内部（如dl点），电流继电器KA中将产生较大的启动电流使爱护装置动作，而当爱护区外短路时，即变压器外部如（d2点），电流继电器中只流过一较小的不平稳电流，爱护装置不会动作。

所谓变压器的纵联差动爱护，是指由变压器的一次和二次电流的数值和相位进行比较而构成的爱护。

纵联差动爱护装置，一般用来爱护变压器线圈及引出线上发生的相间短路和大电流接地系统中的单相接地短路。

对于变压器线圈的匝间短路等内部故障，通常只作后备爱护。

纵联差动爱护装置由变压器两侧的电流互感器和继电器等组成，两个电流互感器串联形成环路，电流继电器并接在环路上。

因此，电流继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流之差。

在正常状况下或爱护范围外发生故障时，两侧电流互感器二次侧电流大小相等，相位相同，因此流经继电器的差电流为零，但假如在爱护区内发生短路故障，流经继电器的差电流不再为零，因此继电器将动作，使断路器跳闸，从而起到爱护作用。

变压器纵差爱护是根据循环电流原理构成的，变
压器纵差爱护的原理要求变压器在正常运行和纵差爱护区（纵差爱护区为电流互感器TA1、TA2之间的范围）外故障时，流入差动继电器中的电流为零，保证纵差爱护不动作。

但由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不同，因此，为了保证纵差爱护的正确工作，就须适当选择两侧电流互感器的变比，使得正常运行和外部故障时，两个电流相等。

3.2 变压器式传感器变压器式传感器把被测量的变化转换为变压器互感的变化，变压器的初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应输出电势，由于互感式传感器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。

3.2.1 结构与原理图3.2.1是一个π型差动变压器，它由两个π型铁心、一个活动衔铁及多个铁心线圈组成。

线圈1和线圈2顺串组成初级绕组，U 加在初级绕组的激励电压。

线圈3和线圈4反串组成次级绕组，其输出电压为sc U 。

图3.2.1π型差动变压器的结构原理 图3.2.2 差动变压器输出特性曲线初次级线圈间的耦合程度与衔铁的位置有关。

假如衔铁上移，则线圈1、3间的耦合加强，它们间的互感增大，而线圈2、4间的耦合程度减弱，它们间的互感减小。

因此，差动变压器的初次级线圈间的耦合程度将随衔铁的移动而改变，即被测量位移可转换为传感器的互感变化，当用一定频率的电压激励初级绕组时，次级的输出电压sc U 与互感的变化有关，这样，将被测位移转换为电压输出。

差动变压器与一般变压器不同，一般变压器为闭合磁路，初次级的互感为常数，而差动变压器由于存在铁心气隙，是开磁路，且初次级的互感随衔铁位移而变化，另外，差动变压器的两个次级线圈按差动方式工作，输出电压12sc U U U =-。

1）当衔铁位于中间位置时，1212,,0sc M M U U U ===； 2）当衔铁向上移动，12M M >，12U U >，0sc U >； 3）当衔铁向下移动，12M M <，12U U <，0sc U <。

所以，当衔铁偏离中心位置时，输出电压sc U 随偏离的增大而增加，但上、下偏移的相位差180°，如图3.2.2所示。

实际上，衔铁位于中心位置时，输出电压sc U 并不等于零，而是z U ，它是零点残余电压，其产生原因很多，主要是由变压器的制作工艺和导磁体安装等问题引起。

z U 一般在几十毫伏以下，实际使用中，必须设法减小z U ，否则会影响测量结果。

对差动变压器式传感器的分析姓名：姚鑫磊学号：15032073班级：15级7班对差动变压器式传感器的分析差动变压器式传感器的介绍差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。

它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。

差动变压器式传感器的原理及特性分析差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。

典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。

加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。

当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。

因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。

相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。

这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。

当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。

产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。

当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180°。

相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。

电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。

图1-1 差动变压器构造原理图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系x＋X－X ＋X －XP 零点差动变压器式传感器的特性与灵敏度分析将差动变压器作为位置传感器时，选择的规格项目如下：激磁电源（频率、电压、波形等）；结构（是否需要导座和弹簧）；线性范围（通常为±1%，高档品为±0.5%～±0.2%）；灵敏度（对应铁芯位移1mm的输出）；阻抗（输入端、输出端阻抗）；连接条件（电缆、插座、输入电路等）；装配方法（与被测对象的连接方法等）；环境条件（温度、湿度、灰尘、防水性、防锈条件等）。

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. 0~50B.-60~60VC.-55~55D.-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/MPa3）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R L的阻值。

R L越大，输出电压就越大。

当输出电压为5V时，R L=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=62.5kPa7）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。

8）请将图3-21中的各元器件及仪表正确地连接起来。

答：你按教材中的电路图，从电源的+24V正极开始，连接到一次仪表的正极，也就是红色的导线。

（情绪管理）差动变压器式压力传感器见图3.差动变压器式压力传感器见图3-17a，其压力和膜盒挠度的关系、差动变压器衔铁的位移和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:能够查图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.0~50B.-60~60VC.-55~55D.-70~70图3-20差动变压器式压力变送器特性曲线4.有壹台俩线制压力变送器，量程范围为0~1MPa，对应的输出电流为4~20mA。

求：1）压力p和输出电流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）画出压力和输出电流间的输入/输出特性曲线。

答：截距为4mA，斜率为0.0625mA/MPa3）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R L的阻值。

R L越大，输出电压就越大。

当输出电压为5V时，R L=5/20=250Ω。

5）画出该俩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=62.5kPa7）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；仍不行的话，您仍能够换壹台仪表，见见是否就好了，那就是仪表有问题啦。

8）请将图3-21中的各元器件及仪表正确地连接起来。

答：你按教材中的电路图，从电源的+24V正极开始，连接到壹次仪表的正极，也就是红色的导线。