1、传感器课程设计传感器课程设计 设计题目：设计题目：差动变压器式差动变压器式位移位移测量测量 系统设计系统设计 学院： 班级： 姓名： 学号： 一差动变压器的工作原理一差动变压器的工作原理 把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。 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, 故 称差动变压器式传感器。 差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联, 并且在忽略铁损、 导磁体 磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路如下图所示。 当初级绕组 N1 加 以激励电压U1 时, 根据变压器的工作原理, 在两个次级绕组N2a和N2b中便会 产生感应电
2、势 E2a 和 E2b。 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 M1=M2。根据电磁感应原理, 将有 E2a=E2b。由于变压器两次级绕组反向串联,因而 U2=E2a-E2b=0，即差动变压器 输出电压为零。 差动变压器等效电路，当次级开路时有 式中: 激励电压 U1 的角频率 U1 初级线圈激励电压 I1 初级线圈激励电流 r1、 L1初级线圈直流电阻和电感。 根据电磁感应定律, 次级绕组中感应电势的表达式分别为: 由于次级两绕组反向串联, 且考虑到次级开路, 则由以上关系可得: 输出电压的有效值为 11 1 1 jwLr U I 11 2
3、1 2 22 )( jwLr UMMjw EEU b a 2 1 2 1 2 1 121 2 )( )( jwLr UMMw U (1) 活动衔铁处于中间位置时 M1=M2=M 故 U2 =0。 (2) M1=M+M M2=M-M 故 U2 =2M U1 /r21+（L1）21/2, 与 E2a 同极性。 (3) 活动衔铁向下移动时 M1=M-M M2=M+M 故 , 与 E2b 同极性。 综上所述：差动输出电动势为)()( 121 1MfMIjMMIjE S 所以，差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差M的函数。 二螺管型差动变压器的结构设计二螺管型差动变压器的结构设计 螺线管式差动变压器
4、按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、 四节和五节式等类型, 如图所示。 一节式灵敏度高, 三节式零点残余电压较小, 通常采用的是二节式和三节式两类。 如下图所示： 三螺管型差动变压器的参数计算三螺管型差动变压器的参数计算 现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图二。 由数学模型可知：所推导处的各种公式是设计螺管型差动变压器式传感器的主要依据。 1. 激磁绕组长度的确定激磁绕组长度的确定 通常是在给定非线性误差及最大动态范围 max l的条件下来确定值b，即 2 1 2 1 2 112 )(/2wLrUMwU max 2 2 2 2 2 1 ll b
5、 k lkr 联立以上各式解得 2 max l b max 1.5,10% ,3.35lcmbcm取求 得 ，0.0446k 2. 衔铁的长度衔铁的长度 c l的确定的确定 由结构图二的几何尺寸关系可知，铁芯的长度为 21 2lbdllc 式中 1 l、 2 l-衔铁在两个副边绕组m中的长度； d-初次线圈间骨架厚度； b-原边线圈的长度； m-两副边绕组长度； 初始状态时有 021 lll，则衔铁的长度由图二的几何尺寸有 bdllbdllc)(22 000 设计时，一般取bl 0 ，故有dblc23，通常取bd ，则 blc3 由一中式求得为 b=3.35cm，求得为 c l=10.05cm。 3. 副边线圈长度的确定副边线圈长度的确定 设：1衔铁插入到两个副边绕组的长度分别为 1 l、 2 l，且在初始状态时： 021 lll ； 2.最大动态范围 max l为已知给定值。则 max0 llm应该成立，才能保证衔铁工 作时不会超出线圈以外。一般取bl 0 ，则 max lbm 式中，-保证在最大动态范围 max l时衔铁仍不会超出线圈之外的保险余量。一般取 mmmm102，在b值较小时，值可取大一些。此处取为10m m， 求得5.85mcm。 4. 经验数据经验数据 一般衔铁长度 c l与衔铁半径 c r之比可
