互感式傳感器的工作原理和結構

  差動變壓器結構形式較多，但其工作原理基本相同，下面介紹螺管形差動變壓器。它可以測量1~100mm的機械位移，并具有測量精度高、靈敏度高、結構簡單、性能可靠等優點，因此被廣泛用于這些位移量的測量。

【結構與工作原理】

  螺線管式差動變壓器結構如圖9-11，它是由初級線圈、兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。

  螺線管式差動變壓器按線圈繞組排列的方式不同可分為一節、二節、三節、四節、和五節式等類型，如圖9-12，一節式靈敏度高，三節式零點殘余電壓較小，通常采用的式二節式和三節式兩類。

  差動變壓器式傳感器中兩個次級線圈反向串聯，在忽略鐵損、導磁體磁阻和線圈分布電容的理想條件下，其等效電路如圖9-13所示，當初級繞組w₁加以激勵電壓U₁時，根據變壓器的工作原理，在兩個次級繞組w_2a和w_2b中便會產生感應電勢E_2a和E_2b。如果工藝上保證變壓器結構完全對稱，則當活動銜鐵處于初始平衡位置時，必然會使兩互感系數M₁=M₂。根據電磁感應原理，將由E_2a=E_2b。由于變壓器兩次級繞組反向串聯，因而U₂=E_2a-E_2b=0，即差動變壓器輸出電壓為0。

  當活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，w_2a中磁通將大于w_2b，使M1>M2，因而E_2a增加，而E_2b減小。反之，E_2b增加，E_2a減小。因為U₂=E_2a-E_2b，所以，當E_2a、E_2b隨著銜鐵位移x變化時，U2也必將隨x變化。圖9-14給出了變壓器輸出電壓U2與活動銜鐵位移x的關系曲線。實際上，當銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并不等于零。我們把差動變壓器在零位移動時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作Ux，它的存在使傳感器的輸出特性不過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致。零點殘余電壓主要是因傳感器的兩次級繞組的電氣參數與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。零點殘余電壓的波形十分復雜，主要由基波和高次諧波組成。基波產生的主要原因是：傳感器的兩次級繞組的電氣參數和幾何尺寸不對稱，導致它們產生的感應電勢的幅值不等、相位不同，因此不論怎樣調整銜鐵位置，兩線圈中感應電勢都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，產生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性（磁飽和、磁帶）。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實際使用時，應設法減小Ux，否則將會影響傳感器的測量結果。