傳感器是基于將電感線圈的自感變化代替被測量的變化,從而實現(xiàn)位移、壓強、荷重、液位等參數(shù)測量。互感式傳感器則是把被測量的變化轉(zhuǎn)換為變壓器的互感變化。變壓器初級線圈輸入交流電壓,次級線圈則互感應(yīng)出電勢。由于變壓器的次級線圈常接成差動形式,故又稱為差動變壓器式傳感器。
差動變壓器結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單、性能可靠等優(yōu)點，因此被廣泛用于這些位移量的測量。
結(jié)構(gòu)與工作原理
螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu)如圖9-11所示,它由初級線圈,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方式不同可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、式等類型,如圖9-12所示。一節(jié)式靈敏度高,三節(jié)式零點殘余電壓較小,通常采二節(jié)式和三節(jié)式兩類。
差動變壓器式傳感器中兩個次級線圈向串聯(lián),在忽略鐵損,導(dǎo)磁體磁阻和線電容的理想條件下,其等效電路如圖9-13示。當初級繞組?1加以激勵電壓U1時,根據(jù)變壓器的工作原理,在兩個次級繞組?2a和?2b中便會產(chǎn)生感應(yīng)電勢E2a和E2a。由于變壓器兩次級繞組反向串聯(lián)，因而U2=E2a-E2b=0，即差動變壓器輸出電壓為零。
當活動銜鐵向上移動時，由于磁阻的影響，?2a中磁通將大于?2b，使M1＞M2，因而E2a增加，而E2b減小。因為U2=E2a-E2b，所以，當E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時,U2也必將隨二變化。圖9-14給出了變壓器輸出電壓U2。與活動銜鐵位移的關(guān)系曲線。實際上,當街鐵位于中心位置時,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(shù)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(fù)雜,主要由基波和高次諧波組成。基波產(chǎn)生的主要原因是:傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)和幾何尺寸不對稱,導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的幅值不等.相位不同,因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置,兩線圈中感應(yīng)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(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性(磁飽和、磁滯)。零點殘余電壓一般在幾十毫伏以下,在實際使用時,應(yīng)設(shè)法減小Ux否則將會影響傳感器的測量結(jié)果。
