结构与工作原理

1.结构

螺管式差动变压器的线圈由一次线圈和二次线圈组成，并且二次线圈是由两个结构、参数完全相同的线圈反极性串联而成，二次线圈的输出电压为两个线圈的电压之差，故有差动变压器之称，其结构如图3－10（a）所示。

图3－10 差动变压器结构及原理图

（a）结构图；（b）原理图1—一次线圈；2—二次线圈；3—衔铁；4—测杆

2.工作原理

差动变压器的工作原理如图3－10（b）所示。当一次线圈加入激励电源后，其二次线圈中产生的感应电动势U21和U22与衔铁在线圈中的位置有关。当衔铁在中间位置时，U21＝U22，输出电压Uo＝U21－U22＝0；当衔铁向上移动时，U21＞U22；反之，U21＜U22。在上述两种情况下，输出电压Uo的相位相差为180°，其幅值随衔铁位移距离x的改变而变化，如图3－11所示。

图3－11 差动变压器输出特性

1—理想特性；2—实际特性

3.零点残余电压

图3－11中虚线为理想输出电压特性，实际上由于两个二次线圈不可能一切参数都完全相同，制作上不可能完全对称，衔铁的磁化线圈也难免有非线性存在，多种原因导致衔铁在中间位置时，Uo≠0，而是Uo＝Ur·，Ur·为零点残余电压，一般为零点几毫伏，它表示在被测位移为零时，差动变压器的输出不为零，有一微小的输出电压。所以实际输出电压如图3－11中实线所示。

零点残余电压的存在，使传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，并且可能使传感器后接的放大器提早饱和，堵塞有用信号通过，也可能使某些执行机构产生误动作。因此它的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。

图3－12 能反映位移方向的输出特性

消除零点残余电压的方法有：

①尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数和磁路的对称。磁性材料要经过处理，消除内部应力，使其性能均匀、稳定。

②选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路，即：差动变压器输出端接相敏检波电路，则衔铁位移x与直流输出电压Uo之间将保持图3－12所示直线关系。利用Uo的极性不同可以判断衔铁位移方向，同时也消除了零点残余电压。

③采用补偿电路减小零点残余电压。图3－13所示为几种补偿电路。在差动变压器二次侧串、并联适当的电阻电容元件，调整相关元件，可减小零点残余电压。

图3－13 补偿电路

（a）电阻补偿；（b）电容补偿；（c）阻容补偿