变隙式差动变压器

变隙式差动变压器

变隙式差动变压器是差动变压器电感式传感器的一种结构形式，通过改变气隙厚度实现位移-互感转换。

结构

变隙式差动变压器在A、B两个铁心上绕有两个一次绕组（N₁ₐ = N₁ₓ = N₁）和两个二次绕组（N₂ₐ = N₂ₓ = N₂）。两个一次绕组顺向串接，两个二次绕组反向串接。衔铁位于两个铁心之间，初始时处于中间平衡位置，与两个铁心间的间隙相等（δₐ₀ = δₓ₀ = δ₀）。

工作原理

当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组的互感系数相等，感应电动势相等，由于反向串接，输出电压为零。当衔铁上移时，上气隙减小（δₐ < δₓ），上侧互感系数增大（Mₐ > Mₓ），输出电压为正；当衔铁下移时，上气隙增大（δₐ > δₓ），上侧互感系数减小（Mₐ < Mₓ），输出电压为负。输出电压的大小和极性反映位移的大小和方向。

输出特性

在忽略铁损、漏感、二次侧开路和高Q值条件下，输出电压与位移量成正比：

• 衔铁上移Δδ时：Uₒ = -(Δδ/δ₀)·(N₂/N₁)·Uᵢ（输出电压与输入电压反相）
• 衔铁下移Δδ时：Uₒ = (Δδ/δ₀)·(N₂/N₁)·Uᵢ（输出电压与输入电压同相）

灵敏度K = (N₂/N₁)·(Uᵢ/δ₀)。

关键参数

• 初始气隙δ₀：一般选择0.5mm，需兼顾灵敏度和测量范围
• 匝数比N₂/N₁：影响灵敏度，但与变压器体积及零点残余电压有关
• 电源电压Uᵢ：需稳定，适当提高可提高灵敏度，但以铁心不饱和和允许温升为条件