基金項目:河南省自然科學基金資助項目(994043500) 作者簡介:胡明江(1974 - ) ,男 ,河南洛陽人 ,碩士生. 收稿日期:2003 - 04 - 23 文章編號 :1672 - 6871(2004)01 - 0042 - 04 用 MATLAB 優化計算差動變壓器的線性范圍 胡明江 ,楊鐵皂 ,梁坤峰 ,張保恒 (河南科技大學 車輛與動力工程學院 ,河南 洛陽 471003) 摘要 :經對差動變壓器線性范圍的理論分析 ,認為影響差動變壓器線性范圍的關鍵因素是 :差動變壓器軸向磁場的磁感應強度 ,而差動變壓器軸向磁場的磁感應強度受初級線圈的長度和平均半徑、銜鐵的長度和半徑、初級激勵電壓等因素影響。采用 MATLAB 對影響差動變壓器軸向磁場的磁感應強度的各個因素進行了模擬設計計算 ,選定了優化參數并制作差動變壓器。實驗證明 ,優化后制作的差動變壓器線性范圍合乎設計要求 ,用 MATLAB 計算分析差動變壓器線性范圍的方法可行。 關鍵詞 :差動傳感器 ;變壓器 ;線性范圍 ;計算 中圖分類號 :TP212. 12 文獻標識碼 :A 0 　前言 差動變壓器是將微小的機械量(位移、壓力、速度、加速度等) 轉換為電量的一種靈敏度較高的傳感器 ,是在儀器儀表和自動控制中廣泛采用的電磁式敏感元件。衡量差動變壓器的技術指標主要有線性度、靈敏度和零點殘余電壓等。對于差動變壓器 ,滿足一定的靈敏度要求并不難 ,采用合理的相敏電路和加工工藝 ,零點殘余電壓可以控制在 0. 5 %以下[1] 。在滿量程相同條件下 ,差動變壓器線性度主要由其線性范圍所決定。因此 ,本文著重對差動變壓器線性范圍進行理論分析 ,并用 MATLAB[2] 對影響線性范圍的各個參數進行優化計算和實驗驗證。 1 　理論分析 差動變壓器一般采用三段式 ,其結構由外殼、線圈組合和銜鐵等組成 ,如圖 1 所示。線圈組合由初、次級線圈和骨架組成 ,骨架采用圓柱形絕緣材料制成。 差動變壓器的工作是建立在互感磁鏈變化的基礎上 , 由于初、次級線圈的排列形式不同 ,其互感磁鏈也不一樣[3] 。差動變壓器軸向磁場的磁感應強度 B 由初級線圈激勵電流 I1 產生的激勵磁場 Bl (空心線圈磁場) 和銜鐵進入線圈被磁化所產生的附加磁場 Ba 組成。當坐標原點取在初級線圈中點時 ,差動變壓器軸向磁場的磁感應強度 B 為[4] : B = Bl + Ba = Ilμ 0Ν 1 2l1 l1 - x ( l1 - x) 2 + r2 + x x 2 + r2 + μ rBl 2 la - x ( la - x) 2 + ra2 + x x 2 + ra2 (1) 式中 　l1 為初級線圈長度; la 為銜鐵長度 ; r 為初級線圈平均半徑 ; ra 為銜鐵半徑 ; N1 為初級線圈匝數; μ 0 為真空磁導率 ,μ 0 = 4π×10- 7 HΠm;μ r 為導磁體相對磁導率 ; x 為銜鐵的位移 ; Il 為線圈激勵電流。 對于具體的差動變壓器 ,參數 I1 、Ν 1 、l1 、la , r 和 ra 等都是常數。根據式 (1) 可得其 B - x 關系曲 線 ,如圖 2 所示。Bl 曲線表示無銜鐵時線圈的 B - x 曲線 ; Ba 曲線表示銜鐵在初級線圈中間位置時 ,銜 鐵被磁化所產生附加磁場 B - x 曲線。若忽略磁場在徑向的不均勻性 ,根據互感定義( M = Φ I1 ) ,可得銜 鐵處于初級線圈中間位置(當兩個次級線圈匝數相等 ,磁路對稱時)時 ,兩個次級線圈分別對初級線圈的 第 25 卷 第

總結

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