基金项目：河南自然科学基金资助项目(994043500) 作者简介:胡明江(1974 - ) ,男 ,河南洛阳人 ,硕士生. 收稿日期:2003 - 04 - 23 文章编号 :1672 - 6871(2004)01 - 0042 - 04 用 MATLAB 优化差动变压器线性范围的计算 胡明江 ,杨铁皂 ,梁坤峰 ,张保恒 (河南科技大学 车辆与动力工程学院 ,河南 洛阳 471003) 摘要 :差动变压器线性范围的理论分析 ,影响差动变压器线性范围的关键因素是 :轴向磁场的磁感应强度 ,而轴向磁场的磁感应强度受初级线圈的长度和平均半径、衔铁的长度和半径、初级激励电压等因素影响。采用 MATLAB 模拟设计和计算影响差动变压器轴向磁场磁感应强度的各种因素 ,选择优化参数并制作差动变压器。采用 MATLAB 模拟设计和计算影响差动变压器轴向磁场磁感应强度的各种因素 ,选择优化参数并制造差动变压器。实验证明 ,优化后制作的差动变压器线性范围合乎设计要求 ,用 MATLAB 计算分析差动变压器线性范围的方法可行。 关键词 :差动传感器 ;变压器 ;线性范围 ;计算 中图分类号 :TP212. 12 文献标识码 :A 0 前言 差动变压器是将小机械量(位移、压力、速度、加速度等) 一种灵敏度高的传感器转换为电量 ,电磁敏感元件广泛应用于仪器仪表和自动控制中。测量差动变压器的技术指标主要包括线性、灵敏度和零点残余电压。差动变压器 ,满足一定的灵敏度要求并不难 ,采用合理的相敏电路和加工工艺 ,零点残余电压可控制 0. 5 %以下[1] 。在满量程相同的条件下 ,差变压器的线性度主要由其线性范围决定。因此 ,本文重点分析差动变压器的线性范围 ,并用 MATLAB[2] 优化计算和验证影响线性范围的参数。 1 理论分析 差变压器一般采用三段式 ,其结构由外壳、线圈组合和衔铁组成 ,如图 1 所示。线圈组合由初、次线圈和骨架组成 ,骨架由圆柱形绝缘材料制成。 差动变压器的工作是基于互感磁链的变化 , 由于初次和次级线圈的排列形式不同 ,互感磁链也不同[3] 。轴向磁场的磁感应强度 B 电流由主线圈激励 I1 激励磁场 Bl (空心线圈磁场) 附加磁场是由进入线圈的电缆磁化产生的 Ba 组成。当坐标原点在初级线圈中点时 ,轴向磁场的磁感应强度 B 为[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 初级线圈长度； la 为衔铁长度 ; r 是主线圈的平均半径 ; ra 为衔铁半径 ; N1 初级线圈匝数； μ 0 真空磁导率 ,μ 0 = 4π×10- 7 HΠm;μ r 相对磁导率为导磁体 ; x 位移为衔铁 ; Il 激励线圈电流。 对于特定的差动变压器 ,参数 I1 、Ν 1 、l1 、la , r 和 ra 等都是常数。 对于特定的差动变压器 ,参数 I1 、Ν 1 、l1 、la , r 和 ra 等都是常数。根据式 (1) 可得其 B - x 关系曲 线 ,如图 2 所示。Bl 曲线表示无衔铁时线圈 B - x 曲线 ; Ba 曲线表示初级线圈中间位置的衔铁 ,衔 铁被磁化产生的附加磁场 B - x 曲线。若忽略磁场在径向的不均匀性 ,互感定义( M = Φ I1 ) ,可得衔 铁两个次级线圈匝数相等时，铁位于初级线圈中间 ,当磁路对称时) ,初级线圈分别有两个二次线圈 第 25 卷 第