[科普中国]-零点残余电压

在传感器E型铁芯工作面的前方的介质分布状况(特别是具有导磁特性的介质分布)相同或其影响是对称的时，因其两组初级线圈匝数相等，且是反相串联的，因此次级的输出信号电压应为零。但是，在实际情况中，发生在所谓“零点”时、输出信号电压并不是零，而是有一个很小的电压值，这个电压值一般称为“零点残余电压”。零点残余电压的存在会带来测量的误差。并严重影响后续的二次电路的工作。1

机理零点残余电压，若画出衔铁位移x与电桥输出电压U0有效值的关系曲线，则如图2所示，虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余压，并用e0表示。

如图1，当两线圈的阻抗相等时，即Z1=Z2，这时电桥平衡输出电压为零。由于传感器阻抗是一个复数阻抗，有感抗也有阻抗，为了达到电桥平衡，就要求两线圈的电阻R相等，两线圈的电感L相等。实际上，这种情况是难以精确达到的，就是说不易达到电桥的绝对平衡。若画出衔铁位移x与电桥输出电压U0有效值的关系曲线，则如图2所示，虚线为理想特性曲线，实线为实际特性曲线，在零点总有一个最小的输出电压。一般把这个最小的输出电压称为零点残余压，并e0表示。2

产生原因零点残余电压产生的原因有如下几点：

（1）由于两个初级线圈匝数及形状上的不对称，因而使次级铁芯的磁通量不为零造成的；

（2）输出电压高次谐波造成的；

（3）其他工艺或制造因素造成的不对称；

（4）传感器工作面前方不同介质（特别是导磁介质）分布的不对称，从而对Φ1、Φ1两个磁路影响不对称而产生的附加输出。（这里是指传感器的安装环境，即除了被测量钢水液位变化而引起的不对称以外因非被测量因素而引起的不对称影响。）

减小零点残余电压的措施由于零点残余电压不利于提高测量精度和稳定性，因此必须针对其产生的原因，尽量减小零点残余电压。

要减小残余电压的存在，最重要的是保证传感器的几何尺寸和电气参数的严格对称，如相互串联的一对线圈应使匝数完全相同，线圈分布一样，松紧程度一致，并且使对铁芯的分布参数一致，除了制造上的措施外，在安装时应注意其周边的介质分布可能引起的非零输出。同时，铁芯必须经过热处理以改善铁芯的导磁性能，提高磁性能的均匀性和稳定性；使导磁体避开磁饱和区，铁芯的最大工作磁感应强度必须在磁化曲线的线性段内。

可以采用以下3种方式：1.在设计工艺上，力求做到磁路对称、线路对称。2.采用拆圈的试验方法减小零点残余电压。3.在电路上进行补偿。线路补偿主要有：加串联电阻，加并联电容，加反馈电阻或反馈电容。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所