一种大量程比高精度差动变压器式位移传感器设计

发布时间：2019-08-08 16:46

【摘要】：为了满足伺服系统反馈测量元件安装空间受限但测量范围大的需求,专门设计了一种大量程比的高精度差动变压器式位移传感器。阐述了位移传感器的原理和结构,系统的分析了现有差动变压器式位移传感器线圈绕制方法,并提出了一种新型的线圈绕制方案。与传统差动变压器式位移传感器相比,具有更大的测量范围,但外形尺寸并未相应增加,有效测量长度达测杆的70%。经试验验证,该产品在满足大量程比测量的基础上,线性度达到0.6%。
【图文】：

原理图,差动变压器,原理图,短路环

级线圈提供一个交流信号E1时，其会产生交变磁场，此交变磁场势必引起相邻两次级线圈产生感应电动势E21、E22。当铁芯(铁芯具有增强磁场作用)处于两次级线圈中间位置时，两次级线圈产生的感应电势大小相等，方向相反，输出电压E2为零;当铁芯偏离中间位置时，两次级线圈之间的互感发生变化，两者的感应电势一增一减，不再相等，有电压信号输出，该信号经变换器变换成与铁芯移动量的大小和方向一致的直流电压，且在一定范围内成线性关系［3］，即达到铁芯的位移量转换成电压信号输出之目的，原理图如图1所示。图1差动变压器原理图3传感器结构设计本文研制的位移传感器由后端盖、橡胶垫、短路环Ⅰ、线圈绕组、铁芯、导磁套、短路环Ⅱ、壳体以及拉杆组成，结构如图2所示。其中线圈绕组由漆包线绕制在线圈骨架上，形成初级线圈和次级线圈(产生交变磁场和感应磁场)。铁芯起到强化磁场的作用，，置于线圈绕组内，拉杆与其连接带动其移动，达到位移测量的目的。短路环Ⅰ、导磁套、短路环Ⅱ形成磁场回路，保证交变磁场磁力线和感应磁力线尽量不泄露，形成良好的电磁屏蔽体。壳体采用400系列不锈钢，除具备高结构强度外，还具有电磁屏蔽作用，与内屏蔽体形成双屏蔽。橡胶垫和后端盖用于固定壳体内的线圈组件、短路环Ⅰ、短路环Ⅱ。产品结构简单紧凑，结构强度高，且具有良好的电磁屏蔽功能。1－后端盖;2－橡胶垫;3－短路环Ⅰ;4－线圈绕组;5－铁芯;6－导磁套;7－短路环Ⅱ;8－壳体;9－拉杆图2传感器结构4线圈绕制方案设计对于LVDT传感器来说，结构尺寸、线性测量范围是选型的关键因素。因小型化的需求，结构紧凑且行程大的位移传感器越来越受青睐。在一定的结构尺寸内若想获得较大的线性测量范围，关键在于线圈的

原理图,传感器结构

呷χ屑湮恢檬保嘬酱渭断?圈产生的感应电势大小相等，方向相反，输出电压E2为零;当铁芯偏离中间位置时，两次级线圈之间的互感发生变化，两者的感应电势一增一减，不再相等，有电压信号输出，该信号经变换器变换成与铁芯移动量的大小和方向一致的直流电压，且在一定范围内成线性关系［3］，即达到铁芯的位移量转换成电压信号输出之目的，原理图如图1所示。图1差动变压器原理图3传感器结构设计本文研制的位移传感器由后端盖、橡胶垫、短路环Ⅰ、线圈绕组、铁芯、导磁套、短路环Ⅱ、壳体以及拉杆组成，结构如图2所示。其中线圈绕组由漆包线绕制在线圈骨架上，形成初级线圈和次级线圈(产生交变磁场和感应磁场)。铁芯起到强化磁场的作用，置于线圈绕组内，拉杆与其连接带动其移动，达到位移测量的目的。短路环Ⅰ、导磁套、短路环Ⅱ形成磁场回路，保证交变磁场磁力线和感应磁力线尽量不泄露，形成良好的电磁屏蔽体。壳体采用400系列不锈钢，除具备高结构强度外，还具有电磁屏蔽作用，与内屏蔽体形成双屏蔽。橡胶垫和后端盖用于固定壳体内的线圈组件、短路环Ⅰ、短路环Ⅱ。产品结构简单紧凑，结构强度高，且具有良好的电磁屏蔽功能。1－后端盖;2－橡胶垫;3－短路环Ⅰ;4－线圈绕组;5－铁芯;6－导磁套;7－短路环Ⅱ;8－壳体;9－拉杆图2传感器结构4线圈绕制方案设计对于LVDT传感器来说，结构尺寸、线性测量范围是选型的关键因素。因小型化的需求，结构紧凑且行程大的位移传感器越来越受青睐。在一定的结构尺寸内若想获得较大的线性测量范围，关键在于线圈的绕制方法。根据LVDT传感器漆包线线圈绕制方法的不同，位移传感器可分为两段式、三段式和多段式三种结构。本文主要分析两段式和三段式绕法对传感器线性测量范围的影?
【作者单位】：北京精密机电控制设备研究所;
【分类号】：TP212

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