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1、设计分析2010年第8期Designandanalysis一种新型差动变压器式角位移传感器孟武胜,苗溢文,董蓉(西北工业大学,陕西西安710072)摘要:指出了传统角位移传感器结构复杂、工艺要求高、对环境要求高、使用寿命短、测量精度低等不足,并且介绍了一种新型结构的差动变压器式角位移传感器的原理,按照该原理研制出的传感器有效地避免了传统角位移传感器的不足,并给出了输出特性曲线。关键词:差动变压器;角位移传感器;互感系数中图分类号:TM38文献标识码:A文章编号:1004-7018(2010)08-0032-03ANewDifferentialTransform
2、er-TypeAngularDisplacementSensorMENGWu-sheng,MIAOYi-wen,DONGRong(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an710072,China)Abstract:Shortagesoftraditionalangulardisplacementsensorswerepointedout,suchascomplexstructure,highde-mandonenvironmentandtechnology,shortworkinglife,lowprecision,a
3、ndtheprincipleofanewstructureofdifferentialtransformer-typeangulardisplacementsensorswasintroduced.Accordingtotheprinciple,thedevelopedsensoreffectivelyavoidsshortagesoftraditionalangulardisplacementsensor,andgivestheoutputcharacteristiccurve.Keywords:differentialtransformer;angular
4、displacementsensor;coefficientofmutualinductance由于在使用时采用两个二次绕组反向串接,以差动0引言方式输出,所以把这种传感器称为差动变压器式电在各种工程实践和应用系统中,角位移是重要感传感器,通常简称差动变压器。在理想状态下,即的被检测量,因此能否对角位移做精确地检测,就显忽略线圈寄生电容及铁心损耗的状态下,差动变压得格外有意义。器的等效电路如图1所示。角位移传感器的种类很多,有编码盘式、光栅式、感应同步器式以及电位器式、电感式、电容式、霍尔式、激光式等,但这些传感器在实际应用中都存在着一些问题,有的设备复杂、成
5、本高;有的对环境要求高;有的精度低、线性范围小;有的结构复杂、工艺[1]要求高。差动变压器式角位移传感器是角位移测量中常图1差动变压器等效电路图用的一种传感器,与其他角位移传感器相比,其优点在图1中,e1是初级线圈的激励电压,e2是次级一有:结构简单,工艺要求低,具有无限分辨率、测量精线圈的感应电压;L1、R1分别是初级线圈的电感和种度高、使用寿命长等特点。本文根据差动变压器原新电阻;M1、M2分别是初级线圈与次级线圈1、2之间型理,介绍了一种新型差动变压器式角位移传感器的差的互感;L21、L22和R21、R22分别是次级线圈1、2的电动工作原理,并且阐述了设
6、计时需要注意的问题。·变感和电阻。I1为初级线圈中的电流。压1差动变压器原理[2]器根据变压器工作原理,次级线圈的感应电势式角差动变压器的工作原理类似变压器的作用原为:位··移理。这种类型的传感器主要包括衔铁、一次绕组和E21=-jωM1I1传二次绕组等。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移··感E22=-jωM2I1器动而变化,即绕组间的互感随被测位移改变而变化。输出电势为:····收稿日期:2009-10-20E2=E21-E22=-jω(M1-M2)I132改稿日期:2009-11-25当铁心在中间位置时,若两个次级线圈参数及磁设计分析2010年第8期Des
7、ignandanalysis路尺寸相等,则M1=M2=M,所以E2=0;当铁心偏离级线圈与基准变压器初级线圈之间的互感系数,最中间位置时,M1≠M2,由于差动作用,所以M1=M+终引起输出电压在基准变压器输出电压值上下变·化。ΔM1,M2=M-ΔM2,近而感应电动势E2变化。2.2铁心原理在一定范围内,ΔM=ΔM1=ΔM2,其差值(M1-轴的形状及尺寸如图4所示,槽的长度为h,深M2)与铁心位置成一定比例,在负载开路情况下,输度即轴体半径为r。初始位置保持槽面水平,右侧出电势为:·槽向上,左侧向下。旋转方向为顺时针方向。··E1E2=-jω(M1-M2)I1=
8、-2jωΔMR1+jωL1图4轴的基本
