高温高压差动变压器式位移传感器设计.pdf

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1、2013年8月第33卷第4期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementAug．，2013V01．33，No。4文章编号：1000—7202(2013)04—0004—06中图分类号：TP212高温高压差动变压器式位移传感器设计甘霖蒋晓彤李文璋朱廷伟王彦奎(北京精密机电控制设备研究所，北京100076)文献标识码：A摘要为了满足在高温高压的复杂环境中准确测量位移的要求，专门研制了一种高准确度、低漂移的精密位移传感器。与传统差动变压器式位移传感器相比，该传感器采用了新结构、新工艺和新材料，以及LVDT信号处

2、理芯片7JHB0187，使传感器能够适应高温高压的使用环境，各项参数指标满足使用要求，从而拓展了该类传感器的应用场合。关键词差动变压器位移传感器高温高压模拟分析DesignofADisplacementSensorBasedonLinearVariableDifferentialTransformerinHighTemperatureandHighPressureGANLinJIANGXiao—tongLIWen-zhangZHUTing—weiWANGran-kui(BeringResearchInstituteofPreciseMechanicaland

3、ElectronicControlEquipment，Beijing100076)AbstractTosatisfyingtherequirementsofaccuratemeasurementdisplacementinthecomplexen-vironmentofhightemperatureandhighpressure，adisplacementsensorwithhighaccuracyandlowshiftisdesigned．ComparedwiththetraditionalLVDT，newstructure，newtechnology，n

4、ewmaterialsand7JHB0187aleusedintheprocessofsensordevelopmenttoadapthishtemperatureandhishpressureen-vironment．Thesensorparametersmeettheapplicationrequirements．Also，theapplicationsofthesensorisexpanded．KeywordsLinearVariableDifferentialTransformer(LVDT)DisplacementsenorHightern—per

5、atureHighpressureSimulationanalysis1引言位移的准确测量无论是科学研究还是在生产实践中均有非常重要的意义。目前，能够测量位移量的传感器种类很多，比较常用的有电容式传感器、电感式传感器、激光传感器以及磁致伸缩传感器等。收稿日期：2013-01—17。修回日期：2013-03-08作者简介：甘霖(1984一)，男，工程师，主要研究方向：伺服电子测量设计。在电感式传感器中，有一种差动变压器(1inearvaria—bledifferentialtransformer，LVDT)式位移传感器，与其他传感器相比，LVDT具有工作可靠，

6、输出电压准确度高、线性度好，结构简单，灵敏度高，使用寿命长，环境适应性强等优点¨J，在许多行业的位移测量系统中得以广泛应用。第4期高温高压差动变压器式位移传感器设计·5·本文研制生产的精密位移传感器能够在高温高压燃油的环境下正常工作。由于是在高温高压燃油下作业，所以要求该传感器能够适应恶劣的工作环境，如能够抗高温，抗高压，有较高的密封性能等；还要求传感器工作可靠性高、功耗小，以适应高温高压下的持续作业。为此，在传统LVDT式位移传感器的基础上，采用金属骨架和焊接封装方法，并使用7JHB0187(一种单片式线位移LVDT信号调节系统)芯片来设计变送器，使得传感

7、器的整体性能大大提高，能够满足使用要求。2LVDT式位移传感器的工作原理LVDT式位移传感器由一个初级线圈和两个次级线圈组成(次级线圈采用两个同盟端串接方式)，初次级线圈之间的耦合是能随铁芯在两个线圈之间的相对移动而改变的，即能把被测位移转换为传感器的互感变化。当具有适当频率的电压激励初级绕组时，次级的输出电压将会随互感的改变而改变，从而将被测位移转换为电压输出。这就是LVDT的测量原理，因为很像变压器的工作原理，且多采用差动形式，故称为差动变压器。在理想情况下(忽略线圈寄生电容及铁芯损耗)，差动变压器的等效电路如图1所示。图1差动变压器等效电路图图l中，e

8、。为初级线圈激励电压；L。，R，分别为初级线圈的电感