动态自稳定高精度差动变压器式位移传感器设计

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度差 动变 Ａ 文章编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １）６ ０ ０ — ３ ０ ６ ８ ３ （０ ０ － ０ ９ ０ ０
摘要 ：本文根据 作者对数 控车床 转塔型 电动刀架 控制系统 的改进 实践 ，总结 设计 了全新控制 系统 ， 彻底解 决刀架上 的刀位开 关的可 靠性和 控制板 电路 的可靠 性的问 题。该系 统经长期 实践验证 ，具有
法 ，实现无接触 高精度 测量 的一种装置 。
以直 螺管形差 动变压器 为例 ，直螺 管形差动 变压器 的结构如 图１（ ） ａ 所示 。 由初级线 圈 Ｌ ， 它
两 个 次 级 线 圈 Ｌ 、Ｌ 、插 入 线 圈 中 央 的 圆柱 形 铁 ２ ３
芯 Ｔ和非导磁 触杆 Ｇ 组成 。初级线 圈 Ｌ均 匀分
的基本结 构和工作 原理 。 差动变 压器式位 移传感 器的工作 原理 ，是利
用 次 级 线 圈 与 初 级 线 圈 的 互 感 量 随 线 圈 中 铁 芯 位 移 的 变 化 而 变 化 的 原 理 ，并 通 过 对 称 式 两 个 线
圈 以差 动 方 式连 接 ，以实 现 消 除静 态偏 差 的方
要的 ，最 理想 的负 反馈信 号是 铁芯在 最左侧 或者 最右侧
位 置 时 的输 出 电压 己 。 ＾ 但 传 感 器 的 工 作 往 往 是 铁 芯 位 置 不 定 ， 也 可 能 长 期 没 有 机 会 在 最 左 或 者 最 右 ， 工 作 中也 可 能 不 允 许 出 现 在 最 左 或 者 最 右 ， 所 以 ，铁 芯 在 最 左 侧 或 者 最 右 侧 位 置 时
芯的移动越敏 感 。误 差大小 与偏离标准 工作条件
多少有关 ，受环境参数 影响 。
五 、 铁 芯 在 非 中 间位 置 时 静 差 漂 移 的 解 决 方 法 变 压 器 式 位 移 传 感 器 的 电路 工 作 原 理 如 图 １ （ ）所 ｂ 示 。 初 级 线 圈 Ｌ 加 上 一 定 频 率 的 正 弦 交 流 电压 ， 两 个 次 级 线 圈 Ｌ 、Ｌ 就 会 产 生 感 应 电 压 ，感 应 电 压 大 小 与 插 入 ２ ３ 铁 芯 在 中 问 位 置 不 存 在 漂 移 问题 ，两 端 的 漂 移 是 曲 线 斜 率 变 化 造 成 ，解 决 的最 简 单 方 法 是 稳 定 曲线 的 斜 率 。 通 过 实 验 可 以证 明 ， 改 变 初 级 的 电压 或 者 电 流 、 改
线 圈中央 的圆柱 形铁芯 Ｔ在线 圈 中的位 置有关 ， 当铁芯 Ｔ
在 中 间 位 置 时 ， 两 个 次 级 线 圈 Ｌ 、Ｌ 就 会 产 生 大 小 相 同 ２ ３ 的感 应 电压 ，经 整 流 后 得 到 相 同 的直 流 电压 和 ， 由
变频 率 和 改 变 交流 电 的波 形 都 可 以改 变传 感 器 的灵 敏 度。
为 了在工 作允许 的环 境参 数变化 范 围 内，都能动态 实 时 控 制 和 防 止 控 制 过 度 或 不 足 ， 引 入 负 反 馈 控 制 是 必
触杆 Ｇ的控制 不在 中间位 置时 ，两个 次级线 圈 Ｌ 、Ｌ 就 ２ ３
会 产 生 大 小 不 同 的 感 应 电压 ， 经 整 流 后 得 到 不 同 的 直 流
实 验 证 明 ， 通 过 控 制 励 磁 电 源 ， 即 控 制 初 级 绕 组 电
于 铁芯行程 范 围适 当， 曲线 相对较 接近直 线 ，在本 图中
直 接 画 出直 线 。 如 图 ｌ（ ） 所 示 。 当 铁 芯 Ｔ 受 到 非 导 磁 ｂ
压或者 电流， 以达 到控 制 、
曲线 陡度 的 目的。
０１ ｍ） 示 值 误 差 少 （ 般 为 示 值 范 围 的 ０１ ０５ ） 稳 定 性 好 。在 工 业 中得 到 广 泛 的 应 用 。 ．ｌ ， ａ 一 ．％～ ．％ ，
但 安装在 电动执行 器 中的差动变压 器式位移 传感器 在工业现 场工作 时 ，由于温 度等 环境参数 的变化 ， 静差仍 然存在 。这 充分证 明 了差 动变压 器式位 移传 感器 的铁 芯在 非 中问位 置 时静 差仍 然存在 ，这是该 传
布 于 整 个 直 螺 管 ， 级 线 圈 Ｌ 均 匀 分 布 于 直 螺 管 次 ２
的左半段 ， 级线 圈 Ｌ 均 匀分布于 直螺管 的右半 次 段 。 导磁触杆 Ｇ 用于连接铁 芯和被 测位移变化 非
敏 感 的物 理 点 。
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结 构简单 、工作 可靠等优 点 ，值得 推广 。
关键词 ：差动式 变压器 ； 定性 ； 移传感器 ； 稳 位 传感 器 ； 位移 ； 差动 中 图分类号 ：Ｔ ２ ２ １ Ｐ １．
石 直 元
●
一
、
前 言
差动变 压器 式位移 传感器 ，是一 种无接 触 、能消除静 差 的高精度位 移测 量装置 ，结构简 单可靠 ，输 出功 率大 ，输 出阻抗小 ，抗干扰 能力 强 ，对 工作环 境要求 不 高，分辨力 较高 （ 如在测 量长度 时一般 可达
感 器 最 致 命 的缺 点 。寻 找 产 生 的 原 因和 克 服 的方
法 正是本文 的主要 内容。
二 、 变 压 器 式 传 感 器 的 基 本 结 构 和 工 作 原 理
为 了找 出铁 芯 在 非 中 间位 置 时静 差仍 然 存
在 的原 因 ，有 必 要 了解 差 动 变 压 器 式 位 移 传 感 器
与 开 发
以 抑 制 零 点 漂 移 ，如 图 ３ （ ）原 点 位 置 ，但 当铁 ｂ 芯 离 开 中 间 位 置 时 ，漂 移 造 成 的误 差 就 出现 ，如 图 ３ （ ） 特 别 是 两 端 位 置 时 误 差 达 到 最 大 。导 ｂ， 致 的 原 因是 曲线 的斜 率 发 生 了 变 化 ，或 者 说 是 灵 敏 度 发 生 了变 化 ， 曲线 越 陡 ，说 明输 出 电 压 对 铁