[發明專利]一種差動變壓器式線位移傳感器及其制造使用方法

無效

• 申請號: 201110026031.0
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN102175128A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 梁鋒;王衛斌;韋林;楊蕾
• 申請（專利權）人: 西安旭彤電子科技有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;H01F21/04;H01F29/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及位移傳感器領域，具體涉及一種差動變壓器式線位移傳感器及其制造使用方法。

背景技術

差動變壓器式線位移傳感器如圖1所示，主要包括有中心設置的銜鐵1、骨架3、初級繞組4、次級繞組一5、次級繞組二6和外殼2。初級繞組4與次級繞組一5、次級繞組二6間的耦合能隨銜鐵1的移動而變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。初級繞組4匝數為Wi；次級繞組一5匝數為Wa；次級繞組二6匝數為Wb。

當銜鐵1移向次級繞組二6一邊，這時互感W_b增大，W_b繞組產生互感電動勢V_b增大，而互感W_a減小，W_a繞組產生互感電動勢V_a減小，因而次級繞組W_b的感應電動勢V_b大于次級繞組W_a的感應電動勢V_a，這時差動輸出電動勢V_ab(V_a-V_b)不為零。在線位移規定量程內，銜動移越大，差動輸出電動勢V_ab就越大。

同樣道理，當銜鐵1向次級繞組一5一邊移動，差動輸出電動勢也不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢V_ab(V_a-V_b)反相。因此通過差動變壓器輸出電動勢的大小和正負可以知道銜鐵1位移量的大小和方向。

根據線位移傳感器的工作原理，針對產品本身的一些特點在研制過程中必須具有很強的針對性，基本以原理簡述如下：

根據傳感器的工作要求在傳感器的初級繞組4輸入端(即激勵電源)加入額定正弦波信號，按照電磁感應定律，次級繞組一5和次級繞組二6上會產生感應電動勢。而線位移滑動時二個次級繞組的感應電動勢也隨之相應變化。

由于傳感器的二個次級繞組為反向串接，二個次級繞組感應電壓反向變化，當一端電壓值升高時另一段在降低。而當二個次級繞組感應電壓輸出值相同時，我們把此時銜鐵移動的位置稱為“零位”，“零位”是唯一的。

當“零位”位置找準后，分別以此位置為中心將線位移向前后分別滑動相同距離，然后測量二個次級繞組電壓值進行檢測。

傳感器在以“零位”為基準前后移動絕對值相同的位移量時，二個次級繞組的輸出的電壓值應大小相等，方向相反。

差動變壓器式線位移傳感器的發展大致可以分為兩大階段，階段劃分界點是以傳感器的繞制方式發生變化而區分。

1)最早期的差動變壓器式線位移傳感器的繞制方式如圖2。

初級繞組4纏繞在骨架3中間，次級繞組一5和次級繞組二6分別以初級繞組4的二個端面向骨架3兩端平鋪，此種線圈繞制方法被稱為三節螺管式，其最大特點是在其它參數相同時，輸出的分辨力和靈敏度變化率小，測量精度低。

當銜鐵1位移量較小時線性度較好，但線性量程小，且線性范圍一般約為骨架3長度的1/5～1/10，隨著位移量增大，線性度數值顯著增加，當位移量與機械行程相同時，非線性度最大。初級繞組4匝數為Wi；次級繞組一5匝數為Wa；次級繞組二6匝數為Wb。Uax為次級繞組一5電動勢；Ubx為次級繞組二6電動勢；Uox為Uax-Ubx。如圖3中的線性度量程較好的范圍是-a～a的距離。

2)經過創新后，第二階段差動變壓器式線位移傳感器的繞制方式如下。初級繞組平鋪，次級繞組以骨架中點位界向兩端平鋪，如圖4所示，此種線圈繞制方法被稱為二節式，其最大特點是在其它參數相同時，輸出的分辨力和靈敏度變化率大，線性量程增加，可以達到機械行程的1/2。二節式差動變壓器傳感器輸出特性如圖5。

初級繞組4匝數為Wiy；次級繞組一5匝數為Way；次級繞組二6匝數為Wby。Uay為次級繞組一5電動勢；Uby為次級繞組二6電動勢；Uoy--Uay-Uby。如圖3中的線性度量程較好的范圍是-c～c的距離。

下面針對目前市場上流行的線位移產品，存在著以下不足：

1)微型化存在較大困難

如圖5所示，次級繞組Way的中間位置到次級繞組Wby的中間位置是線位移的線性度最好的一段量程。也就是說，無論采取哪種繞線方法，差動變壓器線位移傳感器的線性度范圍相對較小，其線性量程是機械量程的一半。即若要線位移的線性量程是10cm，則機械行程就要不小于20cm，如此這樣，則無法實現差動變壓器式線位移傳感器的微型化。

2)對輸出信號無法進行檢測