電感式微位移傳感器

1、傳感器原理及應(yīng)用課程考 核 論 文題 目 電感式微位移傳感器分析及應(yīng)用實(shí)例 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 成 績(jī) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 機(jī)械電子工程系二零一四 年 五 月22目 錄摘要 2引言 2一、電感式傳感器組成及原理 3二、電感測(cè)頭的結(jié)構(gòu) 11三、差動(dòng)變壓器應(yīng)用 11四、電感式微位移傳感器應(yīng)用實(shí)例 12參考文獻(xiàn) 23電感式微位移傳感器分析及應(yīng)用實(shí)例摘要：隨著現(xiàn)代制造業(yè)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，自動(dòng)化程度愈來愈高。要保證產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)和質(zhì)量管理都提出了更高的要求。電感式微位移傳感器是一種分辨率極高、工作可靠、使用壽命很長(zhǎng)的測(cè)量?jī)x器,應(yīng)用于微位移測(cè)量已有比較長(zhǎng)的歷史. 本文主要對(duì)電感式微位移

2、傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，闡述了其物理效應(yīng)、構(gòu)成、結(jié)構(gòu)、測(cè)量電路、顯示裝置等基本內(nèi)容，并在網(wǎng)上對(duì)此傳感器進(jìn)行了選型，結(jié)合其產(chǎn)品手冊(cè)/使用說明書，詳細(xì)說明了此傳感器的用法，并進(jìn)行了舉例說明。關(guān)鍵詞: 電感式傳感器，相敏檢波，零點(diǎn)殘余電壓Abstract:With modern manufacturing scale expands gradually, more and more high degree of automation. To ensure the quality of product, the product testing and quality management a

3、re put forward higher requirements. Inductive micrometer is a kind of extremely high resolution, reliable operation, long service life measuring instrument, used in the micro displacement measurement has a long history. This article mainly has carried on the systematic analysis to inductance displac

4、ement of weak, expounds the physical effect, composition, structure, measuring circuit, display device, the basic content, and for the selection of this sensor on the net, combined with its product manuals operating instructions, detailed the use of the sensor, and an example was carried out.Key wor

5、ds: Inductive sensor, phase sensitive detection, zero residual voltage引言電感式微位移傳感器又稱電感式測(cè)微儀是一種能夠測(cè)量微小尺寸變化的精密測(cè)量?jī)x器，它由主體和測(cè)頭兩部分組成，配上相應(yīng)的測(cè)量裝置（例如測(cè)量臺(tái)架等），能夠完成各種精密測(cè)量。例如，檢查工件的厚度、內(nèi)徑、外徑、橢圓度、平行度、直線度、徑向跳動(dòng)等，被廣泛應(yīng)用于精密機(jī)械制造業(yè)、晶體管和集成電路制造業(yè)以及國(guó)防、科研、計(jì)量部門的精密長(zhǎng)度測(cè)量。主要的技術(shù)指標(biāo)為測(cè)量范圍：0±30m檔及0±500m檔。示值誤差：0土30m檔為0.1m，0±500m檔

6、為1m。分辨率：0±30m檔為0.01m，0±500m檔為0.1m。極性：當(dāng)測(cè)量值為負(fù)時(shí)，自動(dòng)顯示“-”；為正時(shí)，無極性符號(hào)。一、電感式傳感器組成及原理電感式傳感器是利用線圈自感或互感的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置，可以用來測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、流量、重量、力矩和應(yīng)變等多種物理量。電感式傳感器的核心部分是可變自感或可變互感，在被測(cè)量轉(zhuǎn)換成線圈自感或互感的變化時(shí)，一般要利用磁場(chǎng)作為媒介或利用鐵磁體的某些現(xiàn)象。這類傳感器的主要特征是具有繞組。電感式傳感器的優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠 。 分辨率高。能測(cè)量0.1m的機(jī)械位移，甚至更?。荒芨惺?.1角秒的微小角位移。 輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度可

7、達(dá)數(shù)百mV/mm 。 重復(fù)性好，線性度優(yōu)良在幾十m到數(shù)百mm的位移范圍內(nèi)，輸出特性的線性度較好，且比較穩(wěn)定。 能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸、記錄、顯示和控制。電感式傳感器的不足：存在交流零位信號(hào)，不宜高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式傳感器種類很多。根據(jù)轉(zhuǎn)換原理不同，可分為自感式和互感式兩種；根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，可分為氣隙型和螺管型兩種?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的電感式測(cè)微儀多采用差動(dòng)變壓器式結(jié)構(gòu)，故這里只針對(duì)差動(dòng)式變壓器進(jìn)行說明。（一）結(jié)構(gòu)原理與等效電路差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示，它分為氣隙型和螺管型兩種形式。氣隙型差動(dòng)變壓器由于行程小，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此目前已很少采用，而大多數(shù)采用螺管型差動(dòng)變壓器。下面僅討論螺管型差動(dòng)變壓器。（

8、a）氣隙型 （b）螺管型1- 初級(jí)線圈 2、3- 次級(jí)線圈 4- 銜鐵差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器激勵(lì)用，相當(dāng)于變壓器的原邊；次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的相同線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被測(cè)位移改變而變化。由于在使用時(shí)采用兩個(gè)二次繞組反向串接，以差動(dòng)方式輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯 損耗和分布電容 等影響），它的等效電路 如圖所示。圖U1為一次繞

9、組激勵(lì)電壓 ；M1、M2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感 和有效電阻 ；L21、L22分別為兩個(gè)二次繞組的電感；R21、R22分別為兩個(gè)二次繞組的有交電阻。對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互相同，因而由一次側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組L21一邊，這時(shí)互感M1大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。在傳感器的是量程內(nèi)，銜動(dòng)移越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L22一邊移動(dòng)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)仍不為零，但

10、由于移動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此通過差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。由圖4.2.2可以看出一次繞組的電流為：二次繞組的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為：  由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動(dòng)勢(shì)為：其有效值為： 差動(dòng)變壓器輸出電勢(shì)e與銜鐵位移x的關(guān)系如圖所示，其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。差動(dòng)變壓器輸出特性曲線（二）線性度與靈敏度（1）線性度。差動(dòng)變壓器的線性范圍受到螺管線圈軸向磁場(chǎng)不均勻的影響?？亢侠淼脑O(shè)計(jì)保證所要求的線性范圍和線性度。（2）靈敏度。差動(dòng)變壓器的靈敏度是指銜鐵移動(dòng)單位位移時(shí)所產(chǎn)生的輸出電勢(shì)的變化，可用mV/mm來表示；在實(shí)用中考慮到

11、激勵(lì)電壓的影響，還常用mV/mm/V來表示，即銜鐵單位位移所產(chǎn)生的電勢(shì)變化除以激勵(lì)電壓值。 差動(dòng)變壓器靈敏度的高低與初級(jí)電壓、次級(jí)繞組匝數(shù)和激勵(lì)電壓的頻率有關(guān)： 與次級(jí)匝數(shù)的關(guān)系 次級(jí)匝數(shù)增加，靈敏度增加，二者呈線性關(guān)系。但是次級(jí)匝數(shù)不能無限制增加，因?yàn)椴顒?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓也隨之變大。 初級(jí)電壓 靈敏度與初級(jí)電壓成正比關(guān)系，但初級(jí)電壓也不能過大，過大時(shí)會(huì)使差動(dòng)變壓器線圈發(fā)熱而引起輸出信號(hào)漂移，一般采用38V。 激勵(lì)電源頻率 在頻率很低時(shí)，靈敏度隨頻率增加而增加；當(dāng)頻率升高，線圈的感抗大大高于其電阻時(shí)，靈敏度與頻率無關(guān)；當(dāng)頻率超過某一數(shù)值時(shí)（該值因銜鐵材料而不同），由于高頻時(shí)導(dǎo)線的集膚效應(yīng)使導(dǎo)

12、線有效電阻增加，銜鐵的渦流損耗及磁滯損耗增加，使輸出下降。圖2-1是某種導(dǎo)磁材料輸入頻率與靈敏度的關(guān)系，可供選擇激勵(lì)頻率時(shí)參考。 差動(dòng)變壓器的激磁頻率與靈敏度的關(guān)系(三)差動(dòng)變壓器的誤差因素分析1、激勵(lì)電壓幅值與頻率的影響 激勵(lì)電源電壓幅值的波動(dòng)，會(huì)使線圈激勵(lì)磁場(chǎng)的磁通發(fā)生變化，直接影響輸出電勢(shì)。而頻率的波動(dòng)，只要適當(dāng)?shù)剡x擇頻率，其影響不大。 2、溫度變化的影響 周圍環(huán)境溫度的變化，引起線圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率的變化，從而使線圈磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生溫度漂移。當(dāng)線圈品質(zhì)因數(shù)較低時(shí)，影響更為嚴(yán)重，因此，采用恒流源激勵(lì)比恒壓源激勵(lì)有利。適當(dāng)提高線圈品質(zhì)因數(shù)并采用差動(dòng)電橋可以減少溫度的影響。  3、零

13、點(diǎn)殘余電壓 當(dāng)差動(dòng)變壓器的銜鐵處于中間位置時(shí)，理想條件下其輸出電壓為零。但實(shí)際上，當(dāng)使用橋式電路時(shí)，在零點(diǎn)仍有一個(gè)微小的電壓值(從零點(diǎn)幾mV到數(shù)十mV)存在，稱為零點(diǎn)殘余電壓。如圖是擴(kuò)大了的零點(diǎn)殘余電壓的輸出特性。零點(diǎn)殘余電壓的存在造成零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)；零點(diǎn)殘余電壓輸入放大器內(nèi)會(huì)使放大器末級(jí)趨向飽和，影響電路正常工作等。    圖中e1為差動(dòng)變壓器初級(jí)的激勵(lì)電壓，e20包含基波同相成分、基波正交成分，二次及三次諧波和幅值較小的電磁干擾等。零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生原因：基波分量。由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組不可能完全一致，因此它的等效電路參數(shù)（互感M、自感L及損耗

14、電阻R）不可能相同，從而使兩個(gè)次級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)數(shù)值不等。又因初級(jí)線圈中銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損和材質(zhì)的不均勻，線圈匝間電容的存在等因素，使激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通相位不同。    高次諧波。高次諧波分量主要由導(dǎo)磁材料磁化曲線的非線性引起。由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵(lì)電流與磁通波形不一致產(chǎn)生了非正弦(主要是三次諧波)磁通，從而在次級(jí)繞組感應(yīng)出非正弦電勢(shì)。另外，激勵(lì)電流波形失真，因其內(nèi)含高次諧波分量，這樣也將導(dǎo)致零點(diǎn)殘余電壓中有高次諧波成分。消除零點(diǎn)殘余電壓方法：1、從設(shè)計(jì)和工藝上保證結(jié)構(gòu)對(duì)稱性    為保證線圈和磁路

15、的對(duì)稱性，首先，要求提高加工精度，線圈選配成對(duì)，采用磁路可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。其次，應(yīng)選高磁導(dǎo)率、低矯頑力、低剩磁感應(yīng)的導(dǎo)磁材料。并應(yīng)經(jīng)過熱處理，消除殘余應(yīng)力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。由高次諧波產(chǎn)生的因素可知，磁路工作點(diǎn)應(yīng)選在磁化曲線的線性段。2、選用合適的測(cè)量線路     采用相敏檢波電路不僅可鑒別銜鐵移動(dòng)方向，而且把銜鐵在中間位置時(shí)，因高次諧波引起的零點(diǎn)殘余電壓消除掉。如圖，采用相敏檢波后銜鐵反行程時(shí)的特性曲線由1變到2，從而消除了零點(diǎn)殘余電壓。相敏檢波后的輸出特性3采用補(bǔ)償線路 由于兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電壓相位不同，并聯(lián)電容可改變其一的相位，也可將電容C改

16、為電阻，如圖(a)。由于R的分流作用將使流入傳感器線圈的電流發(fā)生變化，從而改變磁化曲線的工作點(diǎn)，減小高次諧波所產(chǎn)生的殘余電壓。圖(b)中串聯(lián)電阻R可以調(diào)整次級(jí)線圈的電阻分量。 調(diào)相位式殘余電壓補(bǔ)償電路并聯(lián)電位器W用于電氣調(diào)零，改變兩次級(jí)線圈輸出電壓的相位，如圖所示。電容C(0.02F)可防止調(diào)整電位器時(shí)使零點(diǎn)移動(dòng)。電位器調(diào)零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償電路接入R0(幾百k)或補(bǔ)償線圈L0(幾百匝)。繞在差動(dòng)變壓器的初級(jí)線圈上以減小負(fù)載 電壓，避免負(fù)載不是純電阻而引起較大的零點(diǎn)殘余電壓。電路如圖。R或L補(bǔ)償電路（四）測(cè)量電路差動(dòng)變壓器的輸出電壓為交流，它與銜鐵位移成正比。用交流電壓表測(cè)量其輸出值只能

17、反映銜鐵位移的大小，不能反映移動(dòng)的方向，因此常采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路進(jìn)行測(cè)量。圖示是二極管相敏檢波電路。差動(dòng)電感式傳感器的兩個(gè)線圈作為交流電橋相鄰的兩個(gè)工作臂，指示儀表是中心為零刻度的直流電壓表或數(shù)字電壓表。這種電路容易做到輸出平衡，而且便于阻抗匹配。 帶相敏整流的交流電橋 設(shè)差動(dòng)電感傳感器的線圈阻抗分別為Z1和Z2。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，Z1=Z2=Z，電橋處于平衡狀態(tài)，C點(diǎn)電位等于D點(diǎn)地位，電表指示為零。 當(dāng)銜鐵上移，上部線圈阻抗增大，Z1=Z+Z，則下部線圈阻抗減少，Z2=Z-Z。如果輸入交流電壓為正半周，則A點(diǎn)電位為正，B點(diǎn)電位為負(fù)，二極管V1、V4導(dǎo)通，V2、V3截止。在A-

18、E-C-B支路中，C點(diǎn)電位由于Z1增大而比平衡時(shí)的C點(diǎn)電位降低；而在A-F-D-B支中中，D點(diǎn)電位由于Z2的降低而比平衡時(shí)D點(diǎn)的電位增高，所以D點(diǎn)電位高于C點(diǎn)電位，直流電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 如果輸入交流電壓為負(fù)半周，A點(diǎn)電位為負(fù)，B點(diǎn)電位為正，二極管V2、V3導(dǎo)通，V1、V4截止，則在A-F-C-B支中中，C點(diǎn)電位由于Z2減少而比平衡時(shí)降低（平衡時(shí)，輸入電壓若為負(fù)半周，即B點(diǎn)電位為正，A點(diǎn)電位為負(fù)，C點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)為負(fù)電位，Z2減少時(shí)，C點(diǎn)電位更負(fù)）；而在A-E-D-B支路中，D點(diǎn)電位由于Z1的增加而比平衡時(shí)的電位增高，所以仍然是D點(diǎn)電位高于C點(diǎn)電位，電壓表正向偏轉(zhuǎn)。 同樣可以得出結(jié)果：當(dāng)銜鐵下移時(shí)

19、，電壓表總是反向偏轉(zhuǎn)，輸出為負(fù)。 可見采用帶相敏整流的交流電橋，輸出信號(hào)既能反映位移大小又能反映位移的方向。（五）電感式傳感器系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)電感式測(cè)微儀硬件電路主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器及單片機(jī)系統(tǒng)。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，正弦波振蕩器輸出的信號(hào)加到測(cè)量頭中由線圈和電位器組成的電感橋路上。工件的微小位移經(jīng)電感式傳感器的測(cè)頭帶動(dòng)兩線圈內(nèi)銜鐵移動(dòng)，使兩線圈內(nèi)的電感量發(fā)生相對(duì)的變化。當(dāng)銜鐵處于兩線圈的中間位置時(shí)，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。當(dāng)測(cè)頭帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，若上線圈的電感量增加，下線圈的電感量則減少；若上線圈的電感量減少

20、，下線圈的電感量則增加。交流阻抗相應(yīng)地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個(gè)幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大，由相敏檢波器鑒出極性，得到一個(gè)與銜鐵位移相對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理進(jìn)行顯示、傳輸、超差報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析等。二、電感測(cè)頭的結(jié)構(gòu)圖示是軸向式電感測(cè)頭的結(jié)構(gòu)圖。測(cè)頭10 用螺釘擰在測(cè)桿8 上,測(cè)桿8 可在鋼球?qū)к? 上作軸向移動(dòng)。測(cè)桿上端固定著銜鐵3 。線圈4 放在圓筒形磁心2 中,兩線圈差動(dòng)使用,當(dāng)銜鐵過零點(diǎn)上移時(shí),上線圈電感量增加,下線圈電感量減少。兩線圈輸出由引線1 接至測(cè)量電路。測(cè)量時(shí),測(cè)頭10 與被測(cè)物

21、體接觸,當(dāng)被測(cè)物體有微小位移時(shí),測(cè)頭通過測(cè)桿8 帶動(dòng)銜鐵3 在電感線圈4 中移動(dòng),使線圈電感值變化,通過引線接入測(cè)量電路。彈簧5 產(chǎn)生的力,保證測(cè)頭與被測(cè)物體有效地接觸。防轉(zhuǎn)銷6 限制測(cè)桿轉(zhuǎn)動(dòng),密封套9 防止灰塵進(jìn)入傳感器內(nèi)部。 電感測(cè)頭結(jié)構(gòu)圖三、差動(dòng)變壓器應(yīng)用位移測(cè)量是差動(dòng)變壓器最主要的用途。凡是能夠變換成位移的物理量都可以用差動(dòng)變壓器測(cè)量。注意，一般用差動(dòng)變壓器測(cè)量都是接觸式的，在某些場(chǎng)合會(huì)影響被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)（例如振動(dòng)等），即所謂“負(fù)載效應(yīng)”，這時(shí)須選用其他形式的傳感器，例如電渦流傳感器。它可以作為不少精密量?jī)x的主要部件，如制成高精度電感比較儀，配上相應(yīng)的測(cè)量裝置，能對(duì)零件進(jìn)行多種精密測(cè)量

22、：長(zhǎng)度、內(nèi)徑、外徑、不平行度、不平面度、不垂直度、振擺、偏心、和橢圓度等。作為軸承滾動(dòng)體自動(dòng)分選機(jī)的主要測(cè)量部件，可以分選大、小鋼球，大、小圓柱，大、小圓椎，滾針等。用來測(cè)量各種零件的膨脹、伸長(zhǎng)、應(yīng)變、移動(dòng)等。應(yīng)用各類傳感器其位移測(cè)量范圍可從±3m到1000mm以上。振動(dòng)和加速度測(cè)量。利用差動(dòng)變壓器加上懸臂梁彈性支承可以構(gòu)成測(cè)量振動(dòng)的加速度計(jì)。壓力測(cè)量。差動(dòng)變壓器和彈性敏感元件（膜片、膜盒、彈簧管等）相結(jié)合，可以組成開環(huán)系統(tǒng)的壓力傳感器和閉環(huán)系統(tǒng)的力平衡式壓力計(jì)。四、電感式微位移傳感器應(yīng)用實(shí)例這里選用深圳信為科技發(fā)展有限公司的SDVB20M-5A 直流LVDT位移傳感器作為應(yīng)用實(shí)例介

23、紹。（一）產(chǎn)品介紹實(shí)物圖產(chǎn)品概述差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）可廣泛應(yīng)用于航天航空，機(jī)械，建筑，紡織，鐵路，煤炭，冶金，塑料，化工以及科研院校等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，用來測(cè)量伸長(zhǎng),振動(dòng),物體厚度，膨脹等的高技術(shù)產(chǎn)品。直流LVDT具有優(yōu)良的性能，采用方便的單電源9-28V DC供電，電子電路密封在304不銹鋼金屬管內(nèi),可以在潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境中工作,輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的可被計(jì)算機(jī)或PLC使用的0-5V或4-20mA輸出。特點(diǎn)1、外徑20mm,不銹鋼304外殼,回彈式；2、內(nèi)置精密直線軸承，重復(fù)性好；3、探頭經(jīng)過淬火處理，耐磨性好；4、直流單電源供電，內(nèi)置高性能信號(hào)解調(diào)器；5、二線4-20mA電流輸

24、出，三線制電壓輸出0-10V。應(yīng)用領(lǐng)域軸徑跳動(dòng)檢測(cè)、紡織機(jī)械檢測(cè)、閥門位置檢測(cè)與控制、輥縫間隙測(cè)量、車輛制動(dòng)裝置磨損測(cè)量。安裝夾具尺寸 LVDT 的定位安裝要求采用溫度膨脹系數(shù)小的非金屬夾具進(jìn)行固定,如果采用金屬塊夾具安裝會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。（二）應(yīng)用舉例利用此差動(dòng)變壓器式位移傳感器構(gòu)建實(shí)際振動(dòng)量測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)際構(gòu)建的振動(dòng)量測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1典型振動(dòng)量測(cè)試系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)中, 被測(cè)工件采用懸臂梁; 激勵(lì)源為低頻振蕩器, 輸出頻率為530Hz, 幅值可調(diào); 差動(dòng)變壓器初始線圈接入高頻交流電壓, 頻率在45kHz, 幅值可調(diào); 傳感器與被測(cè)工件如圖3所示安裝, 所用典型測(cè)量電路如圖4所示。影

25、響振動(dòng)量測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量精度的主要因素分析1.1零點(diǎn)殘余電壓的影響及消除辦法1.1.1零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因當(dāng)差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈中間位置時(shí), 由于對(duì)稱的兩個(gè)次級(jí)線圈反極性串聯(lián), 理論上次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)該大小相等, 方向相反。因而, 差動(dòng)輸出電壓應(yīng)該為0, 但實(shí)際情況并不為0 , 如圖5所示為差動(dòng)變壓器產(chǎn)生的零位輸出電壓的波形。在零點(diǎn)附近總會(huì)有幾mV到幾十mV的電壓輸出。無論如何調(diào)整, 該電壓也難以消除, 把零位移時(shí)差動(dòng)變壓器輸出的電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓。零位輸出電壓的存在使得傳感器輸出特性在零位附近不靈敏、分辨率變差、引起非線性誤差, 造成實(shí)際特性和理想特性不完全一致, 致使儀器測(cè)量電路

26、不能正常工作, 不利于測(cè)量并帶來測(cè)量誤差。因而零位輸出電壓的大小是評(píng)定差動(dòng)變壓器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。圖5零點(diǎn)殘余電壓輸出削頂波形零點(diǎn)殘壓產(chǎn)生的根本原因主要有以下幾方面:(1) 兩個(gè)次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、電氣參數(shù)不對(duì)稱, 以及初次級(jí)線圈銅損電阻、鐵磁材質(zhì)不均勻、線圈間分布電容等原因形成。所以, 即使鐵芯處于中間位置時(shí)輸出也不為0。導(dǎo)致兩線圈的感應(yīng)電勢(shì)幅值不等, 相位不同。無論如何調(diào)整鐵芯位置, 兩線圈中的感應(yīng)電勢(shì)都抵消不了。(2) 高次諧波由于磁性材料磁化曲線的非線性造成零點(diǎn)殘余電壓存在。磁路工作在磁化曲線的非線性段, 激勵(lì)電流產(chǎn)生的磁通被削頂如圖6所示, 這種削頂波主要是由基波和三次諧波組成

27、, 因而次級(jí)線圈零位輸出電壓便產(chǎn)生三次諧波。另外, 激勵(lì)電流波形失真, 內(nèi)含高次諧波分量, 這也使零位輸出電壓中有高次諧波的成分。圖6未調(diào)整前傳感器輸出電壓波形1.1.2消除辦法為了減少零殘電壓, 除了對(duì)傳感器本身在設(shè)計(jì)和工藝上盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電器參數(shù)和磁路對(duì)稱、兩次級(jí)線圈繞法一致, 鐵芯加工精度要高, 磁性材料必須經(jīng)適當(dāng)處理, 消除內(nèi)部殘余應(yīng)力使其磁性能均勻、穩(wěn)定外, 還要選用導(dǎo)磁性能好的材料作保護(hù)外殼, 同時(shí)起到磁屏蔽的作用, 要求高時(shí)也可以用導(dǎo)電材料設(shè)置靜電屏蔽層, 以減小外界電磁干擾。同時(shí)控制鐵芯的最大工作磁感強(qiáng)度, 使其小于磁化曲線max處對(duì)應(yīng)的Bm 值, 以便使磁路工

28、作在磁化曲線的線性段, 減小高次諧波。這些可以靠選擇合適的傳感器來保證。而在實(shí)際測(cè)試工作中, 保證傳感器安裝精度, 從而減小鐵芯與線圈的摩擦和選用合適的測(cè)量電路補(bǔ)償就成為消除零殘的最好的辦法。因而在實(shí)際使用時(shí)往往從傳感器的安裝精度和測(cè)量電路兩方面來實(shí)現(xiàn)零殘的補(bǔ)償。(1) 保證傳感器的安裝精度如圖3所示, 將差動(dòng)變壓器傳感器安裝在工作臺(tái)連接橋板上。首先用手按壓振動(dòng)臺(tái), 保證差動(dòng)變壓器的鐵芯沒有卡死現(xiàn)象, 同時(shí)調(diào)節(jié)鐵芯安裝高度, 使鐵芯與線圈之間無摩擦現(xiàn)象, 且大致在傳感器中間位置。這時(shí), 給傳感器初級(jí)線圈加入交流電源, 頻率為5kHz左右, 幅值為4V, 同時(shí)利用示波器觀察差動(dòng)變壓器傳感器的輸出

29、如圖6所示。可看出輸出波形不對(duì)稱且上、下波峰高度不一致。此時(shí)反復(fù)調(diào)整升降臺(tái),使傳感器輸出波形近似對(duì)稱, 如圖7所示, 升降臺(tái)的這個(gè)位置即為傳感器最佳安裝位置。圖7調(diào)整后傳感器輸出電壓波形(2) 零殘的外電路補(bǔ)償法從示波器觀察到的零殘波形圖5可看出, 它一般由基波和高次諧波兩部分組成。因而, 采用加入串、并聯(lián)電阻, 電容的測(cè)量電路的補(bǔ)償辦法來消除零殘電壓, 如圖8所示。在沒接入補(bǔ)償電路時(shí), 在差動(dòng)變壓器安裝的最佳位置, 如圖7 所示, 零點(diǎn)殘余電壓Uo = 4215mV, 而接入補(bǔ)償電路后仔細(xì)調(diào)節(jié)串、并聯(lián)電阻RW1、RW2 , 會(huì)使Uo 幅值下降可達(dá)到Uo = 5mV,如圖9所示, 波形近似為一

30、條接近零點(diǎn)的直線。圖9接入補(bǔ)償電路后輸出電壓波形這時(shí)差動(dòng)變壓器輸出的波形如圖10 所示, 上、下波峰近似相等, 波形接近于理想的包絡(luò)線。圖10補(bǔ)償后的傳感器電壓輸出波形1.2測(cè)量電路的影響差動(dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)信號(hào), 不經(jīng)過測(cè)量電路時(shí),輸出波形為如圖10 所示的包絡(luò)線。要想從中恢復(fù)初始振動(dòng)信號(hào), 必須采用相敏檢波技術(shù)。如圖4為所采用的相敏檢波電路。檢波即是將被測(cè)信號(hào)由電壓調(diào)制的調(diào)幅波還原為信號(hào)原形, 而相敏檢波能將信號(hào)的電壓極性反映出來。實(shí)驗(yàn)中, 將差動(dòng)變壓器輸出信號(hào)接入, 用手按住振動(dòng)平臺(tái)(讓傳感器產(chǎn)生一恒定輸出) , 利用示波器觀察檢波器輸出。如圖11 所示, 此時(shí)調(diào)節(jié)相敏檢波器旋鈕RW1、RW2和升降臺(tái)高度, 觀察相敏檢波器輸出, 示波器顯示的波形為一個(gè)非常漂亮半波整流波形, 如圖12所示。松手后, 整流波形消失, 變?yōu)橐粭l接近零點(diǎn)的直線。圖11相敏檢波器輸出此時(shí), 再