一种差动式线位移传感器的设计

Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６，２０１９

一种差动式线位移传感器的设计

张晓兰

（陕西宝成航空仪表有限责任公司，陕西宝鸡７２１００６）

摘　要：提出一种差动式线位移传感器设计理念，在差动式线位移传感器的基本工作原理基础之上，分析了该传感器的结构、设计、参数、误差以及使用期限，发现该传感器的使用期限较久，且能够达到较好的重复性，减小滞后误差达到较高灵敏度，并且测量距离范围也较宽的多种特点。较同类产品能够达到更高的工作可靠性，并适用于航空复杂恶劣环境。关键词：差动式线位移传感器；灵敏；可靠ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１９．０６．０２９󰀡　引言

处于科技不断创新的社会背景下，传感器技术创新也显得尤为重要，由于具备较大的学科跨度，且容易创新。随着控制、测量及信息技术发展，传感器作为领域内的关键构成，且受到９０年代之后的关键技术之一。传感器被广泛运用于兵器、航天、船舶，多种传感器被广泛运用，因此本文为创新传感器技术，提出一种差动式线位移传感器新技术。

󰀢　差动式线位移传感器工作原理及结构１．１　差动式线位移传感器工作原理

本文提出的此种差动式线位移传感器，通过差动变压器原理，实现了被测位移量变化转变为变压器线圈互感的变化。变压器初级线圈输入稳定的交流电压，次级线圈互感所形成电动）被测的相关参数使得互感Ｍ产生变化，此种情势能。（见图１况下同样会改变次级线圈最终的电动势输出。

图１　差动式线位移传感器工作原理图

１．２　差动式线位移传感器结构设计

在设计差动式线位移传感器通过运用差动变压器原理，设计差动式线位移传感器，主要通过对差动变压器的结构形式加以确定，由于变压器的一次线圈及二次线圈的不同排列方式，可以划分为不同的多类形式，包括二节式、三节式、四节式、五节式，分别具备不同的用途优势特点。其中以二节式达到较好重复性，三节式达到较高灵敏度，四节式与五节式则能够对传感器线性有所改善。传感器主要结构组成包括线圈、）。分别划分三段绕组缠绕于圆筒骨架上，铁心、骨架（见图２分别在左右两侧各分部次级绕其中中间Ｗ１作为初级绕组，

组ｗ与ｗ，且两绕组参数等同，将铍镆合金制作的铁心置于２ａ２ｂ骨架中间。

图２　原理结构图

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技术与市场２０１９年第２６卷第６期

󰀣　差动式线位移传感器设计校验２．１　输出特性

为了预防本次研究设计的差动式线位移传感器在运行中受到干扰，通过运用高导磁材料特性制作磁屏蔽罩，并对活动衔铁与罩内的磁阻有效忽略，不仅如此还将活动衔铁的端面漏磁通加以忽略，达到输出特性（见图３

）。图３　差动变压器式传感器输出特性

２．２　线性度分析

为了试验得出该传感器的线性度情况，通过在不足０．０２分辨力的测试台上，固定放置传感器，在输入引出端将稳定电压接入，之后将引出端与数字电压表相连。首先将测试台的手柄转动，确保传感器能够处于电压零位，之后将测试台的手柄转动寻找最大化的线性变化段，这种情况下的测试台的游标具体移动距离，也就是有效电行程。之后测试传感器电接触最大距离也就是机械行程，间隔０．５ｍｍ完成１次测试，依照如下公式完成独立线性度的计算。

Δ

ｘ＝（Ｕ′ｎ－Ｕｎ）ｍａｘ

Ｕ×１００％０

式中：Ｕｎ

＇—各测试点实际测量的输出电压Ｕｎ

—理论输出特性在该点所规定的电压（参考直线的斜率和位置要选定在使最大偏差达到最小的位置上）

（Ｕｎ＇－Ｕｎ）ｍａｘ—实测电压偏离理论值的最大值Ｕｏ—测试输入电压ｎ—测试点序号２．３　误差分析

传感器在运用中所产生的误差，主要包括如下几种：其一

技术应用

为固定误差，作为传感器设计经济与精度指标；其二为零位误差，所致此种误差主要由于差动式两传感器的差数、导磁体几何参数不完全相近，传感器的活动衔铁磁化非线性，局部饱和及铁损耗与噪声所致。为了减小产生零位误差，通过制造传感器需要辅助工艺装备由此确保对称；其三为温度误差，对于此种误差情况可以运用温度系数较小的骨架材料，譬如夹布胶木做工艺处理；其四为电磁吸力引发误差，对于此种情况主要是电磁吸力的存在，对衔铁刚度及支持摩擦力有所影响，产生了方法误差情况；其五为电源电压的频率及幅值处于不稳定状态所致误差，对于此种情况需要将磁化曲线的线性段视为铁心工作点，避免电源频率的不稳定影响灵敏度。２．４　使用期限分析

本次设计差动式线位移传感器的使用期限作为关键性能指标，因此该传感器的结构组成中，骨架、铁心均无使用期限失效情况，因此传感器的使用期限取决于线圈、密封橡胶圈的使用期限。本次设计运用的橡胶６

１４１材料，具备了较好的耐高温性能，同时还有较强的耐臭氧和大气老化性，随我司产品完成５０万次的工作使用期限考核，已经初步达到设计寿命要求。󰀤　结语

本文通过设计差动式线位移传感器，在基于传感器根本工作原理基础之上，分析了设计的传感器参数、误差、使用期限，发现该传感器具备较重要的理论意义及实践价值。参考文献：

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