差动变压器式位移传感器

2.7 ：铁芯导杆有导向结构图示—b
3.8 ：铁芯有导向并有回程弹簧结构图示—c
第二位数字
1：表示大量程（ ±10mm～±750mm ）
2：表示小量程（ ±1mm～±6mm ）
3：表示高精度传感器
±10mm：代表传感器的线性量程
0.5： 传感器的精度等级
六、传感器产品的成套性
1. 传感器（按合同提供）
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一、概述
差动变压器式位移传感器是利用差动变压器原理制造的。它可以把直线移动的 机械量变换为电量的变化，广泛的应用于各种位移量的测量或能转换为位移的各种 物理量，如：伸长、膨胀、应变、压力、等量的测量。
指标
精 度 0．1 级
基本误差限 ±0.1%
线性度误差 ±0.1%
回
差
0.04%
重复性误差
0.04%
0．2 级 ±0.2% ±0.2% 0.08% 0.08%
0．3 级
±0.3% ±0.3% ±0.12% ±0.12%
0．5 级 ±0.5% ±0.5% 0.2% 0.2%
1．0 级 ±1.0% ±1.0% 0.4% 0.4%
测试方法： 1 安装 把待测传感器的外壳固定在测长仪的固定具上，铁芯连杆与测长仪可动部分连 接。 按测试方框图接线，待仪表工作正常后开始测试。 2 调零 转动测长仪表柄调节铁芯位置，观察输出端数字电压表的数值，反复调节使输 出示值为最小此点即为交流差动变压器的零点，其示值为零点电压值。选好标尺即 可开始测试。 3 测试 将铁芯移动到下限值，并以此为起点向上限方向移动（上行），每隔 10％量程 测一点。全量程测得 11 点，顺序记录各试验点的输出信号值。以上、下两个行程为 一个测量循环，共测量三个循环，记录 66 个数据，按下述公式进行误差计算。 1）基本误差 按公式 1 计算
标准的产品规格型号表示方法如下：
例如 QSY-11/ ±10mm
0.5 级
QSY ——厂名标志
11——第一位数字表示传感器分类，数字 1、2、3 代表为交流位移传感器 （即
AC/ AC LVDT）6、7、8 代表为直流位移传感器（DC/ DC LVDT），并且代表传
感器的结构形式，其中“
1.6 ：铁芯导杆无导向结构图示—a
0
+50％
图2
（二）LVDT 具有以下特点： 1. 可在较恶劣的环境下工作。 目前国外有些产品的使用温度可达—180℃～ +600℃，有的可在水下及油中以及核辐射环境中长期工作，这是其他结构形式的位 移传感器不能比拟的。现在的产品使用温度为—25℃～+70℃。 2. 由于 LVDT 的可动部分铁芯与固定部分线圈之间本质上是非接触的，为此， 传感器的理论重复性误差和回差为 0，在实际使用中这两个误差也很小，每支传感 器都有自己固定的特性曲线，在引进微处理机进线性修正后，可以方便地获得 0.01 的精度。 3. 由于 LVDT 工作时本质上没有摩擦，因此，有极长的平均无故障时间，国外 资料介绍 LVDT 的平均无故障时间达 3×106 小时以上，这比其他传感器要高 1～2 个数量级。 4. LVDT 有很高的分辨力，实际的分辨能力就取决于显示仪表的精度。 5. LVDT 有很宽的测量范围，我公司的正常产品从±1mm 到±500mm，国家标 准 的型 谱 中 规划 此 类产 品 的最 大 测 量范 围为± 600mm，我 公 司可 以 生 产出 ±
虽然目前实现尺寸测量的传感器有多种，但差动变压器式位移传感器（以下简 称为 LVDT）由于自身的特点在多种领域的位移测量系统中得到了广泛的应用。
二、差动变压器式位移传感器的构造原理及特点
（即交流差动变压器式位移传感器）
（一）该传感器采用了差动变压器原理，实际上和普通变压器一样，有初级绕 组 N1 和两个次级绕组 N2-1，N2-2 组成，但铁芯是可以移动的， 如图 1。
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当铁芯偏离中间位置时，两组线圈的互感发生变化，两个次级线圈中的感应电 动不再相等，便有电压输出，其大小和相位取决于铁芯的位移量的大小和方向，如 图 2。
U
－50％
S
直流位移传感器的满量程输出（在 DC10V 供电时），量程 10mm 以下的应＞0.5V， 量程 10mm 以上的应＞2V。因此，与 LVDT 配套使用的二次仪表相应的是比较简单， 抗干扰能力较强。
7. LVDT 温度系数较小，因此适用于环境温度变化的场所，我公司生产的 AC/ AC LVDT 的零点温度系数为 0.02％/ ℃，满量程输出时的温度系数为：0.025％/ ℃； DC/ DC LVDT 的零点温度系数为 0.015％/ ℃，满量程输出时的温度系数为：0.02 ％/ ℃。
2）线性度误差 S1 按公式 4 计算：
式中：
S1= r1 ×100% UN
…………………………………………..(4)
r —— 同一试验点上三次上、下行程值的算术平均值与理论输出信号值之差。
3）回压 Sh 按公式 5 计算：
式中：
Sh= |…………………………..(5)
)
…………………………………………………..(2)
式中：
i —— 被测点序数（0，1，2，···10）
K—— 试验点数（K = 11）
UN ——理论输出信号量程（下同）
式中：
UN=Um+Uo …………………………………………………..(3)
Um ——位移为上限值时三次上、下行程所测得的实际输出信号的算术平均值。 Uo ——位移为下限值时三次上、下行程所测得的实际输出信号的算术平均值。
表中由分数表示的技术指标的数值是按传感器理论输出信号量程的百分数计, 理论输出信号量程对双向测量传感器为理论输出上、下限值之和。
标准中规定在测 AC/AC LVDT 时供电电源为 3V、3KC、DC/ DC LVDT 时供 电电源为 DC 10V，负载电阻均为 20KΩ。
2. 参数测量时，采用交（直）流数字电压表直接测量输出电压，由位移发生器 （测长设备）控制铁芯的移动即可完成，但为了保证测量精度，测试中使用的设备 其基本误差的绝对值不大于被测传感器基本误差的 1/4。
b. 传感器的铁芯与壳体不能分开，而铁芯导杆的往复活动均在导向孔内运
动，如 QSY-21、QSY-71 等产品。
c. 在导向式的基础上增加复位弹簧，即为导向回弹式，如 QSY-31 和 QSY-81 等产品，但复位弹簧的产品仅在 100mm 以下量中程的产品才有，如图 6。
1. 铁芯可分离式
壳体
线圈
V
B’
B
A’
O
S
A
图5
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4. 我公司生产的差动变压器式位移传感器按结构上的分类一般有三种：
a. 传感器的铁芯与壳体可分开的——铁芯可分离式，如 QSY-11 型 或
QSY-61 型。
3 1
N2－1
N1
2
4
N2－2
47 kΩ C*
5
N3
6
C*：0.06～0.082μf
图4 3．直流差变动压器式位移传感器（DC/DC LVDT） DC/DC LVDC 是把振荡器，相敏解调器与差动变压器封装在一起，只需提供 稳定的直流电源，就能获得与位移量成线性关系的直流电压输出。因输出信号较大， 因此，可直接配接各种记录，显示仪表。其参数见表 2。 配套本公司生产的 QSY-100 系列专用电源后还可以方便地实现零点在传感器全 行程内迁移。以供直流位移传感器作双向或单向测量。 输出特性曲线如图 5（迁零前的曲线 AOB，迁零后的曲线为 A‘B‘）
2. 产品合格证
一份
3. 产品说明书
一份
传感器出厂时配备专用电缆线 2m，用户有特殊要求时，在订货合同上注明，
增加电缆长度部分费用另计。
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E(y) E1
E3 E2
S(mm)
N3 N1
N2 图3
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单方向 LVDT 由于零点迁移后其零点电压一般都较高（可达满量程输出的 10% 左右），因此，要采用外补偿电路来降低零点电压，（如图 4）。
8. LVDT 输出的频响较宽，频响范围为＜150HZ，因此，能满足一般的测量及控 制系统中应用。
此外，由于 LDVT 结构比较简单，因此与其他结构形式的传感器比较售价较低。
三、差动变压器式位移传感器的分类
1. 交流差动变压器式位移传感器（AC/ AC LVDT）其参数见表 1。 2. 交流单方向差动变压器式位移传感器。 单方向差动变压器是通过将输出电压迁零获得的，在典型的 LVDT 基础增加第 三绕组 N3，与 LVDT 输出端再差接而获得的单方向输出电压。N3 绕组平绕 N1 线圈 里面其输出电压与相位和铁芯的位移无关，如图 3。
UN
U’1 —— 同一试验点上三次上行程实际输出信号值的算术平均值。 U’2 ——同一试验点上三次下行程实际输出信号值的算术平均值。
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4）重复性误差 r 按公式 6 计算
前端盖
2. 铁芯活动导向式
铁芯 导向块
导杆
3. 导向回弹式
复位弹簧
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