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1、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造第8期214MachineryDesign&Manufacture2014年8月新型精密LVDT仿真分析錢謙，劉武發(fā)，郭松路(鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州450001)摘要：影響線性可變差動(dòng)變壓器式位移傳感器(LVDT)靈敏度和線性度的關(guān)鍵因素是其軸向磁場的強(qiáng)度和分布。針對(duì)新型精密LVDT的要求，傳感器次級(jí)線圈采用多段階梯繞線結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)傳感器兩端區(qū)域磁場強(qiáng)度。使其軸向磁場分布趨于均勻。建立了改進(jìn)后的LVDT結(jié)構(gòu)模型，利用Maxwell2D有限元軟件分別對(duì)IJVDT模型的靜態(tài)磁場和瞬態(tài)場進(jìn)行了仿真分析，得出了相應(yīng)的關(guān)
2、系曲線。結(jié)果表明，次級(jí)線圈采用多段階梯結(jié)構(gòu)能夠提高傳感器的靈敏度和線性度。并且與傳統(tǒng)分析方法比較直觀性、可視性更好。關(guān)鍵詞：線性可變差動(dòng)變壓器；多段階梯結(jié)構(gòu)；Maxwell2D；靈敏度；線性度中圖分類號(hào)：TH16；TP212文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001～3997(2014)08—0214—03SimulationAnalysisoftheNewTypePreciseLVDTQIANQian，LIUWu-fa，GUOSong-lu(SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，
3、HenanZhengzhou450001，China)Abstract：ThekeyfactorimpactingLVDTsensitivityandlinearityistheaxialmagneticintensityanddistribution．AccordingtotheneedsofthenewtypepreciseLVDT，inordertostrengthenthere#onalmagneticfieldstrengthonbothendsofthesensorandmakethedistributionofthea
4、xialmagneticfieldtendtobeunifor鞏．itssecondarycoiladoptedmultistagewindingstructure．AmodifiedLVDTstructuremodelbuih．thefiniteelementsoftwareMaxwell2DWaSusedtocarryoutthestaticandthetransientfieldsimulationanalysisandthecorrespondingrelationCUl~eswereobtained．Theresultss
5、howthatmultistage3tructureofthesecondarycoilCanimproveitssensitivityandlinearityandalsohave(工betterintuitionandvisualitythantraditionalanalysismethods．KeyWords：LinearVariableDifferentialTransformer；MultistageStructure；Maxwell2D；Sensitivity；Linearity1引言線性可變差動(dòng)變壓器式位移傳感器(L
6、VDT)因具有機(jī)械壽命長、無限分辨率、零位可重復(fù)性高且極其穩(wěn)定和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)而在工業(yè)精密測控中得到廣泛應(yīng)用。為了提高LVDT的靈敏度和線性度，文獻(xiàn)【-把傳感器次級(jí)線圈改為三角形繞法，其優(yōu)點(diǎn)是輸出精度與鐵芯長度無關(guān)，不會(huì)增大傳感器的尺寸；文獻(xiàn)口卅則對(duì)傳感器線圈輸出信號(hào)進(jìn)行相敏、濾鐵芯次級(jí)線圈初級(jí)級(jí)線次級(jí)線圈波等處理以提高輸出信號(hào)的質(zhì)量，但是價(jià)格高昂，且受環(huán)境影響大；文獻(xiàn)睬用設(shè)計(jì)磁罩來改善傳感器內(nèi)部磁場環(huán)境的方法，簡單圖ILVDT結(jié)構(gòu)圖Fig．1StructureDiagramofLVDT實(shí)用，卻增加了傳感器的尺寸。LVDT中的兩
7、個(gè)次級(jí)線圈是反向串聯(lián)的，并且在忽略鐵損、以傳統(tǒng)LVDT為基礎(chǔ)，采用改進(jìn)傳感器次級(jí)線圈結(jié)構(gòu)分布，導(dǎo)磁體磁阻和線圈分布電容的理想情況下，其等效電路，如圖2并結(jié)合參數(shù)仿真優(yōu)化的方法，以確定其合理結(jié)構(gòu)和參數(shù)，從而達(dá)所示。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可得輸出差值電壓的有效值為：到提高傳感器的靈敏度和線性度的目的，而最終設(shè)計(jì)外徑為8ram,測量行程為mtn的新型精密LVDT。F—eo(M1一)2LVDT基本結(jié)構(gòu)和原理【r：+Q'wL．)J差動(dòng)螺線管式LVDT結(jié)構(gòu)，，如圖；1所示它是由一個(gè)初級(jí)線如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，當(dāng)鐵芯處于中間位圈、兩個(gè)次級(jí)
8、線圈和插螺線管中的圓柱鐵芯等組成置時(shí)，必然會(huì)使兩互感M。與相等，由于變壓器兩次級(jí)繞組反萊稿甘姻：14-d2。?。’”。。一一基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(5o975262)；河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(20l0B460o20)；河
