差動變壓器式大量程精密角位移傳感器的設(shè)計

苗 偉

（陜西東方航空儀表有限責任公司 陜西 漢中 723102）

1 引言

通過角位移傳感器開展精確測量是自動監(jiān)測系統(tǒng)中的基礎(chǔ)工作，對科研與生產(chǎn)領(lǐng)域具有重要意義，傳感器的種類有很多種，其中差動變壓器式傳感器因為其具有特有的優(yōu)點，被廣泛的使用在科研與實際生產(chǎn)中，他的優(yōu)點具體體現(xiàn)在：差動變壓器式傳感器能提供比較高的輸出；基于差動變壓器式傳感器的鐵芯能與和變壓器中其余的原件隔離開因此避免了機械過載現(xiàn)象；此外差動變壓器式傳感器價格合理且可以反復(fù)使用。

2 差動式變壓器式大量程精密度角位移概述

差動式變壓器式大量程精密度角位移具有重復(fù)性好、靈敏度高、線性度高、使用壽命長及測量精度高的優(yōu)點，他的安裝連接要求與傳統(tǒng)角位移比較要求也有所不同，通常我們通過將傳感器安裝在感應(yīng)儀器的最末輸出部位來確保傳感能精確感應(yīng)到角度位移值，因此根據(jù)差動變壓器式大量程精密角位移傳感器結(jié)構(gòu)特征，通常采用機構(gòu)輸出軸與齒輪與齒之間進行間接連接或者傳感器通過軸聯(lián)器與執(zhí)行機構(gòu)的輸出軸直接連接兩種執(zhí)行機構(gòu)與傳感器連接方式[1]。

2.1 角位移直接連接方式

如圖1所示：該種連接方式通過輸出軸將運動旋轉(zhuǎn)通過直接傳輸方式傳遞至傳感器，這種方式可以避免裝置間隙對輸出指標造成影響，在安裝時需要掌握如下要點：控制輸出軸旋轉(zhuǎn)角度在傳感器的電氣行程范圍之內(nèi)；嚴格控制傳感器軸與輸出軸之間的同軸度，通過采取相應(yīng)的措施來減小輸出軸與傳感器的徑向跳動，這個目標是通過減小負荷實現(xiàn)的，通過控制傳感器的徑向跳動可以避免對傳感器輸出信號的影響造成對傳感器的損壞，從而也提高了傳感器的使用壽命；選用具有柔韌性的材料應(yīng)用于聯(lián)軸器的設(shè)計制造，或者可以在設(shè)計中直接采用專用柔性聯(lián)軸器（見圖2所示為專用微型波紋套柔性聯(lián)軸器），柔性特征有助于對輸出軸及傳感器之間的安裝誤差進行控制同時對徑向跳動也有很好的抑制作用。

2.2 角位移間接連接方式

間接連接如圖3所示。

間接連接的方式是通過調(diào)整齒輪間的轉(zhuǎn)動比手段來實現(xiàn)調(diào)整傳感器工作角度的目標，間接連接的方法具有，轉(zhuǎn)動可靠，比較靈活，應(yīng)用廣泛的優(yōu)點。該方法通過采用合理的布局，使得單余度傳感器通過組合形成多余度傳感器進行輸出提高了系統(tǒng)的可靠性。這種連接方法在施工中應(yīng)當盡可能使用方法以消除齒輪間的傳動間隙，除此之外，該種方式的選用還要求齒輪傳動，具有很高的工作平穩(wěn)性及運動精度。反之，每次反向運動之后傳感器會產(chǎn)生滯后指令信號，這會造成傳感器反饋精度達不到要求。彈簧加載雙片齒輪可以用于減少這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，該種方法的使用中，必須精密計算彈簧力產(chǎn)生的扭矩力，該扭距力度應(yīng)當達到能夠克服傳感器驅(qū)動時的最大扭矩產(chǎn)生的影響，才能夠達到消除間隙造成影響的作用。

3 差動變壓器式大量程精密角位移傳感器的設(shè)計

3.1 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計

差動變壓器式角位移設(shè)計有螺管式和變隙式兩種，這里就應(yīng)用較廣的螺管式進行分析，如圖4所示結(jié)構(gòu)如下、

圖4

傳感器使用不銹鋼為外殼，殼內(nèi)有連續(xù)轉(zhuǎn)動且摩擦很小的微型軸承一對用于安裝轉(zhuǎn)子，鐵芯被安置在線圈中，初級線圈外平行安裝兩組刺激線圈，在鐵芯轉(zhuǎn)動時候電動勢因為線圈內(nèi)的磁場會發(fā)生變化而變化。

3.2 通過使用銜接法擴大量程

我們知道，傳統(tǒng)傳感器的測量范圍為正負60度，即使通過在次級線圈采取補償繞組方式其有效測量范圍依然不超過90度，如果用戶需求的測量范圍超過這個范圍，那么傳統(tǒng)設(shè)計傳感器精度明顯無法滿足要求，我們在設(shè)計中可以通過結(jié)合銜接電路并調(diào)整線圈的相對位置進一步擴大傳感器的測量量程。因為兩組次級線圈之間的電流非常小，可以通過改變兩組次級線圈的相對位置擴大線性輸出范圍，在電路設(shè)計中通過使用一個觸發(fā)器和一個模擬開關(guān)以及兩個比較器將兩組次級線圈的輸出進行有機銜接，我們通過對使用不同的結(jié)構(gòu)制成的不同量程的傳感器進行測試后得到的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計中使用了銜接法結(jié)構(gòu)的高精度傳感器在進行大角度量程測量中精度有了很大的提高，完全可以滿足用戶對大角度傳感器精密度的要求。

4 結(jié)語

本文從差動變壓器式大量程精密角位移傳感器設(shè)計出發(fā)，分析了影響傳感器信號輸出的幾個因素，并就該裝置的設(shè)計與改進提出見解，希望能為傳感器設(shè)計技術(shù)人員在今后的工作中避免相同問題的產(chǎn)生提供參考意見，確保所設(shè)計傳感器使用性能指標能夠滿足為生產(chǎn)的需要。