一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器

1.一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器，包括差动变压器LVDT，其特征在于：所述差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路（2）的输出端相连，差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路（2）构成回路，电压/电流混合激励电路（2）的输入端与震荡器（1）的输出端相连，差动变压器LVDT的次级线圈与解调放大电路（3）的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的温漂系数可调的差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述的电压/电流混合激励电路（2）包括激励放大器IC, 激励放大器IC的同相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，激励放大器IC的反相输入端接震荡器（1）的输出端，激励放大器IC的输出端接差动变压器LVDT的初级线圈，电阻R2跨接在激励放大器IC的反相输入端、输出端上，电阻R3的一端接激励放大器IC的反相输入端，电阻R3的另一端分别与电阻R4、差动变压器LVDT的初级线圈相连，电阻R4的另一端接地。
3.根据权利要求1所述的温漂系数可调的差动变压器式位移传感器，其特征在于：所述的差动变压器LVDT的次级线圈由第一、二次级线圈组成，第一、二次级线圈分别与解调放大电路（3）的输入端相连。

一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及一种位移传感器，尤其是一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器。\n背景技术\n[0002] 差动变压器式位移传感器的应用已有几十年的历史，它具有抗干扰能力强、使用寿命长、能适应各种恶劣环境等特点而被广泛应用。然而，差动变压器（LVDT）有一定的温度漂移，这种漂移长期以来一直没能得到很好的解决，这直接影响到差动变压器式位移传感器的精度，只能使这种传感器应用在中低精度的场所，传统的差动变压器式位移传感器的原理框图如图1所示。\n[0003] 由图1可以看出传感器的输出信号是由两次级线圈上的电压相减而成。当铁芯在中间位置时，两次级线圈上的温漂相减而抵消；当铁芯偏离中间位置时，两次级线圈的温漂一大一小，他们相减无法抵消而产生温漂。这种温漂随着铁芯的偏移量增大而增大，温漂曲线如图2所示，其中其中横坐标轴S为位移，纵坐标轴V为输出信号。差动变压器（LVDT）的温漂非常复杂，这也就是长期以来一直没能得到很好解决的原因。 \n实用新型内容\n[0004] 本实用新型的目的在于提供一种成本低、能够最大程度减小温漂、精度高的温漂系数可调的差动变压器式位移传感器。\n[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器，包括差动变压器LVDT，所述差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路的输出端相连，差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路构成回路，电压/电流混合激励电路的输入端与震荡器的输出端相连，差动变压器LVDT的次级线圈与解调放大电路的输入端相连。\n[0006] 由上述技术方案可知，本实用新型与传统的差动变压器式位移传感器相比，将恒压激励电路改成电压/电流混合激励电路，这种电压/电流混合激励电路会产生温漂，根据阻抗回路原理，其温漂方向与η的温漂方向相反，通过改变电压/电流混合比使其温漂与η的温漂大小相等方向相反，这样就能很好的解决差动变压器的温漂问题。本实用新型的成本低，大大提高了位移传感器的精度。\n附图说明\n[0007] 图1是传统的差动变压器式位移传感器的电路框图；\n[0008] 图2是差动变压器LVDT的温漂曲线；\n[0009] 图3、4均为本实用新型的电路框图。\n具体实施方式\n[0010] 一种温漂系数可调的差动变压器式位移传感器，包括差动变压器LVDT，所述差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路2的输出端相连，差动变压器LVDT的初级线圈与电压/电流混合激励电路2构成回路，电压/电流混合激励电路2的输入端与震荡器1的输出端相连，差动变压器LVDT的次级线圈与解调放大电路3的输入端相连，如图3所示。\n[0011] 由于构成差动变压器LVDT的所有材料几乎都会产生温漂，只不过它们的影响量有大有小，下面对影响量较大的差动变压器LVDT材料作出介绍。\n[0012] 第一，内外管：内外管会产生电涡流，这种电涡流对差动变压器LVDT是损耗，损耗的大小与内外管的电阻率有关，而电阻率会受温度的影响。因此，内外管会产生温漂，其温漂的性质是正温漂，即内外管的温度升高时，位移传感器的输出也随着升高；\n[0013] 第二，线圈：线圈的电阻和体积会随着温度的升高而增大，这会引起初次级互感量的变化而产生温漂。线圈温漂的性质是负温漂，即线圈的温度升高时，传感器的输出随着降低。\n[0014] 第三，铁芯：铁芯既是导磁体又是涡流体，当铁芯温度升高时，导磁率会下降，它的影响远远大于涡流的影响。铁芯温漂的性质是负温漂，铁芯的个体差异比较大，它们的温漂差别有时可达几十倍，这与它们的材料成分、含杂质的多少、热处理、工作频率等因素有关。\n[0015] 从以上分析可以看出，差动变压器LVDT的温漂非常复杂，这也是长期以来一直温漂没能得到很好解决的原因。 \n[0016] 所有的变压器初次级电压关系可由公式（1）表达：\n[0017] Vc = ηVo （1）\n[0018] 式（1）中Vc是次级电压，Vo是初级电压，η是系数，它与变压器的涡流损耗、铁芯的导磁率、线圈的变压比、震荡频率等因数有关。如果Vo是稳定的恒压源，那么输出电压Vc就会随着η的波动而波动。\n[0019] 如图4所示，所述的电压/电流混合激励电路2包括激励放大器IC, 激励放大器IC的同相输入端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接地，激励放大器IC的反相输入端接震荡器1的输出端，激励放大器IC的输出端接差动变压器LVDT的初级线圈，电阻R2跨接在激励放大器IC的反相输入端、输出端上，电阻R3的一端接激励放大器IC的反相输入端，电阻R3的另一端分别与电阻R4、差动变压器LVDT的初级线圈相连，电阻R4的另一端接地。\n所述的差动变压器LVDT的次级线圈由第一、二次级线圈组成，第一、二次级线圈分别与解调放大电路3的输入端相连。\n[0020] 如图4所示，震荡器1向电压/电流混合激励电路2提供一个频率为2K左右的震荡信号，电阻R1、R2、R3、R4、激励放大器IC构成电压/电流混合激励电路2。在此电路中，当电阻R3为无穷大时，电压/电流混合激励就变成了恒压激励，所谓的恒压激励是指变压器的初级电压Vo是恒定的，这时，如果产生温漂，η发生变化，则根据公式（1）可知，变压器的次级电压Vc也随之变化，导致传感器的检测精度变低；当电阻R3为零时，电压/电流混合激励就变成了恒流激励,因此改变电阻R3的阻值就能改变电压/电流混合激励比。\n[0021] 如图4所示，电压/电流混合激励电路2对震荡信号进行放大,产生一个约5V的电压/电流混合激励信号，对差动变压器LVDT的初级进行激励。当产生温漂时，若η变小，则差动变压器LVDT的初级线圈阻抗变大，初级电压Vo变大，由于η的变化方向与初级电压Vo的变化方向相反，能够最大程度的抵消温漂所产生的影响；反之亦成立。针对不同量程的传感器参数进行温度补偿调试，确定出电阻R3的阻值，电阻R3用于调节温漂灵敏度，电阻R4用于配合电阻R3调节温漂灵敏度，这样就能起到很好的温度补偿作用。当差动变压器LVDT的铁芯产生位移时，两个次级线圈就产生差动信号V1和V2，通过解调放大电路3输出一个自动控制系统能识别的模拟信号Vc。\n[0022] 本实用新型与传统的电路相比，把恒压激励改成了电压/电流混合激励电路2，这种混合激励电路会产生温漂，根据阻抗回路原理，其温漂方向与η的温漂方向相反。通过改变电压/电流混合比，也就是改变电阻R3阻值的大小，使其温漂与η的温漂大小相等方向相反，这样就能很好的解决差动变压器的温漂问题。