差动变压器位移传感器
动态自稳定高精度差动变压器式位移传感器设计
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度差 动变 Ａ 文章编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １）６ ０ ０ — ３ ０ ６ ８ ３ （０ ０ － ０ ９ ０ ０
摘要 ：本文根据 作者对数 控车床 转塔型 电动刀架 控制系统 的改进 实践 ，总结 设计 了全新控制 系统 ， 彻底解 决刀架上 的刀位开 关的可 靠性和 控制板 电路 的可靠 性的问 题。该系 统经长期 实践验证 ，具有
法 ，实现无接触 高精度 测量 的一种装置 。
以直 螺管形差 动变压器 为例 ，直螺 管形差动 变压器 的结构如 图１（ ） ａ 所示 。 由初级线 圈 Ｌ ， 它
两 个 次 级 线 圈 Ｌ 、Ｌ 、插 入 线 圈 中 央 的 圆柱 形 铁 ２ ３
芯 Ｔ和非导磁 触杆 Ｇ 组成 。初级线 圈 Ｌ均 匀分
的基本结 构和工作 原理 。 差动变 压器式位 移传感 器的工作 原理 ，是利
用 次 级 线 圈 与 初 级 线 圈 的 互 感 量 随 线 圈 中 铁 芯 位 移 的 变 化 而 变 化 的 原 理 ，并 通 过 对 称 式 两 个 线
圈 以差 动 方 式连 接 ，以实 现 消 除静 态偏 差 的方
要的 ，最 理想 的负 反馈信 号是 铁芯在 最左侧 或者 最右侧
位 置 时 的输 出 电压 己 。 ＾ 但 传 感 器 的 工 作 往 往 是 铁 芯 位 置 不 定 ， 也 可 能 长 期 没 有 机 会 在 最 左 或 者 最 右 ， 工 作 中也 可 能 不 允 许 出 现 在 最 左 或 者 最 右 ， 所 以 ，铁 芯 在 最 左 侧 或 者 最 右 侧 位 置 时
芯的移动越敏 感 。误 差大小 与偏离标准 工作条件
差动变压器式位移传感器的原理
差动变压器式位移传感器的原理“同学们，今天咱们来好好讲讲差动变压器式位移传感器的原理。
”我站在讲台上对学生们说道。
差动变压器式位移传感器是一种常用的测量位移的传感器。
它主要是基于变压器的原理来工作的。
想象一下，有一个初级线圈，就像一个中心轴一样，然后在它的两边对称地放置两个次级线圈。
当有一个可移动的铁芯在这个线圈中间移动时，就会引起磁场的变化。
比如说，我们有一个实际的例子，在工业生产中，需要精确测量某个部件的微小位移。
这时就可以用到差动变压器式位移传感器。
当部件发生位移时，铁芯也跟着移动，这就导致两个次级线圈中的感应电动势发生变化。
通过测量这个变化，我们就能知道位移的大小和方向。
这种传感器有很多优点。
首先，它的测量精度比较高，可以检测到非常微小的位移变化。
其次，它的线性度好，输出信号与位移之间的关系比较简单直接，容易处理和分析。
而且，它的稳定性也不错，在不同的环境条件下都能可靠地工作。
同学们可能会问，那它有没有什么局限性呢？当然有啦。
比如，它对磁场干扰比较敏感，如果周围有强磁场存在，可能会影响测量结果。
还有，它的测量范围相对来说不是特别大，对于一些非常大的位移可能不太适用。
为了让大家更好地理解，我们再来看一个例子。
在汽车制造中，为了确保汽车的质量和性能，需要对一些关键部件的位移进行精确测量。
比如发动机的活塞位移，就可以用差动变压器式位移传感器来监测。
这样就能及时发现问题，保证汽车的正常运行。
在实际应用中，我们还需要注意一些问题。
比如要正确安装传感器，保证铁芯的运动顺畅。
还要对传感器进行定期校准，以确保测量的准确性。
总之，差动变压器式位移传感器是一种非常重要的传感器，在很多领域都有着广泛的应用。
希望同学们通过今天的学习，能对它有更深入的了解。
传感器实验大全(附思考题答案+实验过程+结果)
传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。
实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。
这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。
下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。
２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。
４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。
接线时，航空插头上的号码与之对应。
当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。
判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。
当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
差动变压器式位移传感器lvdt设计原理
[8] ANALOG DEVICES. LVDTsignal conditioner AD598.一、引言差动变压器式传感器的特点是灵敏度高、分辨力大，能测出0.1um更小的机械位移变化;传感器的输出信号强，有利于信号的传输；重复性好，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，因此广泛应用于压力、位移传感器的设计制造中，尤其在航空、航天等环境恶劣、环境温度高的压力测量方面，也得到了广泛的应用。
二、方案论证1.参数要求给定原始数据及技术要求1）.最大输入位移为100mm2）灵敏度不小于80V/m3）非线性误差不大于10%4）零位误差不大于1mv5）.电源为9v，400HZ6）.最大尺寸结构为160mmX21mm2.方案讨论根据给定技术要求选择电感变换元件的类型及测量电路的形式，如图1所示图1、传感器的组成框图1）传感器电感变换元件类型的选择（1）测量范围小，如位移零点几微米至数百微米，且当线性范围也小时，常用E形或II形平膜硅钢片叠成的电感式传感器或差动变压器。
(2) 螺线管，常用于测量1mm以上至数百毫米的大位移，其线性范围也较大。
2）测量电路的选择测量电路主要依据选定的电感变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求来确定。
3.螺管型差动变压器的工作原理差动输出电动势为。
所以，差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差的函数。
螺管型差动变压器结构复杂，常用二节式、三节式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好。
差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。
这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。
一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。
由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
图2为三节式螺管型差动变压器的示意图。
图2 三节式差动变压器的结构形式三．螺管型差动变压器的参数计算现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图3。
差动变压器式位移传感器的设计与实现
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖｏｌ ２ Ｎ ０． ３ ４
Ｄｅ ｅ ｅ ０ｌ ｃ ｍｂ ｒ ２ ｌ
差 动 变 压 器 式位 移 传 感 器 的设 计 与 实现
陈 贞 李 晓虹 张 键
所示 ， 由一个 初级 线 圈、 个 次级 线 圈 、 自 由移 它 两 可
动的杆状铁 芯、 心线 圈骨架、 壳等部 件组成 。 空 外
Ｌ Ｔ工作 过程 中， 心 的运 动 不 能超 出线 圈的线 ＶＤ 铁
应 变式 、 电感 式 、 差动 变压 器式 、 涡流 式 、 尔等 位移 霍
传 感器 来检 测 ， 的位 移 常 用 感应 同步 器 、 栅 、 大 光 容
确定 ， 因此 ＡＤ ９ ５ ８既 可驱 动 高 达 ２ Ｖ、 率 范 围 为 ４ 频
２ Ｈｚ ０ｋ ０ ￣２ Ｈｚ的 Ｌ Ｔ 原 边 线 圈 ， 可 接 受 最低 ＶＤ 又 为 １ ０ｍＶ 的次 级 输 入 ， 以 适 用 于许 多不 同类 型 ０ 所 的 Ｌ ＶＤＴ。 除 此 之 外 还 有 输 出 放 大 器 和 接 收 Ｌ ＤＴ 次 级 输 出 的两 个 正 弦 信 号 的输 出 级 、 法 Ｖ 除 器、 滤波 器及其 输 出放大 器 。在 Ａ ９ Ｄ５ ８芯 片 的除法
以获得一 个 与 铁 芯 位 移 成 线 性 函数 关 系 的特 征 曲 线 。当铁 芯处 于两 个 二 次 线 圈 中 间位 置 时 ， 两个 次 级线 圈产 生 的感应 电 动 势相 等 ， 一Ｅ 一０ 输 Ｅ一 。 ，
１ 差 动 变压 器 式位 移 传 感 器
（ Ｉ ＶＤＴ） 的工 作 原 理 及 特 点
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告
差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告差动变压器式电感传感器的静态位移性能实验实验报告实验三电感式传感器实验传感器实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验(一)实验内容1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 (二)实验目的1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 (三)实验原理螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。
(四)实验操做步骤实验项目一、1.将音频振荡器LV输出接至数字频率计和数据采集CH1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz，峰峰值为5V。
2.将音频振荡器LV输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。
3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置(输出为零)，向下每1mm读一个数。
实验项目二、1.按图接线2.将音频振荡器输出接至CH1，调节峰峰值为2V。
3.V/F表调至20V档。
4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF、V/F表、示波器。
5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态;调节W1、W2，使输出最小(灵敏度最大)。
6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小(CH1示)，再向上移2.5mm。
7.调节移相器使输出最大(CH2示);观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。
8.向下每0.5mm读一个数。
项目一数据表第 1 页共 1 页项目二数据表篇二:传感器与检测技术实验报告准考证号:100214101370 姓名:倪帅彪院校:河南科技大学专业名称:080302机械制造及自动化(独立本科段)《传感器与检测技术》实验报告实验一常用传感器(电感式、电阻式或电容式)静态性能测试一、实验目的:1(进一步认识电阻式、电感式、电容式传感器的工作原理、基本结构、性能与应用。
差动变压器式传感器测量小位移技术的研究
图 ３正弦激励 电路 可通过调节 Ｒ 、 ， 调节输 出频 率， Ｒ 在实际运用 中使其输 出频率在 １ ～ １ｋ ｚ ０ Ｈ 时为好 （ 采用 ７ Ｈｚ 。 ｋ ） ２ 传感 器测量转换 电路 ． ２
Ｖ Ｏ －￣ ，
我们 知道差动 变压器式传感 器的输 出 Ｕ ： 一 。通 过连接 体将机壳连接 到衔 铁上 ， 机壳产生位移时带动衔铁一块运动 ， 使得 产生 位移 。假定开始衔 铁处于 中间位置时 ， 两个次 级线圈与初级线 圈产生 的互感 值 Ｍ 与 Ｍ 相等 ， ． ： 那么所对应产生 的电压 值 ＝ 。 则所产生 ， 的输 出电压 ｕ： 。若衔铁 往上运动时 ， 两个 次级线圈 与初 级线圈产 ０ 则 生的互 感值 Ｍ 将 大于 Ｍ ， 那么所对应产生的电压值 ｕ ． Ｕ： 大于 则所产 ， 生的输出 电压 ｕ ＞ 。若衔 铁往 下运动时 ， Ｏ 则两个次级线 圈与初级线 圈 产生 的互感值 Ｍ 将 小于 Ｍ ， 。 那么所对应产生的电压值 ｕ ， ｕ ， 小于 则所 产生 的输 出电压 Ｕ＜ 。由此可以看到 ， 。０ 衔铁 失衡 时 ， 出电压不 为零 ， 输 有一个 电压 值。若 位移相反 ， 则所转换后的 电压相位是相反的 ， 这样就 把位移 的变化转变为 电压 的变化 。
ｒｒ
一
对于微小位移的非 电量测量 比较 困难 ， 而众所周知 ， 电量 的测量 就 比较容 易。传感器就是把 非电量转换 成电量 的装 置 ， 而电感式传感 器 主要用于测量微位移 ， 凡是能转换成位移量变化 的参数 ， 如压力 、 、 力 压 差、 加速度 、 振动 、 应变 、 、 流量 厚度 、 等都可以用电感 式传感 器来进 液位
１１ 述 ．概
产生位移 时 ， 传感器就产 生一个输 出电压信 号 ， 经过整 流 、 滤波及放大 电路提取出来 ， 该直流分 量与差 动变压器传感器 的位移量成正 比关系 。
[工学]实验6差动变压器测量位移
![[工学]实验6差动变压器测量位移](https://img.taocdn.com/s3/m/51537546001ca300a6c30c22590102020740f2de.png)
[工学]实验6差动变压器测量位移实验目的：1.了解差动变压器的原理及其应用。
2.熟练掌握测量位移的方法及其主要错误来源。
实验仪器：1.差动变压器1台；2.计时器1台；3.位移传感器1台；4.直流电源、万用表等。
实验原理：差动变压器是利用互感原理制作的，通常由两个沿核心轴线方向定位的线圈构成。
在这两个线圈中，一个线圈中通以电流I1，能够产生磁通φ1，此时沿磁通闭合回路中的另一个线圈中将产生感应电压U2。
另一个线圈中通以电流I2，能够产生磁通φ2，此时沿磁通闭合回路中的第一个线圈中将产生感应电压U1。
于是，在两个线圈中交变电流作用下，产生了两个电磁感应现象。
如果将这两个线圈相互连接，在通以外部信号电流的情况下，就产生了两个端口间的电压差，从而实现了差动变压器的电压放大作用。
该实验利用差动变压器测量位移的原理，是利用位移传感器测量物体的位移并将其转化为电压形式，然后加以放大，使差动输出电压与物体位移之间成线性关系，从而实现位移的测量。
实验步骤：1.将位移传感器与差动变压器连接好，调节电源电压使得差动输出电压在零位。
2.将位移传感器固定在工作台的滑块上，使其与测量信号轴线垂直，用刻度尺量取滑块的起始位置，并记录下来。
3.调整差动变压器的输出电压，记录下滑块与工作台之间的距离。
4.记录下移动时间，计算测量位移的平均速度，并将结果与实际位移进行比较。
5.反复进行多次实验，对比误差，总结并分析实验结果。
注意事项：1.在实验过程中，要注意灵敏度和调整抗干扰能力，保持测量的精度。
2.测试过程中要注意安全，并防止传感器的二次负载、接线错误等问题。
3.保持仪器设备的干净和整洁，防止灰尘和污秽进入仪器内部。
实验结果：通过实验，我们发现差动变压器可以把位移传感器获得的微小信号放大成为需要的信号。
在实际位移测试中，我们通过测量位移的平均速度并将其结果与实际位移进行比较，以此来评估差动变压器的准确性和精度。
经多次实验和数据分析，我们发现，在不同的工作环境下，差动变压器的性能差异和稳定性也不同。
差动变压式位移传感器工作原理
差动变压式位移传感器工作原理朋友，今天咱们来唠唠差动变压式位移传感器这个超有趣的东西。
你可以把这个传感器想象成一个特别聪明的小侦探，专门侦查位移的情况呢。
它的核心部分有个变压器，这个变压器可不是一般的变压器哦。
它就像是一个魔法盒，里面有初级线圈和次级线圈。
初级线圈就像是一个能量小源泉，给整个系统注入能量。
当电流通过初级线圈的时候，就像打开了魔法盒的开关，开始有奇妙的事情发生啦。
那这个传感器怎么就能知道位移呢？这就和它的差动结构有关系啦。
它有两个次级线圈呢，这两个次级线圈就像是一对双胞胎，但是又有点小差别。
当被测量的物体发生位移的时候，就像是在平静的湖水里扔了一颗小石子，会引起一系列的变化。
比如说，有一个铁芯，这个铁芯的位置会随着物体的位移而改变。
这个铁芯可是很关键的哦，它就像是一个调皮的小精灵，在两个次级线圈之间跑来跑去。
当铁芯移动的时候，对于两个次级线圈来说，就像是它们和这个小精灵的互动不一样了。
一个次级线圈可能会因为铁芯靠近而感应出更多的电压，另一个次级线圈呢，因为铁芯离得远了一点，感应出的电压就会变少。
这就像两个小朋友，一个得到了更多的糖果，一个得到的糖果变少了。
然后呢，我们把这两个次级线圈的电压做个差，这个差值就和位移有着密切的关系啦。
就好像这个差值是一个秘密信号，专门告诉我们物体移动了多少距离呢。
你看，这个传感器多聪明呀。
它就像是一个有着独特感知能力的小生物，能够敏锐地捕捉到位移的变化。
而且它还很实用呢，在很多地方都能派上用场。
比如说在机械制造的工厂里，那些大型的机器设备的部件如果有了微小的位移，这个传感器就能马上察觉到。
就像一个忠诚的小卫士，守护着机器的正常运转。
如果没有它，那些机器可能就会在不知不觉中出现问题，就像一个人生病了但是自己不知道一样呢。
在汽车制造领域，差动变压式位移传感器也发挥着很大的作用。
汽车的一些关键部件，像发动机里的活塞运动啊，这个传感器就能准确地测量活塞的位移情况。
对差动变压器式传感器的分析
对差动变压器式传感器的分析姓名：姚鑫磊学号：15032073班级：15级7班对差动变压器式传感器的分析差动变压器式传感器的介绍差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。
它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。
差动变压器式传感器的原理及特性分析差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。
典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。
加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。
当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。
因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。
相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。
这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。
当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。
产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。
当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180°。
相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。
电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。
图1-1 差动变压器构造原理图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系x＋X－X ＋X －XP 零点差动变压器式传感器的特性与灵敏度分析将差动变压器作为位置传感器时，选择的规格项目如下：激磁电源（频率、电压、波形等）；结构（是否需要导座和弹簧）；线性范围（通常为±1%，高档品为±0.5%～±0.2%）；灵敏度（对应铁芯位移1mm的输出）；阻抗（输入端、输出端阻抗）；连接条件（电缆、插座、输入电路等）；装配方法（与被测对象的连接方法等）；环境条件（温度、湿度、灰尘、防水性、防锈条件等）。
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告实验目的：本实验旨在验证差动变压器式位移传感器的静态特性，包括灵敏度、线性度和稳定性等方面。
实验器材：1.差动变压器式位移传感器2.信号发生器3.示波器4.多用表实验步骤：1.将差动变压器式位移传感器连接至信号发生器和示波器。
确保连接正确并稳定。
2.设置信号发生器的频率为固定值，如100Hz，并逐步增加信号幅度，记录传感器输出电压与输入电压的关系。
3.根据记录的数据绘制传感器的灵敏度曲线。
计算并记录不同输入电压下的输出电压变化率，即灵敏度。
4.改变输入电压的频率，如50Hz、200Hz等，重复步骤2和3，以验证传感器在不同频率下的灵敏度变化情况。
5.将输入信号的幅度设置为固定值，如2V，并逐步改变输入信号的频率，记录传感器输出电压与频率的关系。
6.根据记录的数据绘制传感器的频率响应曲线。
计算并记录不同频率下的输出电压变化率。
7.通过对比不同频率下的输出电压变化率，评估传感器的线性度。
8.持续输入相同信号，观察传感器输出电压的稳定性。
记录并分析传感器输出的波动情况。
实验结果与讨论：根据实验数据绘制的灵敏度曲线表明，在不同输入电压和频率下，差动变压器式位移传感器的灵敏度基本保持稳定。
通过对比不同频率下的输出电压变化率，可以得出传感器具有较好的线性度。
此外，传感器在持续输入相同信号的情况下，输出电压波动较小，表现出较好的稳定性。
结论：差动变压器式位移传感器在静态条件下表现出良好的特性，包括稳定的灵敏度、良好的线性度和稳定性。
这些特性使其在位移测量等领域具有广泛的应用前景。
差动变压式位移传感器的工作原理
1lvdt（差动变压器）位移传感器为电磁感应原理，与传统的电力变压器不同，lvdt是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。
lvdt的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。
用不同线径的漆包线，在骨架上绕制一组初级线圈，两组次级线圈，其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，铁芯在线圈内移动就改变了空间的磁场分布，从而改变了初、次级线圈之间的互感量，次级线圈就产生感应电动势，随着铁心的位置不同，互感量也不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。
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差动变压器式位移传感器 说明书
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）
E(y) E1
E3 E2
S(mm)
N3 N1
N2 图3
-5-
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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）。
N1
铁芯
E2－1 E1
E2－2
N2－ 2
N2— 1 图1
初级绕组接入交流电源后，由于互感作用两个次级绕组分别产生了感应电动势 E2-1 与 E2-2，把两个二次线圈的同名端相接，在另一对同名端就可以获得一个与铁芯 位移成线性函数关系的特性曲线。
当铁芯位于两个二次线圈中间位置时，两个线圈的电动势相等，E2-1— E2-2＝0， 输出电压应为 0，把这个电压称之为零点电压或称为残余电压。（由于在制造过程中 的各种因素影响传感器的零点电压不可能为 0）。
-4-
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1000mm 的产品。 6. LVDT 灵敏度高，输出信号大，在国家标准中规定： 交流传感器的灵敏度，量程 10mm 以下的应 150mV/ mm/ V，量程 10mm 以上 的应 50mV/ mm/ V。
京海泉产品简介-2008
产品简介我公司（原中国水科院仪器研究所位移传感器室）从事高精度差动变压器式位移传感器的研制、生产已有20多年的历史。
现已形成：4个系列，40多种规格的产品，其主要技术指标--线性度具有先进水平。
产品除了西藏和台湾省外遍布全国各地区并配套出口，质量获得用户的普遍信赖。
差动变压器式（LVDT）位移传感器具有良好的环境适应性、使用寿命长、灵敏度和分辨率高的特点。
使用时只要把LVDT的壳体夹固在参照物上，其测杆顶（或夹固）在被测点上，就可以直接测量物体间的相对变位。
现有GA、DA、MA和SMA四个系列40多种规格的高精度LVDT位移传感器（参见下表），其线性度优于±0.05％。
达到国内外同类产品的先进水平。
一、 GA系列差动变压器位移传感器：可配用5CB-10C型高精度数字位移计测量，用四位半（满度显示为±19999）数字显示，总体测量线性度优于±0.05％。
可测静态直线位移和动态位移，其动态频率响应为0～25HZ或0～200HZ或0～800HZ（-3db）；信号输出±5V或±10V或0～5V 或0～10V或4～20mA；可多个LVDT同时连续工作，其工作稳定、线性度和分辨率高、使用方便。
正常使用寿命可达十年。
二、 DA系列高精度直流差动变压器式位移传感器：把LVDT的电测线路采用微电子技术全部封装入LVDT的壳体内。
输入电压±9V～±15V，输出信号±5V或0～5V或0～10V 或4～20mA的信号，可与四位半液晶数显表DB-6型多点变位计配合使用，该仪器便于携带和在无交流电源的环境中使用。
DC －LVDT具有较强的抗干扰能力，适宜遥测。
三、 MA系列微型高精度差动变压器式位移传感器：此系列产品其外壳直径仅8毫米，其线性度优于±0.05％。
可与内装充电电池、双通道、具有"和差"运算和"调零"功能的便携式SCW－I型数字测微仪进行测量。
位移传感器(拉伸和回弹)
差动变压器式位移传感器是一种比较不常见的位移传感器（拉伸和回弹），这主要源于它的作用的不同，它是一种把直线位移转换为模拟电压的传感器。
因其构造为整体结构，故耐久性和耐环境性都很优良，使用温度范围为-20 ℃~120℃。
差动变压器式位移传感器的工作原理是：差动变压器由一次线圈、二次线圈及可动铁芯构成，在一次线圈中加上一定电压、频率的正弦波励磁．通过可动铁芯使二次线圈产生感应电压，其输出特性为两个二次线圈的差动输出是与励磁信号同频的交流电压，经检波电路变换为直流的位移电压被输出。
检波电路由整流二极管及RC滤波器组成，测定范围是可动铁芯的移动行程，一般为数+mm ～数百mm 。
当可动铁芯在中心位置时，输出电压为0V：左右移动时产生与移动距离成正比的正、负电压。
其线性小于1 ％，检出精度达数μm ；当超过规定行程后误差增大。
差动变压器式位移传感器用途：差动变压器式位移传感器具有良好的环境适应性、广泛用于测量预先被变成位移的各种物理量和可以转换成位移变化的机械量（如张力、压力、振动、液位、等）的测量。
传感器的放大电路采用微电子技术，整体封装在不锈钢的壳体内。
输入电压12VDC～24VDC，输出信号±5V、0～5V、0～10V或0～10mA、4～20mA的信号，可与四位半数显表配合使用。
使用时只要把传感器的壳体夹固在参照物上，其测杆顶（或夹固）在被测点上，就可以直接测量物体间的相对变位。
差动变压器式位移传感器特点：①无活动触点、可靠度高、寿命长；②分辨率高、灵敏度好；③线性度高、重复性好；④测量范围宽（测量范围大时分辨率低）；⑤无输入时有零位输出电压，引起测量误差；⑥对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高，不适用于高频动态测量。
蚌埠高灵传感系统工程有限公司在自主创新的基础上开发生产出力敏系列各类传感器上百个品种，各种应用仪器仪表和系统，以及各种起重机械超载保护装置，可以广泛应用于油田、化工、汽车、起重机械、建设、建材、机械加工、热电、军工、交通等领域。
差动变压器式位移传感器
差动变压器式位移传感器简介差动变压器式位移传感器是用来测量物体位移的一种传感器，其原理是通过差动变压器电路来实现。
它是工业测量和控制领域中常用的一种传感器，用于测量机械或结构的位移变化。
差动变压器电路差动变压器电路由两个相等的线圈组成，它们共同构成了感知单元。
一个线圈通入交流电源，另一个线圈和感测器构成一个变压器，它的输出电压随感知单元的位移发生变化。
当这两个线圈处于相等且相位相同的条件下，恰好产生同相的电磁场；当物体发生位移后，感知单元距离两个线圈都有所改变，会使得线圈的感应电动势发生变化，从而使两个电动势差生变化，也就是常说的“差模信号”。
这个信号可以通过测量来确定物体的位移。
应用领域差动变压器式位移传感器的应用领域非常广泛，常用于测量结构振动、温度变化以及力学变形等物理量。
它也被广泛应用于高精度工具的制造及人工智能领域的机器人和自动化设备中。
工业制造在工业制造中，差动变压器式位移传感器可以用于检测机器的精度和稳定性，比如进行机床的重量平衡和精度调整。
此外，它也广泛用于非接触式测量机器的运动和振动，比如检测振动传感器和运动控制器等。
人工智能在人工智能和机器人领域，差动变压器式位移传感器也具有重要的应用价值。
例如，在机器人领域，它可以用于控制机器人的运动和位置，提高机器人的各项性能指标，如协作、灵活性和精度。
医疗保健此外，差动变压器式位移传感器还可以应用于医疗保健领域。
它可以用来测量患者的呼吸和心跳等生理指标，以帮助医疗保健机构更好地监护患者的健康状况。
总结差动变压器式位移传感器是一种应用非常广泛的传感器，其原理是通过差动变压器电路来实现对物体位移的测量。
在工业制造、人工智能和医疗保健领域中，它都有着很重要的应用价值。
简述差动变压器位移传感器的结构特点
简述差动变压器位移传感器的结构特点差动变压器位移传感器，这个名字听起来就像个高大上的科技产品，其实它背后的结构特点也挺有意思的。
想象一下，一个小小的传感器，它能用电流的变化来“感知”物体的位置。
这就像我们平时走路，脚下的每一步都能让我们知道自己在哪里。
差动变压器的结构就像是一个细致入微的艺术品，里面有着精巧的线圈、滑动的铁芯和一些电路元素，彼此之间默契配合，仿佛在进行一场舞蹈。
说到线圈，这玩意儿可是它的“心脏”。
一般来说，差动变压器有三个线圈，分别叫做“主线圈”和两个“副线圈”。
主线圈负责发出电流，副线圈则像是两个听众，认真地捕捉主线圈发出的信号。
这个结构就像是一场表演，主角在舞台，两个观众在侧面，时刻关注着主角的一举一动。
假如主线圈的信号发生变化，两个副线圈就会立刻反应出来，告知我们位置的变化。
这种结构简直是相辅相成，缺一不可。
再说说滑动铁芯，差动变压器的“灵魂”。
这个小家伙在变压器的中心来回移动，就像调音师在调试音响，轻轻一动，音效就全变了。
它的移动会影响电流的分配，进而改变副线圈接收到的信号强度。
想象一下，这就像是你走进一间房间，房间里的灯光跟着你的位置不停变化。
你站在哪儿，灯光就在哪儿，真是神奇。
差动变压器的结构还考虑到了抗干扰能力，毕竟在工作环境中，电磁干扰无处不在。
这时候，差动变压器的设计就像是一位经验丰富的战士，能在各种环境中保持稳定。
这得益于它采用的差动测量原理。
简单来说，它通过比较两个副线圈的信号，消除了共模干扰，确保了测量的准确性。
说白了，就是即使外面风吹雨打，里面的工作依然风生水起。
还有一点不得不提，就是它的线性特性。
相比于其他传感器，差动变压器的线性度简直像一条直线，几乎没有误差。
想象一下，你在进行精准的实验，结果却因为传感器的误差而出错，那简直让人心累。
但差动变压器就能很好地解决这个问题。
只要你精准地调节位置，它就会准确地反馈，真是“事半功倍”的好帮手。
不过，这个小家伙在设计上也有点“娇贵”。
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课程设计任务书分院（系）机械工程专业机械设计制造及其自动学生姓名陈雪松学号201207024134设计题目差动变压器位移传感器内容及要求：（1）利用差动变压器设计位移传感器（2）利用给定的数据设计电路图,并解释清楚原理（3）根据设计的电路进行改进提高测量精度（4）测位移的传感器用差动变压器要求在课程设计报告中给出：1)简述元器件装置的结构和电路原理图。
2)调试过程，说明发现的向题及处理过程。
3)系统调试并写出测试结果。
4)总结结论。
进度安排：2014年11月10日—2012年12月5日根据设计要求和内容查阅参考文献或资料，提出设计方案，进行原理设计。
2014年12月6日—2014年12月20日根据设计方案，进行调试，测试，撰写课程设计报告。
目录1摘要 (2)2引言 (4)3.螺线管式差动变压器传感器 (4)3.1差动变压器式传感器简介 (4)3.2 工作原理 (4)4.差动变压器的测量电路及其仿真 (6)4.1差动整流电路 (7)4.2相敏检波电路： (9)4.3零点残余误差补偿 (13)5.差动变压器位移传感器的改进 (14)5.1差动电压接放大器电路及其仿真 (14)5.2整流信号接滤波电路 (15)6.使用器件清单 (17)7 总结 (17)1.摘要------差动变压器位移传感器的基本知识介绍传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。
在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。
通常传感器由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。
由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大等。
电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或互感变化的机电转换装置。
它也常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。
电感式传感器的种类很多。
根据传感器转换原理不同，可分为自感式、互感式、涡流式、压磁式和感应同步器等。
根据结构形式不同，可分为气隙式和螺管式两种。
根据改变的参数不同，又可分为变气隙厚度式、变气隙面积式、变铁芯导磁率式三种。
电感传感器具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨率高；测量精度高，线性好；性能稳定，重复性好；输出阻抗小，输出功率大；抗干扰能力强，适合在恶劣环境中工作。
电感传感器的缺点是：频率低，动态响应慢，不宜作快速动态测量；存在交流零位信号；要求附加电源的频率和幅值的稳定度高；其灵敏度、线性度和测量范围相互制约，测量范围越大，灵敏度越低。
关键字：相敏检波转换电路差动变压器2引言随着社会科技进步，人们生活水平不断提高，人们对生活的追求也在日新月异，在满足人们需求的同时，对距离的测量也在提升，为了节省人力资源，传感器是最佳选择，它可以让人们方便地测出两地位移，并通过检测技术来精确信息。
而差动变压器位移传感器便能精确的测得位移。
3.螺线管式差动变压器传感器3.1差动变压器式传感器简介把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，下图为差动变压器的结构示意图。
在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点3.2 工作原理图1中，Rp和Lp分别为初级线圈的损耗电阻和自感，Rs1和Rs2为两个次级线圈的电阻，Ls1和Ls2表示两个次级线圈的自感，M1和M2为初级线圈与两个次级线圈的互感系数，Ep为加在初级线圈上的激励电压，Es1和Es2为两次级线圈上产生的感应电动势，Es为Es1和Es2形成的差动输出电压。
根据变压器的工作原理，当在初级线圈上加上适当频率的激励电压时，在两个次级线圈上就会产生感应电动势。
若变压器的结构完全对称，当铁心处于初始平衡位置时，差动变压器输出为0.当铁心偏离平衡位置时，两个次级线圈的互感系数发生极性相反的变化，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势Es1≠Es2，输出电压Es=Es1-Es2≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小使得差动变压器输出不为0，并且输出电压Es随着铁心偏离中心位置将逐渐加大。
差动变压器输出电压与铁心位移成正比，即可根据电压大小可判断位移大小。
输出特性曲线如图2所示:图1差动变压器等效电路图2 差动变压器的输出特性曲线图34.差动变压器的测量电路及其仿真差动变压器输出的是交流电压，若要用交流模拟或者数字电压表测量，只能反映铁芯位移的大小，不能反映移动的方向。
另外其测量值必定含有零点残余电压。
为了达到能判别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际应用中，常采用的测量电路主要有差动整流电路和相敏检波电路。
一般经过相敏检波和差动整流输出地信号，还需经过低通滤波电路，把调制时引入的高频信号滤掉，只让铁芯运动产生的有用信号通过。
4.1差动整流电路根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。
如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电流路径是fgdche。
反之，如f点为“–”，e点为“＋”，则电流路径是ehdcgf。
可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R的电流总是从d到c。
同理可分析另一个次级线圈的输出情况。
差分整流电路如图4所示：图4差分整流电路衔铁向上运动转换电路及仿真图如图5和图6所示：图5衔铁向上运动的转换电路仿真波形如下:图6衔铁向上运动的仿真图衔铁向下运动的转换电路及仿真波形如图7和图8所示：图7衔铁向下运动的转换电路波形如下：图8衔铁向下运动的仿真图4.2相敏检波电路：在动态测量时，假定位移是正弦波，即z=Asinwt，则动态测量时，衔铁在零位以上移动和零位以下移动时，二次绕组输出电压的相位发生180度的变化，因此判别相位的变化就可以判别位移的极性。
相敏检波电路正是通过鉴别相位来辨别位移的方向，即差分变压器输出的调幅波经相敏检波后，便能输出既反映位移大小又反映位移极性的测量信号。
相敏检波器的电路原理如图所示。
它由四个特性相同的二极管D1~D4沿同一方向串联成一个桥式电路，各桥臂上通过附加电阻将电桥预调平衡。
比较电压Ek与差动变压器输出电压具有相同的频率。
经过相敏检波电路调理后，其直流输出电压信号的极性反映铁芯位移的方向。
衔铁向下运动的转换电路及仿真波形如图9和图10所示：图9衔铁向下运动的转换电路图10衔铁向下运动的仿真图衔铁向上运动的转换电路及仿真波形如图11和图12所示：图11衔铁向上运动的转换电路图12衔铁向上运动的仿真图所以由以上仿真结果可得：当衔铁在零点以下移动时，不论载波是正半周还是负半周，在负载电阻上得到的电压始终是负电压；当衔铁在零点以上移动时，不论载波是正半周还是负半周，负载电阻上得到的电压始终是正电压。
所以差分变压器经相敏检波后，正位移输出正电压，负位移输出负电压，电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向，因此原来的V字型输出的特性曲线变成了过零点的一条直线，相敏检波前后的输出特性曲线如图13和图14所示：u u 21t t图13相敏检波前图14相敏检波后但是动态测量信号经相敏检波后，输出波形中仍含有高频分量，因而必须通过低通滤波器滤除高频分量取出被测信号，这样乡民检波和低通滤波器电路互相配合，才能取出被测信号，即起了相敏解调的作用。
相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。
包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。
第二，包络检波电路本身不具传感器课程设计有区分不同载波频率的信号的能力。
对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。
为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。
相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有不同的传递特性。
以参考信号为基波，所有偶次谐波在载波信号的一个周期内平均输出为零，即它有抑制偶次谐波的功能。
对于n=1,3,5等各奇次谐波，输出信号的幅值相应衰减为基波的1/ n，即信号的传递系数随谐波次数增高而衰减，对高次谐波有一定抑制作用。
如果输入信号us为与参考信号uc(或Uc)同频信号，但有一定相位差，这时输出电压uo=Usm/2cos∮，即输出信号随相位差∮的余弦而变化。
由于在输入信号与参考信号同频但有一定相位差时，输出信号的大小与相位差有确定的函数关系，可以根据输出信号的大小确定相位差的值，相敏检波电路的这一特性称为鉴相特性。
4.3零点残余误差补偿图15输出特性曲线（1）零点残余电压，又称为零位电压。
差动式变压器传感器的衔铁处于中间平衡位置时输出的微小电压，如图15所示。
同时零点电压的存在使得传感器输出特性在零点附近的范围内不灵敏，限制了分辨力的提高。
零点残余电压太大，将使线性度变坏，灵敏度下降，甚至会使放大器饱和，堵塞有用信号通过，致使仪器不再反映被测量的变化。
因此对零点残余电压认真分析找出减小的方法是很重要的。
（2）消除零点残余电压方法：①从设计和工艺上保证结构对称性为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。
其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。
并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。
由高次谐波产生的因素可知，磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。
②选用合适的测量线路采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。
如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。
采用补偿线路如图16所示:图165.差动变压器位移传感器的改进5.1差动电压接放大器电路及其仿真电路及仿真如图17和18所示：图17差动电压接放大器电路仿真如图所示：图18差动电压接放大器的仿真图由原理图和仿真图可以看出，输入信号经差分放大器之后波形幅度变大。
5.2整流信号接滤波电路低通滤波器容许低频信号通过，但减弱或减小频率高于截止频率的信号的通过。
RC滤波器具有电路简单、抗干扰性能强，有较强的低频性能，电阻、电容元件标准、易于选择的特点。
因此，在测试系统中，选用一阶RC低通滤波器。
滤波电路图和仿真图如图19和图20所示：图19滤波电路图将整流信号接滤波器后的电路图如图21所示：图21整流信号接滤波器后的电路图由RC低通滤波截至频率f=1/2RC*3.14可计算得截至频率为1000/2*2.5*3.14=64Hz故该滤波器可将高频干扰信号滤掉，而且不影响有用信号。