一种差动变压器式位移传感器的建模仿真分析

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模型 铁芯 骨架 初级线圈 次级线圈 端盖 外壳 填充剂
材料 软磁材料 高强度塑料渊聚碳酸树酯冤 铜渊漆包线冤 铜渊漆包线冤
铸铁 不锈钢 聚硫橡胶
图 2 LVDT 等效电路 Fig 2 LVDT equivalent circuit
图中院U1尧U2 为初级线圈激励电压和次级线圈 感应差值电压曰E21尧E22 为次级线圈 1尧2 的感应电动 势曰L1尧L21尧L22 为初级尧两次级线圈电感曰R1尧R21尧R22 为初级尧两次级线圈的有效电阻曰M1尧M2 为初级与次 级线圈 1尧2 间的互感遥
向为电液数字控制技术尧计算机控制技术及应用尧液压系统的状态监测与故障诊断遥
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圈的对称位置上袁使两边线圈的初始电压相等遥 当 铁芯因被测物体位移在线圈里移动时袁感应电压将 反应被测物体的位移量的大小和方向遥 1.2 LVDT 的工作原理
差动变压器式位移传感器 LVDT 是利用电磁感 应原理来测量位移量袁实现闭环控制的主要装置[1]袁 提高 LVDT 位移传感器的灵敏度是改善高性能电液 比 例 伺 服 阀 设 计 的 关 键 环 节 之 一 [2]袁 本 文 选 择 初 级 线圈长度尧匝数袁次级线圈的长度尧匝数袁来研究对输 出电压的影响和对灵敏度的影响遥
系统建模、仿真与分析
DOI院10.19557/j.cnkiwenku.baidu.com1001-9944.2019.05.022
一种差动变压器式位移传感器的建模仿真分析
郑西洋袁许益民
渊武汉科技大学 机械自动化学院袁武汉 430081冤
摘要院由于工业自动化的普及袁传感器的地位日益突出遥 LVDT是液压系统的常用部件之
一袁由于传统设计制造的局限性袁无法在短时间内设计制造出高灵敏度传感器遥 电磁仿真
LVDT 线圈的内部是一个自由 移动的柱状 铁 芯遥 当铁芯发生移动时袁将引起线圈电感的变化袁形 成感应电压遥 图 2 为 LVDT 的等效电路遥
R21
E21
R1
M1
U2
L21
U1
L1
R22
L22
M2 E22
系统建模、仿真与分析
表 1 模型的材料属性
Tab.1 Material properties of the model
2 LVDT 的建模仿真
2.1 建模仿真的参数设置 应用 Ansoft Maxwell 对 LVDT 进行仿真时袁步
骤如下院 步骤 1 LVDT 的等效建模遥在进行仿真求解过
程中袁若所建模型与实际形状高度相符袁则计算结 果会更加准确遥 但实际操作中袁受电脑计算能力的 限制袁在考虑计算效率的情况下袁对模型进行合理 的简化是必需的袁也是必要的[3]遥 考虑到 LVDT 为圆 柱体结构袁在不考虑结构误差和导磁不均匀的情况 下袁其内部磁场分布是均匀的袁故可采用 2D 模型代 替 3D 模型袁且对仿真分析结果不会有太大的影响遥
文章编号院员园园员鄄怨怨源源渊圆园19冤05鄄园园90鄄园5
Modeling and Simulation Analysis of a Linear Variable Differential Transformer Displacement Sensor
ZHENG Xi鄄yang袁XU Yi鄄min
渊College of Mechanical Automation袁Wuhan University of Science and Technology袁Wuhan 430081袁China冤 Abstract院Due to the popularity of industrial automation袁the status of sensors has become increasingly prominent. LVDT is one of the common components of hydraulic systems. Due to the limitations of traditional design and manu鄄 facturing袁it is impossible to design and manufacture high鄄sensitivity sensors in a short time. The appearance of elec鄄 tromagnetic simulation software Maxwell has solved this problem very well. This paper simulates the number of turns and lengths of the primary and secondary coils that affect the LVDT sensor. The simulation results provide a reference for the design and manufacture of LVDT袁and have a certain guiding role for the structural improvement of LVDT. Key words院linear variable differential transformer渊LVDT冤曰Maxwell曰sensitivity曰primary coil曰secondary coil曰simulation analysis
软件Maxwell的出现很好地解决了这个问题袁该文对影响LVDT传感器的初尧次级线圈匝数
和长度进行了仿真分析遥 仿真结果对LVDT的设计制造提供了参考依据袁对LVDT的结构改
良具有一定的指导作用遥
关键词院LVDT曰Maxwell曰灵敏度曰初级线圈曰次级线圈曰仿真分析
中图分类号院TH16 文献标志码院A
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1 LVDT 的结构和工作原理
1.1 LVDT 的结构 LVDT 的结构如图 1 所示袁 铁芯平时处在两线
1.导磁端盖曰2.次级线圈曰3.骨架曰 4.初级线圈曰5.铁芯曰6.导磁外壳曰7.连杆
图 1 LVDT 的结构 Fig.1 Structure of the LVDT
收稿日期院2019-01-21曰修订日期院2019-03-27 作者简介院郑西洋渊1990要冤袁男袁硕士研究生袁研究方向为传感器曰许益民渊1962要冤袁男袁硕士袁教授袁硕士研究生导师袁研究方