留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

磁场补偿对LVDT静态特性影响的研究

林宪臣 尹明富 孙会来 赵镇宏

林宪臣, 尹明富, 孙会来, 赵镇宏. 磁场补偿对LVDT静态特性影响的研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(5): 773-778. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234
引用本文: 林宪臣, 尹明富, 孙会来, 赵镇宏. 磁场补偿对LVDT静态特性影响的研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(5): 773-778. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234
Lin Xianchen, Yin Mingfu, Sun Huilai, Zhao Zhenhong. Study on Influence of Magnetic Field Compensation on Static Characteristics of LVDT[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(5): 773-778. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234
Citation: Lin Xianchen, Yin Mingfu, Sun Huilai, Zhao Zhenhong. Study on Influence of Magnetic Field Compensation on Static Characteristics of LVDT[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(5): 773-778. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234

磁场补偿对LVDT静态特性影响的研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180234
基金项目: 

天津市高等学校科技发展基金项目 20130402

天津市科委项目 14JCTPJC00536

详细信息
    作者简介:

    林宪臣(1989-), 硕士研究生, 研究方向为精密测试技术与仪器, 657795976@qq.com

    通讯作者:

    尹明富, 教授, 博士, mingfuedu@126.com

  • 中图分类号: TP212.9

Study on Influence of Magnetic Field Compensation on Static Characteristics of LVDT

  • 摘要: 为改善因内部感应磁场分布不均导致差动变压器式位移传感器(Linear variable differential transformer,LVDT)线性度差、灵敏度低的问题,提出一种磁场补偿法。在LVDT次级线圈远端添加两个关于初级线圈对称的导磁环,同时将可动铁芯的末端设计成具有一定锥度的形式,导磁环和铁芯均为软磁材料。利用有限元方法在Maxwell中建立LVDT模型,模块化后导入Simplorer中,在Simplorer中连接外部激励电路进行瞬态磁场的计算机联合仿真。瞬态分析结果表明:经过磁场补偿,LVDT的线性度和灵敏度得到显著提高,线性度从1.79%提高到0.5%,灵敏度提高了17.9 mV/mm,通过搭建实验平台,验证了方案的可行性。
  • 图  1  传统LVDT结构图

    图  2  LVDT等效电路图

    图  3  新型LVDT结构图

    图  4  磁感线分布图

    图  5  简化前后线圈轴向上磁感应强度分布

    图  6  LVDT轴向磁场分布图

    图  7  联合仿真原理图

    图  8  新型LVDT差动输出结果

    图  9  LVDT差动输出特性曲线

    图  10  灵敏度变化曲线

    图  11  LVDT模块

    表  1  传统LVDT各行程的线性度和灵敏度

    行程/mm 6.5 5.85 5.2 4.55 3.9 3.25
    线性度/% 1.79 1.14 0.74 0.47 028 0.22
    灵敏度/(mV·mm-1) 119.7 121.6 122.8 123.8 124.4 124.8
    下载: 导出CSV

    表  2  新型LVDT各行程的线性度和灵敏度

    行程/mm 6.5 5.85 5.2 4.55 3.9 3.25
    线性度/% 0.5 0.12 0.04 0.003 0.007 7.5×10-4
    灵敏度/
    (mV·mm-1)
    137.6 138.5 138.8 138.7 138.7 138.8
    下载: 导出CSV

    表  3  仿真与实验数据对比

    行程/mm 传统LVDT 新型LVDT
    仿真 试验 仿真 试验
    5.2 线性度/% 0.74 0.85 0.04 0.17
    灵敏度/(mV·mm-1) 122.8 127.6 138.8 143.3
    6.5 线性度/% 1.79 1.91 0.5 0.61
    灵敏度/(mV·mm-1) 119.7 124.5 137.6 142.1
    下载: 导出CSV
  • [1] 任海燕, 李文璋, 朱廷伟, 等.差动变压器式位移传感器的仿真建模研究[J].宇航计测技术, 2013, 33(6):20-25 doi: 10.3969/j.issn.1000-7202.2013.06.006

    Ren H Y, Li W Z, Zhu T W, et al. The simulation modeling research of linear variable differential transformer displacement sensor[J]. Journal of Astronautic Metrology and Measurement, 2013, 33(6):20-25 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-7202.2013.06.006
    [2] 叶湘滨, 吕喜在.3段式差动变压器位移传感器的设计及优化[J].仪表技术与传感器, 2004, (8):1-2 doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2004.08.001

    Ye X B, Lv X Z. Design and optimization of three-section differential transformer used as displacement sensor[J]. Instrument Technique and Sensor, 2004, (8):1-2 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2004.08.001
    [3] 钱谦, 刘武发, 郭松路.新型精密LVDT仿真分析[J].机械设计与制造, 2014, (8):214-216 doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2014.08.066

    Qian Q, Liu W F, Guo S L. Simulation analysis of the new type precise LVDT[J]. Machinery Design & Manufacture, 2014, (8):214-216 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-3997.2014.08.066
    [4] 刘萍.差动变压器式位移传感器参数化仿真及优化[D].西安: 西安电子科技大学, 2010 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10701-2010083707.htm

    Liu P. Parametric simulation and optimization of linear variable differential transformer[D]. Xi'an: Xidian University, 2010 (in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10701-2010083707.htm
    [5] 李瑞锋, 冀宏, 苏玛亮, 等.次级线圈绕线锥度对LVDT线性度和灵敏度的影响[J].甘肃科学学报, 2016, 28(4):110-114 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gskxxb201604022

    Li R F, Ji H, Su M L, et al. Effect of coil winding taper on LVDT linearity and sensitivity[J]. Journal of Gansu Sciences, 2016, 28(4):110-114 (in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gskxxb201604022
    [6] Tian G Y, Zhao Z X, Baines R W, et al. Computational algorithms for linear variable differential transformers (LVDTs)[J]. IEE Proceedings-Science, Measurement and Technology, 1997, 144(4):189-192 doi: 10.1049/ip-smt:19971262
    [7] Félix M, Lizárraga A, Islas A, et al. Analysis of a ferrofluid core LVDT displacement sensor[C]//Proceedings of the 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. Glendale, AZ, USA: IEEE, 2010: 1769-1772
    [8] Kano Y, Hasebe S, Huang C, et al. New type linear variable differential transformer position transducer[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 1989, 38(2):407-409 doi: 10.1109/19.192316
    [9] Chiriac H, Hristoforou E, Neagu M, et al. Linear variable differential transformer sensor using glass-covered amorphous wires as active core[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2000, 215-216:759-761 doi: 10.1016/S0304-8853(00)00280-8
    [10] 贾惠霞, 王健, 张娟.差动变压器式位移传感器零位电压研究[J].仪表技术与传感器, 2015, (2):82-84 doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2015.02.026

    Jia H X, Wang J, Zhang J. Study on zero-point remainder voltage of differential transformer displacement sensor[J]. Instrument Technique and Sensor, 2015, (2):82-84 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1002-1841.2015.02.026
    [11] 李瑞锋.高线性度液压阀用LVDT位移传感器的研究[D].兰州: 兰州理工大学, 2016 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10731-1016906027.htm

    Li R F. The research on linear variable differential transformer with high linearity for electrohydraulic valves[D]. Lanzhou: Lanzhou University of Technology, 2016 (in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10731-1016906027.htm
    [12] 刘慧娟, 上官明珠, 张颖超, 等.Ansoft Maxwell 13电机电磁场实例分析[M].北京:国防工业出版社, 2014

    Liu H J, Shangguan M Z, Zhang Y C, et al. Ansoft Maxwell 13 motor electromagnetic field example analysis[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2014 (in Chinese)
    [13] 苗晓燕.差动变压器式位移传感器的结构优化及其数字接口电路设计[J].组合机床与自动化加工技术, 1999, (1):40-43 doi: 10.3969/j.issn.1001-2265.1999.01.010

    Miao X Y. Structural optimization of differential transformer displacement sensor and digital interface circuit design[J]. Modular Machine Tools & Automatic Machining Technology, 1999, (1):40-43 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-2265.1999.01.010
    [14] 赵博, 张洪亮.Ansoft 12在工程电磁场中的应用[M].北京:中国水利水电出版社, 2010

    Zhao B, Zhang H L. Application of Ansoft12 in engineering electromagnetic field[M]. Beijing: China Water Resources and Hydropower Press, 2010 (in Chinese)
    [15] 刘国强, 赵凌志, 蒋继娅.Ansoft工程电磁场有限元分析[M].北京:电子工业出版社, 2005

    Liu G Q, Zhao L Z, Jiang J Y. Finite element analysis of electromagnetic field in Ansoft engineering[M]. Beijing: Electronic Industry Press, 2005 (in Chinese)
  • 加载中
图(11) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  282
  • HTML全文浏览量:  120
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-15
  • 刊出日期:  2019-05-05

目录

    /

    返回文章
    返回