变压器式位移传感器测量原理及测量电路.doc

### 变压器式位移传感器测量原理及测量电路 #### 一、概述 变压器式位移传感器是一种能够将物体的位移变化转化为电信号输出的装置，它利用了电磁感应原理来实现位移的测量。该类型的传感器具有较高的精度和稳定性，在工业自动化领域有着广泛的应用。 #### 二、测量原理 1. **基本原理**： - 变压器式位移传感器主要由一个固定不动的初级线圈（即原边）和一个可以随着被测物体移动的次级线圈（即副边）组成。 - 当在初级线圈中通入交变电流时，会在次级线圈中产生感应电动势。 - 如果有铁芯或其他磁性材料置于这两个线圈之间，并且该铁芯可以随着被测物体的位移而移动，那么由于铁芯位置的变化会导致线圈之间的互感发生变化。 - 这种互感的变化会导致次级线圈中感应电动势的变化，进而可以通过测量这种变化来间接测量物体的位移。 2. **具体工作过程**： - 信号源产生正弦交流信号，并通过功率放大器将其加至变压器的初级线圈上。 - 当铁芯在线圈内部移动时，它会改变线圈间的互感系数，从而影响次级线圈中产生的感应电动势。 - 次级线圈产生的感应电动势与铁芯的位移成正比关系，即\[ \Delta E \propto \Delta x \]。 - 为了将这个交流信号转换为便于处理的直流信号，通常会采用放大、精密整流和滤波等环节。 #### 三、测量电路设计 1. **信号源**：提供稳定的正弦交流信号作为激励信号，这是整个测量系统的基础。 2. **功率放大器**：用于增强信号源输出的信号强度，确保足够的驱动能力。 3. **变压器**：由初级线圈和次级线圈组成，其中次级线圈的输出电压随位移变化而变化。 4. **放大器**：将次级线圈输出的微弱信号进行放大，提高信号的信噪比。 5. **精密整流器**：将交流信号转换为单向脉动直流信号。 6. **滤波器**：进一步平滑整流后的脉动直流信号，得到更加稳定的直流电压。 7. **测量电路**：最终输出的直流电压\(\Delta U_o\)与位移\(\Delta x\)成正比关系，通过对\(\Delta U_o\)的测量即可得知位移的大小。 #### 四、应用场景与特点 1. **应用场景**： - 工业自动化生产线中的位移检测。 - 机械设备的位置控制。 - 精密测量设备中的位移测量。 - 汽车制造中的装配线监测。 2. **特点**： - 结构简单，易于维护。 - 测量精度高，重复性好。 - 输出信号线性度高，便于信号处理。 - 抗干扰能力强，适合恶劣环境下的应用。 #### 五、总结 变压器式位移传感器通过将机械位移转换为电信号，实现了对位移的有效测量。其测量原理基于电磁感应定律，通过测量次级线圈的电压变化来反映位移的变化。该类型的传感器具有结构简单、精度高、抗干扰能力强等特点，在工业自动化领域得到了广泛应用。通过对上述测量电路的设计与优化，可以进一步提高传感器的性能指标，满足更多高精度测量的需求。