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LVDT位移传感器 在机械天平中的应用
编辑:深圳市米朗科技有限公司   时间:2017-03-27

天平是我们日常日子中常用的计量用具之一,也是计量有些进行质量量值传递不行短少的首要计量用具,其功用好坏直接影响质量量值传递的可靠性,其间机械天平是一种传统的仍被广泛运用的精细仪器。

传统机械天平运用时,依靠调查机械式指针摆布摆幅是不是共同来判别天平平衡,精确丈量出指针摇摆的起伏是要害。机械天平两个秤盘中分量的差导致指针摆幅改变,这种指针摆幅的改变可视作微位移量,寻觅一种办法将这种微位移扩大,利于进步天平精度。差动变压器式位移传感器(LVDT)是一种灵敏度较高的互感式传感器。具有分辨力高、稳定性好、精度高、温度影响小等良好特性。

本文在传统LVDT式位移传感器的基础上,运用AD598芯片来规划位移传感器电路,并将位移传感器运用在机械天平上对其进行改善,运用位移传感器和电流表代替本来的机械式指针和金属读数标盘。

1 位移传感器作业进程

差动变压器式传感器是把被测位移量转换为一次线圈与二次线圈间的互感量M的改变的设备。当一次线圈接入鼓励电源以后,二次线圈就将发生感应电动势,当两者间的互感量改变时,感应电动势也相应改变。因为两个二次线圈选用差动接法,故称为差动变压器。

将LVDT式位移传感器中的铜片固定在机械天平的指针上,

机械天平两个秤盘中分量的差导致指针摆幅改变,铜片也随指针摆布摇摆,经过位移传感器将机械位移量转化为电量。位移传感器次边输出电压经过AD598电路检查后,最终由电流表显现。

2 AD598芯片作业原理

AD598是一种完好的单片式线位移差动变压器信号调度体系。AD598与LVDT合作,可以直接将LVDT的机械位移量转化变成单极性或双极性输出的高精度直流电压。AD598芯片一起具有沟通信号的扩大、相敏检波器、直流信号扩大、发生正弦波振荡器、滤波电路等功用,在外围电路的结构中只需添加几个外接无源元件,就能断定激磁频率和输出电压的幅值。

AD598芯片首要包括两有些:一有些为正弦波发生器,它的频率及幅值均可由少量外接元件断定;另一有些为LVDT次级的信号处理有些,经过这一有些发生一个与铁芯位移成正比的直流电压信号。

AD598既可驱动高达24 V、频率规模为20 Hz~20 kHz的LVDT原边线圈,又可接收最低为100 mV的次级输入,所以适用于许多不一样类型的LVDT。ADS98芯片作业时,输出的正弦波直接作用于差动变压器的初级线圈;而传感器次级线圈输出的两个正弦波则可直接作为AD598的输入,AD598对它们进行处理,发生一个标定的单极性或双极性直流电压信号.

其间VA,VB为传感器次级线圈输出的两个正弦波电压;IREF为参阅电流,通常取为500 μA;R2为输出电压调度电阻。

3 传感器信号调度电路

将LVDT与AD598连接在一起,再配上一些电阻器和电容器,就组成一个精细位移传感器。

3.1 参数挑选

双端供电情况下,参数挑选进程如下:

(1)断定丈量体系的机械频带:fSUBSYSTEM;

(2)挑选LVDT的鼓励频率:fEXCITATION=10×fSUBSYSTEM;

(3)断定LVDT次级电压和VA+VB:用典型的鼓励电压VPRI鼓励LVDT,将铁芯移动到基地零点方位时,测出VA和VB值并求和;

(4)断定最好激磁电压VEXC:在LVDT初级加上典型鼓励电压VPRI,然后将铁芯放在满量程方位,测出次级最大输出电压VSEC,断定出LVDT的电压转换比VTR;

VTR=VPRI/VSEC (2)

VEXC=VSEC×VTR (3)

(5)关于双端供电,查阅AD598芯片手册,依据VEXC断定电阻R1;

(6)断定激磁电压频率C1:C1=35 μF×Hz/fEXCITATION;

(7)挑选断定激磁电压频率的电容C2、C3和C4,C2=C3=C4=10-4F×Hz/fSUBSYSTEM;

(8)挑选决议AD598增益和满量程输出电压规模的电阻R2。

R2=VOUT×(VA+VB)/(S×VPRI×500 μA×d) (4)

3.2 调零电路

实践运用中发现,铁芯坐落LVDT基地处时,输出电压并不为零。其原因是初级线圈与次级线圈之间存在有与铁芯方位无关的杂散电容,以及绕组和磁路中短少对称性。此外,传感器安装在机械天平的进程中也不能确保完全的对称性。为此规划了如图5所示的调零电路,即在本来鼓励线圈的基础上,在副边添加了E3-1和E3-2调整线圈,完成了调零功用。

4 实验

微位移信号检查电路调试后,安装在机械天平上,分别用10mg、20mg、30mg、40mg、50mg规范砝码进行多组测验,记载输出电流。

首要,在左盘放置规范砝码,右盘空置,测得数据记入在表1。

在右盘放置规范砝码,左盘空置,重新用一样质量的砝码进行检查,测得数据记入在表2,针对表1、2数据,对质量和相应的平均电流进行曲线拟合,以天平摆布托盘中砝码的质量差作为曲线横坐标,输出电流作为纵坐标,从图6可以看出,质量与电流根本符合比例关系。经过调零电路进行调度,零点输出电流近似为零,两条直线斜率绝对值根本共同,曲线近似于V字型。

针对表1、2数据,运用Matlab对数据进行拟合得到方程:

y(μA)=0.2514x(mg)+0.086 (5)

y(μA)=-0.2508x(mg)+0.112 (6)

5 定论

在机械天平基础上,运用AD598芯片和差动位移传感器规划微位移检查电路,经过位移检查电路将天平指针的摆幅位移信号扩大并转化为电信号,并在传感器中参加抵偿绕组,运用调零电路。运用规范砝码进行实践称重测验发现改装后天平重复性较好,运用愈加直观,便捷,具有进步最小分度值的潜力。


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