比例阀差动变压器式位移传感器参数化仿真与实验分析

摘要

随着液压工业的高速发展，电液比例控制技术取得了长足进步，对比例阀用位移传感器的性能要求也越来越高。研究高性能的比例阀用位移传感器变得尤为重要。
　　本文以比例阀差动变压器式位移传感器(LVDT)为研究对象，根据比例阀对LVDT的静态特性要求，对影响LVDT静态特性的电气、结构参数做理论、仿真和实验分析，优化LVDT的静态特性。本文以变压器主磁通和漏磁通分布原理为基础，通过安培环路定理对LVDT进行电磁场分析，从而推导出初级线圈对次级线圈的互感;通过等效电路的分析，推导出单个次级线圈的输出以及次级线圈差动输出。并根据LVDT的差动输出特性分析其灵敏度、零点残余电压等静态特性与电气、结构等参数之间的关系。
　　根据电磁场理论，结合电磁场有限元分析软件Ansoft Maxwell，对LVDT进行仿真分析。详细说明了该软件中指定求解器类型、创建几何模型并指定材料属性、施加边界条件和激励源、网格划分和设置求解选项、验证模型和分析求解、后处理等三维电磁仿真分析的基本步骤。
　　以LVDT为研究对象，应用三维制图软件SOLIDWORKS建立LVDT的三维实体模型。应用磁场有限元分析方法对LVDT进行仿真研究分析，计算得到LVDT的次级线圈的输出电压。
　　利用建立的模型，分别改变LVDT的激励幅值、激励频率等电气参数以及线圈外径、线圈轴向长度、铁芯长度等结构参数，对不同的模型进行仿真分析，探讨电气、结构参数对LVDT静态特性的影响趋势。
　　LVDT仿真分析结果与实测结果的对比分析表明，仿真结果与实验结果相吻合。说明LVDT的建模以及仿真步骤是正确的，仿真结果能够反映LVDT的灵敏度等静态特性，本文的研究成果对LVDT及其所适用的比例阀的优化设计有重要的指导意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 差动变压器式位移传感器的研究意义

1．2 差动变压器式位移传感器的国内外研究现状及分析

1．2．1 国内研究现状及分析

1．2．2 国外研究现状及分析

1．3 本文的主要研究工作

第二章 差动变压器式位移传感器的工作原理

2．1 安培环路定理

2．2 带铁芯螺线管的磁感应强度分析

2．3 差动变压器式位移传感器的主磁通和漏磁通及其分布

2．3．1 主磁通和漏磁通的定义

2．3．2 主磁通和漏磁通的作用和性质

2．4 差动变压器式位移传感器的磁场分布

2．4．1 差动变压器式位移传感器的磁感应强度分析

2．4．2 差动变压器式位移传感器的输出特性分析

2．5 差动变压器式位移传感器的静态特性

2．6 本章小结

第三章 三维电磁场有限元分析方法在LVDT中的应用

3．1 有限元法在电磁场中的应用

3．2 LVDT的三维电磁仿真

3．2．1 给出分析题目并指定求解器类型

3．2．2 三维实体建模和指定材料属性

3．2．3 施加边界条件和激励源

3．2．4 网格划分和求解设定

3．2．5 查看瞬态仿真计算结果

3．3 本章小结

第四章 LVDT静态特性仿真分析

4．1 灵敏度分析

4．1．1 灵敏度与激励信号的关系

4．1．2 灵敏度与线圈外径的关系

4．1．3 灵敏度与线圈轴向长度的关系

4．1．4 灵敏度与线圈间间隙的关系

4．1．5 灵敏度与铁芯长度的关系

4．1．6 灵敏度与铁芯外径的关系

4．2 零点残余电压分析

4．2．1 零点残余电压与激励信号的关系

4．2．2 零点残余电压与线圈外径的关系

4．2．3 零点残余电压与线圈轴向长度的关系

4．2．4 零点残余电压与线圈间间隙的关系

4．2．5 零点残余电压与铁芯长度的关系

4．2．6 零点残余电压与铁芯外径的关系

4．3 相位特性分析

4．4 本章小结

第五章 LVDT静态特性实验分析

5．1 LVDT静态特性实验测试系统

5．2 实验结果分析

5．2．1 不同激励信号下LVDT的测试结果分析

5．2．2 LVDT实验结果与仿真结果对比分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢